阻氧材料與管材的阻氧性能

摘要：論述EVOH復(fù)合阻氧管的阻氧性能和所用材料之間的關(guān)系。

關(guān)鍵詞：EVOH復(fù)合阻氧管；阻氧性能

目前，隨著人民生活水平的不斷提高，低溫輻射地板采暖技術(shù)已經(jīng)在城市建設(shè)和家裝中得到普及。塑料管由于其性能穩(wěn)定性好、安全度高、可修復(fù)、具有優(yōu)異的耐溫性和抗沖擊性的特點(diǎn)，完全符合地面輻射采暖管道系統(tǒng)高安全、便于安裝與維護(hù)的特性，在低溫輻射地板采暖工程中得到廣泛應(yīng)用。但眾所周知，塑料管材都具有滲氧性，并且隨著溫度的升高塑料管材的滲氧特點(diǎn)越發(fā)突出。這就會(huì)導(dǎo)致管道內(nèi)的熱水中的含氧量隨著溫度的升高而增加。有關(guān)技術(shù)資料顯示：當(dāng)熱水溫度為40℃時(shí)，滲氧量大于0.1mg/（L.day）時(shí)，將對(duì)采暖系統(tǒng)中的金屬加熱器、金屬閥門、管件、散熱器、水泵等產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕。滲氧問題還引起了散熱器廠家、換熱器廠家的注意：通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，同樣的鋼制散熱器采暖系統(tǒng)，應(yīng)用了純塑管的鋼制散熱器明顯生銹，而使用了具有鋁層的PP-R塑鋁穩(wěn)態(tài)管等阻氧型管材的散熱器則完好如初。這說明低溫輻射地板采暖工程中的塑料管材最好具備阻氧性能。在德國，塑料管材的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)DIN4726中，規(guī)定了熱水管中40℃下，氧氣滲透率不超過0.1mg/（L.day）。標(biāo)準(zhǔn)DIN4729規(guī)定了阻氧性能的檢測方法。在國內(nèi)，這一問題也逐步被重視起來。北京市于2000年頒布的地板輻射采暖工程的地方規(guī)程中，就提及了對(duì)管材阻氧的要求。在2002年頒布的PE-RT管行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（CJ/T175-2002）8.4中，明確規(guī)定了透氧率在40℃的溫度下應(yīng)不超過0.10mg/（L.day）。在2004年頒布實(shí)施的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《地面輻射供暖技術(shù)規(guī)程》（JGJ142-2004）中，也提出了對(duì)阻氧型管材的要求。

針對(duì)這種需求，現(xiàn)有塑料管材對(duì)如何增加阻氧性能有兩種方法：一是通過包覆金屬層實(shí)現(xiàn)阻氧，如鋁塑復(fù)合管、塑鋁穩(wěn)態(tài)管等；二是通過塑料管（PE-RT、PEX、PB等）與一層高分子阻氧材料——EVOH（乙烯、乙烯醇共聚物）復(fù)合，制成阻氧管。第一種方法制得的管材不僅工藝復(fù)雜，而且價(jià)格高、施工困難。所以第二種方法制作的復(fù)合管在歐洲應(yīng)用較為普遍，國內(nèi)目前這種復(fù)合管的發(fā)展也很迅猛，大有取代鋁塑復(fù)合管、塑鋁穩(wěn)態(tài)管的趨勢。

然而，國內(nèi)現(xiàn)在還沒有專門的檢測機(jī)構(gòu)來對(duì)這種復(fù)合阻氧管材進(jìn)行透氧率的權(quán)威檢測，對(duì)管材的阻氧性能也還沒有嚴(yán)格的要求，甚至對(duì)復(fù)合阻氧管管材的阻氧性還沒有一個(gè)基本的判別依據(jù)和方法。這對(duì)消費(fèi)者來說無疑是個(gè)盲區(qū)，許多消費(fèi)者也因此放棄了選擇這種管材，從而也制約了這種性價(jià)比優(yōu)良的管材的發(fā)展。我們無權(quán)制定標(biāo)準(zhǔn)，也無力提供專業(yè)檢測，但我們希望通過下面的試驗(yàn)，為大家提供一個(gè)感性的判別EVOH復(fù)合阻氧管材的阻氧性能的依據(jù)和方法。

根據(jù)我們調(diào)查，國內(nèi)管材行業(yè)現(xiàn)在使用的阻氧層材料EVOH基本為日本某公司生產(chǎn)的乙烯含量分別為32%和44%的兩種材料。為了論述方便，我們把乙烯含量為32%的EVOH原料稱為A料；把乙烯含量為44%的EVOH原料稱為B料。我們以dn20、管系列值為S5（en2.0)的PE-RT管材為內(nèi)管，外覆A料和B料。分別做了涂覆A料厚度為70μm、130μm、160μm，涂覆B料厚度70μm的4個(gè)樣品，然后將樣品送到日本株式會(huì)社kuraray公司檢測中心進(jìn)行檢測，下面是樣品的檢測報(bào)告。

1號(hào)樣 使用材料為A料，厚度為70μm

（1）樣品分析報(bào)告

地暖管（FHP）：（外側(cè)）EP105B/Tie/PERT，內(nèi)徑15mm、外徑20mm

（2）分析結(jié)果

①厚度分布（參照Table 1）

沿圓周方向檢測了4個(gè)點(diǎn)各層的厚度。可見粘合層厚度分布不很均勻。EVOH層(EP105)及PERT層的厚度分布基本正常。

②透氧速率（OTR）計(jì)算（DIN規(guī)格）

測定條件：40℃，相對(duì)濕度外側(cè)65%，內(nèi)100%。

EVOH平均厚度71μmEVOH層相対濕度65%RH

EP105B的OTR値（40℃65%RH） 16cc.20μm/m².day.atm-O2

管子外徑2.05cm管子內(nèi)徑1.60cm

OTR（DIN規(guī)格値）=0.44g/m³.day

可見，不能滿足DIN規(guī)格≦0.1g/m³.day的標(biāo)準(zhǔn)。

2號(hào)樣和3號(hào)樣 使用材料為A料，厚度分別為130μm和160μm

（1）樣品分析報(bào)告

地暖管（FHP）：（外側(cè)）EP105B/Tie/PERT，內(nèi)徑15mm、外徑20mm

2.分析結(jié)果

①厚度分布（參照Table 1）

沿圓周方向檢測了4個(gè)點(diǎn)各層的厚度。可見粘合層厚度分布不很均勻。EVOH層(EP105)及PERT層的厚度分布基本正常。

②透氧速率（OTR）計(jì)算（DIN規(guī)格）

測定條件：40℃，相對(duì)濕度外側(cè)65%，內(nèi)100%。

1號(hào)樣EVOH平均厚度166μm，EVOH層相対濕度65%，RH

EP105B的OTR値（40℃65%RH） 16cc.20μm/m².day.atm-O2

管子外徑2.05cm管子內(nèi)徑1.60cm

OTR（DIN規(guī)格値）=0.17g/m³.day

2號(hào)樣EVOH平均厚度128μm ， EVOH層相対濕度65%RH

EP105B的OTR値（40℃65%RH） 16cc.20μm/m².day.atm-O2

管子外徑2.05cm管子內(nèi)徑1.60cm

OTR（DIN規(guī)格値）=0.24g/m³.day

可見，兩種管樣均不能滿足DIN規(guī)格≦0.1g/m³.day的標(biāo)準(zhǔn)。

4號(hào)樣 使用材料為B料，厚度為70μm

（1）樣品分析報(bào)告

地暖管（FHP）、結(jié)構(gòu)（外側(cè)）FP104B/Tie/PERT，內(nèi)徑15.6mm、外徑20.5mm

（2）分析結(jié)果

①厚度分布（參照Table 1）

對(duì)管樣沿圓周方向檢測了4個(gè)點(diǎn)各層的厚度。FP104B 66～102μm， Tie 20～59， PERT 2168～2309. 可見EVAL層及粘合層的厚度分布不很均勻. 但EVAL層厚度分布比上次的有所改善。

②透氧速率（OTR）計(jì)算（DIN規(guī)格）

測定條件：40℃，相.濕度外.65%，內(nèi)100%。

項(xiàng)目 管樣

EVAL 平均厚度81μm

EVAL 相對(duì)濕度65%RH

管外半徑 1.025cm

管內(nèi)半徑 0.78cm

OTR（DIN規(guī)格値） 0.07g/m³.day

可見，可以滿足DIN規(guī)格≦0.1g/m³.day的標(biāo)準(zhǔn)。

由檢測的結(jié)果可知：決定阻氧效果大小的關(guān)鍵是阻氧層材料及其厚度。如果我們將透氧率和其厚度分別為橫縱坐標(biāo)作圖，可以得出阻氧率的提高基本和阻氧層的厚度增加呈線性關(guān)系，即成正比。所以，推算出如果使用的是乙烯含量為32%的EVOH原料做阻氧層，其厚度至少需達(dá)到200μm；如果使用的是乙烯含量為44%的EVOH原料做阻氧層，其厚度至少需達(dá)到60μm。這應(yīng)該是我們檢測市面上以EVOH材料為阻氧層的復(fù)合阻氧管阻氧性能的一個(gè)大致依據(jù)和方法。

目前這種管材阻氧層基本上是不添加色母的，由于EVOH這種材料比內(nèi)管材料（如PE、PE-RT、PEX等）透明度高許多（一些復(fù)合阻氧管材內(nèi)管還添加了色母），所以在切割平整干凈的端面上是可以憑肉眼觀察到它的厚度的。當(dāng)然適當(dāng)使用一些簡單的儀器如放大鏡等則更能準(zhǔn)確地判斷涂覆層的厚度。至于使用的材料是A料還是B料，在沒有專門的儀器進(jìn)行檢測的情況下則只能根據(jù)管材的相對(duì)硬度來判別。對(duì)于EVOH材料來講，乙烯含量越高，其密度和剛性越大，越不容易彎曲。所以與未涂覆EVOH材料的普通內(nèi)管相比，管材剛性改變較大的，使用乙烯含量高的EVOH材料做涂覆層的可能性越大。

以上是我們對(duì)EVOH復(fù)合阻氧管的阻氧性能和所用材料之間關(guān)系的一點(diǎn)粗淺認(rèn)識(shí)，望能與大家探討，并希望大家批評(píng)指正。