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耐热聚乙烯标准的发展及应用领域研究

更新时间:2009-03-28

耐热聚乙烯(PE-RT)是将乙烯与α-烯烃共聚合,通过控制支链数量及其分布得到具有特殊分子结构的聚乙烯(PE)。作为一种非交联PE管材,PE-RT管材既保留了PE管材的耐低温特性,又提升了其在高温条件下的耐蠕变性能和强度,近年来逐步成为建筑物内冷热水应用领域的新型材料。随着国内建筑市场的高速发展,地暖管材的市场需求量呈爆发式增长。相较于欧洲等国外市场还习惯于使用几十年来经受住长久考验的交联PE,PE-RT管材一经问世,在中国市场就得到迅速发展,目前国内年需求量约400 kt[1]。除地板辐射采暖系统外,民用建筑冷热水管路系统是PE-RT管材应用的另一个重要领域。此外,部分企业也将PE-RT管材用于工业热介质输送系统、高温地源热泵系统以及二级热力管网系统中。本工作主要研究了PE-RT标准的发展及应用领域。

1 行业标准发展

自从PE-RT进入国内市场后,国内一直采用行业标准CJ/T 175—2002《冷热水用耐热聚乙烯(PE-RT)管道系统》。在制订该标准时,市场上PE-RT只有美国陶氏化学公司生产的Dowlex 2344;而与过去相比,目前使用的PE-RT在耐热性能、长期耐压强度以及物理性能方面均有大幅提升。针对材料研发的进展,ISO 22391:2007正式出台。与CJ/T 175—2002相比,ISO 22391:2007的主要变化有:1)将PE-RT管材分为Ⅰ型和Ⅱ型。Ⅱ型管材在各试验条件下的静液压曲线均不出现拐点,PE-RT管材的耐压性能更优异[2]。2)静液压试验测试指标变化。与Ⅰ型PE-RT管材及CJ/T 175—2002中规定的PE-RT管材相比,Ⅱ型PE-RT管材的最大变化是110 ℃,8 760 h的静液压指标值和20 ℃,1 h的指标值提高较大(见表1[3]),表明Ⅱ型PE-RT管材在长期高温蠕变性能和刚性方面均有更严格的要求。

 

表1 静液压环应力的测试指标Tab.1 Test index of hydrostatic hoop stress MPa

  

静液压试验条件 ISO 22391:2007 CJ/T 175—2002Ⅱ型 Ⅰ型20 ℃,1 h 10.80 9.90 10.00 95 ℃,22 h 3.90 3.80 95 ℃,165 h 3.70 3.60 3.55 95 ℃,1 000 h 3.60 3.40 3.50 110 ℃,8 760 h 2.30 1.90 1.90

2013年3月,由上海乔治费歇尔管路系统有限公司等单位起草的GB/T 28799—2012《冷热水用耐热聚乙烯(PE-RT)管道系统》正式实施。GB/T 28799—2012与ISO 22391:2007的不同在于:GB/T 28799—2012进一步提高了Ⅱ型PE-RT管材的试验条件,静液压强度要求更高(见表2[4])。

从表2可以看出:ISO 22391:2007中,Ⅰ型和Ⅱ型PE-RT管材在95 ℃条件下3个试验时间(22,165,1 000 h)的静液压环应力基本相当(如95 ℃,1 000 h条件下Ⅱ型管材的测试值为3.6 MPa,Ⅰ型管材的测试值为3.4 MPa),该情况下较难通过短期静液压试验来区别管材性能。

医院管理层提出,太和人的作风要“自豪不自大”“昂扬不张扬”“务实不浮躁”。“星星急救”为公众服务,得到良好声誉,拉近了公众与医院的关系。这样为医院树立良好形象,使医院在公众面前留下优良口碑,非常有意义。罗杰更希望,社会整体安全意识继续提升。急救知识科普到位,但用到的频率越低越好。

 

表2 ISO 22391:2007与GB/T 28799—2012中PE-RT管材静液压环应力测试指标Tab.2 Test index of hydrostatic hoop stress of PE-RT tube in ISO 22391:2007 and GB/T 28799—2012 MPa

  

静液压试验条件 ISO 22391:2007 GB/T 28799—2012中的Ⅱ型PE-RTⅡ型 Ⅰ型20 ℃,1 h 10.80 9.90 11.20 95 ℃,22 h 3.90 3.80 4.10 95 ℃,165 h 3.70 3.60 4.00 95 ℃,1 000 h 3.60 3.40 3.80 110 ℃,8 760 h 2.30 1.90 2.40

在GB/T 28799—2012中,95 ℃条件下3个试验时间(22,165,1 000 h)的静液压环应力测试值均有不同程度的提高(如95 ℃,1 000 h条件下,Ⅱ型测试值为3.8 MPa,Ⅰ型测试值为3.4 MPa),因此,可以通过短期静液压试验较好地区别两种管材的性能。

通过仿真得到的导线芯棒应力云图如图6所示。由图6可知,导线芯棒耐压仿真最大应力为208.0 MPa,将它作为芯棒耐压判据,并将应力最大值的80%(即166.4 MPa)作为参考。

第三,加强人民群众的法治观念和法律意识。人民是国家的主人,是依法治国的主体,人民群众法律水平的高低直接影响着依法治国的进程。广大人民群众必须不断提高法律意识和法治观念,自觉的遵守法律,依法维护自己的合法权益,运用法律手段同违法犯罪行为作斗争。

随着GB/T 28799—2012的发布,具有较高耐压性能的Ⅱ型PE-RT管材是未来发展的趋势。由于GB/T 28799—2012的静液压试验条件高于ISO 22391:2007,因此,在应用PE-RT的Ⅱ型管材原料时,应注意区分原料是否为仅满足ISO 22391:2007的Ⅱ型条件。如果原料满足GB/T 28799—2012要求,则必定满足ISO 22391:2007要求。

2 应用领域研究

依据GB/T 28799—2012要求,PE-RT原料在不同使用级别的条件下,设计应力,即管材的许用应力(σD)也不同。从表3看出:PE-RT的应用可分为低温领域和高温领域,低温领域包含使用级别1(供60 ℃热水)和使用级别4(地板下供热和低温暖气),高温领域包含使用级别2(供70 ℃热水)和使用级别5(较高温暖气)[5]

 

表3 不同使用级别的条件Tab.3 Conditions of different usage levels MPa

  

项 目 使用级别条件1 4 2 5Ⅰ型的σD 3.29 3.25 2.68 2.38Ⅱ型的σD 3.84 3.60 3.72 3.16Ⅰ型与Ⅱ型的σD差 0.55 0.35 1.04 0.78

在低温领域,Ⅰ型和Ⅱ型管材的σD相差较小,分别为0.55,0.35 MPa;在高温领域,Ⅱ型管材的指标明显高于Ⅰ型,分别为1.04,0.78 MPa。即在低温应用时,Ⅰ型和Ⅱ型管材的性能差距较小,但在高温条件下Ⅱ型管材的性能较Ⅰ型优异。

结合管材系列选择条件(见表4)[4],PE-RT管材应用于低温领域(级别1和级别4)时,Ⅰ型和Ⅱ型管材的系列相同;在高温领域(级别2和级别5)、相同的σD条件下,Ⅱ型管材较Ⅰ型管材系列高1~2个级别[如0.6 MPa、使用级别5的条件下,Ⅰ型管材为S3.2(S表示管系列,用于指导管材规格)系列,Ⅱ型管材为S5系列],即挤出DN20(DN表示管道的公称外径)管材时,Ⅰ型管材公称壁厚为2.8 mm,Ⅱ型管材公称壁厚为2.0 mm,后者可明显降低原料成本。

随着超声技术的普及以及超长效局麻药(如乳化布比卡因)的问世,围术期区域神经阻滞技术为术后疼痛管理提供了新的理念和方法。目前,指南推荐了在手术部位进行局部浸润麻醉,以及腹横筋膜阻滞、椎旁阻滞、臂丛神经、坐骨神经及股神经阻滞等区域阻滞技术作为术后疼痛管理的重要策略。这些技术不仅能避免或明显减少围术期阿片类药物使用量,显著提高患者术后镇痛的效果,还可改善患者术后体验,降低相关并发症的发生,正在成为术后镇痛的主要方式[1]。

 

表4 PE-RT 的Ⅰ型/Ⅱ型管系列S的选择Tab.4 Selection of PE-RT type Ⅰ/Ⅱ Series S

  

注: 表中的数值为系列号。

 

σD/MPa 级别1 级别4 级别2 级别5Ⅰ型 Ⅱ型 Ⅰ型 Ⅱ型 Ⅰ型 Ⅱ型 Ⅰ型 Ⅱ型0.4 5 5 5 5 5 5 5 5 0.6 5 5 5 5 4 5 3.2 5 0.8 4 4 4 4 3.2 4 2.5 3.2 1.03.23.23.23.22.53.2— 2.5

从表5还看出:Ⅱ型管材专用PE-RT的拉伸屈服应力高于Ⅰ型。在聚合物拉伸过程中,接近或超过屈服点时,会出现结晶区的破坏、取向和再结晶过程,Ⅱ型管材专用PE-RT的屈服点更高,说明其抵抗外力屈服的能力更强,因此其结晶更完善[7]。Ⅱ-1的维卡软化温度最低,Ⅱ-2的最高,两种Ⅰ型管材专用PE-RT介于二者间;Ⅰ-1与Ⅱ-1的负荷变形温度低于Ⅰ-2和Ⅱ-2。

从图2看出:在205 ℃条件下,各PE-RT的ηa随γ增加而降低,表现出明显的剪切变稀现象。两种Ⅱ型管材专用PE-RT的ηa下降趋势更明显,说明其对γ更敏感,加工性能更优异,这与GPC测试结果相吻合。

3 实验部分

通过分析GB/T 28799—2012可知,Ⅱ型管材的耐高温性能更优异。本工作通过高温凝胶色谱(GPC)、毛细管流变、哈克转矩流变等方法表征Ⅱ型管材专用PE-RT的性能特点,分析其具备优异耐热性能的原因。

3.1 原料

PE:代号分别为Ⅰ-1,Ⅰ-2,均为乙烯与1-己烯共聚物,采用茂金属催化剂生产,管材的承压类型为Ⅰ型;代号分别为Ⅱ-1,Ⅱ-2,均为乙烯与1-己烯共聚物,采用齐格勒-纳塔催化剂生产,管材的承压类型为Ⅱ型。

3.2 仪器与设备

RHEO-Tester2000型高压毛细管流变仪,德国Goettfert公司生产;Polylab OS型哈克转矩流变仪,美国赛默飞世尔科技有限公司生产;6840.000型熔融指数仪,6911型维卡热变形温度试验仪,均为意大利Ceast公司生产;Accupyc 1330型密度测定仪,美国麦克仪器公司生产;ALLIANCE GPCA2000型凝胶渗透色谱仪,美国Waters公司生产;5565型电子拉力试验机,美国Instron公司生产。

3.3 分析方法

从图3看出:在205 ℃的条件下,各试样完全熔融后,扭矩均趋于平稳,说明各试样在该条件下的加工热稳定性能优异。材料平衡扭矩越大,加工过程中主机电流越大,加工越困难[10]。各试样平衡扭矩的大小依次为Ⅱ-1≈Ⅰ-1>Ⅱ-2>Ⅰ-2,未出现规律性变化,说明PE-RT的加工扭矩与材料类型关联性较小。

3.4 基础物性

从表5看出:两种Ⅰ型管材专用PE-RT的MFR相对较高,为0.60~0.70 g/10 min;两种Ⅱ型管材专用PE-RT的MFR均较低,小于0.20 g/10 min。Ⅱ-1的密度显著高于两个Ⅰ型管材专用PE-RT,Ⅱ-1为高密度聚乙烯;两种Ⅰ型管材专用PE-RT均为中密度聚乙烯。

混凝土运输设备应与运输条件、级配、拌和能力、浇筑强度、全面具体情况等相适应。运输过程中不发生泄漏、分离、漏浆和泌水,并减少坍落度损失。

 

表5 PE-RT的基础物性Tab.5 Basic physical properties of PE-RT

  

项 目 Ⅰ-1 Ⅰ-2 Ⅱ-1 Ⅱ-2 MFR/[g·(10 min)-1] 0.70 0.60 0.12 0.16密度/(g·cm-3) 0.935 70.937 00.946 3拉伸屈服应力/MPa 16.9 17.8 21.7 22.9维卡软化温度(A120法)/℃ 123 123 120 125负荷变形温度(平置B法)/℃ 53 67 57 68

综上所述,当PE-RT管材应用于供60 ℃热水、地板下供热和低温暖气时,Ⅰ型和Ⅱ型均满足使用要求,使用性能基本相当;当PE-RT管材应用于供70 ℃热水和较高温暖气时,Ⅱ型的耐长期静液压强度突出,显著优于Ⅰ型。

3.5 相对分子质量及其分布

从图1和表6看出:Ⅱ型管材专用PE-RT的重均分子量(Mw)较高,有明显的大分子拖尾。大分子有利于系带分子的形成,且有穿过多个晶区的可能,进而提高制品的耐热/耐长期静液压性能[8]。Ⅱ型管材专用PE-RT的相对分子质量分布(Mw/Mn,Mn为数均分子量)更宽,大分子和小分子均较多,这使Ⅱ型管材专用PE-RT兼具优异的力学性能和出色的加工性能。

取其中3例在发病年龄、手术年龄、Lenke分型、角度大小、Risser征等参数相匹配的患者凹侧和凸侧椎旁肌组织,提取总RNA,测定RNA纯度与质量,在5’和3’端分别连接接头序列,形成带有接头的单链RNA,反转录生成RNA/DNA杂交链,PCR扩增构建small RNA-seq cDNA文库,采用illumina Hiseq测序平台(上海晶能生物有限公司,中国)单端测序模式进行高通量测序。

  

图1 PE-RT的相对分子质量及其分布曲线Fig.1 Relative molecular weight and its distribution curves of PE-RT

 

表6 GPC测试结果Tab.6 GPC test results

  

注: Mz为z均分子量。

 

试 样 Mn Mw Mz Mw/MnⅠ-1 63 700 159 000 287 000 2.5Ⅰ-2 45 400 151 000 393 000 3.3Ⅱ-1 16 600 237 000 946 000 14.0Ⅱ-2 14 900 192 000 864 000 13.0

3.6 熔体强度

205 ℃条件下,Ⅰ-1,Ⅰ-2,Ⅱ-1,Ⅱ-2的熔体强度分别为0.047 4,0.058 1,0.158 6,0.116 4 N。由此看出:Ⅱ型管材专用PE-RT的熔体强度明显高于Ⅰ型。近年来,随着Ⅱ型管材专用PE-RT在二级热力管网中的应用,部分管材生产企业逐步使用PE-RT生产大口径管材。高熔体强度可强化PE的抗熔垂性[9],应用Ⅱ型管材专用PE-RT生产的大口径管材尺寸更稳定。

3.7 高压毛细管流变

近年来,采用PE-RT的Ⅱ型预制直埋(即保温管是三层复合管,需要出厂预先制备,可以满足直接挖沟、敷设和回填的直埋敷设方式)保温管作为小区二级供热管网取得良好效果。耐热塑料管道能长期输送80 ℃以下的热水,且预制直埋保温塑料管具有耐腐蚀、使用寿命长、保温效果好、接头连接可靠、施工方便等特点,因此,北方采暖地区很多热力公司对其产生浓厚兴趣,这也将成为小区二级供热管网发展方向[6]

b)PE-RT应用于供60 ℃热水、地板下供热和低温暖气时,Ⅰ型和Ⅱ型管材均满足使用要求;应用于供70 ℃热水和较高温暖气时,Ⅱ型管材耐长期静液压强度突出,且显著优于Ⅰ型管材。

  

图2 PE-RT在205 ℃条件下的流变行为Fig.2 Rheological behavior of PE-RT at 205 ℃

3.8 密炼实验

熔体流动速率(MFR)按GB/T 3682—2000测试;密度按GB/T 1033.2—2008测试;利用凝胶渗透色谱仪测试相对分子质量及其分布,流动相溶剂为邻二氯苯,标样为聚苯乙烯,温度为135 ℃;利用高压毛细管流变仪测试表观黏度(ηa)、剪切速率(γ)、熔体强度,口模长径比为20∶2,预热360 s,柱塞速度为0.2 mm/s,拉伸加速度为24 mm/s2;利用哈克转矩流变仪表征加工热稳定性能,转子转速为60 r/min,型腔占有率为70%;维卡软化温度按GB/T 1633—2000测试;负荷变形温度按GB/T 1634.2—2004测试。

  

图3 PE-RT在205 ℃条件下的加工热稳定曲线Fig.3 Thermal stability curves of PE-RT during processing at 205 ℃

4 结论

a)随着行业标准的发展,开发高端新型的Ⅱ型管材是未来发展趋势。

博弈论中的帕累托最优(Pareto Optimality)是指资源分配的一种理想状态,即高质量的译文。假定固有的一群人(这里指译者)和可分配的资源(语言和文化),从一种分配状态到另一种状态(从源文化到译语文化)的变化中,在没有使任何人境况变坏的前提下,使得至少一个变得更好(译文的可读性增强)[1]。无论中西方文化差异如何,按照博弈论中“帕累托最优”原则,多位译者(源语译者和目的语译者)参与或合作翻译,如果这些翻译中有一种能使双方文化都接受的译法的话,无论归化也好,异化也好,对读者来说,都是最理想、最有益的。因此,有时结合归化与异化策略进行翻译,才能达到帕累托最优。

二是在一个幅员辽阔、产业门类齐全的经济体里,如何为金融业提供有效配置资源的相关产业领域及平台。这是实现金融业高质量发展的重要前提。如果没有广阔而坚实的可承载规模庞大金融资源的基础领域和平台,无论金融机构付出多大努力,最后都将事倍功半。

[1] 孙彬彬,宋磊.气相中试PE-RT专用料结构与性能[J].山东化工,2016,45(3):6-7;9.

天南星妖也自掌中幻出三个紫色光球,光球奇大如斗,拖着紫色尾芒流星般撞向我的飞剑。随着“轰轰轰”三声响,光球爆裂开来,莹莹光芒灼人眼目。

5 参考文献

c)Ⅱ型管材专用PE-RT的MFR较低、密度和拉伸屈服应力更高,分子结构中有较明显的大分子拖尾,其熔体强度更高,对γ更敏感,适合生产大口径管材。

[2] 唐岩,王群涛,郭锐,等.耐热聚乙烯管材料的开发综述[J].齐鲁石油化工,2011,39(3):265-268.

[3] International Organization for Standardization. ISO 22391-2:2009.Plastics piping systems for hot and cold water in-stallations-polyethylene of raised temperature resistance(PE-RT)pipes[S]. Switzerland:International Organization for Standardization,2009.

[4] 中国国家标准化管理委员会.GB/T 28799.2—2012《冷热水用耐热聚乙烯(PE-RT)管道系统》[S].北京:中国标准出版社,2013.

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[6] 柯锦玲,薛彦超,赵启辉,等.PE-RTⅡ预制直埋保温管在二级管网的应用[J].煤气与热力,2014,34(9):22-26.

[7] 何曼君,张红东,陈维孝,等.高分子物理[M].上海:复旦大学出版社,2011:198-199.

[8] 王群涛,唐岩,郭锐,等.结晶分级技术在耐热聚乙烯管材料研究中的应用[J].合成树脂及塑料,2014,31(2):13-16.

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马小伟,胡斌,席军,胡廷芳,莫明
《合成树脂及塑料》 2018年第02期
《合成树脂及塑料》2018年第02期文献
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