CN202140703U - 一种pe-rt管材制造的毛细管 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种PE-RT管材制造的毛细管，为冷热水用的PE-RT塑料管材制造的毛细管，其特征在于PE-RT毛细管的管径范围为2mm～12mm，毛细管间距为10mm～60mm。PE-RT毛细管(2)的冷热水工作温度范围为-30℃～80℃。与传统PP-R塑料毛细管相比，PE-RT毛细管的性能和使用寿命得到提升，适用于国内各大气候区域，耐压抗破坏性能力满足要求，单位面积毛细管散热量增加约1倍，满足采暖空调系统的节能和舒适要求。

Description

一种PE-RT管材制造的毛细管

技术领域

本实用新型涉及一种PE-RT管材制造的毛细管，更具体的说，涉及一种冷热水用PE-RT塑料管材制造的毛细管末端。 

背景技术

近年来，在我国出现了一种新的冷热水用塑料管材——耐热聚乙烯(PE-RT)管材。自90年代由美国陶氏化学公司(Dow Plastics)率先开发出的PE-RT(耐热聚乙烯)原料，而后韩国SK、LG、大林等公司也相继开发生产，如表1所示。PE-RT管材2000年在欧洲室内管道的使用量仅比交联聚乙烯(PEX)管少，但比PP-R、PB、C-PVC管材多，其设计使用寿命为50年，并且多数用于室内给水输送管道。PE-RT管与铜管相比，具有质轻(相对密度只有铜管的1/9)、使用寿命长(相当于金属管的4～10倍)、易弯曲等优点；与XPAP、PPR、PEX等塑料管材相比，具有可热熔连接、耐低温性和柔韧性好(弯曲半径可以小到管道外径的5倍)、冬季低温情况下施工不会出现“冷脆”，以及废物可回收再利用等优势。PE-RT是目前唯一不需交联便能在高温高压下呈现优异的长期静液压性能的塑料管材。PE-RT还有很好的抗冲击性和热稳定性(通过110℃、环境应力1.90MPa，8760h的老化试验，管材无任何渗漏和破坏)。在工作温度为70℃，压力为0.8MPa条件下，PE-RT管可安全使用50年以上。被誉为新一代热水/采暖管用材料的PE-RT原料，已获得了国际专门认证机构Bodycote-Broutman公司的地暖材料认证，允许用于82℃的高温领域。经过严谨而科学的实验和论证，PE-RT管可用于ISO10508《冷热水系统用热塑性塑料管材和管件》标准中规定的热水管的所有使用级别。因此，作为一种新型的中密度聚乙烯，在低温地板辐射供暖系统的末端设备应用方面，PE-RT管材越来越被人们关注。2002年建设部发布了《冷热水用耐热聚乙烯 (PE-RT)管道系统》CJ/T175-2002生产质量标准，2004年第218号文肯定了低温热水地面辐射供暖技术，其中第92条“建筑地面辐射供暖塑料管系统，推荐用管PE-RT”列于其中，这标志着PE-RT管材成为地面供暖热水系统专用管，得到国家认可和推广。2004年，我国只有20多家生产企业生产PE-RT管材，年产量仅5000t；2005年，增至32家，产量超过10kt；目前有100多家生产企业。据不完全调查分析，国内地面辐射采暖管道材料中，PE-RT管道约占30％，2008年产量达30kt。 

表1国外PE-RT管材专用料结构与性能 

注：MFR单位为g/10min，密度单位为g/cm³。 

根据DIN 4721(热水地板采暖及散热器采暖用塑料管道系统——耐热聚乙烯(PE-RT))标准中的规定，PE-RT管材的规格尺寸可选择A类管道的首选尺寸(适用于所有类别)，见表2，也可选择C类管道的首选尺寸(如采暖系统中的其它管材规格尺寸)，见表3。 

表2A类管道的首选尺寸 

表3C类管道的首选尺寸 

在供暖系统中常用的塑料管材有交联聚乙烯管(PE-X)、耐高温非交联聚乙烯管(PE-RT)、改性聚丙烯管材(PP-R)、嵌段共聚聚丙烯管(PP-B)、氯化聚氯乙烯管(CPVC)、聚丁烯管(PB)；常用的复合管材有交联铝塑复合管(XPAP)。当管材应用于常规供暖系统并需要输送高温水时，可以选用耐高温的PE-X管、PB管和XPAP管，但是，当供暖系统采用钢制散热器等易腐蚀构件时，PE-X和PB管应有阻氧层，防止渗入氧而加速对系统的氧化腐蚀；对于地板辐射供暖系统，由于热媒的设计温度不超过60℃，因此上述管材均可使用；应用于常规供暖系统时，热膨胀系数最小的XPAP管更加安全可靠；XPAP管材的导热系数最高，在地板辐射供暖应用中可以提高热传导效率，相对于其他管材优势显著；就材料的弹性模量来看，PB管的弹性模量较小，在供暖系统施工性能上更具有优越性，而且PB管可以回收利用，是无污染、环保的绿色管材；就材料的连接方式而言，PE-RT管、PRR管和PP-B管均采用热熔连接，具有较好的连接可靠性。 

下面重点介绍下PE-RT的性能。 

PE-RT即耐热聚乙烯，是Polyethylene of raised temperature resistance的英文缩写，管材使用温度可达80℃以上，是一种可用于热水管的非交联聚乙烯，实现了聚乙烯管材不需要交联即可用于高温场合，且可实现熔融连接。它是一种采用特殊的分子设计和合成工艺生产的中密度聚乙烯，采用乙烯单体和1-辛烯单体共聚而成，通过控制侧链的数量和分布得到独特的分子结构，提高 PE材料的耐热性能。PE-RT管保留了PE材料良好的柔韧性、高热传导性和惰性，同时强化了高温耐久性，提高了其热稳定性。用该原料生产的管材主要应用于建筑内的热水/采暖管等领域，其耐久性能与建筑物的寿命相同，同时也具有良好的回收性。 

PE-RT管的特点： 

1.长期耐温耐压能力 

PE-RT管在95摄氏度、3.5MPa下1000小时不破裂。而PP-R管道耐高温性、耐压性稍差，且长期工作温度不能超过70℃。 

对于ISO10508：1995《用于冷热水系统的热塑性塑料管材和管件》中的使用级别4即地板采暖，PE-RT材料的设计应力为3.64Mpa，而PP-R管材的设计应力为3.30Mpa。由此可知，PE-RT的设计应力大于PP-R管，PE-RT管的壁厚在同样的温度和环应力条件下可以比PP-R管薄。出于高可靠性和安全性的要求，还考虑生产和施工时可能产生的缺陷以及是否易于弯曲等情况，国内外相关标准规定了管径≥15mm的管材其最小壁厚不应小于2.0mm，在这个壁厚下PE-RT和PP-R两种管材都完全可以满足工程需要，但PE-RT管具有更大的设计应力，耐压性能更佳。 

2.柔软性 

PE-RT管的弯曲模量一般为550Mpa，而PP-R管的弯曲模量一般在800MPa以上。因此，PP-R管较难弯曲，而PE-RT管则具有较好的韧性，弯曲管道时无需预热，其弯曲半径可以小到管道外径的5倍，且弯曲后不反弹，且可避免在长期使用过程中由于应力集中而引起管道在弯曲处出现破裂的现象。 

因此，在施工时特别是冬季，PE-RT管不需要特殊的工具或者加热即可弯曲，无需对管材预热，施工方便，成本低，而且弯曲部位产生的内应力较低，对管材的使用寿命影响较小。同时，由于PE-RT管柔软易于固定，对固定管材用的铁 丝网的要求较低，可节约成本。 

3.导热系数 

PE-RT管的导热系数为0.40W/m.K，而PP-R管的导热系数为0.22W/m.K，PE-RT管的导热性比PP-R管高约一倍，散热性能更佳。 

和热水输送用的管材需要材料好的保温性不同，用于采暖制冷的管材需要良好的导热性。在相同条件下，材料导热系数高意味着单位面积的散热量提高，其结果是可以减少管的长度，从而降低造价。 

4.成型加工性 

PE-RT管为热塑性管材，加工工艺简单，无需采用交联工艺，生产过程环节少，产品均质性好，加工时对管材质量的影响因素少，产品质量的可靠性比较高。 

5.耐低温冲击性 

PE-RT管在冬季低温情况下施工不会出现冷脆现象，其耐低温冲击性要优于PP-R管。通过测试，得到PE-RT管在-40℃时的抗冲击性与PP-R管0℃时的抗冲击性能相近。 

冬季施工尤其在北方地区，耐低温冲击性好的管材不易因受到冲击而破裂，增加了施工的灵活性。PP-R管在5℃以下存在一定的低温脆性，而PE-RT管安全性高，低温脆裂温度可达-70℃，可在低温环境下安全施工。 

6.连接性 

PE-RT管材可采用热熔式连接，把接头和管材加热至一定温度并熔合在一起，形成一个均匀、永久性的水密连接，简单方便，安全可靠。 

连接PE-RT管材的管件有：(1)金属管件；(2)PE-RT管件，这种管件可采用热熔接的方式与PE-RT管材连接。 

在辐射采暖工程中，若因外力造成管道系统破坏，可采取热熔方式对管道进行维修，快捷、方便、安全，无须更换整条采暖管道。 

7.可回收性 

对于要求高可靠性管材的采暖系统而言，热塑性管材应更加符合使用的需要。PE-RT在生产过程中产生的废弃边角料和不合格的管材管件均可在生产企业内再次加工利用，不会对环境造成污染。 

8.性价比高 

PE-RT管具备地板辐射采暖工程加热管的性能优势，工程安装成本、维修成本低，性价比高，是地板辐射/采暖工程的优选管材。 

9.化学性能 

PE-RT管的适用温度范围很宽，工作温度为-40～95摄氏度。同时，PE-RT管的耐化学品性能优良，耐酸碱、抗蠕变性能和抗老化性能好。 

10.卫生性能 

PE-RT管不生锈，管材内壁的表面张力低，使得表面张力较高的水难以浸润内壁，可有效防止水垢的形成，避免堵塞。 

同时，PE-RT管材内不添加任何助剂，无毒无味，不霉变，不会滋生细菌，还可应用于饮用水输送等领域。 

主体材料PE-RT的特性：密度0.933～0.94g/cm³，维卡软化点122℃，拉伸屈服强度16.5MPa，拉伸断裂强度34MPa，断裂伸长率780％，热导率0.4W/(m·K)，弯曲模量550MPa，热膨胀系数1.95×10^-4K^-1。如表4和表5所示。 

表4PE-RT管材部分物理性能测试表 

表5PE-RT和PP-R管部分性能对比 

毛细管网产品在欧洲出现已经快20年了，经历了时间的考验，初期常用于做恒温酒窖，近年则越来越广泛应用于一些高档项目中。国内很多项目也已经成功使用，如南京锋尚、北京科委大厦15层、北京甄氏集团办公楼等，国奥村所有卫生间经专家慎重研讨已经决定采用毛细管网换热器顶棚辐射，其他一批样板工程都在落实中，积累了比较丰富的设计和施工经验。以毛细管网做为末端的系统就是把毛细管网安装在室内墙面、地面或顶棚上，通热水的时候向室内辐射传热，通冷水把室内热量带走，将采暖和制冷在一套系统中体现，就像人体皮肤的毛细血管调节体温一样调节室温，是一种仿生的回归自然的空调系 统。1985，德国Clina创始人Chahed发明了毛细管网系统。1986年，在德国柏林的一个项目中，他们将毛细管网安装在该建筑物的天花板和墙面上，冬天采暖，夏天制冷，到目前为止，仍正常运行，这是毛细管网在人类历史上的首次应用。伴随着这一新技术，又引入了室内空气质量和冷(热)辐射舒适度的概念，从而形成了以毛细管网系统为基础的，以恒温恒湿新风为目的的，将节能和舒适有机地结合在一起的新型空调系统。最近几年，德国人因为掌握了毛细管网的制造技术而高举起“辐射制冷”的大旗，毛细管网已经在很多项目中设计应用，如以毛细管网技术为核心的全新风恒温恒湿空气调节系统。 

毛细管网系统的功能源于对人体系统的仿生，毛细管在空调系统的应用中，一般作为供热空调系统中的辐射换热末端，例如毛细管网平面辐射式空调系统、重力循环式毛细管空调末端与平面辐射末端相结合的空调系统等等。毛细管空调换热技术不仅仅是平面辐射末端，毛细管系统具有节能和舒适的特点，这一点被柏林科技大学(Herman Rietschel学院)的研究所证实，而完整的研究由美国Arizona州立大学的建筑与环境设计学院完成。他们得出了热舒适度取决于辐射表面和热负荷的结论。报告首先综述了与人体舒适度相关的基本原理，认为在已达到热舒适度作为主要前提的条件下，毛细管网辐射板具有明显的高效率和高舒适度 

毛细管网系统的核心是毛细管网栅，这种产品由很多细小的塑料管(毛细管)以一定的间距组成，毛细管的两端分别以相同的间距焊接在厚壁的毛细管干管上，形成一个封闭的网栅。现有的毛细管网栅一般采用3.4×0.55mm或4.3×0.8mm的PP-R塑料毛细管组成的间隔为10mm-30mm的网栅，犹如人体中的毛细血管，起着分配、输送和搜集液体的功能。以超大的换热面积来降低温降，所以即使在热交换表面和室内空气之间温差非常小的情况下也能进行很大的能 量交换。 

本实用新型主要涉及一种冷热水用PE-RT塑料管材制造的毛细管末端。现有技术主要将PE-RT管材应用于采暖领域，管径范围一般为12mm～32mm。本实用新型将PE-RT管材及制备工艺方法应用于毛细管末端及其管件上，形成了一种满足夏季供冷和冬季供热的毛细管末端型式，管径范围为3mm～12mm，PE-RT毛细管的冷热水工作温度范围为-30℃～80℃。本实用新型结合了毛细管和PE-RT管材的优点，满足采暖空调系统的节能和舒适的要求。 

发明内容

本实用新型的目的在于将PE-RT管应用于空调毛细管领域，提供一种冷热水用PE-RT塑料管材制造的毛细管，PE-RT毛细管管径范围为2mm～12mm，毛细管的间隔为10mm～60mm，PE-RT毛细管的冷热水工作温度范围为-30℃～80℃。针对空调领域用的温度范围，对PE-RT毛细管进行了性能检测和论述。 

1.热熔性 

通过相关生产加工实践，采用PE-RT管制成的塑料毛细管热熔性能要优于PP-R管材，使得毛细管现场施工更为简便、快捷，安全可靠。 

2.柔韧性 

PP-R管材相对较硬，用PP-R作为原料制成空调用毛细管，弯曲时会相对困难一些，且弯曲后容易裂开，给管路安全带来隐患。 

由于PE-RT管材具有较好的韧性，用PE-RT原料制成塑料毛细管后无需预热即可弯曲，且弯曲后基本不反弹，施工方便，成本相对较低。同时，PE-RT管材特有的应力松弛性能使管道弯曲处的应力很快获得释放，可避免塑料毛细管在长期使用过程中由于应力集中而引起管道在弯曲处出现破裂的现象。 

3.施工范围 

采用PE-RT和PP-R材料分别制成空调用塑料毛细管，在常温下均可安全工作，性能基本相同。但PP-R材料的毛细管其低温性能较差，其低温脆化温度为-5-10℃。因此，夏季若冷冻水温低于10℃，则毛细管容易发生冷脆而造成管路破裂；冬季尤其是北方地区，办公楼、教学楼等场所夜间不采暖，毛细管温度就很低，也易发生冷脆现象而造成损坏。 

采用PE-RT材料制成的塑料毛细管的低温脆裂温度可达-70℃，在北方地区冬季低温情况下施工，不会出现冷脆现象，施工的灵活性显著增加，安全性高。 

因此，采用PE-RT材料制成的塑料毛细管其施工适用范围非常广泛，可适用于国内各大气候区域。 

4.散热效果 

PE-RT管的导热系数为0.40W/m.K，而PP-R管的导热系数为0.22W/m.K，采用PE-RT管制成空调用毛细管，在其他条件相同的情况下，单位面积毛细管散热量可比PP-R管增加约1倍，其散热效果更佳。 

5.耐压抗破坏性能力 

毛细管干管和细管均为PE-RT材料制成，在毛细管焊接完成后，进行0.65Mpa的压力试验15min，试验后材料无泄漏，如图1所示。 

将毛细管从根部及中间拉长，没有出现焊点处及中间断裂的现象，同样进行0.65Mpa的压力测试，产品无泄漏，性能良好，如图2所示。 

毛细管干管中间用橡皮锤敲击，将其压扁后，干管材料不开裂，进行0.65Mpa的压力测试，产品依然无泄漏，如图3所示。 

最后将压扁后的干管弯曲，再对其进行0.65Mpa的压力测试，依然无泄漏，可见采用PE-RT材料生产的毛细管产品耐压性能优越，如图4所示。 

因此，PE-RT毛细管的应用范围可包括： 

1.中央空调管网系统，适用于住宅、别墅、宾馆、办公楼、商场、医院、影剧院、学校、图书馆、会议厅等。 

2.建筑冷热水供应，饮用水、卫生用水管道系统。 

3.食品工业中饮料、酒类、牛奶等流体输送管道。 

附图说明

下面结合附图，通过具体的方式加以说明，以使得本实用新型变得更加清楚。 

图1是本实用新型PE-RT管材制造的毛细管的实验成品示意图 

图2是本实用新型PE-RT管材制造的毛细管的耐压抗破坏性能力测试1示意图 

图3是本实用新型PE-RT管材制造的毛细管的耐压抗破坏性能力测试2示意图 

图4是本实用新型PE-RT管材制造的毛细管的耐压抗破坏性能力测试3示意图 

图5是本实用新型PE-RT管材制造的毛细管的耐压抗破坏性能力测试4示意图 

图6是本实用新型的PE-RT毛细管网栅的基本型式一示意图 

图7是本实用新型的PE-RT毛细管网栅的基本型式二示意图 

图8是本实用新型的PE-RT毛细管网栅的基本型式三示意图 

附图中标号：1为毛细管干管，2为毛细管，3为工艺卡扣。 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式详细阐述本实用新型的内容。应该理解本实用新型并不局限于下述优选实施方式，优选实施方式仅仅作为本实用新型的示例性说明。 

如图1～图5为本实用新型PE-RT管材制造的毛细管实验成品的耐压抗破坏性能力实验，为进行0.65Mpa的压力测试情况。 

如图6所示，本实用新型的毛细管(2)的两端分别以相同的间距A焊接在厚壁的毛细管干管(1)上，形成一个封闭的毛细管网栅，网栅宽度为B，长度为L，相邻的毛细管间距为A。采暖空调系统的冷热水从毛细管干管(1)均匀流入毛细管(2)，实现换热并汇集到毛细管干管(1)，其特征在于毛细管干管(1)在毛细管(2)的两端，毛细管材料采用PE-RT塑料管材。 

如图7所示，本实用新型的毛细管(2)的两端分别以相同的间距A焊接在厚壁的毛细管干管(1)上，形成一个封闭的毛细管网栅，网栅宽度为B，长度为L。采暖空调系统的冷热水从毛细管干管(1)均匀流入毛细管(2)，实现换热并汇集到毛细管干管(1)，毛细干管(1)宽度为B，其特征在于毛细管干管(1)在毛细管(2)的一端，毛细管材料采用PE-RT塑料管材。 

如图8所示，本实用新型的毛细管(2)的两端分别以相同的间距焊接在厚壁的毛细管干管(1)上，形成一个封闭的毛细管网栅，网栅宽度为B，长度为L，相邻的毛细管间距为A，毛细干管(1)宽度为B/2。采暖空调系统的冷热水从毛细管干管(1)均匀流入毛细管(2)，实现换热并汇集到毛细管干管(1)，其特征在于毛细管干管(1)在毛细管(2)的一端，毛细管材料采用PE-RT塑料管材。 

上述三种毛细管网栅型式所采用的PE-RT毛细管管径范围可为2mm～12mm，毛细管的间隔为10mm～60mm，PE-RT毛细管的冷热水工作温度范围为-30℃～80℃。 

Claims (1)

1.一种PE-RT管材制造的毛细管，为冷热水用的PE-RT塑料管材制造的毛细管，其特征在于PE-RT毛细管的管径范围为2mm～12mm，毛细管间距为10mm～60mm。 

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