加工工藝方面的原因
我們從管材生產的工藝和配方因素分析一下有哪些因素會引起PE-Xa管在短時間里發生嚴重降解。
在PE-Xa管的原料配方中,除了高密度聚乙烯外,還有過氧化物(交聯劑)、主抗氧劑、副抗氧劑。使用進口的XL1800聚乙烯時,配方推薦使用的過氧化物為:DTBP。從DTBP技術指標中可以看出,其分解溫度高于180℃。因此,生產過程中PE-Xa管材的成型工藝(二區溫度)的溫度絕對不應高于180℃,否則,原料在成型之前就會發生交聯。這樣一來,經分流錐后,原料就會變成數條已交聯的交聯聚乙烯條。而由于交聯聚乙烯是熱固性塑料,這些交聯聚乙烯條無法合成管子,即使合成了管子,也是靠其中未交聯的聚乙烯將數條交聯聚乙烯條“粘”在一起而成,造成這種管子沒有承壓能力。這種管子爆裂后將出現“樹皮狀”的裂紋。
在配方中還有主抗氧劑和副抗氧劑。其中主抗氧劑是受阻酚類抗氧劑,它是“氫給予型”抗氧劑。其抗氧機理是:受阻酚類抗氧劑中含有較活潑的氫原子,它能夠優先和PE化學競爭體系中的游離基發生反應,生成穩定的化合物。這就終止了這些游離基對PE大分子鏈氧化作用的傳遞和增長。它是自由基終止劑或干擾劑,其作用是在管道加工高溫過程中防止聚乙烯氧化降解。副抗氧劑是硫化物型的硫醚二丙酸二烷基酯,它是過氧化物分解劑,其作用是將生產過程化學反應中生成的較活潑的氫過氧化物和殘留的過氧化物轉化為不活波化合物,從而為PE-Xa管成品在長期使用中提供長效熱穩定保護而不發生氧化降解反應。PE-Xa管材配方中推薦使用的主抗氧劑和副抗氧劑為:Irganox1076和PS802。可見,配方中所有的助劑均有其特定功能,且配方是經過計算和化學分析后確定的,是不能隨意去除和減少的。另外,助劑的選擇也是非常重要的,一般我們會按照配方推薦的助劑型號來購買過氧化物、主抗氧劑和副抗氧劑。
有些生產企業總是不按配方要求采購助劑。顯然,生產企業在采購助劑時一定要搞清楚所采購的這些助劑的性質是否符合PE-Xa形成化學原理的要求,是否能夠滿足生產PE-Xa管材的技術要求和理化指標。因為我們知道,不同的過氧化物,其分解溫度不同。分解溫度過低會使原料在未成型時就已交聯;分解溫度過高會使原料成型后不能交聯。主抗氧劑除了氫給予型外,還有自由基捕獲型。自由基捕獲型抗氧劑除了會阻止自由基的鏈式反應外,還會阻止過氧化物與PE間的交聯反應,使PE-Xa的形成受阻。副抗氧劑除了有過氧化物分解劑型外,還有金屬離子鈍化劑型,而后者根本就沒有過氧化物分解功能。
目前國內有一些廠家在生產過程中隨意減少主抗氧劑的比例,將副抗氧劑去除而不添加。有的廠家甚至連主抗氧劑都不添加。這是絕對不能容忍的。這樣生產出來的產品一出廠就是廢品或在短期內就會發生氧化而降解。
結論
通過上述分析,我們可以初步判定:
第一個“問題工程”中樣管發生氧化降解的原因是:PE-Xa管在鋪設完畢后,沒有及時澆筑填充層,造成PE-Xa管在太陽下長時間暴曬,使PE-Xa管中的交聯聚乙烯受到了嚴重的光氧化,交聯度降低,進而使大分子還原成小分子而氧化降解。
第二個“問題工程”中的樣管發生氧化降解的原因可能是:
一、地暖系統在使用過程中,熱媒溫度過高(例如系統沒做換熱站而將高溫水直接通入了地暖系統),造成PE-Xa地暖管過早降解。但在這個工程事故中出現此原因的可能性不大。因為我們在現場勘察過程中了解到,系統是安裝了換熱站的。
二、由于該工程中只有很少一部分地暖管發生了嚴重氧化降解現象,而整棟樓的供暖環境是相同的,這說明發生降解的這一小部分加熱管存在質量問題。可能是管材生產企業在生產PE-Xa管的混料過程中,有意或無意地沒有添加副抗氧劑,甚至其中某一罐原料由于疏忽而連主抗氧劑、副抗氧劑都沒添加,造成使用這罐原料生產的管材,在生產過程中就已經發生了較強的氧化降解。同時由于這段管材管體材料中不含有抗氧劑,在使用過程中殘留在管體中的氫過氧化物和過氧化物游離基對PE-Xa發生較強的氧化作用,使其過早地發生了氧化降解現象。
跋語
PE-Xa管過早嚴重氧化降解是偶然現象
PE-Xa管在使用了較短時間后就發生氧化降解這是必然現象還是偶然現象?
通過上述分析,我們不難得出結論:這是偶然現象。理由有三:
其一、PE-Xa管在歐洲和亞州都有近40年的使用歷史,在我國也有30多年的使用歷史,其間并沒有出現大面積氧化降解現象。
我們對PE-Xa管材出問題的小區初步檢查發現:并非是所有管材都出現了氧化降解現象,僅僅是個別樓棟、個別樓層、個別區域、個別部位的PE-Xa地暖管材嚴重降解。基本可以判定是以下原因所致:
1.施工過程中未按規范管理、施工,將地暖管長期置于強陽光下暴曬;
2.在管材生產過程中,有意或無意地沒有按配方添加抗氧劑;
3.使用地暖系統的過程中,未設置換熱站而將高溫水直接通入了地暖管。
其二、PE-Xa管材的過氧化物交聯技術已有數十年的歷史,理論和實踐都可以證明該技術和工藝是成熟的、科學的。實驗結果、檢測結果也證明該技術是沒有問題的。
其三、無論是過去還是現在,世界上一些知名企業還在大量生產各種PE-Xa管,而且產品類型較以往更多,工藝技術較以往更先進。