近幾年，國(guó)內(nèi)某些地區(qū)個(gè)別地暖工程中出現(xiàn)了PE-Xa地暖管過(guò)早嚴(yán)重降解的惡性質(zhì)量事故。這些質(zhì)量事故的發(fā)生引起了業(yè)內(nèi)人士對(duì)PE-Xa管產(chǎn)品性能和質(zhì)量的擔(dān)憂(yōu)。
我們知道，通常情況下，純粹的塑料樹(shù)脂的物理性能不是很理想。因此，為了提高其物理性能，往往要對(duì)其進(jìn)行改性。常用的改性方法有共混、共聚和交聯(lián)等，其中“交聯(lián)”是塑料改性方法中最重要的方法之一。PEX就是聚乙烯經(jīng)過(guò)交聯(lián)改性后得到的產(chǎn)物。普通聚乙烯為熱塑性材料，耐熱性能不高，耐環(huán)境應(yīng)力和耐開(kāi)裂性能差。但聚乙烯經(jīng)過(guò)交聯(lián)改性后，變?yōu)榫W(wǎng)狀或體型分子結(jié)構(gòu)的交聯(lián)熱固性聚乙烯。交聯(lián)受熱后不再熔化，且也不會(huì)被溶劑溶化，是聚合物中少有的不熔不溶的材料。
交聯(lián)聚乙烯與普通聚乙烯相比，有諸多優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)秀的耐應(yīng)力開(kāi)裂性能、耐蠕變性能、耐熱性能、耐磨性能；良好的耐低溫性能、耐老化性能、耐輻射性能；較高的抗沖擊強(qiáng)度和抗拉伸強(qiáng)度以及卓越的電絕緣性能和耐化學(xué)腐蝕性能。由PEX構(gòu)成的地暖管是最優(yōu)秀的地暖管之一。
既然PE-Xa管有著上述非常優(yōu)秀的性能，為什么還會(huì)在短期內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)重的氧化降解現(xiàn)象呢？PE-Xa管的使用壽命能否達(dá)到50年？PE-Xa管還能否用于地暖工程？質(zhì)量事故的發(fā)生是偶然現(xiàn)象還是必然現(xiàn)象？上述事故究竟是由管材自身質(zhì)量問(wèn)題造成的還是由不規(guī)范的應(yīng)用行為造成的？為了找出上述問(wèn)題的答案，相關(guān)人員對(duì)出現(xiàn)了這些問(wèn)題的兩個(gè)地暖工程（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“問(wèn)題工程”）進(jìn)行了實(shí)地勘察，收集了PE-Xa管樣品，并將管材樣品帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了認(rèn)真分析、觀(guān)察和化學(xué)檢驗(yàn)。
案例
第一個(gè)“問(wèn)題工程”現(xiàn)場(chǎng)勘查情況和管樣檢驗(yàn)的情況：該地暖工程施工于2007年。當(dāng)時(shí)該工程中的地暖管鋪裝完畢后，拖延了近半年的時(shí)間才進(jìn)行填充層的澆筑。在此期間，地暖管未被采取任何措施進(jìn)行遮光覆蓋。2008年通暖后出現(xiàn)了奇怪的現(xiàn)象：該建筑中朝陽(yáng)一側(cè)的大多數(shù)住戶(hù)家中，在正對(duì)著陽(yáng)臺(tái)和窗戶(hù)約1.5米處的地面下，約2.5平方米范圍內(nèi)的地暖管都出現(xiàn)了漏水現(xiàn)象。我們刨開(kāi)地面后發(fā)現(xiàn)，地暖管朝上面的部位嚴(yán)重老化降解，管壁出現(xiàn)了密集的龜裂和“白化”現(xiàn)象，用硬物一觸即碎。我們提取管樣回到實(shí)驗(yàn)室做交聯(lián)度檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)，管材降解部位的材料的交聯(lián)度只有30%左右。樣管的下面部分未降解，龜裂部位材料的交聯(lián)度為75%左右（此項(xiàng)檢測(cè)由新疆產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院管材檢驗(yàn)中心完成）。
第二個(gè)“問(wèn)題工程”現(xiàn)場(chǎng)勘查情況和管樣檢驗(yàn)的情況：該工程總面積1萬(wàn)平方米左右，施工于2007年。2011年該建筑的地暖管漏水事故發(fā)生在該建筑某一層的局部部位。我們將漏水處的地面刨開(kāi)后發(fā)現(xiàn)，漏水的地暖管下部出現(xiàn)了嚴(yán)重的龜裂現(xiàn)象。我們提取管樣回到實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)：樣管外壁下部大約60%的管壁都嚴(yán)重降解并出現(xiàn)龜裂紋；但管壁上部約1/3寬的部分并沒(méi)有降解也沒(méi)有出現(xiàn)龜裂紋。用刀子切割管子時(shí)，龜裂部分都已經(jīng)糟了，碎渣不時(shí)地掉落。未龜裂的部分狀態(tài)基本正常。樣管內(nèi)壁對(duì)應(yīng)于龜裂的部位有較厚的紅色水銹痕跡，而對(duì)應(yīng)于龜裂的部位沒(méi)有水銹痕跡。這說(shuō)明地暖管在工作期間，地暖系統(tǒng)可能流量不足，熱媒（熱水）未裝滿(mǎn)地暖管。樣管下半部分有水銹接觸熱水的部分出現(xiàn)了因嚴(yán)重降解而導(dǎo)致的龜裂紋；上半部分沒(méi)有水銹未接觸熱水部位的管壁部分未出現(xiàn)因降解而導(dǎo)致的龜裂紋。為了找出問(wèn)題管材發(fā)生嚴(yán)重降解的原因，我們對(duì)樣管中發(fā)生了嚴(yán)重降解而出現(xiàn)龜裂紋的部分和未出現(xiàn)龜裂紋的部分分別做了交聯(lián)度檢測(cè)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：管材中因嚴(yán)重降解而出現(xiàn)龜裂紋部分的交聯(lián)度為37%，未出現(xiàn)龜裂部分的交聯(lián)度為73%。
分析
那么是什么原因造成了上述住戶(hù)家中的PE-Xa管出現(xiàn)了如此嚴(yán)重的降解現(xiàn)象呢？下面我們以高分子材料的理論科學(xué)以及塑料管道應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)科學(xué)為依據(jù)，從PE-Xa管使用環(huán)境和PE-Xa管的生產(chǎn)工藝、原材料、配方等因素分析出現(xiàn)這種現(xiàn)象的根本原因。
使用環(huán)境方面的原因
我們首先從PE-Xa管的使用環(huán)境來(lái)分析，看看哪些原因會(huì)造成PE-Xa管提前出現(xiàn)嚴(yán)重降解的情況。
一、我們知道，任何一種塑料材料都有它適用的環(huán)境溫度，無(wú)論是PEX管的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)還是《地面輻射供暖技術(shù)規(guī)程》都對(duì)PEX管的使用環(huán)境溫度做了詳細(xì)的規(guī)定。只有在規(guī)定的范圍以?xún)?nèi)，所謂“PEX管有‘50年’壽命”的說(shuō)法才成立。
如果將PE-Xa管材長(zhǎng)期置于超出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范規(guī)定的溫度環(huán)境中，PE-Xa管在加工過(guò)程中所殘留的過(guò)氧化物和氫過(guò)氧化物在高溫作用下就會(huì)分解成羰基，并導(dǎo)致主鏈斷裂，從而發(fā)生降解和老化。很多管材的生產(chǎn)企業(yè)誤導(dǎo)用戶(hù)說(shuō)自己生產(chǎn)的塑料管材可以在高溫下連續(xù)使用。有些使用地暖系統(tǒng)的商家在使用過(guò)程中，不設(shè)換熱站而將集中供熱的高溫水（溫度達(dá)95℃）直接通入地暖管，結(jié)果導(dǎo)致地暖管長(zhǎng)期工作在超出規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的溫度環(huán)境中，從而造成地暖管爆管或在短期內(nèi)嚴(yán)重降解。可見(jiàn)，不按規(guī)定的實(shí)用條件使用PE-Xa管是造成管材降解老化的原因之一。
二、我們還知道，各種塑料都屬于聚烯烴材料，而太陽(yáng)光對(duì)這種聚烯烴材料的破壞是致命的。在太陽(yáng)能夠到達(dá)地球表面的光線(xiàn)中，對(duì)聚烯烴破壞力最強(qiáng)的是300毫微米~400毫微米的紫外線(xiàn)，它的光線(xiàn)能量為350千焦/摩爾左右。而聚烯烴C—C鍵的斷裂能為347.8千焦/摩爾。可見(jiàn)，太陽(yáng)光足以使聚烯烴材料中的C—C鍵斷裂，進(jìn)而造成交聯(lián)聚乙烯中的C—C偶合鍵斷裂，交聯(lián)度降低；同時(shí)還會(huì)使聚乙烯大分子中的C—C鍵斷裂，致使大分子還原成小分子而降解。另外，太陽(yáng)光會(huì)激活PE在加工和儲(chǔ)存過(guò)程中所形成的羰基、羧基等自由基產(chǎn)物。PE在加工過(guò)程中所殘留的過(guò)氧化物和氫過(guò)氧化物在近紫外光作用下都會(huì)分解成自由基，從而使PE發(fā)生氧化引起降解老化。有資料顯示，未經(jīng)穩(wěn)定性處理的PEX管材，在太陽(yáng)光下暴曬3個(gè)月就會(huì)發(fā)生嚴(yán)重降解。在我國(guó)太陽(yáng)輻射較強(qiáng)的地區(qū)如新疆、西藏等地，PEX管材在太陽(yáng)光下暴曬1個(gè)月就會(huì)發(fā)生嚴(yán)重降解。有些施工單位在鋪裝地暖管后不及時(shí)澆筑填充層，使地暖管長(zhǎng)時(shí)間在太陽(yáng)光下暴曬，從而使地暖管還沒(méi)有使用就已經(jīng)發(fā)生了氧化降解，通暖后導(dǎo)致爆管漏水。可見(jiàn)，陽(yáng)光暴曬是造成PE-Xa管?chē)?yán)重氧化降解的原因之二。