德国哈文见证EVOH地暖管的发展过程及现状

随着人们生活水平的提高，居住环境不断改善，采用地板采暖的住房越来越多。为了防止地板采暖系统金属器件的氧化腐蚀使水管堵塞，需要采用阻隔性水暖管。高阻隔性树脂乙烯-乙烯醇共聚物（EVOH）的多层全塑水暖管,越来越受到业界关注，其市场潜力巨大，可谓方兴未艾。

1. EVOH地暖管的发展过程及现状

a.发展过程

早在大约30年前，德国、瑞士和奥地利等国家就开始使用地板采暖。当初采用的是金属水管，后来由于成本原因，几乎先后全被塑料管代替。但是在开始使用塑料管之后不久，就出现了供暖系统的金属腐蚀而使管道堵塞问题。德国经过多方面调查研究于1982年发现，产生锈蚀的原因是空气中的大量氧气透过塑料管进入热水循环系统，使锅炉、泵等金属部件锈蚀所致[1]。
80年代后期，业界生产科研机构，共同开发了EVOH多层阻氧管加工技术，从而成功地解决了上述管道铁锈堵塞问题[2]。此后，首先在欧洲开始大量使用EVOH阻氧管，同时随着德国DIN4726等阻氧管标准的实施，EVOH阻氧管逐渐成为地暖管的主流。按照外径16mmEVOH厚度80μm估算，目前欧洲EVOH阻氧管的年产量约为10亿米！
自90年代末，受欧洲影响，北美、日本、韩国、中国等也都先后开始生产和采用EVOH多层地暖管。中国近年来，除了出口市场外，国内也得到建材行业的广泛关注，一些写字楼和住宅开始使用EVOH阻氧管，有许多企业投入开发和生产。同时，国家有关部门也将起草有关阻氧地暖管的国家标准。

b.市场状况
欧洲EVOH管市场的增长状况，可见在欧洲市场上一直保持高速增长，尤其近年来增长速度更快。各种EVOH多层地暖管所占比例，可见EVOH多层全塑管合计占83%，其中PE/EVOH多层比例最大，占76%。而铝塑复合管和铜管分别只占13%和4%。在EVOH多层管中，PE/EVOH多层管占92%。主料PE主要为PEX和PERT。

c.阻氧管标准
德国率先制定了一整套相关标准。DIN4726、4727、4728、4729和16892，分别制定了用于地暖的热水塑料管、聚丁烯管、聚丙烯、以及交联聚乙烯管的有关技术标准。其中DIN4726还明确规定了低于70℃热水地暖管的氧气阻隔性标准。
DIN4726规定，在40℃水温下，平均1天内通过每立方米容积的水管表面进入管内的氧气量（用Q或O2GTR表示），不得超过0.1g/m3.day 或0.1 mg/L.day（40℃水温），而且该性能应在70℃的水温使用条件下维持50年以上。
对于这一标准，普通单层聚烯烃类塑料管很难达到。例如，外径20mm的单层聚乙烯管，厚度2mm，40℃时的氧气透过量约3.1mg/L.day。可见远远达不到DIN的要求。而具有卓越氧气阻隔性的EVOH可以通过挤出涂层或共挤成型等技术，加工成EVOH多层管而满足DIN的阻氧要求，因此地暖用塑料管采用EVOH多层结构的越来越普遍。
中国建设部2002年公布了有关PE-RT管的非强制标准CJ/T175-2002，其中同样规定了 O2GTR不得超过0.10g/m3.day(40℃)。目前有关部门正在酝酿制定相关国标，这将大大促进EVOH阻隔管的市场扩大和规范化。


2.EVOH树脂

a. EVOH树脂的阻隔性
在20℃相对湿度65%时各种不同树脂的氧气透过率：EVOH的氧气阻隔性是普通聚烯烃如PE或PP的几千甚至几万倍！因此在多层管中使用很薄一层EVOH，就可以达到很高的阻隔效果。
在不同湿度条件下各种热塑性树脂的氧气透过率：EVOH的氧气透过率是随着相对湿度的增大而增大的。但是，在大部分相对湿度条件下，例如90%以下时，EVOH仍然是目前氧气透过率较小，即阻隔性较好的热塑性树脂。对于地暖管，EVOH用在最外层或靠近外侧的中间层，因此，即使管内流水，EVOH层的湿度也都比较接近外侧环境，即湿度较低，从而可发挥优异的阻隔性能。当然，使用中间层阻氧的管道，性能会更好。

3.加工技术

a.结构设计

aa.一般结构
目前世界上较多采用3层挤出涂布或共挤成型，或5层共挤成型。典型结构举例如下：
3层：FP101B or FP104B /Tie/PO，例如 FP101B/Tie/PEX = 85/30/2000μm
3层：EP105B/Tie/PO，例如 EP105B/Tie/PEX= 120/35/2100μm
5层：PO/Tie/FP101B/Tie/PO，例如 PEX/Tie/FP101B/Tie/PEX = 100/50/100/50/1400μm
其中Tie表示粘合树脂，PO表示聚烯烃（PE，PP或PB）。第一种结构比较普遍，较多的采用挤出涂布方式；第二种意大利等部分国家有采用，但使用EP105B比较难以达到DIN阻隔性要求；第3种在欧洲较多，该结构EVOH不暴露在表面，可避免施工时损伤。但表层的PO和粘合层应该比较薄，否则EVOH层的相对湿度会相应提高，从而阻隔性下降。
EVOH多层地暖管所用的基材为聚烯烃（PO），包括PEX，PERT，PPR和PB。图2所示PE包括PEX和PERT，而前者以其强度和成本优势所占比例最大。

a2. EVOH层厚设计
由于DIN标准规定的透氧率O2GTR定义为在一定时间内通过管壁进入单位容积管内的氧气质量（g），其大小与地暖管的比表面积（外表面积与容积之比）成正比。而比面积约与管径成反比。因此，如图4所示，如其他条件相同，则管子越粗，O2GTR越小，越容易达到DIN标准。同时由图4可见，温度越高，O2GTR越大，即透过管壁的氧气越多。
EVOH的氧气透过率与其本身的厚度成反比。因此， EVOH层越厚，透过管壁进入管内水中的氧气量O2GTR越小，即阻隔性越好。所以，对于一定大小的管径，要达到DIN标准规定的阻氧性能，EVOH厚度必须达到一定厚度以上。

c3.3层与5层的比较
与3层相比，5层的EVOH阻隔层不暴露在表面，可以避免施工等过程中造成的损伤，从而保障阻隔性能。同时，对于PE-Xb管，5层可以避免在交联过程中管间EVOH层的相互粘连，也可以直接将管子侵入热水中进行交联。