近幾年，國內(nèi)某些地區(qū)個別地暖工程中出現(xiàn)了PE-Xa地暖管過早嚴重降解的惡性質(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PE-Xa管產(chǎn)品性能和質(zhì)量的擔憂。
我們知道，通常情況下，純粹的塑料樹脂的物理性能不是很理想。因此，為了提高其物理性能，往往要對其進行改性。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)力和耐開裂性能差。但聚乙烯經(jīng)過交聯(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：優(yōu)秀的耐應(yīng)力開裂性能、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；較高的抗沖擊強度和抗拉伸強度以及卓越的電絕緣性能和耐化學腐蝕性能。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，為什么還會在短期內(nèi)出現(xiàn)嚴重的氧化降解現(xiàn)象呢？PE-Xa管的使用壽命能否達到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？為了找出上述問題的答案，相關(guān)人員對出現(xiàn)了這些問題的兩個地暖工程（以下簡稱“問題工程”）進行了實地勘察，收集了PE-Xa管樣品，并將管材樣品帶回實驗室進行了認真分析、觀察和化學檢驗。
案例
第一個“問題工程”現(xiàn)場勘查情況和管樣檢驗的情況：該地暖工程施工于2007年。當時該工程中的地暖管鋪裝完畢后，拖延了近半年的時間才進行填充層的澆筑。在此期間，地暖管未被采取任何措施進行遮光覆蓋。2008年通暖后出現(xiàn)了奇怪的現(xiàn)象：該建筑中朝陽一側(cè)的大多數(shù)住戶家中，在正對著陽臺和窗戶約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。我們刨開地面后發(fā)現(xiàn)，地暖管朝上面的部位嚴重老化降解，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驗室做交聯(lián)度檢測后發(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（此項檢測由新疆產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院管材檢驗中心完成）。
第二個“問題工程”現(xiàn)場勘查情況和管樣檢驗的情況：該工程總面積1萬平方米左右，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后發(fā)現(xiàn)，漏水的地暖管下部出現(xiàn)了嚴重的龜裂現(xiàn)象。我們提取管樣回到實驗室檢驗后發(fā)現(xiàn)：樣管外壁下部大約60%的管壁都嚴重降解并出現(xiàn)龜裂紋；但管壁上部約1/3寬的部分并沒有降解也沒有出現(xiàn)龜裂紋。用刀子切割管子時，龜裂部分都已經(jīng)糟了，碎渣不時地掉落。未龜裂的部分狀態(tài)基本正常。樣管內(nèi)壁對應(yīng)于龜裂的部位有較厚的紅色水銹痕跡，而對應(yīng)于龜裂的部位沒有水銹痕跡。這說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)了因嚴重降解而導致的龜裂紋；上半部分沒有水銹未接觸熱水部位的管壁部分未出現(xiàn)因降解而導致的龜裂紋。為了找出問題管材發(fā)生嚴重降解的原因，我們對樣管中發(fā)生了嚴重降解而出現(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。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：管材中因嚴重降解而出現(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家中的PE-Xa管出現(xiàn)了如此嚴重的降解現(xiàn)象呢？下面我們以高分子材料的理論科學以及塑料管道應(yīng)用的經(jīng)驗科學為依據(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)境來分析，看看哪些原因會造成PE-Xa管提前出現(xiàn)嚴重降解的情況。
一、我們知道，任何一種塑料材料都有它適用的環(huán)境溫度，無論是PEX管的產(chǎn)品標準還是《地面輻射供暖技術(shù)規(guī)程》都對PEX管的使用環(huán)境溫度做了詳細的規(guī)定。只有在規(guī)定的范圍以內(nèi)，所謂“PEX管有‘50年’壽命”的說法才成立。
如果將PE-Xa管材長期置于超出相關(guān)標準和規(guī)范規(guī)定的溫度環(huán)境中，PE-Xa管在加工過程中所殘留的過氧化物和氫過氧化物在高溫作用下就會分解成羰基，并導致主鏈斷裂，從而發(fā)生降解和老化。很多管材的生產(chǎn)企業(yè)誤導用戶說自己生產(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)的商家在使用過程中，不設(shè)換熱站而將集中供熱的高溫水（溫度達95℃）直接通入地暖管，結(jié)果導致地暖管長期工作在超出規(guī)范和標準規(guī)定的溫度環(huán)境中，從而造成地暖管爆管或在短期內(nèi)嚴重降解�？梢�，不按規(guī)定的實用條件使用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，而太陽光對這種聚烯烴材料的破壞是致命的。在太陽能夠到達地球表面的光線中，對聚烯烴破壞力最強的是300毫微米~400毫微米的紫外線，它的光線能量為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�？梢�，太陽光足以使聚烯烴材料中的C—C鍵斷裂，進而造成交聯(lián)聚乙烯中的C—C偶合鍵斷裂，交聯(lián)度降低；同時還會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，太陽光會激活PE在加工和儲存過程中所形成的羰基、羧基等自由基產(chǎn)物。PE在加工過程中所殘留的過氧化物和氫過氧化物在近紫外光作用下都會分解成自由基，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，在太陽光下暴曬3個月就會發(fā)生嚴重降解。在我國太陽輻射較強的地區(qū)如新疆、西藏等地，PEX管材在太陽光下暴曬1個月就會發(fā)生嚴重降解。有些施工單位在鋪裝地暖管后不及時澆筑填充層，使地暖管長時間在太陽光下暴曬，從而使地暖管還沒有使用就已經(jīng)發(fā)生了氧化降解，通暖后導致爆管漏水。可見，陽光暴曬是造成PE-Xa管嚴重氧化降解的原因之二。