中央空调用预制保温MF-PPR管道

张伟娇 ，卢钢锋 ，刘亮 ，靳铁标

（1.浙江伟星新型建材股份有限公司，浙江 临海 317000；2.上海伟星新型建材股份有限公司，上海 201404）

0 前言

近年来，中央空调系统在建筑系统中得到大量普及，给人们营造了良好的居家及工作环境。空调系统一般是由冷/热源机组、输送管路、终端设备3大部分组成，管路将风机盘管连接到支管，支管连接主管，主管连接到动力站。

传统的水媒空调管路使用的是镀锌钢管或铜管，金属管外做防腐和保温处理。使用中，镀锌钢管出现了大量的问题，主要表现为：由于电化学、氧化腐蚀作用，镀锌钢管在较短的时间里腐蚀，“跑、冒、滴、漏”严重。管道因腐蚀、结垢容易造成支管堵塞，使空调的运行效率大大降低。由于以上2个原因，很多空调公司已开始采用新型塑料管道，如铝塑复合管、塑衬钢管、PPR管、PPR塑铝稳态管，较好地解决了管道腐蚀性的问题[1-2]。

虽然PPR等管道解决了钢管的腐蚀问题，但由于PPR管道的膨胀系数较大，管道安装时需设置密集支架，施工较为繁琐，市场迫切需要开发一种高刚性、低膨胀的管道产品对现有的管网进行升级换代。

1 预制保温MF-PPR管材的制备

1.1 主要原料

无规共聚聚丙烯（PPR）：利安德巴赛尔HOSTALEN PP H5416；纤维增强PPR材料：伟星自制；聚氨酯：亨斯迈聚氨酯（中国）有限公司；高密度聚乙烯（HDPE）：北欧Borealis HE3490LS。

1.2 工艺流程

预制保温MF-PPR复合管采用一步法连续发泡技术，主要分为MF-PPR复合管的挤出和在线发泡2个步骤。先将纤维增强PPR材料进行干燥处理（80℃，4 h），接着将PPR、纤维增强PPR材料分别通过各自单螺杆挤出机熔融，经3层共挤模头成型MF-PPR复合管。MF-PPR复合管经冷却定径后，在线进行聚氨酯的浇注发泡，再在发泡层外挤出包覆HDPE外护层，管材经冷却、定长切割即为成品。具体工艺流程见图1。

图1 预制保温MF-PPR管材的生产工艺流程

1.3 结构与性能

根据中央空调系统对管网的性能要求，对传统PPR管道进行改性，开发了纤维增强型MF-PPR复合管，并在此基础上，采用工厂预制聚氨酯（PUR）发泡技术，开发了全新的预制保温层的MF-PPR一体化管道产品。该管道具有线膨胀系数小、刚性高、连接可靠、保温性好等特点。其结构如图2所示。

图2 预制保温MF-PPR管的结构

1.3.1 内工作管

内工作管为MF-PPR管，该管道采用3层共挤技术，在熔融态一次挤出成型，有效规避了金属/塑料复合管常见的界面分层问题。3层结构由外至内依次为外层PP-R层、纤维改性聚丙烯层（功能层）和内层PP-R层，外中内3层壁厚比值为 2∶5∶3，已成功申请专利（ZL201320023406.2）。内、外层采用优质进口PP-R原材料，确保管道内壁光滑，同时可实现与管件的电、热熔连接。纤维改性聚丙烯层是一种高性能玻璃纤维改性材料，其理化性能指标见表1。

PPR管的轴向线膨胀系数为1.6×10-4m/（m·℃），为了有效降低管道的轴向线膨胀系数，采用玻璃纤维增强是最有效、最经济的手段。由于玻璃纤维的线膨胀系数低，其纤维状的结构在取向以后可以有效束缚树脂的膨胀，从而很好地降低PPR的线性膨胀系数[3]。资料表明，当基体树脂中的玻纤长度达到0.4 mm以上时，才能显著提高材料弯曲强度和抗冲击强度[4]。玻璃纤维材质较脆，在挤出过程中，极易因螺杆剪切而发生断裂。为了保持玻纤在挤出塑化过程中保持较高的长径比，不仅需进行必要的偶联处理以改善其与基体PPR树脂的相容性，同时还须采用专用螺杆以保障玻纤不易发生剪切断裂行为。通过光学显微镜观测（见图3），MF-PPR管中间层的玻纤长度约为0.6～0.8 mm，且较好地分散在PPR树脂中。此外，通过DSC分析（见图4），中间层材料的熔融峰值为154.6℃，说明纤维层不仅提高了管材的刚性，也改善了管材的耐热性能。实测MF-PPR管材的轴向线膨胀系数为0.26×10-4m/（m·℃），为PPR管道的1/6左右。MF-PPR管材各项理化性能指标见表2。

表1 纤维增强PPR复合材料的理化性能

图3 显微镜观察纤维的长度与分布

图4 纤维增强PPR复合材料的DSC曲线

表2 MF-PPR管材的理化性能

1.3.2 保温层和外护层

外护管为薄壁PE100材质的夹克管，主要对保温层提供有效防护。中间保温层为硬质聚氨酯发泡材料，是一种集防水、保温、隔热于一体的新型材料，采用无氟发泡技术，在一定状态下发生热反应，产生闭孔率不低于95%的硬泡体化合物，是一种良好的保温材料[5]，导热系数为0.026～0.033 W/（m·K），达到中央空调系统中防结露的要求；另一方面，聚氨酯发泡材料的稳定性、耐久性和效果方面具有优异的性能。发泡采用“管中管”发泡工艺，外护管与工作管用支架支撑、对中，并采用高压发泡机注射填充PUR发泡剂。整个发泡过程需要对内工作管进行表面处理，同时控制发泡温度、填充密度和发泡时间。保温层的性能指标见表3。

表3 MF-PPR复合管保温层的性能指标

1.4 预制保温MF-PPR复合管的规格尺寸

预制保温MF-PPR复合管内工作管规格尺寸执行标准CJ/T 258—2014《纤维增强无规共聚聚丙烯复合管》，管材按尺寸分为S5、S4、S3.2、S2.5等4个系列。保温层的厚度设计参考《高密度聚乙烯外护管聚氨酯发泡预制直埋保温复合塑料管》城镇建设行业推荐性标准报批稿，同时依据GB 11790—1996《设备及管道保冷技术通则》采用防结露的方法进行校核，确定最小保温层厚度。根据复合管外径，产品现有实际保温层厚度大于理论计算最小壁厚，具体尺寸规格参考表4。

表4 预制保温MF-PPR管的尺寸规格 mm

2 预制保温MF-PPR复合管的优点

（1）全新的管道预制保温理念，提高空调系统运行效率

传统的空调保温工序，保温材料通过胶水粘结在工作管上，再在保温材料外表面缠裹8 cm左右宽专用保温扎带。由于人为和现场条件受限等原因，经常出现空鼓，松动不严实。输送冷气时，保温材料和管道之间的空气遇冷凝结，产生冷凝水，造成渗漏现象。另一方面，保温材料厚度的选用不当或偷工减料，也使得管道的保温效果大打折扣，许多工程2～3年就需要进行维护[6]。管道工厂预制保温解决了现场保温出现的人为因素的影响，现场安装更加方便快捷，缩短了工期。采用工厂预制保温的复合管，保温层厚度严格按照空调水防结露的要求，从设计源头上杜绝了结露。外护套管对内工作管有一定的防护作用，耐候、抗老化，延长了整个管道系统的使用寿命。

（2）无腐蚀，免维护，使用寿命长

全新的预制保温层MF-PPR一体化管道，内工作管采用优质进口PP-R原材料，彻底解决了传统钢管的腐蚀问题，确保管道内壁光滑，不易结垢，不会因管道腐蚀造成系统堵塞，属于免维护的中央空调系统。

（3）轴向线膨胀系数低

纤维增强无规共聚聚丙烯复合管（MF-PPR）的轴向线性膨胀系数为0.26×10-4m/（m·℃），约为PP-R管的1/6，略大于镀锌钢管的0.12×10-4m/（m·℃），可按照空调系统传统钢管进行安装连接。图5为不同管材的轴向线膨胀系数对比。

（4）管材的刚性好

工作中间层纤维增强PPR弯曲模量大于2100 MPa，较普通的PPR弯曲模量提高了120%。允许更大的定位跨度，节省空间和材料成本。尺寸稳定性好，安装时平直美观，既适于用作室内水平管，也适用于立管安装。

图5 不同管材的轴向线膨胀系数对比

（5）更加安全可靠

内工作管MF-PPR复合管的耐压强度较传统的PPR管道提高25%以上，有效地提高了运行期间管路系统的安全性。

（6）连接更加灵活

相比金属管和衬塑钢管，连接更加灵活，水平支管可选用热熔承插连接（见图6），方便可靠；立管段可采用电熔管件进行连接（见图7），在局促的操作空间仍然可以保证焊接过程便捷牢靠，且安装工作强度低。

图6 管材热熔承插连接

图7 管材电熔连接

3 预制保温MF-PPR管道的选用与安装

3.1 管道的选用

ISO 10508—2006《冷热水装置用塑料管道系统分类和设计指南》中将塑料管道分为5个使用级别，空调系统冷水管供回水温度一般为7～12℃，热水供回水温度一般为60～50℃，属于使用级别4的范畴。预制保温MF-PPR复合管按照内工作管MF-PPR复合管的规格进行选用，依据标准CJ/T 258—2014使用条件级别4对应的设计应力和空调管道的设计压力，便可计算出应选用的管系列和规格。

3.2 管道的安装要点

（1）直管道连接：预制保温MF-PPR复合管连接时，需采用专用工具将端部保温层去掉，内管裸露的长度大于承插深度的规定值，接着按照施工技术规范CECS337：2013《建筑给水纤维增强无规共聚聚丙烯复合管道工程技术规程》的要求进行内工作管的热熔、电熔连接。

（2）接头保温：管道接头处的保温需在安装现场进行，施工质量好坏直接影响使用寿命，必须引起足够重视。保温管现场接头保温须在试压合格后方可进行，保温层有现场发泡施工和保温瓦施工2种方法。保护层的做法有多种：电熔套筒、电热熔带、专用管套等，但都必须保证接头的整体性、严密性、防水性。

（3）管道安装：采用预制保温MF-PPR管道进行空调管道安装时，可以不考虑管道的热胀冷缩，只需在穿越楼板时，采取必要的固定措施即可。比较合理的方案应为：对整根管道用固定支架进行合理分割，利用自由臂补偿的方法解决，既方便、经济，又安全可靠。

4 结语

MF-PPR管是PPR管道的升级产品，与传统PPR管材相比具有刚性高、线膨胀小、耐热、耐压、使用寿命长、免维护等优点，完全满足中央空调管网的使用要求，已为越来越多的设计师、用户和施工单位所接受。在MF-PPR管道的基础上，采用工厂预制发泡工艺生产的预制保温MF-PPR管道，具有保温性能好、施工便捷等优点，可克服工地现场制作保温层这一传统保温措施的弊端，值得大力推广。

[1]玉润.浅谈塑料管道在空调水系统的应用[J].沿海企业与科技，2006（8）：57-59.

[2]王国礼.新型管材在中央空调水系统中的应用探讨[J].建筑热能通风空调，2008（5）：103-105.

[3]应继儒.降低PPR管材线性膨胀系数方法的探讨[J].塑料科技，2004（6）：29-31.

[4]崔波峰.玻璃增强聚丙烯的性能研究[J].玻璃纤维，2011（1）：9-11.

[5]大卫·伊文斯，盛恩善.聚氨酯硬质泡沫的性能及应用[J].建设科技，2005（22）：45-46.

[6]吴顺宝.空调系统冷冻水管道凝漏浅析[J].广东科技，2006（7）：296-297.