PE-RT材料在水龍頭中的應(yīng)用

周建平

（作者單位：路達(dá)（廈門）工業(yè)有限公司）

目前市面上的水龍頭大多以鐵、銅、不銹鋼、合金及塑料等做為主要材質(zhì)制造。因銅材料在很多方面所體現(xiàn)出的優(yōu)越性，尤其隨著低鉛銅的出現(xiàn)，目前國(guó)內(nèi)外90%以上的高檔水龍頭都選擇無鉛銅鑄造。但是，近年來媒體上多次曝光水龍頭引發(fā)鉛中毒事件，究其根本大多是消費(fèi)者偏向于選擇價(jià)格低的產(chǎn)品，黑心企業(yè)為搶占市場(chǎng)，不顧標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)的約束，極力降低產(chǎn)品成本，采用鋅合金以次充好，或是銅滲入雜質(zhì)太多，或是用回收的廢銅粗略加工而成，這樣的材料制作出來的水龍頭必然有嚴(yán)重的安全問題。

近年來，在北美市場(chǎng)出現(xiàn)了這樣一種水龍頭（科勒、DELTA等北美領(lǐng)導(dǎo)品牌都有推出該類產(chǎn)品），水嘴外殼采用鋅合金或ABS成型，水路采用PE-RT管。這樣既能滿足嚴(yán)苛的NSF認(rèn)證要求，又能夠有效降低產(chǎn)品成本，做到徹底的無毒無鉛。

PE-RT材料介紹

PE-RT（耐熱增強(qiáng)型聚乙烯）是一種聚烯烴族熱塑性塑料，保留了PE的良好的柔韌性，高熱傳導(dǎo)性和惰性，同時(shí)有更好的耐壓性。目前，市場(chǎng)上PE-RT管材用材料可以選擇美國(guó)陶氏DOW LEX2344/2388、韓國(guó)SK株式會(huì)社的YUCLAIR DX 800、DX 900、LG 公司的 SP980、大林公司的XP 9000及國(guó)產(chǎn)齊魯石化QHM 22F等。

其中美國(guó)陶氏DOWLEX 2388是PE-RTⅡ型中應(yīng)用時(shí)間最長(zhǎng)，最成熟的材料。它是由乙烯和辛烯共聚而成，在聚合過程中通過分子設(shè)計(jì)，控制共聚單體在主鏈上的位置和短支鏈的密度，使其具備了超強(qiáng)的、持久的耐靜壓強(qiáng)度和優(yōu)良的抗沖擊強(qiáng)度，而且其生產(chǎn)過程中無需交聯(lián)。PE-RT管材具備以下優(yōu)點(diǎn)：

1.優(yōu)異的耐溫性（耐低溫脆性為-40℃，在國(guó)內(nèi)的冬天環(huán)境下一般不會(huì)出現(xiàn)低溫脆性問題。長(zhǎng)期耐高溫性能為95℃）。

2.具有耐腐蝕、不結(jié)垢、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。

3.無毒、無味、衛(wèi)生性能好，管材在生產(chǎn)過程中不添加任何有毒助劑。內(nèi)壁光滑，不結(jié)垢，不滋生細(xì)菌，可以安全應(yīng)用在飲用水輸送等領(lǐng)域。

4.具有良好的柔韌性，在彎曲半徑8倍管外徑時(shí)任意彎曲，彎曲后不反彈；可盤管出貨，降低包裝、運(yùn)輸成本。

5.可以熱熔連接和機(jī)械連接，可靠、不滲漏。

6.綠色環(huán)保產(chǎn)品，可回收再利用。

PE-RT管現(xiàn)已廣泛用于工業(yè)及民用建筑冷熱水管路系統(tǒng)、飲用水系統(tǒng)、熱力預(yù)埋管、地面輻射采暖系統(tǒng)以及高溫地源熱泵系統(tǒng)等。

PE-RT管的加工

管材的成型工藝流程：顆粒原料→干燥→擠出機(jī)加熱→PE-RT管材專用模具→真空吸附定徑→冷卻定型→高速牽引機(jī)→無屑切割機(jī)→檢驗(yàn)外觀、尺寸→簡(jiǎn)單包裝→打壓試驗(yàn)→合格后包裝。

PE-RT原料加工溫度在 （180～210）℃之間產(chǎn)量最高，在高速擠出時(shí)如果溫度較低，塑化不好，管材外觀不光滑無亮度或出現(xiàn)熔體破碎；溫度太高時(shí)，出口料坯太軟，管材表面容易出現(xiàn)小痕紋，因此控制溫度上下波動(dòng)范圍在5℃左右，相差太大時(shí)管材的薄厚和性能都會(huì)發(fā)生變化。

圖1　PE-RT管材生產(chǎn)設(shè)備

管接頭的連接

原料管裁剪為適合的長(zhǎng)度后，需要連接配套的接頭，才能成為一個(gè)完整的零件使用在水龍頭上。因PE-RT材料可熱熔性連接，現(xiàn)在接頭與管的連接主要有兩種工藝，一種是二次注塑，另一種是激光焊接。

二次注塑工藝介紹：

1.由于PE-RT材料較軟，不能夠承受二次注塑模具的壓力，將PE-RT管材放入模具前，需要在注塑端管材內(nèi)孔插入鋼芯。

2.通過多次的對(duì)比驗(yàn)證，管材放入模具內(nèi)，需要通過模溫實(shí)現(xiàn)預(yù)熱，預(yù)熱時(shí)間控制在5秒，模具溫度嚴(yán)格控制在85±5℃（溫度過高，PE-RT管材出現(xiàn)熔融，產(chǎn)品易出現(xiàn)跑膠；溫度過低，熔接不完全，管材與接頭易分離，會(huì)出現(xiàn)漏水事故）。

3.完成接頭與管的二次注塑。在二次注塑生產(chǎn)中，預(yù)熱時(shí)間、模具溫度，對(duì)于品質(zhì)有重大的影響，而這些因素又容易受到人員與設(shè)備的干擾。在采用二次注塑進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，建議采用專機(jī)專人來確保品質(zhì)。

激光焊接工藝原理：首先將兩個(gè)待焊接塑料零部件夾在一起，然后將一束短波紅外區(qū)的激光定向到待粘結(jié)的部位。激光束通過上層透明材料，然后被下層材料吸收。激光能量被吸收使得下層材料溫度升高，熔化上層以及和下層的塑料。上層材料可以是透明的或者是有顏色的，但是必須能夠保證有足夠的激光通過。

激光焊接生產(chǎn)工序中，設(shè)備自動(dòng)化程度更高，生產(chǎn)受人為因素影響較低，品質(zhì)更穩(wěn)定。

圖2　激光焊接

成品管性能測(cè)試

成品管可順利通過以下測(cè)試條款：

1.密封性實(shí)驗(yàn)：閥關(guān)閉及閥打開堵住出水口均符合如下條件測(cè)試：10℃水溫，20PSI和 125PSI，66℃水溫，20PSI和125PSI，各保壓5分鐘，各密封部位無任何泄露。

2.冷凍實(shí)驗(yàn)：冷凍至-40℃,40分鐘后取出立即進(jìn)行察看，看是否變形、開裂或脆化等現(xiàn)象。樣品在水溫85℃高溫浸泡200小時(shí)后再冷凍480小時(shí)，然后再做800PSI的水壓爆破強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)和承載強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，并通過氣密封檢測(cè)。

3.熱老化實(shí)驗(yàn)：樣品做100℃熱老化實(shí)驗(yàn)240小時(shí)，接著做-40℃冷凍實(shí)驗(yàn)240小時(shí)，再做爆破強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)和承載強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)均能通過800PSI的水壓測(cè)試，并經(jīng)氣密性檢測(cè)合格。

4.爆破強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)：樣品水溫85℃高溫浸泡1000小時(shí)后再做800PSI水壓爆破強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，并經(jīng)氣密性檢測(cè)合格。

5.承載強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)：樣品水溫85℃高溫浸泡1000小時(shí)后再做800PSI水壓承載強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，并經(jīng)氣密性檢測(cè)合格。

6.脈沖實(shí)驗(yàn)：水溫：60℃±5℃，壓力：125PSI-180PSI,時(shí)間2秒開，2秒關(guān)，周期6萬次。樣品水溫85℃高溫浸泡200小時(shí)后再做脈沖實(shí)驗(yàn)6萬次，然后再做水壓800PSI承載強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，并經(jīng)氣密性檢測(cè)合格。

7.吊重實(shí)驗(yàn)：依據(jù)美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)《ASME.A112.18.1-2012/CSAB125.1.12》, 載荷 334N(約34KG),時(shí)間 60S，能吊重34KG，并保持 5分鐘，然后再做800PSI水壓的爆破強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)和承載強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，并經(jīng)氣密性檢測(cè)合格。

8.拉伸實(shí)驗(yàn)：依據(jù)美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)《ASME A112.18.1-2012/CSA B125.1.12》，拉伸力 67N，拉伸頻率0-50次/分鐘，測(cè)試周期10000次。冷凍480小時(shí)后，再拉伸3.5萬次后做水壓800PSI的爆破強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)和承載強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，并經(jīng)氣密性檢測(cè)合格。

9.酸性清潔劑浸泡實(shí)驗(yàn)：打開整組龍頭所有水路，放入PH=2的酸性清潔劑浸泡7天，然后觀察各零件表面腐蝕情況，再做水壓800PSI的爆破強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)和承載強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，并經(jīng)氣密性檢測(cè)合格。

10.高溫極限實(shí)驗(yàn)：水溫82±3℃，動(dòng)水圧：125PSI，通水30分鐘，完成后，在125PSI條件下承壓5分鐘，各密封部位應(yīng)無任何泄露。

以上檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合了中國(guó)、美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)要求，并且部分測(cè)試指標(biāo)高于標(biāo)準(zhǔn)要求。根據(jù)以上測(cè)試檢驗(yàn)，可以看出PE-RT管材使用在水龍頭中，無論是閥前還是閥后，都能完全滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

PE-RT管在各種龍頭中的應(yīng)用案例

1.單把臉盆龍頭：水嘴采用鋅合金重力鑄造成型，水嘴水路采用PE-RT管與高溫尼龍本體座相連。外觀、質(zhì)感與全銅龍頭相同。

圖3　單把臉盆龍頭結(jié)構(gòu)圖

2.單把廚房龍頭：PE-RT管作為進(jìn)水管使用，替換傳統(tǒng)水龍頭中的軟管。

圖4　單把廚房龍頭結(jié)構(gòu)圖

結(jié)論

2014年12月中國(guó)正式實(shí)施的《陶瓷片密封水嘴》(GB18145-2014)強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中重金屬析出一項(xiàng)，對(duì)17種重金屬析出規(guī)定了嚴(yán)格的限量值。傳統(tǒng)的金屬龍頭需要對(duì)原料冶煉、洗鉛、電鍍等多項(xiàng)工序進(jìn)行嚴(yán)格管理，才能符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并且可檢測(cè)度較低，消費(fèi)者難以直觀判斷。PE-RT管材水路的水龍頭以其無毒、無味，徹底無重金屬污染的基本物性，以及更優(yōu)的成本，必將在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)一席之地。