交联聚乙烯

交联聚乙烯，通常缩写为PEX、XPE或XLPE，是具有交联键的聚乙烯的一种形式。它主要用于建筑服务管道系统、循环辐射加热和冷却系统、生活用水管道、高压（高压）电缆绝缘和婴儿游戏垫。它还用于天然气和海上石油应用、化学品运输以及污水和泥浆的运输。PEX是聚氯乙烯(PVC)、氯化聚氯乙烯(CPVC)或铜管的替代品，可用作住宅水管。

通过交联可以显着提高低温冲击强度、耐磨性和耐环境应力开裂性，而硬度和刚度会有所降低。与热塑性聚乙烯相比，PEX不会熔化（类似于弹性体）并且耐热（在高达120°C的较长时间内，在高达250°C的短时间内没有电气或机械负载）。随着交联密度的增加，xxx剪切模量也增加（即使在更高的温度下）。PEX与普通PE相比具有显着增强的性能。交联增强了基础聚合物的温度特性。保持足够的强度至120–150°C，并通过抗溶解提高化学稳定性。低温性能得到改善。冲击和抗拉强度、抗划伤性、几乎所有用于管道和管材的PEX都是由高密度聚乙烯(HDPE)制成的。PEX在聚合物结构中包含交联键，将热塑性塑料转变为热固性塑料。交联在管材挤出期间或之后完成。根据ASTM标准F876，所需的交联度在65%和89%之间。较高的交联度可能导致材料的脆性和应力开裂，而较低的交联度可能导致产品的物理性能较差。如果在也是–CH2–桥的交联之间仅放置–CH2–桥，并且如果聚合物结构的总式为(C3H4)n，则达到了理论上的极端交联度，则该结构是金刚石的结构所有键都被-CH2-桥取代。如果立方体c的4个顶点放置在金刚石基底的C原子所在的位置，使得只有一个进一步的金刚石基底原子位于c内，则4个金刚石基底键位于c中，因为键角被迫接近xxx值，这里也已经接近了金刚石立方晶体结构——预计这些-CH2-桥的C原子位于与金刚石基础键正交且平行于c面的线上。几乎所有用于电线和电缆应用的可交联聚乙烯化合物(XLPE)均基于LDPE。XLPE绝缘电缆的额定最高导体温度为90°C，紧急额定温度高达140°C，具体取决于所使用的标准。它们的导体短路额定值为250°C。XLPE具有优异的介电性能，使其适用于中压（1至69kVAC）和高压电缆（高达380kVAC电压和数百kVDC）。可以对基本聚合物结构进行大量修改，以xxx限度地提高制造过程中的生产率。对于中压应用，反应性可以显着提高。在用于交联绝缘材料的连续硫化(CV)管内的固化或冷却过程受到限制的情况下，这会导致更高的生产线速度。可以修改XLPE绝缘材料以限制在交联过程中产生的副产品气体的量。这对于高压电缆和超高压电缆应用特别有用，在这些应用中，除气要求会显着延长电缆制造时间。

可以使用多种方法从热塑性聚乙烯（PE-LD、PE-LLD或PE-HD）制备PEX。xxx种PEX材料是在1930年代通过用电子束照射挤压管来制备的。电子束处理方法在1970年代变得可行，但仍然很昂贵。1960年代，恩格尔交联得到发展。在该方法中，在挤出前将过氧化物与HDPE混合，交联发生在熔融聚合物通过长加热模头的过程中。1968年，使用氢化硅（硅烷）的Sioplas工艺获得了专利，随后于1974年获得了另一种基于硅烷的工艺Monosil。使用乙烯基硅烷的工艺于1986年紧随其后。

过氧化物交联(PE-Xa)、硅烷交联(PE-Xb)、电子束交联(PE-Xc)和偶氮交联(PE-Xd)之间存在基本区别。显示的是过氧化物、硅烷和辐照交联。在每种方法中，通过辐射(hν)或过氧化物(ROOR)从聚乙烯链（顶部中心）中去除一个氢原子，形成一个自由基。然后，两个自由基链可以直接（左下）或通过硅烷化合物（右下）间接交联。

• 过氧化物交联(PE-Xa)：使用过氧化物（例如过氧化二异丙苯或过氧化二叔丁基）对聚乙烯进行交联仍然非常重要。在所谓的Engel工艺中，HDPE和2%过氧化物的混合物首先在挤出机中在低温下混合，然后在高温下（200°C到250°C）交联。过氧化物分解为过氧化物自由基(RO•)，从聚合物链中提取（去除）氢原子，从而产生自由基。当它们结合时，形成交联网络。得到的聚合物网络是均匀的，具有低张力和高柔韧性，因此它比（辐照的）PE-Xc更柔软、更坚韧。LDPE也使用相同的工艺，但温度可能在160°C到220°C之间变化。
• 硅烷交联（PE-Xb）：在硅烷（例如三甲氧基乙烯基硅烷）的存在下，聚乙烯最初可以通过辐照或少量过氧化物进行硅官能化。后来的Si-OH基团可以在水浴中通过水解形成，然后缩合并通过形成Si-O-Si桥使PE交联。[16]催化剂如二月桂酸二丁基锡可加速反应。
• 辐照交联(PE-Xc)：聚乙烯的交联也可以通过下游辐射源（通常是电子加速器，偶尔使用同位素辐射器）进行。PE产品在结晶熔点以下通过分解氢原子而交联。β-辐射具有10mm的穿透深度，ɣ-辐射100mm。从而可以将内部或特定区域排除在交联之外。然而，由于高资本和运营成本，辐射交联与过氧化物交联相比仅起次要作用。与过氧化物交联相反，该过程在固态下进行。因此，交联主要发生在无定形区域，而结晶度基本保持不变。
• 偶氮交联(PE-Xd)：在所谓的Lubonyl工艺中，聚乙烯是在热盐浴中挤出后交联的预添加偶氮化合物。

低程度的交联最初仅导致分子量的倍增。单个大分子没有连接，也没有形成共价网络。由这些大分子组成的聚乙烯的行为类似于超高分子量聚乙烯(PE-UHMW)，即类似于热塑性弹性体。在进一步交联（交联度约80%）后，各个大分子最终连接成网络。这种交联聚乙烯(PE-X)在化学上被视为热固性材料，它显示出高于熔点的橡胶弹性行为，不能再在熔体中加工。交联程度（以及因此变化的程度）的强度因工艺而异。根据DIN16892（PE-X管道的质量要求），至少必须达到以下交联度：

• 在过氧化物交联(PE-Xa)中：75%
• 硅烷交联（PE-Xb）：65%
• 电子束交联（PE-Xc）：60%
• 在偶氮交联（PE-Xd）中：60%

所有PEX管都是按照直接在管子上列出的设计规格制造的。列出这些规格是为了解释管道的许多标准，并提供有关制造商的具体细节。给出所有这些规范的原因是为了让安装人员知道产品是否符合必要的当地法规的标准。标签确保用户管道符合所有列出的标准。北美PEX管道中使用的材料由ASTM标准中描述的单元分类定义，最常见的是ASTMF876。PEX的细胞分类包括0006、0008、1006、1008、3006、3008、5006和5008，最常见的是5006。分类0306、3306、5206和5306也很常见，这些材料含有紫外线阻断剂和/或抑制剂抗紫外线。在北美，所有PEX管材产品均按照ASTM、NSF和CSA产品标准制造，其中包括上述ASTM标准F876和F877、NSF国际标准NSF14和NSF61(NSF-pw)，以及加拿大标准协会标准B137.5，管道经过测试、认证和列名。

在欧洲标准。共有三个分类，分别称为PEX-A、-B和-C。这些类与任何类型的评级系统无关。

PEX-A是通过过氧化物(Engel)法生产的。该方法在晶体熔点以上进行热交联。然而，该过程比其他两种方法花费的时间略长，因为聚合物在挤出过程中必须长时间保持在高温和高压下。交联键位于碳原子之间。

硅烷法，也称为湿固化法，产生PEX-B。在该方法中，交联在二次挤出后工艺中进行，在交联剂之间产生交联。该过程因热量和水分而加速。交联键是通过两个接枝乙烯基三甲氧基硅烷(VTMS)单元之间的硅烷醇缩合形成的，将聚乙烯链与CC-Si-O-Si-CC桥连接起来。

PEX-C是通过电子束加工，在冷交联过程中（低于晶体熔点）生产的。与Engel方法相比，它提供的交联不太均匀，交联度较低，尤其是在管径超过一英寸（2.5厘米）的情况下。如果过程控制不当，管子的外层可能会变脆。然而，它是三种方法中最清洁、最环保的方法，因为它不涉及其他化学物质，仅使用高能电子来分裂碳氢键并促进交联。

PEX管材广泛用于代替管道应用中的铜。2006年的一项估计是，用于将饮用水输送到家庭水龙头的住宅使用PEX每年增加40%。2006年，ThePhiladelphiaInquirer建议管道安装人员从铜管转向PEX。在20世纪早期到中期，大量生产的管道由镀锌钢制成。由于用户遇到了内部生锈的问题，从而减少了水量，因此在1960年代后期，这些被铜管所取代。在后来的几十年中，也使用了带有胶水配件的​​塑料管。最初，PEX管是循环辐射加热系统中最流行的输水方式，从1960年xxx始，它首先用于循环系统。水力系统将水从锅炉或加热器循环到房屋中需要热量的地方，例如踢脚线加热器或散热器。PEX适用于循环热水。渐渐地，PEX越来越被更多的室内管道使用所接受，例如将加压水输送到整个房子的固定装置。在2000年代，铜管和塑料PVC管越来越多地被PEX取代。PEX可用于地下用途，尽管一份报告建议为此类应用使用适当的套管。

在管道中使用PEX的好处包括：

• 灵活性。由于其灵活性，PEX已成为住宅给水管道的有力竞争者。如果空间允许，它可以弯曲成大半径转弯，或者通过使用肘关节来适应转弯。此外，它可以处理短半径转弯，有时用金属或硬塑料支架支撑；相比之下，PVC、CPVC和铜都需要弯头接头。然而，单根PEX管无法处理90度的急转弯，因此在这种情况下，需要将两根PEX管与一个90度的PEX弯头接头连接起来。
• 管道直接布线。PEX可以直接从分配点到出口固定装置，无需切割或拼接管道。这减少了对潜在脆弱和昂贵的接头的需求，并减少了由于在过渡处引起的湍流而导致的压力下降。由于PEX非常灵活，因此通常可以在每一端仅使用一个连接将供应管线从水源直接安装到设备。
• 固定装置处的水压更大。由于PEX管道通常有较少的急转弯，因此需要它的水槽、淋浴间和马桶处的水压更大。
• 降低材料成本。材料成本约为替代品的25%。一个账户表明，铜的价格从2002年到2006年翻了两番。
• 更容易安装。与铜管相比，安装PEX的劳动强度要低得多，因为无需使用焊枪将管道焊接在一起，也无需使用胶水将管道连接到配件上。一位房屋检查员写道，一旦您使用过PEX，您将永远不会再使用其他臭胶。安装辐射供暖系统的建筑商发现，PEX管道使安装变得容易且操作无问题。PEX连接可以通过使用压缩接头将两个匹配部件推在一起，或使用可调扳手或特殊压接工具来实现。通常，在PEX安装中需要较少的连接和配件。
• 不易腐蚀。PEX与铜不同，不会受到矿物质或湿气的腐蚀。
• 安装过程中没有火灾风险。连接铜管的最古老和最常见的方法是使用焊炬将零件焊接在一起。明火总是有在周围结构中引起火灾的风险，但PEX安装不需要火焰。
• 能够将新的PEX与现有的铜和PVC系统合并。制造商制造的配件允许安装人员在一端连接一根铜管，另一端连接一根PEX线，并提供减小或扩大管道直径的选项。
• 长寿。PEX的优势特性也使其成为逐步替代金属和热塑性管道的候选者，特别是在长寿命应用中，因为PEX管道的预期寿命达到50年。
• 适用于冷热管道。一种方便的安排是使用颜色编码来减少混淆的可能性。通常，红色PEX管用于热水，而蓝色PEX管用于冷水。
• 不太可能从冻结中爆裂。一般的立场是，PEX塑料材料的爆裂速度比铜管或PVC管要慢，但它们最终会爆裂，因为冷冻会导致水膨胀。一位帐户表示，PEX充水管道，随着时间的推移冻结，会膨胀和撕裂；相比之下，铜管撕裂和PVC破碎。家庭专家史蒂夫麦克斯韦在2007年建议，PEX充水管道可以承受五到六次冻融循环而不会裂开，而铜会在xxx次冷冻时迅速裂开。在新的没有暖气的季节性房屋中，仍然建议在没有暖气的寒冷季节排水或采取其他措施防止管道因寒冷而爆裂。在新建筑中，如有必要，建议所有水管略微倾斜以便排水。
• 环境效益。一个帐户表明，用于辐射供暖的PEX比铜对环境更好，尽管它指出管道是以石油产品为基础的。
• 可以进行管道绝缘。可以在PEX管道中添加传统的泡沫包裹绝缘材料，以保持热水和冷水的温度，并在必要时防止冻结。

• 日光降解。PEX管不能用于暴露在阳光下的应用中，因为它会很快降解。安装前必须避光存放，安装后需避光避光。让它暴露在阳光直射下短短30天可能会导致管道由于脆化而过早失效。
• 被昆虫穿孔。PEX管很容易被食草昆虫的口器穿孔；特别是，已知西方针叶树种子虫(Leptoglossusoccidentalis)有时会刺穿PEX管，导致泄漏。
• 黄色黄铜配件的问题。在美国、加拿大和欧洲，有人声称PEX系统故障导致了几起未决的集体诉讼。据称这些故障是由于PEX系统中使用的黄铜配件造成的。通常，建筑商和制造商从这些经验中吸取了教训，并找到了用于连接管道与连接器、阀门和其他配件的配件的最佳材料。但据报道，在内华达州的安装中使用的一种特定类型的黄铜配件存在问题，导致其富含矿物质的硬水和所谓的黄铜配件之间产生了负面的相互作用。配件中的锌在一种称为脱锌的化学反应中渗入管道材料中，导致一些泄漏或堵塞。一个解决方案是用含有5%到10%锌的红黄铜配件代替含有30%锌的黄铜配件。这导致加州建筑当局坚持使用通常具有较低锌含量的红黄铜制成的配件，并且由于这些特定配件的问题已经众所周知，因此不太可能在未来引起问题。
• 对新管道系统的初步调整。在早期阶段报告了一些问题，因为管道工和房主学会了适应新配件，以及连接不良或不正确的情况，但自2000年以来，房屋检查员通常没有注意到PEX有任何问题。
• 用于管道绝缘的有限粘合剂。一位消息人士表示，使用某些粘合剂将管道绝缘材料应用于PEX可能会产生不利影响，导致管道过早老化；但是，可以使用其他绝缘材料，例如传统的泡沫包裹绝缘材料，而不会产生负面影响。
• 装修费用。一般来说，PEX配件，特别是自己动手做的推入式配件，比铜配件贵，尽管不需要焊接。由于PEX的灵活性，它通常需要较少的配件，这往往会抵消每个配件的较高成本。
• 使用铁基组件进行PEX辐射加热的潜在问题。如果普通PEX管用于具有铁质散热器或其他部件的辐射供暖系统，这意味着它们是由铁或其合金制成的，那么随着时间的推移可能会生锈；如果是这种情况，那么一种解决方案是在这些系统中设置氧气屏障以防止生锈。大多数用于加热的现代PEX装置都使用氧气阻隔涂层PEX。
• 气味、化学味道和可能的健康影响。在2000年代，加利福尼亚州存在关于健康问题的争议。几个团体阻止采用PEX，因为担心化学品进入水中，无论是来自管道外的化学品，还是来自管道内的化学品，如甲基叔丁基醚和叔丁醇。这些担忧将PEX在全州范围内的采用推迟了近十年。经过被描述为司法过山车的大量来回法律争论之后，争议团体达成共识，加利福尼亚州允许在所有占用中使用PEX。环境影响报告和随后的研究确定，使用PEX管道不会引起公众健康的担忧。

替代管道选择包括：

• 铝塑复合材料是在内部和外部层压的铝管，并带有塑料层进行保护。
• 波纹不锈钢管，由不锈钢制成的连续柔性管，内部为PVC，并经过空气泄漏测试。
• 聚丙烯管，与CPVC的应用相似，但它是一种化学惰性材料，不含有害物质，并且在燃烧时减少了危险排放。它主要用于辐射地板系统，但作为无浸出家用饮用水管道越来越受欢迎，主要用于商业应用。
• 聚丁烯(PB)管是一种塑料聚合物，从70年代后期到1995年一直用于制造饮用水管道。然而，人们发现最初用于连接聚丁烯管的聚甲醛（POM或乙缩醛）连接器很容易受到影响强调通过添加次氯酸盐（一种用于消毒水的常见化学物质）来增强化学攻击。退化的连接器会在高应力压接区域开裂和泄漏，从而损坏周围的建筑结构。后来的包含铜配件的系统似乎没有次氯酸盐侵蚀的问题，但由于早期问题造成的昂贵的结构损坏，聚丁烯仍然失宠，并且在加拿大和美国不被接受

PEX-AL-PEX管，或AluPEX，或PEX/Aluminum/PEX，或多层管由夹在两层PEX之间的一层铝制成。金属层作为氧气屏障，阻止氧气通过聚合物基质扩散，因此它不会溶解到管中的水中并腐蚀系统的金属部件。铝层很薄，通常为1或2毫米，并为管提供一定的刚度，以便在弯曲时保持形成的形状（普通PEX管会弹回直管）。铝层还提供了额外的结构刚度，使管子适用于更高的安全工作温度和压力。自2010年以来，AluPex管材的使用量大幅增长。它易于工作和定位。曲线可以很容易地用手形成。存在用于热水和冷水以及气体的管。由于层间渗水导致过早失效，该产品在加拿大已停产。

有两种类型的配件可以使用。卷曲或压缩。压接连接器较便宜，但需要专门的压接工具。压缩配件用普通扳手拧紧，旨在使系统的各个部分易于拆卸，它们也适用于小型工程，尤其是。DIY，无需额外工具。PEX工具套件包括使用PEX管进行接头和连接所需的许多基本工具。在大多数情况下，此类套件要么在当地的五金店、管道供应店购买，要么由房主或承包商组装。PEX工具包的价格低于100美元，最高可达300美元以上。典型的PEX工具套件包括压接工具、用于连接的扩展工具、夹具工具、PEX切割器、环、板和订书机。

• 人工关节：人工关节中使用高度交联聚乙烯作为耐磨材料。交联聚乙烯在髋关节置换术中是首选，因为它具有耐磨性。然而，膝关节置换需要使用不同参数制造的PE，因为交联可能会影响机械强度，并且由于轴承表面的几何一致性较低，膝关节中的应力集中度更高。制造商从超高分子量聚乙烯开始，然后用电子束或伽马辐照进行交联。
• 牙科应用：在牙科修复中也看到了PEX作为复合填充材料的一些应用。
• 船只：PEX也用于许多独木舟和皮划艇。PEX按名称Ram-X和其他品牌特定名称列出。由于交联聚乙烯的特性，修复船体的任何损坏都相当困难。一些粘合剂，例如3M的DP-8005，能够粘合到PEX上，而较大的修复需要将更多的聚乙烯熔化并混合到独木舟/皮划艇中，以形成牢固的粘合并填充受损区域。
• 电力电缆绝缘：交联聚乙烯广泛用作所有电压范围的电力电缆的电气绝缘，但它特别适用于中压应用。它是最常见的聚合物绝缘材料。缩写词XLPE通常用于表示交联聚乙烯绝缘材料。
• 汽车管道和外壳：PEX也称为XLPE，广泛用于汽车售后市场，用于冷空气进气系统和过滤器外壳。其性能包括高热变形温度、良好的抗冲击性、耐化学性、低弯曲模量和良好的耐环境应力开裂性。这种形式的XLPE最常用于滚塑成型；XLPE树脂以35目（500μm）树脂粉末的形式出现。
• 家用电器：Asko的洗衣机和洗碗机使用PEX进水软管，而不是使用双壁橡胶/塑料安全软管。