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微孔塑覆PP-R内衬铜增强复合管应用与人体健康技术探讨 |
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铜管输送冷、热水具有安全、卫生、灭菌、使用寿命长等多种优点；但是，铜的导热系数高，在输送热水时使水温下降过快，输送低温冷水时使管内结冰。且冷热交替也会对管外混凝土建筑材料带来不良影响。采用内层为薄壁型铜管、中间层为PP-R塑料、外层为聚乙烯微孔塑覆护层结构的铜塑复合管，则能扬长避短。
饮用水的水质与人体的健康关系密切，科学研究表明人类80%以上的疾病与水质有关。传统建筑给水用镀锌铜管由于物理、化学性能的不稳定，导致腐蚀生锈、易结垢、滋生细菌等引起对水质造成二次污染。
为此，建设部等曾颁布的通知中明确规定：在城镇新建住宅中室内给水管道禁止使用冷镀锌钢管，在有条件的地方推广使用铜水管，铜水管以其优良的性能和安全卫生、绿色环保特性成为新建住宅给水管材之首选绿色产品。
据日本金泽市的调查获悉该市是从1938年开始使用铜管作为饮用水管道材料的，在借着对自来水管道进行更新机会时对铜水管的腐蚀状况进行了调查，挖出地下埋设54年的铜水管道对其内外状况进行调研结果（见表1示）：研究试验材料的腐蚀速度都在0.01mm/年以下，从而确认铜水管具有极其良好的耐腐蚀性，显示作为给水管材料使用50多年仍保持着使用。
无缝铜水管安全性高，铜管集耐热、耐寒、耐压和耐腐蚀等特点于一身，可承受极热和极冷的温度，从-196℃ ~205℃适应温度的剧烈变化。
铜水管道内壁光滑、不易结垢，具有良好的抗垢性能经久耐用，实践证明使用寿命可长达50年以上。其耐压能力是塑料管和铝塑管的几倍乃至几十倍，可以承受当今建筑中最高的水压。在热水环境下，随着使用年限的延长，铜管的机械性能在所有的热水温度范围内保持不变，故其耐压能力不会降低，也不会出现老化的现象。
尽管有点显著，但铜是热的良导体，其导热系数高达383.8w/m·k，因此用裸铜管输送热水时热量会迅速传到管道周围的墙体或地板中，使管道末端的水温达不到要求，同时建筑混凝土因经常性的受到热胀冷缩产生的应力，造成材料疲乏甚至出现“龟裂”现象，此外，裸铜管还会在其外表面产生“结露”现象，容易给周围的建筑材料带来损坏。
管道的保温是减少热损、节约能源的重要方面；其防冻、防腐是保证流体输送正常、延长管道寿命和减少管道损坏的另一重要方面。通常用材料的导热系数的大小来评价保温性能效果。表2表示了几种给水管材的导热系数及保温等级，习惯上把管道的防冻或保冷及保温统称为保温。
微孔塑覆PP-R内衬铜增强复合管
通过国家发明专利“微孔塑覆PP-R内衬铜增强复合管及其制造方法”（专利申请号：200910198430.8）生产 “微孔塑覆PP-R内衬铜增强复合管”（专利申请号：200920211980.4）系列产品1。
该复合管内层是纯铜薄型金属管道（如：f15×0.25等不同规格）；中间层是PP-R与铜管之间的胶粘剂、抗铜剂的复合层 — 此结构提高复合管材的强度、刚度、高温下的尺寸稳定耐变形性能，并有效地防止铜对PP-R塑料的催化降价老化作用，延长了复合管的使用寿命；另有一层PE护套、发泡体的外层（发泡体为封闭氮气充填气泡结构 — N2导热系数为0.0172w/m·k），具有极佳的防冻、保温、防潮、防结露等特性（见图1）。 
图1. 微孔塑覆PP-R内衬铜增强复合管
多层复合材料各尽其能并融为一体，具有显著的隔音、节能效果，可以满足寒冬地区的冷、热水管道使用；采用管接件热熔焊接工艺技术真正做到“一次焊接、终身连接、滴水不漏、永无隐患”，实施全铜触水设计组合技术的安全供水系统。
PP-R内衬铜增强复合管是在内层薄壁型铜管的外侧沿周向和纵向均匀挤塑包覆PP-R塑料层的同时,包覆具有抗铜老化性能的粘接剂中间层，三层材料一次性热熔粘结挤出复合成整体结构。供热水管道系统使用温度达95℃（PP-R塑料管长期使用温度为70℃），质量安全可靠，100%隔氧，彻底消除渗透。
聚乙烯塑料是高韧性材料，经加工制成的复合管材因其柔韧延伸率高而对管道基础变动的适应能力强，适用温度范围广；而聚乙烯泡沫层的压力松弛特性可有效地通过形变消耗应力以及对抵抗地下运动和端载荷、地基不均匀沉降、温差伸缩的复合管道层，可以满足热水管的使用，解决了裸铜水管隐蔽工程的后患之忧；施工方便，是目前极为理想的适用于多种场合和环境的卫生用水管道系列产品，整个供水系统全铜触水设计，99%以上的水中细菌进入铜管道后自行消失。表3对几种建筑供水管进行了比较。
总的来讲，对饮用水给水管道材料的选定，首先应考虑的是安全、卫生可靠性和适用的经济定位性以及节能、可持续发展使用寿命因素。同时要求在规定的使用压力、温度条件下具有足够的机械强度，并对管内流体有良好的耐腐蚀性能等。内层为铜管、外层为护套层微孔聚乙烯（PE）塑料、中间层为聚丙烯（PP-R）塑料的铜塑复合结构是新一代高档建筑供（冷、热）水管材，已成为新型复合给水管开发热点技术。但是，铜对聚烯烃塑料有催化降解作用，铜催化最终导致加速碳氢化合物的氧化降解（铜催化是由于不稳定的烷基过氧化氢配价络合物因电子转移生成游离基所致），要有效地抑制铜催化降解，必须在聚烯烃塑料中加入铜抑制剂（又称金属钝化剂）和抗氧剂并用的稳定系统（防老剂和金属钝化剂的作用）具有协同效应（见表4）。 
从表4比较结果说明，在聚烯烃塑料中选用铜害抑制剂与抗氧剂的适当配伍使用，能获得良好的抗氧、抗铜害老化效果。
结语
随着我国国民对铜管认知度的不断提高，建筑设计日益趋于国际化潮流，发泡塑覆保温铜管及PP-R内衬铜增强复合管完美结合的创新技术必将给我们带来21世纪健康安全管材的全新概念。
根据建设部门标准修订计划，由中国建筑设计研究院、国际铜业协会等单位承担的《管道直饮水系统技术规程》行业标准已经于2005年7月6日至7日在北京召开该标准送审稿审查会，该标准的执行将为铜水管在管道直饮水的推广打开方便之门。
1. 本项研究工作得到了上海市科学技术委员会的资助，资助课题编号：0803H153300
铜是人体的健康卫士
由英国应用微生物研究中心的专家进行的一项研究表明，使用铜水管可以对饮用水中的一些致病生物体，尤其是大肠杆菌具有抑制作用。更有世界多家研究机构研究证明，水中有害人体的多种细菌，如大肠杆菌、葡萄球菌、链球菌等，绝大部分在铜管中几个小时内就被杀死。同时包括国际铜业协会、世界卫生组织在内的组织进行的研究结果表明，在正常使用铜和铜的接触途径中，对人体健康没有什么危险。
另据资料报道，国际铜业协会（中国）委托中国科学院武汉病毒研究所成立专项研究课题，针对铜、铝、钢、塑料等不同材质表面对抑制SARS类冠状病毒的研究，通过多年的研究和反复实验获得结果显示，被测材料中仅紫铜对病毒有明显的抑制效果。(end)
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(4/2/2010) |
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