浅谈PE-RT铝塑复合散热器
■ 沈阳佳暖散热器厂厂长周金刚
随着全球低碳经济、低碳技术、生态文明的潮流，节能降耗已成为各国刻不容缓的大事。到2020年，我国单位国内生产总值二氧化碳排放要比2005年下降40%-45%。意味着我国必须转变经济增长方式，调整经济结构，向低碳经济转型。我们的企业和个人必须成为这场革命的当事人、参与者、贡献者和受益者。
1. 新常态下突破传统思维，注重自主创新
采暖散热器行业“十二五”规划指出：“加快转变采暖散热器行业经济发展方式，按照低碳发展模式调整产品结构，研究推广低温采暖系统配套技术及工程应用，大力发展低能耗、低排放、低污染的采暖散热器经济”。行业“十二五”规划要求我公司围绕节能减排、低碳环保、研发创新，立足自主创新，重点在材料导热性能、结构热能转化、强化边缘层传热和对流换热等方面寻求突破。
随着人们低碳环保意识的不断增强，国家“十二五”节能减排30%任务艰巨，如何让老百姓安心取暖，摆在我们这一代企业面前。国家需要这个，子孙后代更需要这个。所以我们企业是应该走给环境和用户带来巨大负面影响的粗放生产的老路，还是走一条让人安心、可持续发展的新路，这是科学取暖的大事，利国利民。
塑铝复合散热器是一种全新概念的散热器，是散热器行业的一次革命性进步。1、塑铝复合散热器的成功开发，解决了散热器在生产过程中的污染问题，特别是金属散热器表面离不开酸洗工序，对环境地下水产生不可逆的影响；2、大大提高了生产中的安全性，金属散热器需要使用氧气、丙烷等危险气体，同时散热器还需要做内部防腐处理，防腐漆未干就入炉，存在很多事故隐患，而散热器则不存在这些问题，大大提高了生产中的安全性；3、可以大大减少售后服务，我国供暖水质差是众所周知的，对散热器有相当大的腐蚀作用。 无论采取什么样的防腐措施，都很难保证散热器不被腐蚀。而本散热器过水部分全塑料化，解决了这一问题，成为不挑剔水质的散热器，大大提高了散热器的使用寿命；4、可实现自动化机械化加工生产，大大降低了工人的劳动强度和人工成本。以上是铝塑复合散热器的几个优点或者说优势，但优点越明显，它的缺点就越难克服。第一，虽然塑料代替金属解决了耐酸碱性问题，但仍然存在塑料管老化的问题；第二，塑料的导热系数低，影响散热；第三，塑料结晶（老化过程中不可避免的现象）造成散热量衰减明显；第四，金属与塑料的热膨胀系数相差较大造成二者分离。
综上所述，虽然散热器优点多，优点明显，但如果不能很好地克服它的缺点，这种散热器就没有生命力！为了克服这些困难，生产出符合国家散热器委员会使用寿命不低于15年的目标的散热器，生产出让人放心的产品，佳暖散热器厂由管材行业专家、化工专家、质检部门、科研部门及本厂技术人员组成塑铝复合散热器攻关小组。攻关小组成员分工有专攻，经常在一起探讨，不断提高产品的质量和内涵，完善散热器的理论体系，并顺利推向市场，得到了用户的一致好评！
2.结构设计决定各项指标的优劣
塑铝复合柱翼型耐腐蚀散热器是采用环保材料，由两种材质复合而成的新型复合散热器产品。
1.总体设计：
塑铝复合柱翼型散热器整体设计以符合国情、节能、环保、耐腐蚀、外形美观、延长产品使用寿命、具有装饰艺术价值为指导思想的新产品。
2.结构组成：
过水部分采用PE-RT管，散热元件采用塑铝复合管，塑料管内衬铝翼管，塑料骨架为铝质外观，塑铝复合充分利用了两种不同材料的特性，结构型式为柱状。
20世纪90年代末，一些企业开始研究PPR改性材料散热器，至今已取得突破性进展。2013年，采暖散热器委员会委托辽宁省建筑金属结构协会组织相关单位对“铝塑复合散热器”进行研发。辽宁省建筑金属结构协会高度重视，自2012年10月起，组建研发小组，在沈阳吉水散热器厂建立了产品研发试验基地。到目前为止，铝塑复合散热器（聚合物）的研发已取得阶段性成果。该产品具有节能环保、耐腐蚀性能好、使用寿命长等特点，产品自投放市场以来，受到了社会各界的广泛关注和消费者的认可。
我们在市场调研过程中发现，PE-RT管在使用一段时间后，会出现结晶、体积收缩，影响热传导，从而影响散热，也就是热衰减。那么如何才能提高这种产品的散热性能呢？首先我们要找出影响这种产品散热的主要因素，这样才能对症下药（散热形式有三种：1、辐射、2、传导、3、对流）。下面从铝合金型材结构上进行分析：
第一、铝塑复合柱翼散热器中铝型材的高效传热主要在于翅片结构设计，是否符合产品的工艺要求，是否符合企业标准要求。目前，铝塑复合散热器的结构设计主要指铜铝复合、钢铝复合的结构形式。这种结构形式在铜铝、钢铝复合中对散热的影响不是很明显，而在铝塑复合散热器中影响较大。根据我们咨询专家和实践得出以下几点结论：1）铝型材散热翅片的设计应符合传热原理，翅片应分布均匀。铝合金铝翼管管壁较薄，具有导热系数大、热阻小、传热快的特点，铝翼管上的翅片主要是为了加强散热效果，翅片的形状有多种。 金属的高热强度取决于翅片的最佳结构几何尺寸、翅片间距、厚度、高度的合理设计，这是产品散热中至关重要的环节。由于塑料管导热性能较差（传热系数仅为0.4），与铜铝复合散热器有很大区别。如图1所示，铜铝复合散热器具有更多的导热通路，在散热肋条根部产生“凹陷”效应，因此铜铝复合散热器无需过多考虑散热翅片的分布，就能获得更大的散热量。如图2所示，塑铝复合散热器导热通路相对较少，由于塑料导热能力较差，直接传导已经很困难，从两侧向中间传热更是难上加难。 因此解决这个问题最好的办法就是均匀分布散热鳍片，减少中间环节，以达到更大的散热效果。
）、选择合适的型材有利于提高散热效果。型材的形状（整体长度和宽度）主要有三种，第一是圆形；第二是方形；第三是矩形。 ①圆形：圆形散热和热效率最高，但其外观不受市场认可，可以作为额外的外部装饰。 ②矩形：矩形的热效率不均匀，散热筋难以均匀分布（难以优化），所以尽量不要选择矩形型材。 ③方形：方形介于圆形和矩形之间，可以兼顾外部装饰和散热筋，散热效果也高，是铝塑复合散热器首选的型材形状。 3）、铝型材壁厚的选择：铝型材壁厚的选择很重要。 如果一味地降低成本，把型材壁厚减到很低，不但散热量上不去，反而机械强度会下降，导致漏气率上升。首先，铝型材的散热功能是接收塑料管通过型材内缘传来的热能然后通过型材本身“传导”到型材外缘和空气对流散热。如果型材壁厚太薄，会严重影响热传导，从而影响散热；其次，如果型材壁厚太小，在型材生产过程中（从高温到室温），非常容易变形，影响散热器焊接时的偏心，增加漏气率，也会降低散热器整体的机械强度。那么型材壁厚多少合适呢？ 根据我们的实践经验，一般选择0.7-0.8mm比较合适，这样可以有较大的散热量，较高的性价比和较高的机械强度，也基本解决了型材不同心的问题。4）散热翅片多长比较合理？首先我们要明白什么决定散热：温差决定散热。也就是型材外缘温度与空气温度之差决定散热量，当翅片末端与空气温差为0时，就没有散热。也就是说翅片不是越长越好，太长性价比会下降，太短又起不到散热效果。根据我们的实践经验，翅片长度为18mm±时性价比较高。5）选择环形散热器翅片更利于散热。 散热器组装后，环形散热鳍片自上而下形成透明风道，在提供热量时产生“烟囱”效应，烟囱内对流加强，风速加快，热交换增加，从而大大提高散热效果。因此，在选择散热器鳍片时，尽量选择环形的，另外环形鳍片不仅散热效果好，机械强度也高。
第二是塑料管的热传导性能否提高。PE-RT的热导率为0.4，比金属低很多。解决这个问题有几种方法： （1）适当增加塑料管的直径（一般选择直径为32mm），扩大塑料管的受热面积，从而弥补一部分散热； （2）适当减小塑料管的壁厚，从而降低热阻，增加散热量。减小壁厚使散热量增加，但降低了熔焊的机械强度。例如当壁厚减小到2mm时，熔焊的成功率只有97%。按日产2000支计算，有近60组是残次品。即使是打压出来的产品，也是带着隐患出厂的。 为了解决这一问题，嘉暖企业发明了熔焊局部加强技术并申请了国家专利，即在竖水管两端熔焊处局部埋入内衬管，大大增加了焊接强度。此项专利技术彻底解决了这一难题，使熔焊问题率降低到万分之一以下（无特殊情况基本无漏水率）。此项成果已被生产企业广泛应用，并得到一致好评。 3、在塑料中添加导热性能好的材料，如铜粉。我们在PE-RT中添加2%的铜粉，散热量增加不到5%，但机械强度明显下降，经不起95℃水、0.8mα、165小时的试验，产生大量“妊娠纹”。因此，此方法应谨慎使用。
第三、复合技术是解决铝塑复合散热器散热问题的关键。由于塑料管本身的特性，在经过一段时间的供暖应用后，会进入结晶过程，结晶完成后塑料管的管径变小，导致铝管与塑料管之间出现缝隙，严重阻碍热传导，影响散热。这是散热器使用一段时间后，用户体验不热的主要原因。有些地区并不是24小时供暖，而是分段供暖，在分段供暖的情况下，这种现象更加突出。为了解决这个问题，佳暖企业与相关单位通过科研开发，研制出大结晶PE-RT（即无记忆管），较好地解决了这个问题。目前佳暖生产的散热器散热稳定，没有出现因散热不足而导致的返修现象。
3、影响铝塑复合散热器寿命的因素有哪些？
塑料散热器给人的第一印象就是塑料耐腐蚀、寿命长、安全。其实不然，塑料管的确耐酸碱性能很好，但是其抗氧腐蚀（氧化）能力不高，容易老化。PE-RT在管道系统中已被证实可以使用50年，但是它在散热器中又能使用多少年呢？影响散热器寿命的因素有哪些呢？生产者应该了解这些问题，以便自己的产品能够更好的服务于社会。影响寿命的因素有：1、光照；2、温度；3、外力；4、焊接质量；5、材料。
1、光照：阳光是塑料管的头号杀手，长期光照会加速塑料管的老化。同时PE-RT无色，光照可直接穿透到塑料内部，滋生微生物，进一步加速塑料管的老化。针对这一问题，佳暖第三代铝塑复合散热器采用外螺纹等技术，较好地解决了这一问题。同时也解决了由于金属与塑料管热膨胀系数相差较大，长期使用产生的脱层、渗漏问题。
2、温度：PE-RT塑料管在水温不超过70度的情况下，可使用50年。一旦水温超过70度，PE-RT的寿命就会非线性地下降。这是因为PE-RT中的抗氧化剂（即多酚）在高温下会加速分解（多酚也有延缓老化的作用，比如经常喝茶的人都知道，泡茶的水温不宜太高，当水温接近100度的时候，茶多酚就会失效），从而加速老化。PE-RT塑料管的高温性能不够理想，但是低温性能相对较好，装满水的暖气片在20℃的低温下解冻24小时后，仍然可以正常使用。
3、外力：散热器在工作时，存在着内压，这个内压对于塑料管来说就是一种外力，这个外力对散热器各个部位的受力是均匀的，但是塑料管的承受能力是不一样的，我们把这种现象叫做环向应力变化。在散热器管路设计时，允许环向应力变化，但是不能有突变，也就是“应力集中”。一旦出现应力集中，这个地方必然会出现疲劳开裂（开裂），影响使用寿命。我们在国家化工材料测试中心实验室做的95℃水、1.06ma、1000小时的试验，只用了4个小时就降下来了。问题就出在应力集中的问题上。那么散热器哪些地方容易出现应力集中呢？一是塑铝复合铝型材端口。 因为这个地方的塑料管壁比较薄，一般在2mm以下（厚度影响散热），铝型材端口就像是每天都要用的剪刀，剪断只是时间问题，为了解决这个问题我们发明了“锁紧环”技术，有效的解决了这个问题；第二，三通的中间部分，环应力在这个部位形成了“断环”，所以当有压力的时候就会发生很大的变化，形成破坏力，所以在设计这个部位的时候要尽量减少“断环”，加强薄弱点；第三，三通之间的连接等。
4、熔焊质量及焊口保护：（1）熔焊质量很重要，使用该产品最先出现的问题就是熔焊口的渗漏。熔焊时三通与三通即水平连接盒之间的壁厚比较厚，所以一般不容易产生熔焊质量问题。但三通与竖水管的熔焊就比较难把握，其原因是竖水管由于散热的需要一般选用2mm以下。这么薄的塑料管经烙铁头加热后已经失去了机械强度，而承插热熔需要一定的接触力才能热熔牢固。相反，没有接触力的热熔部位要么接触面积不足，要么产生皱褶，使用过程中很快就会造成渗漏。这就是为什么PE-RT标准中规定热熔管的最小壁厚不能小于2mm的原因。 由于竖水管的壁厚与散热关系太大（关系到产品的成败），所以必须解决好壁厚与散热的矛盾。为了解决这一矛盾，嘉暖发明了熔焊缝局部加强技术（在竖水管两端预埋内衬管）。此项技术的发明，既保证了散热（薄处可以薄，提高了散热性），又增强了熔焊缝的机械强度（厚处必须厚），同时也解决了熔焊缝壁厚不得小于2mm的技术难题（因为现在的熔焊设备采用的是伺服系统，误差小于50μm，所以更薄的热熔管在设备上也有了保证）。 （2）熔焊缝的保护：你知道PE-RT管道系统最先老化的地方在哪里吗？ 最先老化的肯定是熔接焊口，因为塑料里的抗氧化剂不但怕热，而且易溶于水，也就是水分子可以把塑料里的抗氧化剂带走。由于热熔胶经过两次加热（第一次在塑料管加工时，第二次在熔接焊口时），抗氧化多酚的流失比其它部分要多，所以老化得更快。解决这个问题最好的办法就是不让水冲热熔胶，防止多酚的流失。在选择内衬管时，我们特意选择了和立水管（PE-RT）一样的材质，它们有一样的特性，会和熔接焊口紧密贴合，有效防止多酚的流失，从而增加散热器的使用寿命。
5、材质：铝塑复合散热器结构变化多，在结构设计上除了要满足力学要求外，对材质的要求也很高。第一要选择产品成熟的品牌，比如韩国的LG、大林、SK等品牌，不要用劣质品牌，会加速散热器的老化；第二生产管件时，要用原料颗粒，不要填充任何杂料，任何填充都会影响材料的物理性能；第三一次性注塑成型。
4.加强产品综合性能研究
随着我国各种材质的采暖散热器产品的不断发展和创新，铸铁散热器一统天下的局面已经发生改变，采暖散热器的品种、结构类型更加多样化，各项产品指标的检测要求也越来越重要。我国采暖散热器行业“十二五”发展规划指出：“采暖散热器行业要坚持节能减排目标，转向低碳发展方式，引导和鼓励企业发展低碳产品，持续健康发展高品质的采暖散热器。”“采暖散热器的质量控制目标首先是安全性和耐用性，必须对散热器产品制造的全过程进行有效监控，确保我国采暖散热器在标准规定的条件下使用，寿命不低于15年。” 铝塑复合散热器的材料（PE-RT、铝型材、塑粉）已被证实是绿色产品，但如何验证使用寿命不低于15年的目标呢？下表是国家化学建筑材料测试中心根据散热器的使用环境和寿命要求给出的测试方案。按照这个测试方案，通过测试的铝塑复合散热器使用寿命可达15年以上。
首先，采暖散热器需要寿命指标，目前使用寿命都是各企业自己决定的（他们想保几年就保几年），监管部门监管不了。其次，国家散热器委员会制定了行业“十一五”和“十二五”发展规划，对采暖散热器提出了使用寿命指标，如果没有科学的检测手段来保证，那也只是一句空话。当然我们也不能等它用了15年才去验证它的寿命，所以测试条件必须高于使用条件，这就叫加速老化测试（这个测试方法已经被世界认可了），这样才能检测出它的寿命，如果不考虑寿命，那这些测试就不需要了，这不是又回到老路上了吗？之所以选择S6.3等级，是因为壁厚对散热影响比较大。 因此采用耐压等级相对较低的S6.3。
1.国家化学建筑材料测试中心，报告编号，2014（G）07504-1。铝塑复合散热器规格：壁厚1.5mm。
2、国家化学建筑材料测试中心，报告编号，2015（G）10056。铝塑复合散热器规格：壁厚1.5mm。
3. 2015年国家空调设备质量监督检验中心国家监督检验报告
以上是嘉暖的检测报告和国家抽检报告，嘉暖从2013年成功研发塑铝复合散热器，至今已销售近30万台，未出现过散热不畅、漏水等问题，深受市场好评。
塑铝复合（高分子）散热器从前所未有的环保思维出发，将创新技术与对环境的责任感相结合，为散热器行业的发展指明了方向，解决了行业转型面临的重大技术难题。首先，生产工艺更加现代化、环保，不需要氧气、液化气、电焊等危险气体和工种，也不需要酸洗等危害环境的化学材料，为环保型企业完成了技术突破。其次，塑料代替了金属，所以不存在腐蚀问题，大大增加了散热器的寿命，解决了企业的售后服务问题。第三，自动化程度提高，生产环节大大减少，人员减少，生产效率提高，成品率大大提高，引领行业由粗放型走向集约型现代化。 这是散热器在节能环保技术领域的一次创举，是对环境和未来的一次思考，降低能源消耗，减少环境污染，是塑铝复合（高分子）散热器在引领行业变革和市场需求方面的一次伟大革命。
本文从四个部分对PE-RT塑铝复合散热器的工艺技术、散热性能原理及检测项目进行了探讨。PE-RT塑铝复合（高分子）散热器经过两年多的研发和工程应用，取得了良好的效果。正所谓独木不成林，佳暖散热器厂及其研发团队愿意与所有致力于散热器生产、制造、研发的行业精英共享成果，将这一成果推广到全国各地，更好地服务社会，造福用户。
