淺談聚乙烯發泡被覆金屬管的隔熱與耐候
Talk About the Thermal Insulation and Weatherproof of the PE-Foam-Coated Steel Pipe
陳幸郎 博士
新端實業有限公司
Shin-Duan Industrial Co., Ltd.
早期建築物配管以鍍鋅管為主，經長期使用及環境溼度、溫度、酸鹼物質侵襲影響，容易導致管件老化、腐蝕，造成漏水，嚴重時可能損及房屋結構，往往需花費龐大費用翻修或整建。
近年來，不鏽鋼管廣泛使用於建築及設備管件，為提昇使用功能與壽限，裸管再以聚乙烯發泡加工被覆，使用於熱水管，可有效隔熱保溫、節省能源，並給予管路熱漲冷縮空間，遇地震來襲，亦可緩衝管材與週遭的擠壓，保護管路受嚴苛環境劇烈變化的危害，達到經年久使用，也能確保整體建築結構安全及設施正常使用的目的。
說到金屬管的保溫，目前市面上有諸多產品，諸如居家分離式冷氣銅管的包覆，為了使冷氣在輸送過程能保冷，在銅管外層會夾上一層發泡材，惟因日曬雨淋，往往包覆材經過日曬雨淋，兩、三年即開始粉化，影響冷氣功能，類似產品層出不窮，於是近年來對隔熱、耐候產品的開發如雨後春筍，顯得相當熱門。
相同訴求下，因應高價位豪宅需求崛起及相關設施使用管材品質提升需求，對金屬管材的隔熱與耐候，甚至耐燃性的要求，開始成為焦點，近年來政府公共工程及民間企業重大投資案也陸續提出相關規格要求，於是在各家努力下，相繼開發出聚乙烯被覆技術，並以添加助劑方式，對聚乙烯改質，達到各種物、化性能要求，目前台灣有多家公司擁有自己的”Know How”，製造相關產品。
現行金屬管隔熱與耐候功能，大部分以聚乙烯發泡被覆方式進行，其中依據CNS 10487 「聚乙烯泡沫塑膠隔熱材料(Polyethylene Foam for Heat Insulating)」規範，導熱係數(Thermal Conductivity)在平均溫度30℃，須達0.039 W/m-k以下，而所謂導熱係數，在熱力學、機械工程或化學工程領域，是用來計算熱傳導，主要是對流的熱傳導或流體與固體之間相態變換的熱傳導，定義為在單位溫差下，單位時間通過單位面積單位距離的熱量，K值越小隔熱效果越好，公式如下：
K = QL/(A△T△t)
K：導熱係數 (W/mK)
Q：傳導的總熱能 (W)
L：傳導材質樣品厚 (m)
A：接觸截面積 (m2)
△T：傳導材質樣品兩側的溫度差 (K)
△t：傳熱時間
例如銅、玻璃、與軟木的導熱係數在27℃下，分別為 401、1.38及0.038w/m.K。
國立中山大學分子動力模擬實驗室，於1994年曾發表學術論文”Computer simulation of energy flow in polyethylene ”於知名期刊”POLYMER”指出，當熱能從聚乙烯主鏈開始激發傳遞時，鏈堆積造成的遠距離非鍵結作用會誘發鏈與鏈之間能量的傳遞，並會加速能量的流動，使系統的能量更快速傳導至整根鏈，所以非建結作用力才是熱能迅速傳遞的關鍵。依此動力模擬實驗推論，利用發泡劑產生大量綿密氣體，均勻充滿於熔融聚乙烯中，減少聚乙烯鏈與鏈之間非鍵結的熱傳導，理論上，確實可以達隔熱效果，而且似乎氣泡越小越多，越能形成泡泡相連的隔離牆，效果越好。
除上述在微觀系統理論的說明，在熱力學上，我們知道溫度是熱能的重要參數，通常較高溫物質所含能量越高，而熱傳導是因為溫度的差異，導致熱能交換，從高溫區傳導至低溫區，這樣的熱傳導是利用三種不同的型態進行，包括傳導(Conduction)、對流(Convection)與輻射(Radiation)，任何熱交換都是由其單獨或多型態呈現，其中傳導是熱經由固體或靜止液體進行傳遞，對流是藉液體的流動傳遞熱量，而輻射是直接以電磁輻射進行熱交換。目前市面上的熱傳導係數分析儀就是在固定功率的熱源條件下，量測樣品將熱源傳導出去的能力。
我們知道柔性發泡保溫隔熱材的結構，分為密閉式與開放式，選用密閉式氣泡結構，可利用單獨氣泡所含低熱傳係數的氣體降低熱傳導，如果氣泡綿密，將迫使熱導僅能以氣泡當通路，可更阻隔對流作用，強化保溫效果，加上聚乙烯材質吸水率低，不易受潮，可防止滋生菌藻類，且具耐蝕性，在潮濕或較惡劣環境使用聚乙烯發泡被覆管，是非常適合的。
位於高雄市仁武區的新端公司，自2010年創始以來，一直致力於冷熱壓接管、配管的聚乙烯發泡保溫被覆加工之研究與製造，對被覆原料的使用及製造工藝，均有獨創作法，產品包括4吋以下管徑均可客製化被覆，擁有客戶群40家以上，產品備受好評，主要產品如下：
近期研製產品中，有兩項以同質試片送公正單位檢測，如下：
1. 送SGS檢測導熱係數，結果符合CNS 10487標準。
2. 送塑膠中心進行垂直燃燒試驗，經判定符合UL 94 V0級耐燃試驗。
除此以外，公司對產品的耐候性也極為重視，雖然聚乙烯材質本身已具抗紫外線效果，為增強該特性，再添加抗UV及抗氧化材料，更可延長產品使用壽限，確保管材長期使用安全。目前依ASTM G154規範，進行紫外線耐候產品開發，希望能持續提供客戶更多元高品質產品。
新端公司對「聚乙烯發泡被覆鋼管」的市場評估非常樂觀，自從2012年通過ISO 9001品質認證後，更重視產品品質，為永續經營，強調以「研發、創新」為前端，帶領品牌走向，持續開發符合市場需求產品，並將爭取CNS正字標記認證，以提昇製程能力，走出自有品牌的願景。
