Ⅰ型Ⅱ型PE-RT地暖管材高速生产控制探讨

Ⅰ型Ⅱ型PE-RT地暖管材高速生产控制探讨最近几年来PE-RT地暖管材使用量的快速增长使人刮目相看，尽管去年发生的世界性的金融危机波及到许多国家，对中国塑料行业也有不同程度的影响,但2009年PE-RT地暖管材使用量的增长也是非常可喜的，今年有的生产企业产销量已经增加了100-200%，这样，一方面需要增加设备走外延式扩大再生产，增加人员，一方面可以走内延式扩大再生产，不增加设备，采用提高劳动生产效率的办法，即提高挤出设备的生产线速度来提高单位时间的产量。

由于地暖管材埋在地下长期承受较高的温度与压力，一旦出现质量事故，影响较大，所以现在与各位同行专家、学者讨论一下Ⅰ型与Ⅱ型PR-RT管材高速生产过程中的控制问题。

一、塑化的控制首先我们看看PE-RT管材的加工工艺流程图：PE-RT颗粒原料在Tg玻璃化以下分子链段不能自由活动，在Tg玻璃化温度以上链段可以自由活动，但在常温下由于高分子间的作用力即范德华力和氢键，使分子之间互相纠缠象乱麻一样，由于高分子没有完全的自由，也就是在常温下自身不能打开分子之间的相互纠缠，使颗粒与颗粒之间重新组合，通过以上工艺流程图不难看出，要将本色PE-RT颗粒状的树脂原料变成管材，需要设备、模具、温度等条件产生的共同作用来完成颗粒之间的互熔，使之由分散的个体相变成连续的整体相，如果没有温度，颗粒料经过再大的剪切与压缩也不能变成管材，如果没有压缩、剪切力，即使温度很高可以把原料熔化，但是在较短时间内经过高速生产的高温区也不能完全压密实使之达到理想的塑化，所以说管材塑化是靠温度、压缩、剪切、停留时间来共同完成的。

那么设备模具的先进程度，控制仪器的精确度，合理的工艺参数等等是保证高速生产PE-RT管材产品质量的重要条件。

三、材料性能与加工产量质量的关系根据标准要求，不同材料的管材做静液压试验时诱导环应力如表1。

Ⅰ型PR-RT管材与PE-Xa管材主要区别是：PR-RT管材非交联，柔韧性较好，生产速度快，可热熔焊接，但长期使用在一定高温与压力的条件下会出现拐点，即性能快速下降。

因为在使用温度为60℃时，使用12-12.5年后将出现拐点，在使用温度为70℃时，使用5.5年后将出现拐点，在使用温度为80℃时使用2.5年后将出现拐点；在使用温度为90℃时，使用9900小时后将出现拐点。

因此建议最佳长期使用温度为50-60℃之间。

而PE-Xa管材为交联管材，一旦交联后就不能熔化溶解，故不能焊接，柔韧性比PE-RT差一点，但不影响使用，生产速度慢，长期使用在一定高温与压力下，性能不会快速下降，因此无拐点。

无拐点的意思就是产品性能老化很慢、寿命较长，因此建议最佳长期理想使用温度为60-70℃之间。

假设PE-RT与PE-X管材厚度相同以DN20*2.0mm为例：Ⅰ型PE-RT管材在试验条件为110℃/8760小时的情况下：打压压力应该是0.422MPa；PE-X管材在试验条件为110℃/8760小时的情况下，打压压力是0.6MPa。

由于PE-RT与PE-X管材各有优缺点，为了提高PE-RT管材的强度，延长使用寿命，使之接近于PE-X管材的质量强度与使用寿命，因此国外企业开发了无拐点的Ⅱ型PE-RT原料，它与Ⅰ型PE-RT原料生产的管材区别如下：1、生产速度相同，即产量一样，个别国外企业的Ⅱ型料产量略低些。

2、耐热温度比PE-RT（Ⅰ型）提高10℃，即比目前的LG、SK、大林、巴塞尔的Ⅰ型原料加工的管材耐热温度提高10℃。

3、使用寿命延长，长期耐高温性能与PE-Xa管材一样无拐点。

4、比Ⅰ型PE-RT管材耐压强度提高3-5%。

5、缺口冲击强度比Ⅰ型提高5倍。

6、常温条件下实验，Ⅰ型PE-RT管材接近于PE80级管材的耐压强度，Ⅱ型PE-RT 管材接近于PE100级管材的耐压强度。

7、邵氏硬度比Ⅰ型PE-RT高20%，比重比Ⅰ型PE-RT管材高0.07g/cm3-0.1g/cm3Ⅱ型PE-RT原料生产的管材之所以比Ⅰ型PE-RT有更高的强度与耐温度性能和更长的使用寿命，据说主要原因是Ⅱ型PE-RT原料加工时提高了分子量，采用双峰或者多峰，由Ⅰ型的乙烯-辛烯共聚物变为Ⅱ型的乙烯-丁烯共聚物等。

在高速生产时，由于材料的差异，加工性能有明显的区别，因此必须调整工艺，改变或者寻求恰当的模具拉伸比例，有的Ⅱ型料加工温度要比Ⅰ型高5-15℃，如果不调整温度，由于有的Ⅱ型料熔体流动速率较低，在Ⅰ型料的温度条件下还不能充分塑化，出现表面无光泽度，产量低，通过调整与改进模具，产量达到Ⅰ型料的产量，但有的Ⅱ型不需要调整温度即可达到Ⅰ型的产量。

因此严格控制原料的质量也是保证高速生产PE-RT管材质量与使用寿命的重要保证。

二、温度控制与产量、质量的关系控制从坐标图1可以看出，Ⅰ型PR-RT原料加工温度在180-210℃之间产量最高，Ⅱ型PE-RT原料在185-225℃之间产量最高，在高速生产时如果温度较低，塑化不好，管材外观不光滑无亮度或出现熔体破碎，温度太高时，出口模太软，管材表面容易出现小痕纹，温度误差范围在上下偏差5℃时，产品相对稳定，当温度上下偏差超过10℃时，由于温度越高料的流动性越好，在牵引不变的情况下管材相对变厚，温度越低料的流动性越差，在牵引不变的情况下管材相对变薄，由于地暖管材是盘管。

200-300米一捆，中间管材有偏差不易发现，就会有质量隐患，所以选择先进的温控系统和严格的精度控制是产品质量的重要保证。

四、设备与产量质量的关系控制：Ⅰ型Ⅱ型PE-RT地暖管材高速生产线如果用普通PE设备来生产PE-RT管材，线速度一般在6-15米/分钟；如果用高速生产线，线速度可达到20-30米/分钟；现在通过普通的低速生产设备的缺点与高速生产设备的优点来分析选择设备：1、机筒螺杆精度如果比较差，根据时温等效原因，在不光滑地方如果有滞留物粘附，时间长了等于大大提高温度，连速生产时间长了就会有降解或者分解物出现，管材表面就会有间断性的小黑点，影响产品质量，因此必须选择先进的精度较高的设备来生产。

2、高速生产线与低速生产线，由于螺杆在长径比，压缩比，剪切力、熔化区域有一定的差异，因此高速生产线虽然生产速度很快，但不是单靠提高温度来解决塑化的。

如果相对加工温度不是很高，而生产速度又很快，物料在设备中停留的时间又很短，同时塑化还比较理想，这样对物料的热老化影响很小，产品的使用寿命就会延长，低速生产线螺杆长径比、压缩比、剪切力、熔化区域不理想，需要把温度提的很高来达到理想塑化满足高速生产的要求，否则只能慢速生产，物料在设备中停留时间就会变长，原料每加工一次都会有不同程度的热老化，对产品使用寿命的延长是不利的，因此高速生产线必须选用长径比、压缩比、剪切力、塑化较好的设备。

高速生产线生产的Ⅰ型Ⅱ型PE-RT管材五、模具与产量质量的关系控制模具的作用是：1、进一步帮助塑化，有蓝式、螺旋式、支架式机头2、形成压缩，使物料更密实，提高产品强度。

3、形成热坯型管材。

4、控制管材的厚度坯型，使之可调整偏差。

5、模具的精度直接影响到是否有滞留物粘附，时间长了出现黑点或者黑线影响产品质量，模具的压缩效果直接影响到挤出速度，如果压缩效果不好，一者产量低，生产速度快了表面不好看；二者压的不密实，产品强度低，性能差，口模与芯棒的光滑度的好坏直接影响到热坯型管材的外观质量。

如果有明显的痕纹，管材经过长期高温与压力的使用，就会从划痕处引发爆破点，影响产品使用寿命。

六、冷却定型方法与控制聚烯烃管材冷却成型方法一般情况下有以下几种：1、真空定径法：真空定径法是将物料经过电加热，通过设备与模具温度，停留时间使之塑化，挤出型坯进入定径套，在真空箱设定0.02-0.06MPa的负压，热型坯管材进入定径套（定径套设有真空槽或孔），被负压吸附在上面，形成与定径套一样圆形的管材，通过冷却而成型，真空定径所用定径套可分为叠片式与普通式，叠片式定径套又分为水帘式与水环式，定径套设计是否合理与适用，直接影响到产品质量。

如外观划痕、麻点、裂纹，也直接影响到生产效率。

2、正压定径法：物料经模具挤成型坯，直接进入定径套，定径套与口模是固定在一起的，用压缩空气经过模芯中间进入管材中，把热坯型料吹胀，紧贴定径套，通过冷却成型成为管材，这种方法可避免划痕，裂纹，水麻点等问题，但加工时不好观察调整，如果一旦漏气，会出现很多废料。

3、风冷成形与水冷成形：风冷成形外观不会出现水麻点，外观很亮，但不适合高速生产，而且成本也较高，水冷成型成本低，冷却效果好生产速度快，如果冷却水大小未调整好，会出现裂纹、麻点、划痕等影响产品质量。

七、拉伸、膨胀比与产量质量的关系控制：高速生产管材拉伸、膨胀比直接影响到产品质量与产量根据实际情况，当拉伸比、膨胀比为0.5-1.0时，由于生产速度快，PE-RT熔体比较柔软，产量较低，当拉伸膨胀比为1.3-1.6之间时，产量与质量较稳定，管材不容易出现划痕和水冷成型造成的假裂纹，熔体堆积现象，但是由于不同生产企业设备模具调试不同其拉伸膨胀比的最佳值也不完全相同。

八、管材外径收缩比控制影响管材外径的主要因素是：1、水温：水温越高，产品收缩越小，水温越低，收缩越大。

2、真空压力或正压压力：在0.01-0.06MPa之间时压力越高，收缩越小，压力越低，收缩越大。

3、生产速度：生产速度越快，管材收缩越大，生产速度越慢，收缩越小。

4、定径套长度：定径套越长，生产速度可越快，产品越圆，定径套越短，产品越扁，生产速度越慢。

5、定径套真空槽有效真实接触面：在一定范围内定径套上真空槽与真空孔的有效真实接触面越大，产品外径越大，反之越小，这就是有的定径套小，但生产的外径大，有的定径套大，而生产的产品外径反而小的原因。

6、定径套本身大小与成型管材外径是成正比的，在其他条件相同的情况下，定径套越大，管材外径越大，生产速度越快，由于热坯型管材在定径套中停留时间短，所以定径套需要更大，反之生产速度越慢，热坯型管材在定径套中停留时间长，有充分的定径时间，所以定径套需要较小，小管材高速生产线收缩比一般控制在5-8%，低速生产线收缩比一般控制3-5%，定径套的冷却方法与冷却效果直接影响到产品的外观质量与生产效率。

九、牵引与盘卷对产品质量的影响由于高速生产线线速度很快，如果牵引没有压紧自动盘卷机在换圈时产生强大的惯性张力，使管材在口模与定径套之间产生拉薄现象，由于速度快，产量高，很难发现，形成严重的质量隐患。

十、严格的质量控制1、原料入库必须严格按照标准进行检测，不合格原料不使用。

2、首件检验：上卷前必须检验合格才能盘卷，否则不能盘卷。

3、每捆之间（8-10分钟）检查一次壁厚与外径。

4、捆捆打压，避免意外杂质及拉薄现象。

5、捆捆称重，精确计算，预防盘卷中漏检的薄壁产品。