1、 IPE 管材生产技术摘要本文介绍了 PE 给水、燃气管材的生产技术、工艺流程，生产设备、应用等。关键词：给水、燃气用聚乙烯管材、生产技术、工艺、设备应用。目 录1 前言 11.1 PE 管材的性能 11.1.1 原材料性能 11.1.2 管材的性能 21.2 PE 管材的用途 21.3 我国 PE 管材的市场前景 22 PE 管材的生产 42.1 PE 管材的生产工艺流程 42.1.1 生产工艺流程 42.2 生产设备介绍 52.2.1 挤出机 52.2.2 真空定型箱和冷却水箱 52.2.3 牵引机 52.2.4 切割机 52.2.5 辅机（上料机） 62.3 设备的操作要领 62.3.1
2、 上料机注意事项 62.3.2 烘干机注意事项 62.3.3 挤出机注意事项 62.3.4 下游设备 72.4 生产工艺的控制 72.4.1 温度的控制 82.4.2 主机电流的控制 92.4.3 熔体压力的控制 92.4.4 影响挤出的因素和控制 92.4.5 产品尺寸的控制 132.4.6 产品的质量控制 142.5 PE 管材生产中常见的问题及解决办法 15致谢 17参考文献 181PE 管材的生产技术及应用1 前言随着我国城市化进程的加快，面对人口、资源和环境的巨大压力，为确保国民经济的可持续发展，我国政府逐年加大对城市基础设施的投入，市政公用管道建设不断加快，品种和规格不断丰富，产量
3、不断增加，质量在不断提高，尤其是塑料管材的发展更快，成为当今投资热点。目前管材应用领域中，塑料管材正在稳步发展，给水、供汽、排污应用等方面已逐步代替了传统的铸铁管和水泥管。PE, PV C, PP -R 等管材在市场上都占有一定的比例，其中 PE 管材更是一支独秀，其独特的柔韧性、耐腐蚀性、无污染、重量轻、安装快、费用低、寿命长等优点是替代传统管材的一个重要原因。PE 【1】 管材的最佳用途之一是可以用来生产输送除强酸、强碱外的任何介质的管材，在 20条件下管材 50 年后仍能保持 10M pa 的最小强度。广泛用于给水、排污、农业灌溉，以及矿山、油田、化工输送和邮电通讯等领域。众所周知，金属
4、管有四大致命弱点易生锈、易腐蚀、易渗漏、易结垢。镀锌钢管被腐蚀后将滋生各种微生物，污染管道中的白来水。这些受污染的白来水中携带的细菌像无形的杀手，时时威胁着人们的健康。近 10 多年来，一些发达国家已先后立法或建立行业规章禁止使用镀锌钢管作为饮水输送管，并提出全面使用以绿色管道为主体的不生锈、无腐蚀、无结垢的优质塑料管材，这也是我国当前和今后符合国情、节能减排、治理污染的首选产品之一。1.1 PE 管材的性能1.1.1 原材料性能聚乙烯是由多种工艺方法生产聚合成的高分子材料，具有多种结构和特性及用途的系列的树脂，己占世界合成树脂产量的三分之一。聚乙烯是一种热塑性塑料，它的性能取决于支链、分了量
5、分布和半晶体结构，分了量是决定聚合物与耐久性有关性能的主要因素;分了量和支链决定管材的机械性能。聚乙烯(PE100)具有双峰分了量分布，一个短，一个相当长，高分了量链段获得双峰分布并连接更多分了，这种结构给出了数脂极好的物理性能，同时保留了较好的工艺性，从而达到抗蠕变性、耐龟裂性和良好加工性的完美结合。1.1.2 PE 管材的性能 【2】2（1)优异的物理性:强度高，也有很好的柔性、耐蠕变性，热熔连接性等优良特点，有利于管材的安装。（2)耐腐蚀，使用寿命长，可耐多种化学介质的侵蚀，不需防腐处理不会促进藻类、细菌或真菌生长，使用寿命达 50 年。（3)韧性、挠性好，其断裂仲长率超过 500%，对
6、管基础不均匀沉降和错位的适应能力非常强，抗震性好，并在施工时可在管材允许的弯曲半径内绕过障碍，降低施工难度。（4)流通能力大，经济上合算:PE 管材内壁光滑，不结垢。相同管径、长度、压力下的管材其流通能力要比钢管大 30%左右，因此经济优势明显。（5)连接方便，焊接容易、接口少，施工简单，管材重量轻，搬运方便，当管线较长时可使用盘管铺设(一般指管径小于 63mm ) ;也可采用管材沉入的方法在水底铺设，大大降低了施工难度和工程费用。（6)密封性能好:因采用热熔或电熔，本质上保证接口材质与管材本身的同一性，不存在扭曲造成的泄漏，密封性能十分良好。（7)耐磨性好:它的耐磨性是钢管的 4 倍。 （8
7、)抗应力开裂性好，耐环境应力强。良好的抵抗快速裂纹传递能力，在塑料管材道中比其它管材要强。维修方便，可以不停水、汽维修和安装。由于 PE 管材具备以上等优点，所以被越来越多企业和领域所青睐。更重要的是经济效益好，根据资料统计，在燃气或供水用 PE 管材的安装费一般低于钢管的 50%左右，若用于排污工程更显优势，重量轻、搬运连接方便，减少人工费用及各种吊装费用，施工快捷，可直接铺在不做基础的沟槽内，连接牢固，不会渗漏，不易结垢，减少使用中的维修工作。1.2 PE 管材的用途聚乙烯(PE)管材具有柔韧性好、耐腐蚀、易施工和安装等特点广泛应用于市政和建筑给排水、燃气、供热采暖、电线电缆穿线、农用节水
8、灌溉和工业排污、矿山矿物输送等领域。目前，PE 管材已成为继 PVC 之后，世界上消费量第二大的塑料管道品不中。在我国， “南水北调” 、 “西气东输” 、农业节水灌溉等等工程，为 PE 管材提供了空前的市场机遇。1.3 我国 PE 管材的市场前景 3“以塑代钢”已成为我国管道工业 21 世纪发展的必然趋势。目前，PE 管材的发展应用如日中天，方兴未艾。在全国新建、改建、扩建工程中，塑料管道采用的比3例分别为:建筑排水管道 70 % ,建筑给水和热水供应管道 60%，电线护套管 80%，建筑雨水排水管道 50%，城市供水管道(DN400 MM 以下)50%，村镇供水管道 60%，城市排水管道
9、20%，城市燃气管道(中低压管)50 %。2000 年全国塑料管道需求量为 1 000 KT 多，2005 年将达到 2 000 KT, 2010 年将达到 3 000 一 4 000 KT;其中 PE 管材的比例从 2000 年的 36%提高到 2005 年的 45%和 2010 年的 60%。因此，预计随着国内经济的发展和各类工程质量要求的不断提高，PE 管材市场潜力巨大，应用将日益广阔。 我国从 1982 年开始使用 HDPE 燃气管，目前国内燃气管的生产能力超过 120 KT/ A，由于设计标准、应用习惯以及应用技术等方面的原因，H DPE 燃气管材的实际需求量仅为 50 KT/ A，
10、占整个燃气管材市场的 14 %左右，与发达国家存在着较大的差距。美国 H DPE 管道占燃气输送管的比例为 90 %，欧洲为 60%一 70%0 随着燃气管的应用技术的完善和人们对 HDPE 燃气管材优越性的充分认识，H DPE 燃气管市场潜力很大。今后我国能源结构向天然气转变，西气东输工程，建设跨越全国的天然气输送管网。2005 年全国有 148 个城市利用天然气，天然气利用量将达到每年 200 亿 M3估计需改造和新建的城市管网约 19 X 104 KM(不包括天然气输气干管和户内管道)，除去现有城市管道 4. 6 X 104 KM，需新铺设的管道长度约 14.4X104KM 按其管道规格
11、，分配情况大致为:管径 200 MM 至 400 MM 的管道约 4. 3 X 104 KM，管径 80 MM 至 200 MM 管道约8. 7 X 104 KM，其它 1. 4 X 104 KM。其中如果有 50%采用 H DPE 管，到 2005 年 HDPE管材需求量达 80 KT 以上。目前用于燃气管的 H DPE 基本全部为进口料，主要有 FINA公司的 3802, BP 公司的 PC2040Y 黄色)、M D20Y W(黄色)、M D20BI(黑色)、北欧化工的 M E2421(黄色)、ME2418(黑色)、NESTE 公司的 2490 等。随着燃气管向大口径、高压力的方向发展，对
12、材料提出了更高的要求，如 SOLVAY 公司的 EFTEX TUB120 为中密度双峰分布 PE，还有美国 FINA 公司的 PE3344N , PE3814N，这些产品具有抑制快速裂纹扩展的能力，特别适宜生产大口径燃气管。这些原料的到岸价在 12 000 一 14 000 元/T 之间。室内外给水管根据国家建设部关于城市供水行业 2000 年技术进步发展规划的要求，各地建委开始积极推广塑料给水管，以替代材质差、强度低、腐蚀严重、影响水质的灰铸铁管和镀锌管等，以提高供水水质及安全可靠性，降低能耗，降低漏耗和药耗。这为塑料管材发展提供了良好的契机，也为扩大塑料管材的应用领域提供了发展空问。而 P
13、E 管材耐腐蚀，无结垢层，不滋生细菌、材质无毒，安全卫生，水质优异;具有良好的强度、刚度和弹性、韧性，能有效承受要求的内压力和外载荷，且管接头强度高，供水安全可靠;超低摩阻，输水能力不随时问变化，节约能源，降低电耗;铺设在腐蚀性的土壤中、地震多发地区和经常结冰的地区、山地和沼泽地区，具有更大的竞争力和技术经济效益。目前，城镇的供水、海水淡化等工程，越来越多地采用 PE 管材。2001 年我国 PE 给水管材年需求量为 70 KT 左右。4今后随着我国城市白来水普及率的不断提高，城市供热、制冷工程的快速发展和城市建设的日益规范，对优质 PE 给水管材的需求量将会越来越大。2 PE 管材的生产2.
14、1 PE 管材的生产工艺流程2.1.1 生产工艺流程 4 制品的生产工艺流程参见图 1-1 所示。 图 1-1 PE 管材工艺流程图(1)混料干燥混料干燥的作用是将 PE 树脂与色母料充分搅拌、干燥，混合得到均匀的生产原料。(2)塑化挤出混合完的原料从料斗进入挤出机，经输送、压缩、熔融、均化作用下，由固体颗粒料逐步变为高弹态，再由高弹态逐步变为粘性流体(粘流态)，并连续挤出。(3)模具成型在合适的温度下，从挤出机中挤出的物料通过滤板由旋转运动变为直线运动进入模具。经过螺旋分流后在成型段融合压实为管状型坯，最后从口模挤出。(4)冷却定型从模具挤出的热管坯在负压状态下通过定径套真空定径箱的定型和冷
15、却，再经过喷林冷却箱让管材内部逐渐冷却，从而整体固化定型。5(5)切割在计米轮的控制下，通过行星切割机来完成管材的定长切割。(6)堆放包装切断后的管材被推到翻转台，经过检验包装后运走。2.2 生产设备介绍 52.2.1 挤出机 螺杆直径 55200mm，长径比20：1、25：1、30：1、32：1、33：1、34：1，压缩比 34，螺杆为分离型螺杆。2.2.2 真空定型箱和冷却水箱真空定型箱由箱体、喷头、水泵、真空泵、定径套等组成。真空定型的原理是利用真空泵的作用将箱体内的空气抽走，使箱体内形成负压，由管材内和芯模内进入的大气压作用的料坯的内壁的四周上，使料坯紧贴定径套，通过冷冻水迅速冷却,从
16、而达到定径的效果。如图 2-1 所示：口模箱体 管材 定径套 料坯 芯模 图 2-1 冷却示意图2.2.3 牵引机牵引机的原理是由气缸将橡胶履带压紧在管材的表面，增大摩擦力，通传动系统将管材均速的从真空箱中牵出。牵引机有 2 抓、3 抓。所生产的管材越大，需要的抓数越多，气缸作用力越大。2.2.4 切割机切割机为行星切割机，切割的方式为无屑切割。进刀的方式可分为液压进刀式。无屑切割机：端面切割平整，但是无法切割大管材和厚壁管材。6液压进刀式：进刀有弹性，但漏油时造成材料的污染2.2.5 辅机（上料机）上料机为真空上料机（又称真空吸料机） 。真空上料机结构复杂，故障率高。其原理是：循环气泵将小料
17、斗内的空气抽掉，形成负压，从而靠大气压将吸料管周围的料粒通过吸料管压入小料斗，当小料斗内被物料填满，循环气泵停止工作，小料斗内的物料靠重力自由落入大料斗内，开始第二次吸料。2.3 设备的操作要领2.3.1 上料机注意事项（1）吸料时间不能过长。（2）经常清理过滤网。（3）监视微动开关是否正常。2.3.2 烘干机注意事项（1）先开风机再开加热。（2）满桶状态才能达到最佳烘干效果。（3）PE 料烘干温度为 80C 左右。（4）温控表显示的是设置温度下实际温度的差值，当显示温度为零实际温度与设置温度一致。（5）双金属温度表工作原理：利用两种不同膨胀系数的材料，根据变形的程度大小来测定温度。（6）控制
18、风气的运行方向。（7）进风口严禁关闭。2.3.3 挤出机注意事项（1）启动时要待加热温度到达设定的工艺温度并保温一定时间后才能启动。以防电机、螺杆等部件损坏。（2）加热时间视机头的大小,63 机的机头不少于 3 小时,250 机头不小于 6 小时,450 机头不小于 8 小时。（3）主机启动时必须先低速运行数分钟，将机筒内上次余留的熔料排尽，待熔体压力和主机电流稳定后方能提速，以免喷料伤及人员。7（4）设备运行中要随时观察温度、电流、熔体压力等参数。并观察电机、减速箱的发热情况,有异常时要及时查明原因并加以排除。（5）开机前要检查好加热圈是否完好,热电偶是否插好,测温是否准确。（6）模具的选择
19、:要根据产品规格选择相应模具,如果模具选择不当会给生产带来困难。（7）模具的保护:模具的好坏决定了产品的质量,模具的材料一般为模具钢,表面作镀铬处理,硬度差。因此在拆装和搬运过程中一定要保护好,不能有划伤和碰撞等。模具一般不能直接放置在地面上，应放于橡胶或木板上为宜。更换模具时不能用坚硬的利器敲打。（8）加热圈的保护：一般来说，加热圈的使用命很长，往往是在拆卸的过程中损坏的，因此，加热圈在拆卸过程中要格外小心。（9）口芯模的同心度的调整：实壁管生产线的口芯模的调节遵循“松薄顶厚”原则。就是把间隔小的方向的螺丝松开，拧紧间隙大的方向的螺丝。如图 3-1 所示：表示顶的方向：图 3-1 口芯模调整当口模与芯模的间隙由 a 向 b 转变后，表示口芯模已经同心了，然把四周的螺丝拧紧即可。压力传感器的拆装：压力传感器是易损高精度元件，要遵循“热拆热装”或“热拆空装”的原则。（10）主机不能突然停止，应当缓缓减速。同样升速时也应缓慢进行。每次对主机进行检修后，必须检查好螺杆的转向，正常后才能开机。2.3.4、下游设备ab
