HDPE聚乙烯管材的擠出技術(shù)
1、 適用于管材擠出的聚乙烯原料
聚乙烯塑料主要分兩大類(lèi)：高密度聚乙烯HDPE（低壓聚乙烯）和低密度聚乙烯LDPE（高壓聚乙烯），高密度聚乙烯是乙烯單體在低壓狀態(tài)下共聚而成，故又稱(chēng)作低壓聚乙烯，低密度聚乙烯是乙烯單體在高壓狀態(tài)下共聚而成，所以又稱(chēng)作高壓聚乙烯。聚乙烯材料的應用非常廣闊，管材領(lǐng)域只是聚乙烯應用領(lǐng)域中其中一個(gè)重要方面。由于HDPE和LDPE物理性能上存在差異，所以?xún)煞N材料在管材應用領(lǐng)域上各有不同：低密度聚乙烯（LDPE）具有良好的柔韌性。但是，抗壓耐壓強度較低，所以只能用于低壓力小直徑的管材，它經(jīng)常被制作成盤(pán)管而用于農村改水和一些非長(cháng)期使用的場(chǎng)合。而高壓聚乙烯材料由于具有較好的抗壓性能，所以HDPE廣泛應用于壓力管領(lǐng)域（比如給水、供氣、城市排水等）。70年代末，歐美某些化學(xué)企業(yè)也相繼推出了新型的聚乙烯材料MDPE，MDPE的應用尚在推廣階段，這幾種材料在給水管領(lǐng)域的應用比例如下（以歐洲國家的應用為例）
近年來(lái)，國際標準ISO4427-1996根據管材的最小要求強度（MRS）將管材用聚乙烯材料分為PE32、PE63、PE80、PE 100。也就是說(shuō)：PE80通俗解釋就是：該材料管材在20℃，連續受壓50年不破壞，管壁承受最小要求強度是：8。0Mpa，如此類(lèi)推。
在塑料管發(fā)展的初期，聚乙烯壓力管材的使用是遠小于聚氯乙烯，其主要原因是受到成本的約束，在早期，聚乙烯管材料主要是PE63，高性能、高強度的聚乙烯管材尚未開(kāi)發(fā)成功，而使用PE63以下的管材料，在同樣的壓力和直徑下，聚乙烯管的管壁比聚氯乙烯管厚一倍以上。所以其制造成本遠比PVC高，而且只能用在低壓下小直徑領(lǐng)域。
同樣是直徑Φ200，同樣是1Mpa壓力等級，PE63管材壁厚是18。2毫米，而UPVC的管材壁厚是8。7毫米，也就是說(shuō)，PE63的管材重量是UPVC管材的1。42倍，所以在制造材料成本上，PE63與UPVC相比，在材料成本上無(wú)法抗衡。
隨著(zhù)HDPE新材料、新技術(shù)的出現，這種成本（重量）上的差異發(fā)生了很大的變化，隨著(zhù)第二代聚乙烯管材料（相當于PE80）和第三代聚乙烯管材料（相當于PE100）的出現，在同樣直徑Φ200同樣壓力等級及條件下，相同長(cháng)度的PE的聚乙烯管材重量只是UPVC管材的0。93。
所以，第二代和第三代的聚乙烯管材料不僅顯著(zhù)地提高了PE的最小要求強度，而且也提高了抗環(huán)境應力開(kāi)裂性能，而且具有顯著(zhù)的抗裂縫快速增長(cháng)能力，更重要的是在同樣使和壓力下可以減少壁厚，增加輸送截面，（例如在10巴壓力下輸送水，Φ200直徑的PE100聚乙烯管比Φ20PE80的聚乙烯管壁厚可以減少33%，輸送截面增加16%）。而在同樣壁厚下增加所用的壓力，提高輸送能力（例如：在同樣壁厚下輸送天然氣，使用PE100的聚乙烯管輸送壓力可以達到10巴，用PE80聚乙烯管輸送壓力只能達到4巴），隨著(zhù)聚乙烯技術(shù)的改進(jìn)、經(jīng)濟效益是顯著(zhù)的，最近有報道說(shuō)，第四代聚乙烯管材料PE125已經(jīng)開(kāi)發(fā)成功，由此可以預測，更大直徑，更具經(jīng)濟性的聚乙烯壓力管道更具有廣闊的使用領(lǐng)域。
2、 PE管材的擠出設備
聚乙烯管材生產(chǎn)線(xiàn)包括擠出主機，管材模頭定型裝置、定型模具、冷卻裝置、牽引裝置、切割裝置、收集裝置等部分。聯(lián)塑機器在聚乙烯管材擠出領(lǐng)域，一直以高速生產(chǎn)高品質(zhì)的管材為發(fā)展方向，對Φ110mm以下的管材生產(chǎn)技術(shù)而言，生產(chǎn)速度和生產(chǎn)穩定性顯得非常重要，而對Φ110mm以上規格的管材生產(chǎn)技術(shù)來(lái)說(shuō)，質(zhì)量的保證和生產(chǎn)的穩定性和設備的可靠性是最重要的，縱觀(guān)目前國內企業(yè)對大口徑（Φ250以上）高壓力等級（壁厚較大）的聚乙烯管材的生產(chǎn)技術(shù)尚處在起步階段，對很多企業(yè)來(lái)說(shuō)，以高速生產(chǎn)高品質(zhì)的大口徑聚乙烯管材無(wú)疑是一個(gè)最新的課題。
2．1擠出機
聚乙烯管材擠出生產(chǎn)線(xiàn)的重要核心之一，就是擠出機。對于聚乙烯管材的加工，最廣泛使用的主機都是單螺桿擠出機。
單螺桿擠出機是一種已有幾十年發(fā)展歷史的機種，對國內很多企業(yè)來(lái)說(shuō)，單螺桿擠出機設計還是運用傳統的設計理論為依據，因此，這類(lèi)型的單螺桿擠出機存在以下缺陷：
低扭矩、低擠出量
高混煉與穩定擠出相沖突
高產(chǎn)量依賴(lài)于大直徑的螺桿
因此，傳統的單螺桿擠出機只能滿(mǎn)足PE63以下材料的加工，由于擠出量的限制，生產(chǎn)大口徑高壓力等級的PE管材比較困難，如果生產(chǎn)Φ400、PN0。8的PE管材，使用傳統的機型，必須選擇螺桿直徑Φ200MM以上的單螺桿主機，這樣就增加了設備的加工難度，更重要的是產(chǎn)量/功率的比例就顯是太低、耗能太大。
因此，為了達到最佳的熔體質(zhì)量與制品質(zhì)量，不斷提高生產(chǎn)效率，高品質(zhì)的單螺桿擠出機必須滿(mǎn)足下列的要求：
高扭矩、以保證高擠出量
合理的螺桿直徑，極高的擠出量
理想的混煉效果，穩定的高擠出量
嚴格控制剪切作用，以獲得理想的物料溫度，防止由于降解與交聯(lián)導致材料性能的變化
較大的加工適應性
在較小機型在達到較高的擠出量，只有使用斜度溝槽襯套的擠出機才能實(shí)現。
這種擠出機配置了一個(gè)具有特殊結構的加料襯套，內孔表面具有多條帶有斜度溝槽，溝槽的數目和深度同樣會(huì )影響擠出機的產(chǎn)量，在溝槽的外殼布置一個(gè)螺旋環(huán)形槽的冷卻系統，以實(shí)現對喂料區域的溫度控制并且與相鄰的高溫機筒區相隔離。這種結構大大提高效率，因此，在這種系統里，決定整臺擠出生產(chǎn)線(xiàn)產(chǎn)量的不是系統的反壓，也不是簡(jiǎn)單加料段的螺槽深度，而是相互配合的輸送效率。
為了更好地提高主螺桿的塑化效率，聯(lián)塑機器首先倡導了一種簡(jiǎn)稱(chēng)為"雙階式螺桿"。
雙階式螺桿的基本原理就是把兩根單獨的螺桿所配合而產(chǎn)生的優(yōu)點(diǎn)結合起來(lái)，在這種雙階式螺桿結構中，物料的塑化不全依賴(lài)在壓縮比的大小，剪切的大小上，而主要體現在物料的混合以及相互的熱交換上。
因此，特殊的斜溝槽加料襯套和雙階式螺桿的相互結合，體現了一種全新理念的單螺桿機型，這種機型的優(yōu)點(diǎn)如下：
突破傳統的產(chǎn)能概念可以實(shí)現小螺桿高產(chǎn)能的目標
有效地合理控制物料所受的剪切，完成其塑化
提高了擠出機的加工適應性、真正達到一機多用，一桿多用的效果。對于雙階式螺桿系統而言，螺桿機筒的材質(zhì)應與傳統的氮化鋼材質(zhì)有所改進(jìn)，提高螺桿的抗韌抗彎強度，提高機筒螺桿的滑動(dòng)效率，材料及工藝處理的方法有兩種：一是采用雙金屬材料；二是采用合金主體燒結特殊合金材料。
體現傳統機型與新機型的最直接的反映就是擠出效率的極大幅度的提高，同等直徑的單螺桿擠出機，新機型的產(chǎn)量水平是傳統機型的二倍。
2．2聚烯烴管材擠出模頭
在管材擠出生產(chǎn)中，擠出模頭的優(yōu)劣對產(chǎn)品的品質(zhì)同樣起到非常重要的作用。對于加工聚乙烯材料而言。一種優(yōu)化的管材擠出模頭應滿(mǎn)足以下的要求：
一、 物料在模頭里可以得到進(jìn)一步的充分的混合后以均勻的熔體擠出口模。
二、 能提供最恰當的物料在機頭內的停留時(shí)間，停留時(shí)間過(guò)短，影響熔融物料的質(zhì)量，過(guò)長(cháng)則會(huì )促使熔融物料的降解和交聯(lián)，破壞物料原有的物理性能。
三、 能確保物料在機頭內保持較低熔體壓力和擠出穩定的平衡。
四、 能確保物料在機頭內維持較低的料溫，以防止物料在機頭擠出時(shí)產(chǎn)生橫向流動(dòng)和過(guò)早地產(chǎn)生氧化效應。
在PE管材的加工領(lǐng)域，使用較廣泛的模頭結構有：1、螺旋機頭；2、籃式機頭；3、過(guò)濾機頭。
2．2．1螺旋機頭
螺旋機頭的原形來(lái)自于PE薄膜的管狀模頭，其原理就是：熔融物料從主機進(jìn)入模頭，通過(guò)若干個(gè)星狀分配孔，或者通過(guò)若干道放射狀分布的流道，環(huán)繞芯模形成多股的螺旋料流。螺旋機頭因而得名。
在這種機頭里，有個(gè)關(guān)鍵的部件--螺旋分流體，熔體在螺旋分流體的狀態(tài)直接影響管材的品質(zhì)。
螺旋機頭的設計原理是通過(guò)利用多股螺旋分流對主機擠出的物料進(jìn)行多次的軸向和徑向的重疊，以達到充分混合的目的，以期達到高度均勻的擠出熔體。
多股螺旋料流的重疊沿著(zhù)擠出方向，徑向重疊逐漸減少，螺旋分流體與型腔間隙沿擠出方向逐漸增加，軸向流動(dòng)逐漸成主流。在這個(gè)重疊過(guò)程中，由于螺旋料流較大程度地改變了主機擠出物料的方向，從而會(huì )產(chǎn)生多股料流之間因流動(dòng)方向相沖擊而產(chǎn)生過(guò)多的紊流，和沿擠出方向的壓力波動(dòng)，從而會(huì )對管材的內壁產(chǎn)生擠出波動(dòng)，影響管材的品質(zhì)。
因此，螺旋機頭的合理和準確的設計就顯得非常困難和掌握。如流道數量，螺旋流道的漸變斜度與寬度，螺旋分流體與型腔之間的間隙變化率等等因素的平衡和分配并不能依賴(lài)于理論上的優(yōu)化設計。因此，機頭的修模時(shí)間就會(huì )變得更長(cháng)，成功率也會(huì )大大降低。
對不同的物料而言，有關(guān)螺旋分流體的參數必須加以調整，也就是說(shuō)對一種設計的螺旋分流體而言，這只能滿(mǎn)足特定的某種物料的擠出，改變擠出物料的品種，必須更換螺旋分流體，否則會(huì )影響熔物料熔體的質(zhì)量，因而對螺旋機頭而言，加工的適應面較窄是它的突出的缺點(diǎn)。
2．2．2籃式機頭
在籃式機頭里，同樣存在著(zhù)一個(gè)關(guān)鍵的部件--篩籃，在籃式機頭上，芯?？梢酝ㄟ^(guò)支架或帶有星狀孔的料流導入塊固定在機頭體上，在工作時(shí)熔融物料流過(guò)多孔區域，物料的流動(dòng)方向不是沿軸向流動(dòng)，而是沿徑向從里向外流動(dòng)，在篩籃區域內熔體料流兩次改變流向。首先由軸向變成徑向，然后再變成軸向，物料通過(guò)此種方式得到混合均化。
然后物料必須通過(guò)一個(gè)阻滯區域和相鄰的松馳緩沖區域，實(shí)現料流之間的融合，從而以比較均勻的熔體擠出口模。
在這種結構的模頭里，物料在篩籃區域的流動(dòng)狀態(tài)直接影響熔體的質(zhì)量和管材的品質(zhì)。
由于在籃式機頭里，混合元件--篩籃往往設置在機頭的芯棒體上，這樣限制了篩籃體的直徑大小。這種結構使能提供熔體在圓周截面上具有較大的過(guò)流面積，但是決定模頭混合效果的主要是徑間截面的過(guò)流面積的大小。因此，籃式機頭在混合效果上不足是它的較明顯的缺陷。
但是，這種機頭在低壓擠出的穩定性方面也有它的較好的體現。
2．2．3過(guò)濾式機頭
在這種機頭里有一個(gè)關(guān)鍵的核心部件--過(guò)濾網(wǎng)板。
在擠出時(shí)，熔融物料從主機通過(guò)星狀分布的多個(gè)小孔分成多股料流，然后經(jīng)過(guò)第一個(gè)松馳緩沖區進(jìn)入第一阻滯區域，在這個(gè)過(guò)程中，熔體的流動(dòng)速率發(fā)生了較大的變化。熔體流動(dòng)速率的變化會(huì )對物料的均化發(fā)生較大的促進(jìn)作用。
物料經(jīng)過(guò)第一個(gè)阻滯區域后進(jìn)入到第二個(gè)松馳緩慢區，在這個(gè)松馳緩慢區里，特別設置了一個(gè)具有極大過(guò)流面積的過(guò)濾網(wǎng)板。物料在這個(gè)過(guò)程中再次發(fā)生了一次流動(dòng)速率的變化。物料得到再一次混合后經(jīng)過(guò)核心元件--過(guò)濾網(wǎng)板，在過(guò)濾網(wǎng)板上設置了1200個(gè)以上的過(guò)濾小孔，物料由此得到了最充分的混合。
最后物料再經(jīng)過(guò)一個(gè)壓力阻滯區后擠出口模。
在這種過(guò)濾式機頭里，物料的流動(dòng)速率發(fā)生多次的變化從而增加了機頭的混合效果，再經(jīng)過(guò)過(guò)濾網(wǎng)板使料流之間產(chǎn)生重疊。由于在過(guò)濾網(wǎng)板上的徑向過(guò)流面積較籃式模頭增大很多，無(wú)疑過(guò)濾網(wǎng)板在這個(gè)區域里起到一個(gè)靜態(tài)混合器的功能。同樣，這種機頭也是一個(gè)低壓高混合機頭，即使在很高的擠出量狀態(tài)下，也能實(shí)現理想的均化效果，這種機頭同樣賦予物料的低壓和超穩定的流動(dòng)。因此，對管材的高速擠出特別適合和令人滿(mǎn)意，同時(shí)這種機頭的熔融物料得到足夠和充分的熱量傳遞和熱量交換。因此，該模頭具有較好的適應性能，能滿(mǎn)足各種型號物料的高品質(zhì)管材的擠出。
2．3定型裝置
模具中的定型裝置是PE管材擠出系統中較主要的部件，熔融物料在定徑套內表面被冷卻下來(lái)從而形成一層固相表層，保證管材獲得準確的外徑。也保證管材的穩定和正常的牽引和擠出。熔融物料在定型裝置的狀態(tài)和成型條件直接影響管材的內外表面質(zhì)量，也直接決定著(zhù)整個(gè)擠出系統的穩定性和高速生產(chǎn)的可靠性。
因此，良好的定型裝置設計滿(mǎn)足以下要求：
--良好的導熱性能提供熔融物料在短距離內快速得到充分的表面冷卻，冷卻速度能保證管材的表面迅速形成固體相的皮層。
--高耐磨性能。
--內表面應具備較高的光潔度。
根據物料的不同和生產(chǎn)速度，質(zhì)量要求的不同可以選擇不同的定型結構，目前較流行的PE管材定型裝置主要有兩種：圓筒狀定徑套；片狀組合式定徑套。
在這兩種定型裝置，使用最廣泛的是圓筒狀定徑套。它是有較廣的適用性能，能滿(mǎn)足PE管材的Φ20~Φ630的擠出成型。
對于圓筒狀定徑套來(lái)說(shuō)，導入水環(huán)的水流的穩定性和均勻性直接影響管材的擠出質(zhì)量，而熔融物料在定徑套的冷卻速率可以直接影響管材的內壁的品質(zhì)。
而片狀組合式定徑套主要針對小口徑、高速擠出的PE管材的生產(chǎn)，適用口徑范圍：Φ20~Φ63MM，根據管材直徑和所加工材料的不同，可以達到35M/MIN或更高的擠出速度。
片狀定型裝置多層薄銅片組成，中間有定徑圓孔，外側由支撐柱固定。每層薄銅片之間的距離按以下規則分布：沿坯料導入方向。距離逐漸增加，在靠近坯料導入端，銅片之間的距離越小，以防止還處于塑化狀態(tài)的坯料在薄片之間積存和擠壓，隨著(zhù)管材表面硬層的形成，銅片之間的距離可以逐漸加大。
合理選擇管材的定型裝置，對管材的質(zhì)量和生產(chǎn)的經(jīng)濟性起著(zhù)較大的作用。
2．4真空定型裝置和冷卻裝置
真空定型裝置在PE管材生產(chǎn)線(xiàn)中是較重要的部件，真空定型裝置設計的優(yōu)劣直接影響生產(chǎn)的穩定性和管材內外表面的質(zhì)量，一個(gè)優(yōu)良的真空定型裝置應該滿(mǎn)足以下要求：
--能提供強力的冷卻能力。
--具有各種生產(chǎn)條件下的穩定的真空度。
--具有穩定的水溫水位控制系統。
--具有長(cháng)期的防腐蝕性能。
對真空定型裝置的設計除了考慮以上因素以外，還必須考慮真空定型裝置的有效長(cháng)度，以及能更大限度滿(mǎn)足生產(chǎn)經(jīng)濟性要求的真空段的布置，根據聯(lián)塑機器在該領(lǐng)域多年的探討
有以下經(jīng)驗參數：
|
管材直徑 |
Φ20—Φ50 |
Φ63—Φ160 |
Φ160—Φ400 |
|
總有效長(cháng)度 |
6 |
8 |
8 |
|
真空段數目 |
2 |
2 |
2 |
|
第一真空段長(cháng)度 |
1800mm |
1500mm |
1200mm |
在真空定型裝置之后，管材還需要進(jìn)一步的冷卻，因此，對現代的聚乙烯管材生產(chǎn)線(xiàn)來(lái)說(shuō)，冷卻裝置是必不可少的，良好的冷卻裝置應滿(mǎn)足以下要求：
--能提供環(huán)繞管材的均勻的冷卻能力。
--能滿(mǎn)足管材足夠的冷卻長(cháng)度，使管材通過(guò)牽引機后不會(huì )破壞管材的圓度。
--穩定的水溫水位控制系統。
通常冷卻裝置有以下二種：
*浸浴式冷卻裝置
* 強力噴淋式冷卻裝置
浸浴式冷卻裝置：管材通過(guò)一個(gè)裝有冷卻水的水箱，在這個(gè)狀態(tài)下，管材的整個(gè)截面是浸泡在水中，通過(guò)管材與水的接觸，釋放熱量從而得到冷卻的效果。這種裝置較簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，但是對管材的生產(chǎn)會(huì )帶來(lái)以下的弊端。
-冷卻效率欠佳，影響管材的生產(chǎn)效率。
-由于管材浸泡在水中時(shí)，管材的圓周受到不同水壓的作用，從而會(huì )導致管材的圓度超差。
因此，理想的冷卻裝置應以強力噴淋為最佳選擇。
2．5牽引裝置
由于管材的規格和壓力等級的多種性，對牽引裝置的要求也有各自的特點(diǎn)，根據多年的擠出設備制造經(jīng)驗，聯(lián)塑機器目前能提供以下四種類(lèi)型的牽引裝置。
-雙履帶的牽引裝置
-三履帶的牽引裝置
-四履帶的牽引裝置
-六履帶的牽引裝置
合理地選擇牽引裝置應根據管材的上徑為依據，以下是各種牽引裝置的最佳應用場(chǎng)合。
2．6切割裝置
管材切割裝置是生產(chǎn)過(guò)程中最后的質(zhì)量控制環(huán)節，理想的切割裝置應具備以下條件：
-保證切斷的管材截面與軸心線(xiàn)的垂直度。
-保證切斷的管材截面的平整度，不允許出現毛邊等缺陷。
-滿(mǎn)足生產(chǎn)線(xiàn)速度的要求。
目前，國內企業(yè)應用較多的切割裝置主要是以下幾種：
-鋸片式切斷裝置
-行星式切斷裝置
鋸片式的切斷裝置是最古老的機型，在過(guò)去，它常被用來(lái)切割Φ110mm管徑以下的薄壁管，由于鋸片切割很難保證管材截面與軸心的垂直度，而且切斷的截面不平整，以及噪音較大等原因，目前處于被淘汰階段。
行星切割較適合于Φ160mm以上的PE管材，它的原理就是高速旋轉的圓盤(pán)鋸片能?chē)@管材旋轉，旋轉一周將管材切斷。
聯(lián)塑機器根據聚烯烯烴管材的生產(chǎn)特點(diǎn)，能提供以下的切斷技術(shù)。
--無(wú)屑刀切裝置
--環(huán)面刀切裝置
--行星切斷裝置
無(wú)屑刀切的原理：一個(gè)配置合金刀的特殊裝置能在瞬間將Φ63以下的管材快速切斷，在這個(gè)過(guò)程中，不會(huì )產(chǎn)生造成浪費的鋸未，而且保證切斷截面的垂直度和極高的平整度，是目前小口徑管材最佳的切斷裝置。
環(huán)面刀切裝置的原理有點(diǎn)類(lèi)似于車(chē)床的切削原理，帶有多種切削角度的刀具環(huán)繞管材旋轉切削，經(jīng)過(guò)若干圓周后，將管材切斷。這種裝置較適合Φ160以下的熱熔性能較好的管材的切斷，能保證管材切斷截面的高平整水平，和高光潔度。
2．7控制系統
為了能有效地監控整個(gè)管材生產(chǎn)線(xiàn)的運行參數，實(shí)現更經(jīng)濟和更合理的生產(chǎn)狀態(tài)，一套現代的PE管材擠出生產(chǎn)線(xiàn)應配備以下的控制裝置：
*全電腦的控制系統
電腦控制界面能以智能化的程度有效地控制生產(chǎn)線(xiàn)的各項參數，能及時(shí)快速地查詢(xún)故障產(chǎn)生原因，能提供方便的遠程交換信息的功能。
*可靠的壁厚測量裝置
壁厚測量裝置能提供及時(shí)的在線(xiàn)管材的厚度，從而通過(guò)閉環(huán)控制快速調整，從而實(shí)現最大限度的生產(chǎn)經(jīng)濟性。
關(guān)于PE管材生產(chǎn)線(xiàn)的信息請查看http://www.minshigroup.cn/Product/1796255258.html
- 上一篇：方興未艾的聚丙烯靜音排水管 2016/3/14
- 下一篇： //
