PE-RT管材的技術特性及熱熔接工藝分析

1、.PE-RT管材的技術特性及熱熔接工藝分析武漢金牛經(jīng)濟發(fā)展有限公司 涂向群姜國俊程彥摘 要：本文通過PE-RT管材的基本技術性能的描述及熱熔接工藝的分析，突出了PE-RT作為一種耐熱型承壓管材特別是在地面輻射采暖工程應用上具有的獨特優(yōu)勢。關鍵詞：PE-RT；技術特性；熱熔接工藝前言自從塑料承壓管道問世以來，各種類型材料的塑料承壓管道不斷在工業(yè)領域和人們生活中得到廣泛應用和發(fā)展，聚烯烴類的有：聚丙烯、聚乙烯、聚丁烯、聚氯乙烯、氯化聚乙烯等。近幾年來它們作為室內給水管特別是熱水輸送和采暖管，在我國建筑領域已占據(jù)了重要地位。人們對這些不同種類管道的技術特征都有不同程度的認識。它們在實際工程應用中也有

2、不同的優(yōu)勢和異同點。在這里主要談談耐熱聚乙烯管材的技術特性和加工特性，并對其熱熔接工藝予以分析。1 耐熱聚乙烯材料1.1分子結構特征耐熱聚乙烯屬于中密度聚乙烯，英文名稱縮寫為PE-RT（Polyethylene with Raised Temperature resistance），它是由乙烯單體和1-辛烯單體共聚而成的，很顯然辛烯與乙烯單體共聚時具有能形成較長支鏈的烯類單體，支鏈上含有六個碳原子（C），其聚合反應如下：一個和幾個共聚單元上帶有的6C長支鏈，使得這種半結晶材料的結晶也有足夠的“鏈段”數(shù)目，分子鏈之間無需引入活性交聯(lián)分子，晶格間支鏈化程度非常高。分子鏈之間以及長支鏈之間互相無序纏

3、繞，形成了“立體網(wǎng)狀結構”，這種特殊結構的形成使材料的力學性能及抵抗外應力作用的蠕變性能大大提高，提高了其熱穩(wěn)定性、長期靜液壓強度、抗慢速裂紋增長（SCG）和快速裂紋擴張（RCP）性能。1.2 PE-RT與非耐熱聚乙烯通過分子設計技術，并采用茂金屬催化劑的新型合成工藝是合成PE80級以上承壓管道材料的先進工業(yè)技術特征之一。PE-RT也屬于PE80級，其工作溫度范圍可提高到80以上，并能保證50年的使用壽命，當然其必須通過國際權威獨立試驗室進行認證的，滿足德國標準DIN 4721和DIN16883的要求。PE-RT耐熱性的提高主要得益于所用的共聚單體是1-辛烯而不是1-丁烯、1-己烯等，這樣優(yōu)化

4、了支鏈的密度和微觀晶體結構，達到了與交聯(lián)聚乙烯同樣的耐溫性能。2 PE-RT成型加工特性PE-RT屬中密度聚乙烯，作為耐熱聚乙烯，它在生產加工過程中無需交聯(lián)，克服了交聯(lián)聚乙烯生產工藝的復雜性、交聯(lián)度控制不穩(wěn)定性，使得整個管材絕對的均質，質量穩(wěn)定。但PE-RT的加工溫度范圍不是很寬，其熔體溫度一般控制在190左右，管材生產時若溫度過高，其熔體強度低，會影響其成型的穩(wěn)定性。管件的注塑成型一樣應采取低溫低壓機理，要求冷卻必須均勻。因其熱傳導系數(shù)是聚丙烯、聚丁烯的2倍，成型收縮率及成型后收縮率都比聚丙烯大。交聯(lián)聚乙烯交聯(lián)度的大小決定了交聯(lián)聚乙烯的長期靜液壓強度，即其使用壽命。一般交聯(lián)聚乙烯的交聯(lián)度必須

5、達到65以上，這樣交聯(lián)結構的形成是通過交聯(lián)劑（過氧化物、乙烯基三甲氧硅烷）在一定的溫度和壓力下發(fā)生化學反應，實現(xiàn)聚乙烯支鏈的相互交聯(lián)而成，其加工的難度大且可變因素多，交聯(lián)度不易控制。PE-RT對加工設備的適用性較強，一般聚烯烴單螺桿擠出機均可完成PE-RT的成型加工，根據(jù)PE-RT的材料特性進行工藝參數(shù)的設定和調整即可。2.1PE-RT成型工藝參數(shù)設置（參考）機 筒 溫 度 模 頭 溫 度 水 溫 機頭壓力MPa17017518018518218218118118120035.134.530.216.22.2擠出溫度擠出溫度與原料的材質、熔融指數(shù)MFR和所加工管材的管徑大小直接相關。從加料端至

6、擠出機端機筒溫度控制在160200范圍內，機頭溫度在170200，熔體溫度一般不得超過200。3 熱熔焊接按工藝分析（以承插式為例）3.1PERT材質熱熔性能PERT是乙烯1-辛烯共聚的中密度聚乙烯，它的熱性能指標如下：表1材質熔體流動速率MFR（g/10min）密度g/cm3維卡軟化點 熔點Tm熱傳導系數(shù)Wt/m.kPE-RT0.850.941124.5134.50.403.2熱熔焊接工藝參數(shù)設定焊接工藝要素有三個：溫度、壓力、時間。3.2.1焊接溫度確定：要考慮材質的性質及焊接處的質量；3.2.2PE-RT和其它中密度聚乙烯一樣是屬部分結晶性熱塑性塑料，因此它的熱焊接溫度應在熔融溫度Tm或

7、材料粘流態(tài)轉化溫度Tf之上，在此溫度下塑料才能熔融流動，塑料大分子才能相互擴散和纏繞。通常聚乙烯、PP-R承插式熱熔溫度為260±10，因此PERT熔融焊接也應在此范圍內進行，但實際實驗時差異較大，PERT在260下進行焊接會出現(xiàn)粘模頭現(xiàn)象。3.2.3另外焊接溫度受制于：a.焊接接頭處卷邊高度；b.樹脂熔體對工具的粘附；c.樹脂材料的熱氧化破壞，焊接溫度太高會產生熱氧破壞，析出揮發(fā)物（CO、不飽和烴等），焊接強度反而要降低。3.2.4加熱時間：是焊接過程中重要參數(shù)；3.2.5它與加熱工具一起，決定了焊件內的溫度分布及產生工藝缺陷可能性及焊件形狀結構。加熱時間太短，塑料件表面還未熔融，

8、焊件時困難、壓力要大、焊件接觸面牢度不夠；加熱時間太長，由于溫度的傳導、輻射，整個管材都軟化了，在承插焊接時就不能進行。3.2.6加熱時間長短還取決于材質的熱傳導系數(shù)；PE-RT熱傳導系數(shù)為0.4，而PP-R塑料熱傳導系數(shù)為0.23，因此PE-RT升溫時間、冷卻時間要比PP-R短些。3.3轉化時間：是指管材、管件表面被熔化后，迅速離開模具，然后將插口端迅速插入承口端的時間，這一過程應盡可能短。3.4冷卻時間：當管材插入管件承接處后，讓其自然冷卻到環(huán)境溫度的時間。它取決于環(huán)境溫度高低。下面推薦PERT承插式熱熔連接時間，見表2（熱熔溫度為210±10）表2管外徑mm加熱時間s最長加工時

9、間s最短冷卻時間min16642208422510523211643.3PERT承插式熱熔連接步驟3.3.1承插式熱熔設備;3.3.1.1帶控溫可調裝置的加熱器（手動焊接）3.3.1.2承插口加溫的模頭（各種規(guī)格一套）3.3.1.3 大口徑連接時采用機械裝置，它可保證接頭直線度，連接前可使承插口復原。3.3.2承插式熱熔連接步驟（見承插式熱熔連接示意圖1）3.3.2.1準備工作：a檢查帶控溫裝置的加熱器或機械焊接裝置是否滿足工作要求；b安裝與管材、管件規(guī)格一致的模頭于加熱板上；c設定加熱板溫度至焊接溫度（PERT為210±10）d用酒精或軟紙擦拭加熱板表面。（注意不要劃傷PTFE防粘

10、層）3.3.3焊接：焊接按焊接工藝參數(shù)操作，必要時根據(jù)天氣、環(huán)境溫度變化作適當調整。a用干凈布清除管材及管件接觸面的污漬；b將加熱工具加熱到熔接溫度；（通常熔接溫度為210±10）c插口管末端應切割平整，與中心軸垂直，用筆在承口和插口上做適當標記，以利連接定位，必要時須對承口和插口進行整圓處理或對插口管連接端刮削。d用加熱工具將管材、管件的插口、承口的表面熔化；e將模具及加熱器迅速移開，這一過程應盡可能短；f將插口端迅速插入承口端，在達到連接強度之前，應將接頭固定；g讓其接頭自然冷卻至環(huán)境溫度。3.4注意事項：3.4.1注意工作環(huán)境：工作場地有大風，會對熔接質量有影響，因它會冷卻加熱

11、板，導致不均勻溫度分布。3.4.2將插口端插入承口端時，外力使用要均勻，不然管子會不直，影響接頭使用壽命及強度。3.4.3注意管材與管件的熔體流動速率差異不能太大，不然不能得到最佳連接強度。MFR間差值盡可能小。（0.51.0g/10min）圖1 承插式連接示意圖3.5承插熱熔接頭質量檢驗方式3.5.1用目測檢查：a承口件和插口件是否對正；b承口件和插口件之間擠出熔融材料在整個外圓周上是否均一致；c剝開接觸面，觀察焊接區(qū)有無雜質、縮孔、裂紋或其它外傷；d觀察有否由于熔接溫度過高、焊接壓力過大造成的管壁塌陷，卷邊過大或形狀不正確現(xiàn)象。3.5.2用實驗方法來驗證管接頭處焊接牢度：a把焊接好的管材作靜液壓試驗；有否出現(xiàn)破裂、滲漏現(xiàn)象；b工地上，在施工完畢后進行通水打壓試驗，一般冷水管試驗壓力為管道系統(tǒng)工作壓力1.5倍，熱水管試驗壓力為管道系統(tǒng)工作壓力2倍，看整個管焊接處有否破裂、滲漏現(xiàn)象發(fā)生。4 PE-RT采暖管的工程應用優(yōu)勢4.1 良好的熱穩(wěn)定性和長期靜液壓強度，在地面輻射采暖和熱水系統(tǒng)中可保證50年的使用壽命。金牛PE-RT管材管件工程典型應用實例：山東地區(qū)德州華語學校20萬m2山東地區(qū)威海西峽口高檔別墅小區(qū)10萬m2內蒙古 阿拉善左旗體育場5萬m24.2 PE-RT管材具有很好的柔韌性，其彈性模量低、彎曲半