塑料管材用原料及模具設計

1、2022-1-21塑料管材用原料及模具設計和成型技術進展 2022-1-22目 錄2022-1-23塑料管道的發(fā)展趨勢應用越來越廣城市供水、排水、建筑給排水、熱水供應、供熱采暖、城市燃氣、化工流體輸送、電線電纜護套管使用量越來越多其中聚烯烴塑料管在最近10年來增長最快，年增長率在10以上2022-1-24（一）管材應用市場分析類型類型鋁塑管鋁塑管PP-R管管PE-X管管PB管管優(yōu)點優(yōu)點易彎曲易彎曲熔接焊熔接焊明裝挺度好明裝挺度好耐溫耐壓高耐溫耐壓高耐溫壽命長耐溫壽命長柔軟易彎曲柔軟易彎曲熔接焊連接熔接焊連接缺點缺點不回彈不回彈銅接頭銅接頭僵硬不易彎曲僵硬不易彎曲銅接頭連接銅接頭連接不能回收不能

2、回收價格分類價格分類中中低低低低高高2022-1-25（二）管材材料的分級 用于地板加熱采暖的熱塑料塑料的質量要求DIN46262022-1-26管道安全性的保證材料模具和設備加工成型技術2022-1-27塑料管道的管道級原材料的等級分類 熱塑性管材材料的評價ISO體系適用范圍： 除北美部分國家外的美洲 歐洲全部著名的樹脂生產商 我國塑料管材標準化的基礎和方向 2022-1-28熱塑性管材料的ISO等級劃分 ISO等級劃分是對擠出成型的管材做長期耐內壓蠕變試驗，按照ISO 9080的方法來獲取在20、50年時間、97.5%置信下限（LCL）的預測下限（LPL）。 根據LPL或LCL確定材料的最

3、低要求的靜液壓強度（MRS）。MRS以MPa為單位，將其乘以10則可得到材料的等級數(shù)。2022-1-29表1. LCL與MRS及材料分級數(shù)之間的關系（ISO 12162）LCL范圍MPaMRSMPa材料分級數(shù)3.153.993.1531.54.004.994.0405.006.295.0506.307.996.3638.009.998.080LCL范圍MPaMRSMPa材料分級數(shù)10.0011.1910.010011.2012.4911.211212.5013.9912.512514.0015.9914.014016.0017.9916.01602022-1-210表2.管材料的等級命名 材料

4、2022-1-211迅速發(fā)展的塑料管PP-R管PE管PEX管鋁塑復合管2022-1-212表2管材料的等級命名 管材料等級命名標準命名MRS/MPaPEPE 323.2ISO 4427 PE 404 PE 636.3 PE 808 PE 10010 PVC-UUPVC 25025ISO 4422CPVCCPVC 12512.5DIN 8079PPPP-H 10010DIN 8077 PP-B 808 PP-R 808 2022-1-213（三）管材系列劃分及應用 環(huán)應力的概念 管系列S 應管系列S用場合分類2022-1-214名詞術語 dn 公稱外徑，mm dem 平均外徑，mm en 公稱壁

5、厚，mm SDR，標準尺寸比，SDR=Dn/en S 管系列，S=(SDR-1)/2 Scalc 計算管系列，S=D/PD2022-1-215環(huán)應力的概念 管材受力分析 環(huán)應力t 軸向力a 徑向力r2022-1-216環(huán)應力計算 環(huán)應力分析t2022-1-217軸應力計算 軸應力分析a2022-1-218徑向力計算 徑向力分析r管內壁r=管內壓力P管外壁r=管外壓力P=02022-1-219ISO方程 環(huán)向應力，MPa P 管內介質壓力,MPa D 管外經，mm e 管壁厚，mm dm 平均管徑，mm dm=D-e SDR=D/e2022-1-220管系列S的概念 S=(SDR-1)/2=dm

6、/(2e)2022-1-221管系列S的選擇 由工作壓力P確定管材環(huán)應力 根據工作壓力、溫度和設計使用壽命，從壽命圖上查出相應的應力 設計應力S=MRS/C C 安全系數(shù)S/P2022-1-222輸送熱介質的塑料類管材使用條件級別應用等級TD在TD下時間年Tmax在Tmax下時間年Tmal在Tmal下時間h典型的應用范圍1604980195100供應熱水 602704980195100供應熱水 7042040602.52025702.5100100地板采暖和低溫散熱器采暖5206080142510901100100高溫散熱器采暖5A2070809029.665.57.2951.71001009

7、5/70散熱器供暖注：TD設計溫度、Tmax最高設計溫度、Tmal故障溫度，當TD、Tmax和Tmal超出本表所給出的值時，不能用本表2022-1-223（四）塑料管道用材料 1.聚乙烯（PE)管材料的類型與發(fā)展2.聚丙烯（PP)管材料的類型與發(fā)展3.氯化聚氯乙烯（PVC-C）管材料4.聚丁烯（PB-1)管材料5.交聯(lián)聚乙烯管（PE-X）材料2022-1-224 聚乙烯管材的類型 LDPE HDPE LLDPE&mLLDPE MDPE UHMWPE PE-(HD)X, PE-(MD)X2022-1-225聚乙烯管材料等級分類 LDPE 分為PE32和PE40 只用于低壓供水和灌溉管線等

8、 MDPE、HDPE 聚乙烯壓力管的主導材料2022-1-226聚乙烯管材料等級分類 低密度聚乙烯管材料在等級分類中分為PE32和PE40，只用于低壓供水和灌溉管線等。 中、高密度聚乙烯較低密度聚乙烯增強了剛度和承壓能力，因此是聚乙烯壓力管的主導材料。2022-1-227聚乙烯管材料一代產品（均聚產品） 是50年代70年代用齊格勒納塔催化劑生產的均聚產品。 這類樹脂在20的脆性破壞發(fā)生點約在10萬小時，而在80的脆性破壞發(fā)生點通常在幾百小時到幾千小時之間 按照ISO的等級分類定為PE 63級材料。 2022-1-228聚乙烯管材料二代產品 共聚產品（ MDPE和HDPE） 目前大量使用的由丁烯

9、1或己烯1與乙烯共聚得到的乙烯共聚物，按照ISO的等級分類定為PE 80級材料。通過共聚合，極大地提高了聚乙烯管材級樹脂的耐環(huán)境應力開裂（ESCR）性能。 在一定程度上損失了材料的耐壓強度，即韌性提高、強度下降。2022-1-229聚乙烯管材料三代產品 均聚產品（PE 100） PE 100樹脂未采用共聚聚合的方法來提高ESCR性能，而是通過提高聚乙烯的聚合度和共聚合來獲得優(yōu)秀的ESCR性能和更高的耐壓強度，即韌性提高、強度也提高。 聚合度的提高帶來的問題是加工性能差，但是通過雙峰聚合聚入了一定比例的低分子改善了加工性能。 PE 100聚乙烯管材料的出現(xiàn)，可以滿足更高壓力管材的要求并能制造口徑

10、較大的管材。2022-1-230PE80和PE100的比較2022-1-231未來的聚乙烯管材等級 未來的聚乙烯將會向著PE 112和PE 140的目標接近。 通過交聯(lián)可以獲得PE 125的管材級材料 經過雙軸取向可以獲得PE 250的管材 2022-1-232聚乙烯管材的原材料的性能要求 由于使用的壓力等級和壽命不同，所以對于聚乙烯原料的要求有： 耐環(huán)境應力開裂性能（測試方法為ASTM D 1693或GBT 1842） 耐長期靜液壓強度（測試方法為GB/T611185） 焊接性 衛(wèi)生性2022-1-233表3. 標準對聚乙烯材料等級的要求 標準燃氣管給水管灌溉管波紋管ISO 44371997

11、GB15558.1-1995ISO 4427- 1996GB/T 13663 -2000ISO/DIS8770-1999PrEN 13476.1-1999材料等級PE 80PE 80PE 32PE 63PE 32PE 63PE 100 PE 40PE 80PE 40 PE 63PE 100PE 63 PE 80 PE 80 PE 100 2022-1-234表4.4.國產PEPE管材料牌號等級主要用途共聚單體生產廠家DGDB 2480PE 80水管、燃氣管丁烯1齊魯石化公司6100MPE 80土建、管道丁烯1大慶石化公司 丁烯1揚子石化公司PEYZ2300EPE 80管材丁烯1揚子石化公司60

12、00MPE 80管材丁烯1燕山石化公司TR400PE 80管材、燃氣管、內襯己烯1上海金山石化公司TR480FSPE 80燃氣管、供水管己烯1上海金山石化公司DGDA2401PE 80管材丁烯1茂名石化公司2022-1-235表4.4.國產的PEPE管材料 （續(xù)）牌號等級主要用途共聚單體生產廠家DGDA2483BKPE 80小口徑管材己烯1天津聯(lián)合化工公司5135BPE 80燃氣管、波紋管丁烯1撫順石化公司P703PE 80大口徑管材丁烯1撫順石化公司P803PE 80大口徑管材丁烯1撫順石化公司YGH051TPE 80壓力管，氣管，大口徑管雙峰上海石化YGH041TPE 100壓力管，氣管，

13、大口徑管雙峰上海石化YGM091TPE 80壓力管，氣管，大口徑管雙峰上海石化2022-1-236表5. 5. 國外的幾種特殊的PEPE管材料 牌號密度主要用途共聚單體生產廠家DGDA24800.95水管、燃氣管己烯1 DOWLEW2344E9.30鋁塑管、采暖管道辛烯1DOWLLDPE GD15889.25管材、波紋管己烯1三井化學2022-1-237聚丙烯管材料的類型與發(fā)展 丙烯聚合物分為三種類型： PP-H(均聚聚丙烯) PPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPP PP-B(嵌段共聚聚丙烯） PPPPPPPPPEEEEEEPPPPPPPPPP PP-R（無規(guī)共聚聚丙烯） PPP

14、PEPPPEPPPPPPPPPEPPPPEPPP2022-1-238三種聚丙烯的性能 PP-H剛性較好，耐熱性好，但耐沖擊性能、抗長期蠕變性能較差； PP-B耐沖擊性能較好，但耐長期抗蠕變性能比PP-H略好。 PP-R 剛性較低，熱變形溫度低，但耐沖擊性能較好，抗長期蠕變性能優(yōu)秀。 2022-1-239PP-R的特點有較大的分子量，Mw約為60-100萬， MFR2值為0.1-0.4g/10min.其分子量分布窄 （MWD）大約為5，相應的流動比FRR(=MFR10 /MFR2 )大約為13-17共混和擠出成型加工困難 2022-1-240PPH、PPB、PPR剛性比較2022-1-241關于

15、聚丙烯管道的德國標準有 DIN 8077聚丙烯管尺寸標準 DIN 8078聚丙烯管質量要求和測試 ISO/DIS 15874-2.2 聚丙烯管質量要求和測試 歐洲標準prEN12204 冷熱水設施用塑料管道系統(tǒng)聚丙烯（PP）第二部分：管材2022-1-242氯化聚氯乙烯（PVC-C）管材料 含氯量為6168%耐熱性，熱變形溫度提高2040耐化學性拉伸強度和彎曲強度提高2022-1-243氯化聚氯乙烯（PVC-C）管材料 聚合度為565740 含氯量64.667.8% 表觀密度 0.550.61g/cm3 密度為1.541.59g/cm3 洛氏硬度R117125 熱變形溫度94113 拉伸強度5

16、8.873.5MPa 彎曲強度78.4117.4MPa。2022-1-244氯化聚氯乙烯的用途 制造耐熱、耐化學藥品的容器和設備，電解槽，電鍍槽，污水處理凈化槽，高溫氣體洗滌塔，熱水、溫泉引水管 制造食品包裝膜、管件、電器開關和保險蓋等。2022-1-245關于氯化聚氯乙烯管道的德國標準有 DIN 8079氯化聚氯乙烯管尺寸標準 DIN 8080氯化聚氯乙烯管質量要求和測試 ISO/DIS 15876-2.2氯化聚氯乙烯管質量要求和測試2022-1-246聚丁烯管材料 具有良好的機械性能 突出的耐環(huán)境應力開裂性能 耐低溫流動性和耐蠕變性能 耐熱性 耐化學藥品性能良好 具有抗磨性 可撓曲性 高填

17、料填充性。2022-1-247聚丁烯-1（PB-1） 聚丁烯的分子結構 CH2-CH-CH2-CH-CH2-CH-CH2-CH-CH2-CH | | | | | CH2 CH3 CH2 CH2 CH2 | | | | | CH3 CH3 CH3 CH3 CH32022-1-248聚丁烯的物理性能結晶度較低質地柔軟帶有橡膠的特性2022-1-249管材級聚丁烯的性能熔點 124130結晶度 4855%密度 0.930.94g/cm3 2022-1-250聚丁烯的應用聚丁烯-1可在-30100范圍內長期使用?？捎糜冢?管道、薄膜、板材、各種容器、熱水地板采暖管道、熱泵管、消防水龍頭和各種特殊軟管。

18、2022-1-251PB4137的長期靜液壓強度2022-1-252表6. PB 4137(灰色)管材料的性能指標 特性單位數(shù)值標準密度g/cm30.93DIN 53479熔點122128DTA維卡軟化溫度113DIN 53735玻璃化溫度-18ASTM D-746熔化熱kJ/kg100DSC熱導率W/mk0.22DIN 52612熱膨脹系數(shù)mm/mk0.13DIN 53752彈性模量MPa350DIN53457邵氏硬度D-Scale53ISO 8608沖擊強度kJ/m240DIN 53453斷裂伸長率%125DIN53457拉伸強度MPa33DIN 53455屈服應力MPa17DIN 534

19、552022-1-253表7. PB 4135(象牙白色)管材料的性能指標 特性單位數(shù)值標準密度g/cm30.937ASTM D1505熔點124126DSC熱導率（20）W/mk19ASTM C177熱膨脹系數(shù)mm/mk0.13ASTM D696斷裂伸長率%340ISO1184-1983E拉伸強度MPa36.5ISO1184-1983E屈服應力MPa17.7ISO1184-1983E2022-1-254關于PB管的德國標準和歐洲標準 DIN 16968 聚丁烯管質量標準和測試 DIN 16969 聚丁烯管尺寸標準 prEN 12319 用于冷熱水設施的塑料管道系統(tǒng)_聚丁烯(PB) ISO 1

20、2230-聚丁烯管: 時間和溫度對預期強度的影響 2022-1-255交聯(lián)聚乙烯管（PE-X）材料 過氧化物交聯(lián)法電子輻射法硅烷交聯(lián)法2022-1-256硅烷交聯(lián)聚乙烯料的制造方法 共聚法，在乙烯聚合時將乙烯與可交聯(lián)硅烷單體共聚，合成出接枝料。 兩步法，將聚乙烯與引發(fā)劑硅烷等助劑在擠出機中通過熔融混合，反應接枝生成可交聯(lián)聚乙烯。 一步法，將聚乙烯與引發(fā)劑、抗氧劑和硅烷按比例計量加入擠出機中，接枝和管材成型同時進行。2022-1-257關于交聯(lián)聚乙烯（PE-X）管道的德國標準 DIN16892 交聯(lián)聚乙烯管的質量要求和測試 DIN 16893 交聯(lián)聚乙烯管的尺寸標準 prEN 12318 用于冷

21、熱水設施的塑料管道系統(tǒng)交聯(lián)聚乙烯（PE-X） 2022-1-258（五）管材加工技術進展 擠出機擠出能力的發(fā)展模具設計的高速化和適應性2022-1-259擠出機擠出能力的發(fā)展 管材擠出的特點： 生產線速度高速化和高效率 單螺桿的長徑比由以前的25發(fā)展到現(xiàn)在的30，33，34，36。 機筒進料段開設縱向溝槽，增加強制喂料系統(tǒng)，使擠出機的產量大大地增加，溝槽的形狀有矩形、半圓形、月牙形、三角形。溝槽的走向由原來的軸向開槽改為螺旋形溝槽和非對稱性開槽，使輸送效率提高，并降低磨耗20以上。2022-1-260KRAUSS MAFFEIKRAUSS MAFFEI公司強制喂料型聚烯烴單螺桿擠出機的產量 （kg/h)原料4530B6030B7530B9030B12530BHDPE/MDPE190300430570950LDPE180285400540 PP140220320420700PB70100150215 2022-1-261管材擠出成型模具的最新進展 隨著近年來許多新型原料的出現(xiàn)，擠出模具適應生產：直徑為9mm到1.6m生產線速度0.322m/min 管材擠出的模頭可歸結為：支架形機頭、籃式機頭、螺旋機