聚乙烯塑料管材、管件的擠出技術(shù)

1、聚乙烯塑料管材、管件的擠出技術(shù)聚乙烯塑料主要分兩大類：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，所以又稱作高壓聚乙烯。聚乙烯材料的應(yīng)用非常廣闊，管材領(lǐng)域只是聚乙烯應(yīng)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，所以兩種材料在管材應(yīng)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(qiáng)度較低，所以只能用于低壓力小直徑的管材，它經(jīng)常被制作成盤管而用于農(nóng)村改水和一些非長(zhǎng)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

2、，所以HDPE廣泛應(yīng)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(yīng)用尚在推廣階段，這幾種材料在給水管領(lǐng)域的應(yīng)用比例如下（以歐洲國(guó)家的應(yīng)用為例）近年來，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO4427-1996根據(jù)管材的最小要求強(qiáng)度（MRS）將管材用聚乙烯材料分為PE32、PE63、PE80、PE100。也就是說：PE80通俗解釋就是：該材料管材在20，連續(xù)受壓50年不破壞，管壁承受最小要求強(qiáng)度是：8。0Mpa，如此類推。 在塑料管發(fā)展的初期，聚乙烯壓力管材的使用是遠(yuǎn)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，

3、高性能、高強(qiáng)度的聚乙烯管材尚未開發(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(yuǎn)比PVC高，而且只能用在低壓下小直徑領(lǐng)域。同樣是直徑200，同樣是1Mpa壓力等級(jí)，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，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HDPE新材料、新技術(shù)的出現(xiàn)，這種成本（重量）上的差異發(fā)生了很大的變化，隨著第二代聚乙烯管材料（相當(dāng)于PE80）和第三代聚乙烯管材料（相當(dāng)于PE100）的出現(xiàn)，在同樣直徑200同

4、樣壓力等級(jí)及條件下，相同長(zhǎng)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地提高了PE的最小要求強(qiáng)度，而且也提高了抗環(huán)境應(yīng)力開裂性能，而且具有顯著的抗裂縫快速增長(zhǎng)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，200直徑的PE100聚乙烯管比20PE80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(dá)到10巴，用PE80聚乙烯管輸送壓力只能達(dá)到4巴），隨著聚乙烯技術(shù)的改進(jìn)、經(jīng)濟(jì)效益是顯著的，最近

5、有報(bào)道說，第四代聚乙烯管材料PE125已經(jīng)開發(fā)成功，由此可以預(yù)測(cè)，更大直徑，更具經(jīng)濟(jì)性的聚乙烯壓力管道更具有廣闊的使用領(lǐng)域。PE管材的擠出設(shè)備聚乙烯管材生產(chǎn)線包括擠出主機(jī)，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(jī)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(duì)110mm以下的管材生產(chǎn)技術(shù)而言，生產(chǎn)速度和生產(chǎn)穩(wěn)定性顯得非常重要，而對(duì)110mm以上規(guī)格的管材生產(chǎn)技術(shù)來說，質(zhì)量的保證和生產(chǎn)的穩(wěn)定性和設(shè)備的可靠性是最重要的，縱觀目前國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)大口徑（250以上）高壓力等級(jí)（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(duì)很多企業(yè)來說，以高速生產(chǎn)

6、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。擠出機(jī)聚乙烯管材擠出生產(chǎn)線的重要核心之一，就是擠出機(jī)。對(duì)于聚乙烯管材的加工，最廣泛使用的主機(jī)都是單螺桿擠出機(jī)。單螺桿擠出機(jī)是一種已有幾十年發(fā)展歷史的機(jī)種，對(duì)國(guó)內(nèi)很多企業(yè)來說，單螺桿擠出機(jī)設(shè)計(jì)還是運(yùn)用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論為依據(jù)，因此，這類型的單螺桿擠出機(jī)存在以下缺陷：低扭矩、低擠出量高混煉與穩(wěn)定擠出相沖突高產(chǎn)量依賴于大直徑的螺桿因此，傳統(tǒng)的單螺桿擠出機(jī)只能滿足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(jí)的PE管材比較困難，如果生產(chǎn)400、PN0。8的PE管材，使用傳統(tǒng)的機(jī)型，必須選擇螺桿直徑200MM以上的單螺桿主機(jī)，這樣就增加了設(shè)備的加

7、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(dá)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(jī)必須滿足下列的要求：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(wěn)定的高擠出量嚴(yán)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(dǎo)致材料性能的變化 較大的加工適應(yīng)性在較小機(jī)型在達(dá)到較高的擠出量，只有使用斜度溝槽襯套的擠出機(jī)才能實(shí)現(xiàn)。這種擠出機(jī)配置了一個(gè)具有特殊結(jié)構(gòu)的加料襯套，內(nèi)孔表面具有多條帶有斜度溝槽，溝槽的數(shù)目和深度同樣會(huì)影響擠出機(jī)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(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)喂料區(qū)域的溫度控制并且與相鄰的高溫機(jī)筒區(qū)

8、相隔離。這種結(jié)構(gòu)大大提高效率，因此，在這種系統(tǒng)里，決定整臺(tái)擠出生產(chǎn)線產(chǎn)量的不是系統(tǒng)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(jī)器首先倡導(dǎo)了一種簡(jiǎn)稱為"雙階式螺桿"。 雙階式螺桿的基本原理就是把兩根單獨(dú)的螺桿所配合而產(chǎn)生的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，在這種雙階式螺桿結(jié)構(gòu)中，物料的塑化不全依賴在壓縮比的大小，剪切的大小上，而主要體現(xiàn)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(jié)合，體現(xiàn)了一種全新理念的單螺桿機(jī)型，這種機(jī)型的優(yōu)點(diǎn)如下：突破傳統(tǒng)的產(chǎn)能概念可以實(shí)現(xiàn)小螺桿高產(chǎn)能的目標(biāo)有效地合理控制物料所受的剪切，完

9、成其塑化提高了擠出機(jī)的加工適應(yīng)性、真正達(dá)到一機(jī)多用，一桿多用的效果。對(duì)于雙階式螺桿系統(tǒng)而言，螺桿機(jī)筒的材質(zhì)應(yīng)與傳統(tǒng)的氮化鋼材質(zhì)有所改進(jìn)，提高螺桿的抗韌抗彎強(qiáng)度，提高機(jī)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(jié)特殊合金材料。體現(xiàn)傳統(tǒng)機(jī)型與新機(jī)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(jī)，新機(jī)型的產(chǎn)量水平是傳統(tǒng)機(jī)型的二倍。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(duì)產(chǎn)品的品質(zhì)同樣起到非常重要的作用。對(duì)于加工聚乙烯材料而言。一種優(yōu)化的管材擠出模頭應(yīng)滿足以下的要求：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

10、模。二、能提供最恰當(dāng)?shù)奈锪显跈C(jī)頭內(nèi)的停留時(shí)間，停留時(shí)間過短，影響熔融物料的質(zhì)量，過長(zhǎng)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(jī)頭內(nèi)保持較低熔體壓力和擠出穩(wěn)定的平衡。四、能確保物料在機(jī)頭內(nèi)維持較低的料溫，以防止物料在機(jī)頭擠出時(shí)產(chǎn)生橫向流動(dòng)和過早地產(chǎn)生氧化效應(yīng)。在PE管材的加工領(lǐng)域，使用較廣泛的模頭結(jié)構(gòu)有：1、螺旋機(jī)頭；2、籃式機(jī)頭；3、過濾機(jī)頭。螺旋機(jī)頭螺旋機(jī)頭的原形來自于PE薄膜的管狀模頭，其原理就是：熔融物料從主機(jī)進(jìn)入模頭，通過若干個(gè)星狀分配孔，或者通過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(jī)頭因而得名。在這種機(jī)頭里，有個(gè)關(guān)鍵的部件-螺旋分流體

11、，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(jī)頭的設(shè)計(jì)原理是通過利用多股螺旋分流對(duì)主機(jī)擠出的物料進(jìn)行多次的軸向和徑向的重疊，以達(dá)到充分混合的目的，以期達(dá)到高度均勻的擠出熔體。多股螺旋料流的重疊沿著擠出方向，徑向重疊逐漸減少，螺旋分流體與型腔間隙沿?cái)D出方向逐漸增加，軸向流動(dòng)逐漸成主流。在這個(gè)重疊過程中，由于螺旋料流較大程度地改變了主機(jī)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)生過多的紊流，和沿?cái)D出方向的壓力波動(dòng)，從而會(huì)對(duì)管材的內(nèi)壁產(chǎn)生擠出波動(dòng)，影響管材的品質(zhì)。因此，螺旋機(jī)頭的合理和準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)就顯得非常困難和掌握。如流道數(shù)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

12、變化率等等因素的平衡和分配并不能依賴于理論上的優(yōu)化設(shè)計(jì)。因此，機(jī)頭的修模時(shí)間就會(huì)變得更長(zhǎng)，成功率也會(huì)大大降低。對(duì)不同的物料而言，有關(guān)螺旋分流體的參數(shù)必須加以調(diào)整，也就是說對(duì)一種設(shè)計(jì)的螺旋分流體而言，這只能滿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(duì)螺旋機(jī)頭而言，加工的適應(yīng)面較窄是它的突出的缺點(diǎn)?；@式機(jī)頭在籃式機(jī)頭里，同樣存在著一個(gè)關(guān)鍵的部件-篩籃，在籃式機(jī)頭上，芯模可以通過支架或帶有星狀孔的料流導(dǎo)入塊固定在機(jī)頭體上，在工作時(shí)熔融物料流過多孔區(qū)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(qū)域內(nèi)熔體料流兩次改變流向。首先由

13、軸向變成徑向，然后再變成軸向，物料通過此種方式得到混合均化。然后物料必須通過一個(gè)阻滯區(qū)域和相鄰的松馳緩沖區(qū)域，實(shí)現(xiàn)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(jié)構(gòu)的模頭里，物料在篩籃區(qū)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(jī)頭里，混合元件-篩籃往往設(shè)置在機(jī)頭的芯棒體上，這樣限制了篩籃體的直徑大小。這種結(jié)構(gòu)使能提供熔體在圓周截面上具有較大的過流面積，但是決定模頭混合效果的主要是徑間截面的過流面積的大小。因此，籃式機(jī)頭在混合效果上不足是它的較明顯的缺陷。但是，這種機(jī)頭在低壓擠出的穩(wěn)定性方面也有它的較好的體現(xiàn)。過濾式機(jī)頭在這種機(jī)頭里有一個(gè)關(guān)鍵的核心部件-過濾網(wǎng)板。在擠出時(shí)，

14、熔融物料從主機(jī)通過星狀分布的多個(gè)小孔分成多股料流，然后經(jīng)過第一個(gè)松馳緩沖區(qū)進(jìn)入第一阻滯區(qū)域，在這個(gè)過程中，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(duì)物料的均化發(fā)生較大的促進(jìn)作用。物料經(jīng)過第一個(gè)阻滯區(qū)域后進(jìn)入到第二個(gè)松馳緩慢區(qū)，在這個(gè)松馳緩慢區(qū)里，特別設(shè)置了一個(gè)具有極大過流面積的過濾網(wǎng)板。物料在這個(gè)過程中再次發(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)過核心元件-過濾網(wǎng)板，在過濾網(wǎng)板上設(shè)置了1200個(gè)以上的過濾小孔，物料由此得到了最充分的混合。最后物料再經(jīng)過一個(gè)壓力阻滯區(qū)后擠出口模。在這種過濾式機(jī)頭里，物料的流動(dòng)速率發(fā)生多次的變化從而增加了機(jī)頭的混合效果，再經(jīng)過過濾網(wǎng)板使料流之間

15、產(chǎn)生重疊。由于在過濾網(wǎng)板上的徑向過流面積較籃式模頭增大很多，無(wú)疑過濾網(wǎng)板在這個(gè)區(qū)域里起到一個(gè)靜態(tài)混合器的功能。同樣，這種機(jī)頭也是一個(gè)低壓高混合機(jī)頭，即使在很高的擠出量狀態(tài)下，也能實(shí)現(xiàn)理想的均化效果，這種機(jī)頭同樣賦予物料的低壓和超穩(wěn)定的流動(dòng)。因此，對(duì)管材的高速擠出特別適合和令人滿意，同時(shí)這種機(jī)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(yīng)性能，能滿足各種型號(hào)物料的高品質(zhì)管材的擠出。定型裝置模具中的定型裝置是PE管材擠出系統(tǒng)中較主要的部件，熔融物料在定徑套內(nèi)表面被冷卻下來從而形成一層固相表層，保證管材獲得準(zhǔn)確的外徑。也保證管材的穩(wěn)定和正常的牽引和擠出。熔融物料在定型裝置

16、的狀態(tài)和成型條件直接影響管材的內(nèi)外表面質(zhì)量，也直接決定著整個(gè)擠出系統(tǒng)的穩(wěn)定性和高速生產(chǎn)的可靠性。因此，良好的定型裝置設(shè)計(jì)滿足以下要求：良好的導(dǎo)熱性能提供熔融物料在短距離內(nèi)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(nèi)表面應(yīng)具備較高的光潔度。根據(jù)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(jié)構(gòu)，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，能滿足PE管材的20630的擠出成型。對(duì)于圓筒狀定徑套來說，導(dǎo)入水環(huán)的水流的穩(wěn)定性和均勻性直接影響管材的擠出質(zhì)量，而熔

17、融物料在定徑套的冷卻速率可以直接影響管材的內(nèi)壁的品質(zhì)。而片狀組合式定徑套主要針對(duì)小口徑、高速擠出的PE管材的生產(chǎn)，適用口徑范圍：2063MM，根據(jù)管材直徑和所加工材料的不同，可以達(dá)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(cè)由支撐柱固定。每層薄銅片之間的距離按以下規(guī)則分布：沿坯料導(dǎo)入方向。距離逐漸增加，在靠近坯料導(dǎo)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(duì)管材的質(zhì)量和生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性起著較大的作用。真空定型裝置和冷卻裝置真空定型裝置在PE管材生產(chǎn)線中是

18、較重要的部件，真空定型裝置設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接影響生產(chǎn)的穩(wěn)定性和管材內(nèi)外表面的質(zhì)量，一個(gè)優(yōu)良的真空定型裝置應(yīng)該滿足以下要求：能提供強(qiáng)力的冷卻能力。具有各種生產(chǎn)條件下的穩(wěn)定的真空度。具有穩(wěn)定的水溫水位控制系統(tǒng)。具有長(zhǎng)期的防腐蝕性能。在真空定型裝置之后，管材還需要進(jìn)一步的冷卻，因此，對(duì)現(xiàn)代的聚乙烯管材生產(chǎn)線來說，冷卻裝置是必不可少的，良好的冷卻裝置應(yīng)滿足以下要求：能提供環(huán)繞管材的均勻的冷卻能力。能滿足管材足夠的冷卻長(zhǎng)度，使管材通過牽引機(jī)后不會(huì)破壞管材的圓度。穩(wěn)定的水溫水位控制系統(tǒng)。通常冷卻裝置有以下二種：浸浴式冷卻裝置強(qiáng)力噴淋式冷卻裝置浸浴式冷卻裝置：管材通過一個(gè)裝有冷卻水的水箱，在這個(gè)狀態(tài)下，管材的整

19、個(gè)截面是浸泡在水中，通過管材與水的接觸，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(duì)管材的生產(chǎn)會(huì)帶來以下的弊端。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(dǎo)致管材的圓度超差。 因此，理想的冷卻裝置應(yīng)以強(qiáng)力噴淋為最佳選擇。牽引裝置由于管材的規(guī)格和壓力等級(jí)的多種性，對(duì)牽引裝置的要求也有各自的特點(diǎn)，根據(jù)多年的擠出設(shè)備制造經(jīng)驗(yàn)，聯(lián)塑機(jī)器目前能提供以下四種類型的牽引裝置。-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(yīng)根據(jù)管材的上徑為依據(jù)，以下是各種牽引裝置的最佳應(yīng)用場(chǎng)合。 切割裝置管材切割裝置是生產(chǎn)過程中最后的質(zhì)量控制環(huán)節(jié)，理想的切割裝置應(yīng)具備以下條件： 保證切斷的管材截面與軸心線的垂直度。保證切斷的管材截面的平整度，