聚乙烯、聚丙烯管材生產(chǎn)工藝控制及質(zhì)量問題處理

1、聚乙烯、聚丙烯管材生產(chǎn)工藝控制及質(zhì)量問題處理一、原材料介紹聚乙烯管材的原材料的性能要求針對(duì)不同用途的管道，由于使用的壓力等級(jí)和壽命不同，所以對(duì)于聚乙烯原料的要求也有不同。一般來說，管材原料都應(yīng)有較好的耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能（測(cè)試方法為ASTM D 1693或GBT 1842）和較好的耐長(zhǎng)期靜液壓強(qiáng)度（測(cè)試方法為GB/T611185）。管材用原料還需應(yīng)有良好的焊接性和衛(wèi)生性。用于不同用途的管材材料由管材的具體規(guī)定而確定。下表列出各種標(biāo)準(zhǔn)對(duì)聚乙烯材料等級(jí)的要求 。             表. 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)聚乙烯材料等級(jí)的要求標(biāo)準(zhǔn)燃?xì)夤芙o

2、水管灌溉管波紋管ISO 44371997GB15558.1-1995ISO 4427- 1996GB/T 13663 -2000ISO/DIS8770-1999PrEN 13476.1-1999材料等級(jí)PE 80PE 80PE 32PE 63PE 32PE 63PE 100PE 40PE 80PE 40PE 63PE 100PE 63PE 80PE 80PE 100           表.我國生產(chǎn)的適用于管材的PE管材料牌號(hào)等級(jí)主要用途共聚單體生產(chǎn)廠家DGDB 2480PE 80水管、燃?xì)夤芏∠?齊魯石化公司6100MPE 80土建

3、、管道丁烯1大慶石化公司PEYZ2300EPE 80管材丁烯1揚(yáng)子石化公司6000MPE 80管材丁烯1燕山石化公司TR400PE 80管材、燃?xì)夤?、?nèi)襯己烯1上海金山石化公司TR480FSPE 80燃?xì)夤?、供水管己?上海金山石化公司DGDA2401PE 80管材丁烯1茂名石化公司DGDA2483BKPE 80小口徑管材己烯1天津聯(lián)合化工公司5135BPE 80燃?xì)夤?、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，大口徑管雙峰

4、上海石化YGM091TPE 80壓力管，氣管，大口徑管雙峰上海石化            國外生產(chǎn)的幾種特殊的PE管材料牌號(hào)密度主要用途共聚單體生產(chǎn)廠家DGDA24800.95水管、燃?xì)夤芗合?聯(lián)碳公司DOWLEW2344E0.93鋁塑管、采暖管道辛烯1道化學(xué)LLDPE GD15880.925管材、波紋管己烯1三井化學(xué)聚丙烯原材料：丙烯聚合物分為三種類型：PP-H(均聚聚丙烯), 分子序列結(jié)構(gòu)為 PPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPP-B(嵌段共聚聚丙烯）分子序列結(jié)構(gòu)為  PPPPPPPPP

5、PPEEEEEEPPPPPPPPPPPP-R（無規(guī)共聚聚丙烯）,分子序列結(jié)構(gòu)為 PPPPEPPPEPPPPPPPPPEPPPPEPPPPPPPPP-H剛性較好，耐熱性好，但耐沖擊性能、抗長(zhǎng)期蠕變性能較差；PP-B耐沖擊性能較好，但耐長(zhǎng)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(zhǎng)期蠕變性能優(yōu)秀。PP-R有較大的分子量，重均分子量（Mw）大約為60-100萬，其分子量分布（MWD）大約為5，相應(yīng)的流動(dòng)比FRR(=MFR10/MFR2 )大約為13-17。MFR2值為0.1-0.4g/10min.，材料這么高的分子量和如此窄的分子量分布直接導(dǎo)致的問題是

6、共混和擠出加工困難。在聚合工業(yè)上，采用高產(chǎn)率的催化劑在不同的反應(yīng)條件下，用兩個(gè)或幾個(gè)反應(yīng)器促進(jìn)共聚單體的分散，生產(chǎn)出寬分子量分布、高分子量的無規(guī)共聚聚丙烯（PP-R）。共聚單體無規(guī)分布聚合在聚丙烯長(zhǎng)鏈中破壞了整個(gè)聚丙烯鏈的規(guī)整性，形成乙丙結(jié)構(gòu)，這能很好地提高管材料的抗蠕變性能和韌性。低分子量部分和高分子量無規(guī)共聚物部分一起改善了材料的加工性。不含或微含乙烯的部分使材料較硬，賦予管材以剛性。二、工藝控制擠出成型工藝的控制參數(shù)包括成型溫度、壓力、螺桿轉(zhuǎn)速、擠出速度、牽引速度、加料速度以及冷卻定型等。1原材料的預(yù)處理聚烯烴是非吸水性材料，通常水分含量很低，可以滿足擠出的需要，但當(dāng)聚烯烴含吸水性顏料，

7、如炭黑時(shí)，對(duì)濕度敏感。另外，在使用回料及填充料時(shí)，含水量會(huì)增大。水分不但導(dǎo)致管材內(nèi)外表面粗糙，而且可能導(dǎo)致熔體中出現(xiàn)氣泡。通常應(yīng)對(duì)原料進(jìn)行預(yù)處理。一般采用干燥處理，也可加相應(yīng)的具有除濕功能的助劑。如消泡劑等。PE的干溫度一般在60-90度。在此溫度下，產(chǎn)量可提高10%-25%。2溫度控制溫度工藝的定義及設(shè)定原則。料筒溫度主要提高物料塑化程度，一般料筒溫度設(shè)定基本保持一致。料筒溫度過低，可能導(dǎo)致物料塑化不足，從而使產(chǎn)品出現(xiàn)內(nèi)壁凹點(diǎn)、發(fā)麻等，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致電流過高而停機(jī)。料筒溫度過高，可能導(dǎo)致物料塑化過度，從而使各項(xiàng)性能達(dá)不到要求，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致螺桿結(jié)焦而損害螺桿。模具溫度主要作用為提高管材內(nèi)外壁

8、光潔度，一般口模溫度設(shè)定高于其它溫度。模具溫度過低時(shí)，可能導(dǎo)致產(chǎn)品外壁發(fā)麻、產(chǎn)品沒有光澤度等。模具溫度過高時(shí)，可能導(dǎo)致產(chǎn)品外表面特別光亮，產(chǎn)品發(fā)胖、花紋等異常情況。擠出成型溫度是促使成型物料塑化和塑料熔體流動(dòng)的必要條件。對(duì)于聚烯烴來說溫度范圍較寬。通常在熔點(diǎn)以上，280度以下均可加工。口模和芯模的溫度對(duì)管子表面光潔度有影響，在一定的范圍內(nèi)，口模與芯模溫度高，管子表面光潔度高。通常來講，口模出口的溫度不應(yīng)超過220度，機(jī)頭入口的熔體溫度為200度，機(jī)頭入口和出口熔體溫差不應(yīng)超過20度。聚乙烯管材擠出的熔體溫度上限一般規(guī)定為230度，一般控制在200度左右為佳。聚丙烯管材擠出的熔體溫度上限一般為2

9、40度。3壓力控制熔壓過低，會(huì)導(dǎo)致物料塑化不好，從而造成產(chǎn)品發(fā)麻等。v熔壓過高會(huì)使產(chǎn)品塑化過度，從而導(dǎo)致發(fā)胖、生產(chǎn)不穩(wěn)定等異常情況，并且對(duì)模具由一定的損傷。擠出過程中最重要的壓力參數(shù)是熔體壓力，即機(jī)頭壓力。熔體壓力通?？刂圃?0-30MPa之間。4真空定型真空定型主要控制真空度和冷卻速度兩個(gè)參數(shù)。通常在滿足管材外觀質(zhì)量的前提下，真空度應(yīng)盡可能低，這樣管材內(nèi)應(yīng)力小，產(chǎn)品在存放過程中變形小。5冷卻聚乙烯管材擠出成型中冷卻水溫要求一般較低，通常在20度以下，在生產(chǎn)PPR管材時(shí)，第一段溫度可以稍高，后段較低，從而形成溫度梯度。6螺桿轉(zhuǎn)速與擠出速度螺桿轉(zhuǎn)速是控制擠出速率，產(chǎn)量和制品質(zhì)量的重工參數(shù)。單螺桿

10、擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速增加，產(chǎn)量提高。剪切速率增加，熔體表觀粘度下降。有利于物料的均化。7牽引速度牽引速度直接影響產(chǎn)品壁厚，尺寸公差，性能及外觀，牽引速度比須穩(wěn)定，且牽引速度與管材擠出速度相匹配。牽引速度與擠出線速度的比值反映出制品可能發(fā)生的取向程度，該比值稱為拉伸比，其數(shù)值必須等于或大于1。8管材的在線質(zhì)量控制與后處理聚烯烴屬結(jié)晶聚合物，剛下線管材的性能與管材制品交付使用時(shí)的尺寸和性能時(shí)有差距的。主要原因有：第一，聚烯烴熔體冷卻過程中要發(fā)生結(jié)晶作用，與溫度和時(shí)間有關(guān)。第二，剛下線管材的溫度通常高于常溫。第三，剛下線的管材內(nèi)應(yīng)力較大。為了達(dá)到性能及尺寸的穩(wěn)定性，一般的聚乙烯管材應(yīng)下線放置24小時(shí)，聚丙烯

11、管材需放置48小時(shí)后，可依照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行性能測(cè)試。三、生產(chǎn)工藝流程圖四、質(zhì)量問題管材生產(chǎn)中常見現(xiàn)象的產(chǎn)生原因和處理方法常見現(xiàn)象產(chǎn)生原因 推薦解決方法表面暗淡無光1原料水分1原料預(yù)處理2熔體溫度不合適2調(diào)整溫度3擠出機(jī)擠出的熔融物料不均勻3增加背壓，用較細(xì)的過濾網(wǎng)，設(shè)計(jì)適宜的螺桿結(jié)構(gòu)4定徑套過短4加長(zhǎng)定徑套5口模成型段過短 5加長(zhǎng)口模成型段。表面斑點(diǎn)1. 原料中有水分 1.干燥原料2.水槽中的管子上有氣泡2.消除氣泡。調(diào)整工藝溫度外表面呈現(xiàn)光亮透明的塊狀（俗稱眼晴）1.機(jī)頭溫度過高1.降低機(jī)頭溫度2.冷卻水太小或不足，或不均勻2.冷卻水開大或清理定徑套管材光滑外表

12、面規(guī)則的斑紋管材趨向粘附定徑套加大冷卻水流量清理水路或降速管材外表面深的波紋定徑套口模沒對(duì)中對(duì)中，保持定徑箱與口模在同一軸線內(nèi)表面粗糙1.原料潮濕1.原料烘干，或預(yù)處理2.芯模溫度低2.提高溫度或延長(zhǎng)保溫時(shí)間3.口模與芯模間隙過大3.換芯模4.口模定型段太短4.換定型段較長(zhǎng)的口模管內(nèi)壁波紋狀1.擠出機(jī)產(chǎn)量變化，下料不穩(wěn)1.降低螺桿喂料區(qū)溫度2.牽引機(jī)打滑2.調(diào)節(jié)牽引氣壓3.管材冷卻不均 3.調(diào)節(jié)水路管內(nèi)壁有凹坑1.原料水分大1.原料預(yù)熱干燥2.填充料分散性差未塑化，雜質(zhì)2.換料，調(diào)節(jié)溫度，清潔原料管內(nèi)壁有焦粒1.擠出機(jī)機(jī)頭與口模內(nèi)壁不干凈1.清模2.局部溫度過高2.檢查熱電偶是否正常

13、3.口模積料嚴(yán)重3.清模，適當(dāng)降低口模溫度外徑或壁厚隨時(shí)變化1.擠出速度變化1.檢查牽引機(jī)2.牽引速度發(fā)生變化或打滑2.適當(dāng)提高壓力3.下料不穩(wěn)（回料粒徑不均）3.原料過篩或造粒4.熔體的不穩(wěn)定性4.提高料溫，降低線速度，增加?？陂g隙5.冷卻不均5.清理水路管材壁厚不均1.口模沒對(duì)中1.調(diào)節(jié)口模同心2.口模溫度不均2.調(diào)節(jié)溫度3.牽引機(jī)，定徑套，口模沒對(duì)中3.保持在同一軸線上4.定徑套與口模距離太遠(yuǎn)4.拉近距離熔接縫不良1.口模成型段太短1.使用較長(zhǎng)的口模成型段2.熔融溫度低2.提高料溫3.模頭中塑料分散3.清理模頭4.機(jī)頭機(jī)結(jié)構(gòu)不合理4.更換或改造管材過早損壞穿孔1.水泡1.干燥原料2.氣泡

14、2.除濕或降低溫度3.雜質(zhì)3.清潔原料或用過濾網(wǎng)4.顏料或填充料分散不良4.調(diào)節(jié)溫度或更換原料管材過早損壞脆性破壞1.料溫低1.提高料溫2.溫度過高，原料分解2.清理模具，降低溫度管材開裂1.機(jī)頭溫度低，擠出速度快1.升溫，降速2.冷卻水太大2.減小冷卻水流量管材圓度不好，彎曲1.口模，芯模中心位置不正1.調(diào)整同心2.機(jī)頭溫度四周不均2.調(diào)節(jié)溫度3.冷卻水離口模太近3. 調(diào)整冷卻水位置4.冷卻水噴淋力度過大4.調(diào)節(jié)噴頭角度5.冷卻水噴淋太小5.清理水路6.水位過高6.排水7.牽引機(jī)壓力過大7.調(diào)節(jié)氣壓注：表中加粗部分為PE管材生產(chǎn)比較容易產(chǎn)生的各種問題分析及解決方法。 PPR管材質(zhì)量

15、的各種因素產(chǎn)品缺陷產(chǎn)生原因解決方法局部變色，以致外觀色澤不均勻一致  PP-R管材是由PP-R樹脂經(jīng)擠出機(jī)擠出成型而成。擠出機(jī)的作用能使PP-R樹脂從晶體塑化到高彈態(tài)，進(jìn)而再塑化到熔融粘流態(tài)這一過程中，如果PP-R原料在擠出成型時(shí)所受到熱量和壓力不當(dāng)，會(huì)使原料狀態(tài)變化時(shí)發(fā)生分子構(gòu)型改變。過高塑化溫度破壞PP-R的分子結(jié)構(gòu)并產(chǎn)生分解變色。同時(shí)擠出速度過快，在機(jī)筒內(nèi)產(chǎn)生較高的摩擦熱，使物料溫度升高而分解變色。要求PP-R管材擠出加工過程中，應(yīng)避免塑化溫度過高和擠出速度過快，引起PP-R樹脂分子結(jié)構(gòu)的改變表面斑點(diǎn)，以致外觀色澤不均勻一致  生產(chǎn)管材的PP-R樹

16、脂原料中如有水分，可能導(dǎo)致擠出成型管材表面形成斑點(diǎn)。管材在擠出成型加土過程中采用真空槽式定徑時(shí)，水槽中的管子上如有氣泡，也會(huì)導(dǎo)致擠出成型管材表面形成斑點(diǎn)。  去除原料中的水分或消除水槽中管子上的氣泡。為確保水槽管子上無氣泡，必須做到:防止水槽的循環(huán)泵產(chǎn)生氣蝕，水槽中的水面保持在水口以上，增加水槽中水的循環(huán)量。表面暗淡無光  生產(chǎn)管材的原料中有水分，可能導(dǎo)致管材表面暗淡無光。     擠出加工熔體溫度不合適，擠出機(jī)擠出的熔融物料不均勻，定徑套過短，口模成型段過短等都可能導(dǎo)致管材表面暗淡無光。  去除原料中的

17、水分或調(diào)整管材加工的工藝參數(shù)。     其中調(diào)整管材加工的工藝參數(shù)包括:選擇合適的熔體溫度，改善擠出機(jī)擠出的熔融物料的均勻性，使用長(zhǎng)定徑套，增加口模成型段的長(zhǎng)度。有光亮透明的塊狀機(jī)頭溫度過高和冷卻不足。降低機(jī)頭溫度和冷卻水開大。表面粗糙不光滑真空定型的真空度控制的確當(dāng)與否，將直接影響管材的表面質(zhì)量，真空度太高使管材表面粗糙;冷卻速度過快易在管材內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致管材表面粗糙。另外，PP-R樹脂原料中的含有水分也會(huì)導(dǎo)致管材內(nèi)外表面粗糙。將真空定徑槽的真空度和冷卻速度調(diào)整控制到最佳狀態(tài)。 去除PP-R樹脂原料中的水分。表面出現(xiàn)氣泡  溫度過高，聚合物分解，表面產(chǎn)生氣泡。原料中含有水分，可能導(dǎo)致熔體中出現(xiàn)氣泡，導(dǎo)致管材表面出現(xiàn)氣泡?？刂乒懿牡臄D出成型溫度;去除PP-R樹脂原料中的水分。表面出現(xiàn)斑點(diǎn)凹坑  高溫下擠出的管坯，冷卻成型時(shí)冷卻速度對(duì)制品的性能有一定的影響，冷卻過快易在管材內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，并降低外觀質(zhì)量。冷卻水流量過大，管子表