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PE-RT地暖管材如何在高速生产中保证品质

2016-03-22

摘要:通过对PE-RT地暖管材实现高速生产所采用的树脂、对生产设备、工艺技术的研究,特别是对工艺参数进行介绍,简要说明了PE-RT地暖管材高速生产流程,并指导生产品质卓越的PE-RT管材。

关键词:耐热聚乙;高速生产;品质

PE-RT管材在建筑物内冷热供水系统中已应用多年,得到了广大消费者的接受认可,目前市场应用实现了快速增长,尤其在低温地面采暖系统中得到了广泛应用,目前已成为最重要的地暖管道材料之一。由于PE-RT树脂独特的分子结构设计,实现了不需交联即可耐较高的热水温度,同时具有良好的挤出加工性能,可以实现高速生产,劳动力成本可以降低,生产效率提高,相对占地面积小,综合效益较高,适宜于大规模生产,从而被众多生产厂家采用。随着国家对节能环保的要求提高,市场综合竞争的压力,经济效益的取得更依赖于对生产成本的严格控制。采用高速生产模式,是实现有效成本控制的重要手段之一。

一、PE-RT原料简述

生产优质的PE-RT管材,必须采用PE-RT专用料。目前可供选择的材料厂家多为进口,比如陶氏化学、巴塞尔、韩国LG化学、韩国SK等公司的PE-RT专用料。经过专门设计制造出的PE-RT树脂, 是一种采用特殊的分子设计和合成工艺生产的中密度聚乙烯树脂,它采用乙烯和己烯、辛烯等共聚的方法,通过控制侧链的数量和分布得到独特的分子结构,当聚合物分子在高温高压下承受较大应力时,己烯分子的延展吸收了部分能量,防止晶格破坏,使聚合物分子受力均匀并通过控制其数量提高了热稳定性和长期耐压性能,是一种可以用于热水管的非交联的聚乙烯。

二、高速生产用设备配置

高速生产用挤出生产设备主辅机配置描述如下:

1、挤出主机配置

应采用专用的单螺杆挤出机,其最大产量达到250kg/h~300kg/h;

2、挤出机螺杆结构

高速机的螺杆一般在下料段开8~12道直槽或采用螺旋槽,必须进行水冷温控,应控制在60℃~80℃,同时它的输送能力必须与螺杆相匹配;

高速机的螺杆采用四段式BM分离屏障型螺杆,可促使PE-RT物料在压缩段实现固液分离,无强剪切元件,螺杆的压缩比宜采用ε=2.5,长径比选用33:1。由于PE-RT具有窄的分子量分布,加工温度范围窄,停留的时间太长易出现局部温度过高,而短时间的温度过高就容易使PE-RT产生老化降解,原料的熔体质量流动速率也会发生变化,而且在融化过程中会产生气泡。如果挤出机背压较低,气泡不能顺利从进料口排出,产品不够密实,会含有气泡,这将影响管材的承压能力,造成质量隐患。

3、挤出机机头选择

机头结构宜采用螺旋机头(见图1)。螺旋机头在结构上比较合理,熔体所经过的流道比较简单直接,符合快进快出的原则。物料首先通过分流梭,分成多股,然后通过螺旋分流体进一步压缩均化,最后使物料进入由芯棒与口模组成的成型流道,形成管坯挤出,料流在分流和汇合中,达到高度均质塑化和融合,使熔体具有优良均匀的性能,有利于提高产品的内在质量。

4、高速定径套

采用水帘碟片组合浸润定径套。这种定径套是由水环和碟片式定径套组合而成。该定型环组长度为外径长度的5~10倍,定径套的长度较正常的定径套长,同时碟片的定型环为2~3mm厚,定型环的间距前窄后松,不等距,每个环的排列位置及尺寸根据具体情况调整,以保证冷却和定型效果。管坯进入定径套前对其进行水环预冷却,一方面可减少定径套内的摩擦,另外,也防止物料粘附在定径套入口,造成阻塞,水环必须在环向上完全包覆管材型坯,并与型坯一起被拉入定径套内,以避免水流动引起水斑。管坯再进入定径套内部与冷却水充分接触,冷却效果较好,光泽度较高,并且与碟片的实际接触面积较小,阻力也小,可以实现高速挤出。

5、定型真空箱

高速生产线的真空箱必须配套水浴式冷却方式,而且水温必须经过冷水机的控制。冷却水应尽量减少气泡,尤其在管胚刚进入定径套时,真空箱冷却水进口更应防止气泡的产生,并且冷却水必须纯净无异物。真空箱是熔体冷却的第一道关,为保证冷却定型效果,真空箱一般控制在9米长度,同时真空箱的冷却水采用强制低温冷却水冷却。

6、冷却水箱

熔体型坯虽经过真空箱定型冷却,但由于高速挤出,在真空箱内停留时间较短,出真空箱的型坯温度相当较高,需经后续冷却水箱进行冷却,设置冷却水箱数量至少要4台,较正常速度挤出要多至少2台,但冷却水箱的长度可控制在4~6米,不宜过长,同时,在冷却水箱之间要保持至少一米以上的间距,便于热量的传导和释放,减少管材的内应力。将管材出冷却水箱的温度控制在30℃以下。

7、牵引机配置

牵引机的稳定性是保证高速生产的关键,选型尤为重要,往往是在实际采购和使用中容易疏忽的,不能得到足够的重视。牵引机应选择皮带式牵引机,最好不使用平皮带,因为平皮带使用时间过长后会磨出槽,造成速度波动,管材行走不平稳,引起壁厚波动,应使用由耐磨橡胶制成的V型皮带。同时牵引机要附带上下调整压紧力装置,另外必须对牵引机进行地脚固定,以保证匀速生产。

8、在线外径测试装置及自动报警设施:

红外线外径测试仪采用大屏显示器,便于操作工人在任何位置观察管材壁厚、外径的变化。

当管材壁厚、外径不合格时实现自动报警,可立即处理。

9、张力平衡装置:

可以很好地控制因牵引速度不稳定而导致的管材拉薄、壁偏等隐患。

10、卷曲装置的选择

PE-RT管材长度数十米至数百米不等,一般采用盘卷包装。

高速挤出生产时,盘卷机的配置也极为重要。首先,选择高速的双盘盘卷机,同时具备手动调速装置和自动布线装置,另外盘卷机的速度上限必须超出牵引机至少20%,这样方可满足高速挤出要求。由于生产速度极高,在双工位交替更换盘数时,会有50米左右的产品散落,需要在盘卷机和牵引机之间要保证至少长度10米以上的工作区域。在该区域无任何物品和设施,已防止对产品造成损害。

三、高速生产工艺

1、工艺流程简述

原料干燥→挤出→真空定型→喷淋冷却→ 喷码→牵引→卷取→检验→成品包装

2、工艺温度设定

一般料筒一区为加料段,温度不能太高否则影响下料,温度太低又不利于压缩段的压缩塑化,故一般设定为170℃左右,下料口应有冷却水冷却,下料口温度一般在60~80℃。

料筒二区、三区为压缩段、均化段,需要提供较多的热量使料加快塑化,但温度又不能太高,长时间高温会使物料在高温和高剪切力下分解,给质量造成隐患,一般设定175℃~180℃左右。

四区为均化混炼段,在此区物料基本已经塑化完全,不需要太多的热量,一般设定185℃左右,使料流进一步塑化。

连接体合流芯,由于流道变窄,压力、摩擦力较大,产热也多,为保证料流顺利通过,温度设定在190℃左右。物料通过合流芯后再次分流,为保证料流的顺畅和塑化的质量,温度一般设定在195℃~200℃之间。

口模区为了保证管材良好的外观和消除熔接痕,口模温度一般设定在210℃左右。此温度设置仅做参考,不同的设备对温度要求不完全一样。

温度设定的基本原则是在满足生产的前提下尽量采用低温挤出,避免原料在熔融和塑化过程中分解,以保证原料的优异品质完全传递到产品。

3、主机转速和牵引速度设定

主机的转速和牵引速度两者都可以独立调节管材的壁厚,但也是一对联系很紧密的工艺条件。两者的比值一般称之为速比,是挤出工艺中很重要的一个工艺。管材不同的规格、系列对应不同的壁厚,所要求的速比不同,但对同一台主机和同一副模具来说,即使管材的规格、系列相同,如果选取的口模、芯棒、定径套的尺寸不同,则速比也略有差异。所以实际生产中的速比要根据实际情况而定。企业为获取最大产量一般希望主机转速保持在最高转速,建议不要使主机完全满负荷的运转,最上限应控制在额定转速的80%~85%,因为满负荷运转不单单会严重缩短设备的使用寿命,还会带来意外的麻烦。

4、真空箱真空度的设定

真空定型箱的真空度设定非常重要。真空度的大小可以调节管材的外径,外径小可适当加大真空度调节,外径大时则略减小真空度。真空度过大会增加阻力和产品内应力,不利于高速挤出和保证产品性能;过小又会造成外观差,尺寸不合格,因此一般真空度选取应为-0.01MPa~-0.03MPa。

5、拉伸比的设定

如图所示,当拉伸比为0.5~1.0时,由於生产速度快,PE-RT熔体较柔软,产量较低,当拉伸比为1.3~1.6之间时,产量与质量较稳定,管材不易出现划痕和水冷成型造成的假裂纹、熔体堆积现象。

6、冷却水水质及水温

冷却水质的好坏,水压的稳定性及水温的高低,直接影响生产的稳定性,决定冷却的速率、晶型的成型和应力的产生,定径套中的水环稳定程度决定产品壁厚的偏差,生产缺陷的形成等质量因素。因此,实际生产中冷却水质要高,水环中的水要单独由高位水箱提供稳定的水流和压力,水温要尽可能降低一些并保持较快的循环速度。

四、产品品质检测

1、管材外观

管材的内外表面光滑、平整、清洁,无凹陷、气泡、明显的划伤和其他影响性能的表面缺陷。管材无杂质,管材端面切割平整并与轴线垂直。

2、管材规格尺寸

必须符合GB/T28799-2012标准要求。以S4Φ20×2.3管材的生产为例,平均外径最大20.2mm,壁厚应在2.4~2.5mm。

3、管材纵向回缩率

按照GB/T28799-2012标准规定,纵向回缩率<3%。

4、熔体质量流动速率

按照GB/T28799-2012标准规定,管材与原料的熔体变化率≤原料的30%。

5、静液压试验

常规检测项目如20℃,1小时和95℃,165小时,1000小时,静液压试验合格。

6、其它性能试验,如静液压状态下的热稳定试验、热循环试验、耐内压试验、真空试验等均需满足标准要求。

五、结论

PE-RT地暖管材的高速生产,无论从原料、设备,工艺等方面都要求比较严格,按照严格的设备及工艺管理生产出的管材才能达到相应国家标准的要求,发挥PE-RT的优异性能,更好的应用于舒适节能的地暖系统。(文章观点仅代表作者本人观点)