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Ⅰ型Ⅱ型PE-RT地暖管材高速生产技术控制探讨 |
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作者：张双全 王明科 郭晓玲 来源：雅式工业专网 |
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近年，PE-RT地暖管材使用量快速增长，遭遇金融危机的2009年其增加了100-200%。为了适应巿场高速增长的需要，企业可增加设备走外延式扩大再生产；也可走内延式扩大再生产，不增加设备，采用提高劳动生产效率的办法，即提高挤出设备的生产綫速度来提高单位时间的产量。本文将探讨如何进行生产过程的技术控制，提高生产效率。
塑化的控制
首先，我们看看PE-RT管材的加工工艺流程图：
PE-RT颗粒原料在Tg玻璃化以下分子链段不能自由活动，在Tg玻璃化温度以上链段可以自由活动，但在常温下由於高分子间的作用力即范德华力和氢键，使分子之间互相纠缠像乱麻一样。由於高分子没有完全的自由，也就是在常温下自身不能打开分子之间的相互纠缠，使颗粒与颗粒之间重新组合。通过工艺流程图不难看出，要将本色PE-RT颗粒状的树脂原料变成管材，需要设备、模具、温度等条件产生的共同作用来完成颗粒之间的互熔，使之由分散的个体相变成连续的整体相。如果没有温度，颗粒料经过再大的剪切与压缩也不能变成管材，如果没有压缩、剪切力，即使温度很高可以把原料熔化，但是在较短时间内经过高速生产的高温区也不能完全压实物料使之达到理想的塑化。所以，管材塑化是靠温度、压缩、剪切、停留时间来共同完成的。那么设备模具的先进程度、控制仪器的精确度、合理的工艺参数等是保证高速生产PE-RT管材产品质量的重要条件。
温度控制与产量、质量的关系控制
从以下坐标图上可以看出，Ⅰ型PE-RT原料加工温度在180-210℃之间产量最高，Ⅱ型原料在185-225℃之间产量最高。在高速生产时如果温度较低，塑化不好，管材外观不光滑无亮度或出现熔体破碎；温度太高时，出口模太软，管材表面容易出现小痕纹。温度波动范围在上下偏差5℃时，产品相对稳定，当温度上下偏差超过10℃时，由於温度越高料的流动性越好，在牵引不变的情况下管材相对变厚，温度越低料的流动性越差，在牵引不变的情况下管材相对变薄。由於地暖管材是盘管，200-300米一捆，中间管材有偏差不易发现，就会有质量隐患，所以选择先进的温控系统和严格的精度控制是产品质量的重要保证。
温度控制与产量的关系
材料性能与加工产量、质量的关系
根据标准要求：不同材料的管材做静液压试验时诱导环应力如下：
Ⅰ型PE-RT管材与PE-Xa管材主要区别是：PE-RT管材非交联，柔韧性较好，生产速度快，可热熔焊接，但长期使用在一定高温与压力的条件下会出现拐点，即性能快速下降，因为在使用温度为60℃时使用12-12.5年後将出现拐点，在使用温度为70℃时使用5.5年後将出现拐点，在使用温度为80℃时使用2.5年後将出现拐点，在使用温度为90℃时使用9900小时後将出现拐点，因此建议最佳长期使用温度为50-60℃之间。而PE-Xa管材为交联管材，一旦交联後就不能熔化溶解，故不能焊接，柔韧性比PE-RT差一点，但不影响使用，生产速度慢，长期使用在一定高温与压力下，性能不会快速下降，因此无拐点。无拐点的意思就是产品性能老化很慢、寿命较长，因此建议最佳长期理想使用温度为60-70℃之间。不同材料管材耐压试验结果
 假设PE-RT与PE-X管材厚度相同以DN20*2.0mm为例，Ⅰ型PE-RT管材在试验条件为110℃/8760小时的情况下：打压压力应该是0.422 Mpa，PE-X管材在同样试验条件下：打压压力是 0.6Mpa，由於PE-RT与PE-X管材各有优缺点，为了提高PE-RT管材的强度，延长使用寿命，使之接近於PE-X管材的质量强度与使用寿命，因此国外企业开发了无拐点的Ⅱ型PE-RT原料，它与Ⅰ型PE-RT原料生产的管材区别如下：
1. 生产速度相同，即产量一样，个别国外企业的Ⅱ型料产量略低些。
2. 耐热温度比PE-RT（Ⅰ型）提高10℃，即比目前的LG、SK、大林、巴塞尔的Ⅰ型原料加工的管材耐热温度提高10℃。
3. 使用寿命延长，长期耐高温性能与PE-Xa管材一样无拐点。
4. 比Ⅰ型PE-RT管材耐压强度提高3-5%。
5. 缺口冲击强度比Ⅰ型提高5倍。
6. 常温条件下实验，Ⅰ型PE-RT管材接近於PE80级管材的耐压强度，Ⅱ型PE-RT管材接近於PE100级管材的耐压强度。
7. 邵氏硬度比Ⅰ型PE-RT高20%，比重高0.07-0.1g/cm3。
Ⅱ型PE-RT原料生产的管材之所以比Ⅰ型PE-RT有更高的强度与耐温度性能和更长的使用寿命，据说主要原因是Ⅱ型PE-RT原料加工时提高了分子量，采用双峰或者多峰，由Ⅰ型的乙烯-辛烯共聚物变为Ⅱ型的乙烯-丁烯共聚物等。
在高速生产时，由於材料的差异，加工性能有明显的区别，因此必须调整工艺，改变或者寻求恰当的模具拉伸比例，有的Ⅱ型料加工温度要比Ⅰ型高5-15℃，如果不调整温度，由於有的Ⅱ型料熔体流动速率较低，在Ⅰ型料的温度条件下还不能充分塑化，出现表面无光泽度，产量低，通过调整与改进模具，产量达到Ⅰ型料的产量，但有的Ⅱ型不需要调整温度即可达到Ⅰ型的产量。因此严格控制原料的质量也是保证高速生产PE-RT管材质量与使用寿命的重要保证。
设备与产量、质量的关系控制
如果用普通PE设备来生产PE-RT管材，线速度一般在6-15米/分钟，如果用高速生产线，线速度可达到20-30米/分钟，以下通过普通的低速生产设备与高速生产设备的比较来分析选择设备。
1、 机筒螺杆精度如果比较差，根据时温等效原因，在不光滑地方如果有滞留物粘附，时间长了等於大大提高温度，连续生产时间长了就会有降解或者分解物出现，管材表面就会有间断性的小黑点，影响产品质量，因此必须选择先进的精度较高的设备来生产。
2、 高速生产线与低速生产线，由於螺杆在长径比、压缩比、剪切力、熔化区域等方面有一定的差异，因此高速生产线虽然生产速度很快，但不是单靠提高温度来解决塑化的。如果相对加工温度不是很高，而生产速度又很快，物料在设备中停留的时间又很短，同时塑化还比较理想，这样对物料的热老化影响很小，产品的使用寿命就会延长。低速生产线螺杆长径比、压缩比、剪切力、熔化区域不理想，需要把温度提得很高来达到理想塑化满足高速生产的要求，否则只能慢速生产，物料在设备中停留时间就会变长，原料每加工一次都会有不同程度的热老化，对产品使用寿命的延长是不利的，因此高速生产线必须选用长径比、压缩比、剪切力、塑化较好的设备。
高速生产线生产的Ⅰ型Ⅱ型PE-RT管材
模具与产量、质量的关系控制
模具的作用是进一步帮助塑化，有蓝式、螺旋式、支架式机头；形成压缩，使物料更密实，提高产品强度；形成热坯型管材；控制管材的厚度坯型，使之可调整偏差。模具的精度直接影响到是否有滞留物粘附，时间长了出现黑点或黑线。
模具的压缩效果直接影响到挤出速度，如果压缩效果不好，一是产量低，生产速度快了表面不好看；二是产品不密实，强度低，性能差。口模与芯棒的光滑度直接影响到热坯型管材的外观质量，如果有明显的痕纹，管材经过长期高温与压力的使用，就会从划痕处引发爆破点，影响产品使用寿命。
冷却定型方法与控制
聚烯烃管材冷却定型方法一般有以下几种：
1、 真空定径法：真空定径法是将物料经过电加热，通过设备与模具温度、停留时间使之塑化，挤出型坯进入定径套，在真空箱设定0.02-0.06MPa的负压，热型坯管材进入定径套（定径套设有真空槽或孔），被负压吸附在上面，形成与定径套一样圆形的管材，通过冷却而成型。真空定径所用定径套可分为片式与普通式，片式定径套又分为水帘式与水环式，定径套设计是否合理与适用直接影响到产品质量。如外观划痕、麻点、裂纹，也直接影响到生产效率。
2、 正压定径法：物料经模具挤成型坯，直接进入定径套，定径套与口模是固定在一起的，用压缩空气经过模芯中间进入管材中，把热坯型料吹胀，紧贴定径套，通过冷却成型成为管材。这种方法可避免划痕、裂纹、水麻点等问题，但加工时不好观察调整，一旦漏气会出现很多废料。
3、 风冷成形与水冷成形：风冷成形外观不会出现水麻点，外观很亮，但不适合高速生产，而且成本也较高，水冷成型成本低，冷却效果好生产速度快，如果冷却水大小未调整好，会出现裂纹、麻点、划痕等影响产品质量。
拉伸、膨胀比与产量质量的关系控制
根据实际情况，当拉伸比、膨胀比为0.5-1.0时，由於生产速度快，PE-RT熔体较柔软，产量较低，当拉伸膨胀比为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。
高速生产管材拉伸、膨胀比直接影响产品质量与产量
管材外径收缩比控制
影响管材外径的主要因素是：
1、 水温：水温越高，产品收缩越小，反之亦然。
2、 真空压力或正压压力：在0.01-0.06之间时压力越高，收缩越小，反之亦然。
3、 生产速度：生产速度越快，管材收缩越大，反之亦然。
4、 定径套长度：定径套越长，生产速度可越快，产品圆度越好，反之亦然。
5、 定径套真空槽有效真实接触面：一定范围内定径套上真空槽与真空孔的有效真实接触面越大，产品外径越大，反之越小，这就是有的定径套小，但生产的外径大，有的定径套大，而产品外径反而小的原因。
6、 定径套本身大小与成型管材外径成正比，在其他条件相同的情况下，定径套越大，管材外径越大，生产速度越快，由於热坯型管材在定径套中停留时间短，所以定径套需要更大，反之生产速度越慢，热坯型管材在定径套中停留时间长，有充分的定径时间，所以定径套需要较小，小管材高速生产线收缩比一般控制在5-8%，低速生产线收缩比一般控制在3-5%，定径套的冷却方法与冷却效果直接影响产品外观质量与生产效率。
牵引与盘卷对产品质量的影响
由於高速生产线线速度很快，如果牵引没有压紧自动盘卷机在换圈时产生强大的惯性张力，使管材在口模与定径套之间产生拉薄现象，由於速度快，产量高，很难发现，会形成严重的质量隐患。
严格的质量控制
1、原料入库必须严格按照标准进行检测，不合格原料不使用。
2、首件检验：上卷前必须检验合格才能盘卷，否则不能盘卷。
3、每捆之间（8-10分钟）检查一次壁厚与外径。
4、捆捆打压，避免意外杂质及拉薄现象。
5、捆捆称重，精确计算，预防盘卷中漏检的薄壁产品。
6、严格按批次批量进行管材的全项指标检测。
7、坚决做到不合格产品不贴合格证，不合格产品不出厂。
8、管材有严格的标识要求，根据管材上严格完整的标识可追溯：生产企业、生产时间、生产机台、生产人员、所用原料、检验人员等。
Ⅰ型、Ⅱ型PE-RT管材高速生产要想保证产量与质量，必须采用比较先进的、精度比较高的设备、模具，采用比较合理、适用的定径方法与良好的工艺控制，采取严格的质量控制手段和优质的原料高速生产高质量的产品。针对巿场不断扩大的需求，应以提高劳动生产率来获得较低的生产加工成本和较高的产量，使价格更合理，让用户得到更多的实惠来公平竞争，共同维护PE-RT管材这种优质产品在用户心目中的良好形象。(end)
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(5/6/2010) |
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