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PE-RT管材高速高效生产技术 |
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作者：刘伯元 王宝泰 徐新 来源：雅式工业专网 |
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PE-RT管材作为一种新型塑胶管材，以优於传统PE管材的耐温性、加工灵活性、长寿命以及可回收性，成为建筑热水系统、饮用水系统及地板采暖系统应用的重要材料之一。本文结合PE-RT管材料的主要特点介绍国内自主开发的PE-RT管材专用生产线技术。
耐热聚乙烯（Polyethylene of Raised Temperature resistance），缩写为PE-RT。是一种可以用於热水管的非交联的聚乙烯，也是一种采用特殊的分子设计和合成工艺生产的新型聚乙烯产品。
普通PE管材耐热性较差，通常只适用於常温冷水的输送。PPI（美国塑料管材协会）规定最高使用温度为140℉（60℃）。而为提高PE的耐热性能所开发的交联聚乙烯PEX管材，存在着加工困难、维修困难、卫生性差（细菌滋生高），在环保上存在不能回收利用等缺点。PP-R管由於其硬度及低温脆性其应用也受到一定限制。
2002年3月，陶氏DOWLEX2344E率先通过国际认证机构BODYCOTE的认证，正式宣告PE管材只能使用於冷水领域历史的结束。2003年5月，韩国SK株式会社的YUCLAIR DX800也正式通过BODYCOTE的认证，成为世界上第二个合格的PE-RT管材专用料。
PE-RT管可用於ISO10508中所有级别的热水领域，尤其适用於地板采暖，不需交联但耐热程度高，加工方便可以回收利用。
PE-RT结构分析
普通聚乙烯仅适用於45℃以下的高温范围，而PE-RT（本文以SK开发的DX800为例）产品生产出的管材可以在80℃的条件下使用，其耐热能力达到交联聚乙烯的水准。为什麽PE-RT会有如此优异的耐高温性能？
PE-RT是乙烯和辛烯的共聚产物。在分子结构上它的主链是由线性聚乙烯构成，而辛烯的较短，分子链构成其支链，在聚合反应中对聚乙烯分子链上支链的数目和分布进行适度控制，使其具有耐热性能和优良的耐长期静压能力。DX800采用C8（辛烯）分子做共聚单体，保证了足够长度，当聚合物分子在高温高压下承受较大应力时，C8分子的延展吸收了部分能量，防止晶格破坏。通过合理的分子设计使C8单体在聚合物分子内均匀分布，使聚合物分子受力均匀并且通过控制其数量提高了热稳定性和长期耐压性能，这就是PE-RT具有高耐热性能的根本原因。
PE-RT与其他塑料管材性能比较
长期耐压性能 仅从设计应力上讲，PB的耐压性能最佳，但由於各方面的因素，地板采暖管的实际壁厚通常为2mm。而在这个壁厚下各类管材均能满足地板采暖的要求，PB管耐压优势体现不出来。
柔软性 PB、PE-RT和PEX较柔软，施工时不需要特殊的工具，因此加工成本相对较低，而PP-R较硬，加工成本相对较高。
导热性 用於地板采暖的管材需要有好的导热性，PE-RT和PEX导热性能较好，其导热系数为PP-R和PP-B管材的两倍，比较适合地板采暖使用。
低温耐热冲击性 PE-RT、PB和PEX的耐低温冲击性能比较好，冬季施工时管材不易受到冲击而破裂，增加了施工安排的灵活性，而PP-R耐低温性能较差，给冬季施工增加困难。
环保性 PE-RT、PB和PP-R可以回收利用，不污染环境，而PEX不能回收会产生二次污染。
加工性能稳定性 PEX存在控制交联度和交联均匀度等问题，加工复杂且加工直接影响管材性能，而PE-RT、PB和PP-R加工简便，管材性能基本上由原料来决定，性能比较稳定。表1 PE-RT等各类管材性能比较
 PE-RT管材专用料的认证
PE-RT管材专用料认证的测试依据为ISO/WD24033及DIN16833。
ISO/WD24033要求97.5%以上的实验点在标准曲线上方，PE-RT只有德国标准，目前正在拟定国际标准。
DIN16833要求全部实验点在标准曲线的上方，规定了部分指定温度和环应力下管材最小破坏时间。
PE-RT管材的中国标准
PE-RT管材的中国标准，名为中华人民共和国城乡建设行业标准GJ/T175-2002《冷热水用耐热聚乙烯（PE-RT）管道系统》，由建设部标准定额研究所提出，於2002年11月9日首次发布，2003年1月1日实施。
本标准修改采用德国标准DIN61833：2001《耐热聚乙烯管道（PE-RT）—一般质量要求检验》。表2 DIN16833管材试验标准
 PE-RT管材挤出设备
PE-RT管材生产要求把原料良好的性能“复制”到管材上，并且希望实现连续快速挤出，以达到生产出优质产品和较好的经济效益的目的。以下以宁波国荣基康润机械公司研制开发的PE-RT专用设备介绍PE-RT管材生产线的主要特点。
PE-RT管材生产线一般由以下几部分组成：自动加料乾燥系统、高效单螺杆挤出机、PE-RT管材专用模具、定径，冷却系统、高速牵引机、管材列印机、无屑切割机、收卷机、生产线控制系统等。
在PE-RT管材加工过程中，在原料熔融、管坯成型、冷却定径等过程中，如果控制不佳，会由於原料的分解、分子链的取向或冷却过程中的结晶造成管材力学性能下降。原料的塑化及管坯的冷却定径是控制挤出质量的关键。对挤出设备而言，应满足以下几点：
（1）采用低熔体温度，最大程度减少原料在熔融和塑化过程中分解。
（2）使熔体具有优良均匀的性能，在管坯成型过程中保证聚合物分子链不沿纵向取向。
（3）实现均匀冷却，减少管材内应力。
螺杆机筒设计
根据PE-RT管材料特点，螺杆长径比要求相对较大，宁波国荣基康润机械公司设计为33:1，在螺杆结构上采用双阶混炼型螺杆，在螺杆的中部和头部各有一段混炼元件，避免对材料的过度剪切；加料段机筒采用独立衬套结构，冷却介质冷却，内表面轴向开槽，这些结构设计有助於提高加料段的输送效率；螺杆机筒材料选用优质合金，表面进行特殊处理；挤出机采用高扭矩输出，进口推力轴承，齿轮为特殊合金特殊热处理而成，降低了噪音与热损耗；挤出操作采用先进的控制系统，保证PE-RT的稳定、安全、高速挤出。
主机设计非常重要，否则产量和质量都难以达到要求。生产线采用Φ65螺杆，产量可达250kg/h，稳定生产速度达25m/min以上，以上设计力求从技术与经济的角度将各过程完美组合，以达到最佳性能和性价比。
PE-RT专用机头设计
普通挤管机头—支架芯棒式模头由於料流的熔合缺陷，难以保证PE-RT管材的生产。目前国内外大多用螺旋式模头。
宁波国荣基康润机械有限公司在实践中设计了一种较适合PE-RT挤出的模头，称之为PE-RT式专用模头。来自挤出机的料流进入模头时，首先通过梅花形分流梭，分成多股，而後又汇合通过螺旋分流体形成环形管状料流，此料流经环形过滤装置，汇合後逐渐压缩，最後进入由芯棒与口模组成的成型流道，形成管坯挤出，料流在多次的分流和汇合中，达到高度均质塑化。实践证明，该模头可实现国外先进生产线所提倡的PE-RT“低温低压”挤出，从设计上保证了材料不会因过度剪切而导致降解，更适合高速生产。
高效定径冷却系统
PE-RT管道生产线与一般聚烯烃管道生产线基本构成一样，主要区别在於冷却定径部分结构不同。
例如，聚丁烯熔体粘度大，为使管坯顺利进入定径套，一般在定径套前增加一个预冷环。另外，由於聚丁烯热焓大，为了加快冷却速度，可以采用套管式和碟片式组合冷却定型装置。定径套的结构、加工精度及冷却方式对加工PE-RT管材的质量非常需要。碟片水环定径套（冷却水对定径水套进行循环冷却，冷却水不接触管材）可在短时间内生产薄壁（冷水）管，但由於物料进入定径套时温度较高，粘度较大，采用传统水膜式定径套在长时间生产中，会造成管材外表逐渐粗糙甚至拉断，所以，PE-RT管的生产，采用水帘碟片式定径套，在管材进入定径套前对其进行预冷却，另外，也防止物料粘附在定径套入口，造成阻塞。PE-RT材料热容量较大，尤其是高速做管时，为满足较快的挤出速度需配置较长的定径冷却长度，可满足高速生产情况下冷却和定型的需要。(end)
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(8/21/2010) |
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