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1、聚乙烯、聚丙烯管材生产工艺控制及质量问题处理 一、原材料介绍 聚乙烯管材的原材料的性能要求 针对不同用途的管道，由于使用的压力等级和寿命不同，所以对于聚乙烯 原料的要求也有不同。 一般来说，管材原料都应有较好的耐环境应力开裂性能（测 试方法为 ASTM D 1693 或 GBT 1842 ）和较好的耐长期静液压强度（测试方 法为 GB/T6111 85）。管材用原料还需应有良好的焊接性和卫生性。用于不同 用途的管材材料由管材的具体规定而确定。下表列出各种标准对聚乙烯材料等级 的要求 。 表. 标准对聚乙烯材料等级的要求 标准 燃气管给水管灌溉管波纹管 ISO 4437 19 97 GB1555
2、8.1 -1995 ISO 4427- 1 996 GB/T 13663 -2000 ISO/DIS 8770-1999 PrEN 13476.1- 1999 材料等级 PE 80PE 80PE 32PE 63PE 32PE 63 PE 100PE 40PE 80PE 40 PE 63PE 100PE 63 PE 80PE 80 PE 100 表. 我国生产的适用于管材的PE管材料 牌号等级主要用途共聚单体生产厂家 DGDB 2480PE 80水管、燃气管丁烯 1齐鲁石化公司 6100MPE 80土建、管道丁烯 1大庆石化公司 PEYZ 2300EPE 80管材丁烯 1扬子石化公司 6000M
3、PE 80管材丁烯 1燕山石化公司 TR400PE 80管材、燃气管、内衬己烯 1上海金山石化公司 TR480FSPE 80燃气管、供水管己烯 1上海金山石化公司 DGDA2401PE 80管材丁烯 1茂名石化公司 DGDA2483BKPE 80小口径管材己烯 1天津联合化工公司 5135BPE 80燃气管、波纹管丁烯 1抚顺石化公司 P703PE 80大口径管材丁烯 1抚顺石化公司 P803PE 80大口径管材丁烯 1抚顺石化公司 YGH051TPE 80压力管，气管，大口径管双峰上海石化 YGH041TPE 100压力管，气管，大口径管双峰上海石化 YGM091TPE 80压力管，气管，大
4、口径管双峰上海石化 国外生产的几种特殊的PE管材料 牌号密度主要用途共聚单体生产厂家 DGDA24800.95水管、燃气管己烯 1联碳公司 DOWLEW2344E0.93铝塑管、采暖管道辛烯 1道化学 LLDPE GD15880.925管材、波纹管己烯 1三井化学 聚丙烯原材料： 丙烯聚合物分为三种类型： PP-H(均聚聚丙烯 ), 分子序列结构为 PPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPP PP-B(嵌段共聚聚丙烯）分子序列结构为 PPPPPPPPPPPEEEEEEPPPPPPPPPP PP-R（无规共聚聚丙烯）, 分子序列结构为 PPPPEPPPEPPPPPPPPPEPPP
5、PEPPPPPPP PP-H刚性较好，耐热性好，但耐冲击性能、抗长期蠕变性能较差； PP-B耐冲击性能较好，但耐长期抗蠕变性能比PP-H略好。 PP-R刚性较低，热变形温度低，但耐冲击性能较好，抗长期蠕变 性能优秀。 PP-R有较大的分子量，重均分子量（Mw ）大约为 60-100 万，其分子量分布 （MWD）大约为 5，相应的流动比 FRR(=MFR10/MFR2 )大约为 13-17。MFR2值为 0.1-0.4g/10min.，材料这么高的分子量和如此窄的分子量分布直接导致的问题 是共混和挤出加工困难。 在聚合工业上， 采用高产率的催化剂在不同的反应条件下，用两个或几个反 应器促进共聚单
6、体的分散，生产出宽分子量分布、高分子量的无规共聚聚丙烯 （PP-R ） 。 共聚单体无规分布聚合在聚丙烯长链中破坏了整个聚丙烯链的规整性， 形成乙丙结构， 这能很好地提高管材料的抗蠕变性能和韧性。低分子量部分和高 分子量无规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 较硬，赋予管材以刚性。 二、工艺控制 挤出成型工艺的控制参数包括成型温度、压力、螺杆转速、挤出速度、牵引速度、 加料速度以及冷却定型等。 1原材料的预处理 聚烯烃是非吸水性材料，通常水分含量很低，可以满足挤出的需要，但当聚烯烃含 吸水性颜料，如炭黑时，对湿度敏感。另外，在使用回料及填充料时，含水量会增 大。水分不
7、但导致管材内外表面粗糙，而且可能导致熔体中出现气泡。通常应对原 料进行预处理。一般采用干燥处理，也可加相应的具有除湿功能的助剂。如消泡剂 等。PE 的干温度一般在60-90 度。在此温度下，产量可提高10%-25% 。 2温度控制 温度工艺的定义及设定原则。 料筒温度主要提高物料塑化程度，一般料筒温度设定基本保持一致。 料筒温度过低，可能导致物料塑化不足，从而使产品出现内壁凹点、发麻等，严 重时可能导致电流过高而停机。 料筒温度过高， 可能导致物料塑化过度， 从而使各项性能达不到要求， 严重时可 能导致螺杆结焦而损害螺杆。 模具温度主要作用为提高管材内外壁光洁度，一般口模温度设定高于其它温度。
8、 模具温度过低时，可能导致产品外壁发麻、产品没有光泽度等。 模具温度过高时，可能导致产品外表面特别光亮，产品发胖、花纹等异常情况。 挤出成型温度是促使成型物料塑化和塑料熔体流动的必要条件。对于聚烯烃来说温 度范围较宽。通常在熔点以上， 280 度以下均可加工。 口模和芯模的温度对管子表面光洁度有影响，在一定的范围内， 口模与芯模温度高， 管子表面光洁度高。通常来讲，口模出口的温度不应超过220 度，机头入口的熔 体温度为 200 度，机头入口和出口熔体温差不应超过20 度。 聚乙烯管材挤出的熔体温度上限一般规定为230 度，一般控制在200 度左右为佳。 聚丙烯管材挤出的熔体温度上限一般为24
9、0 度。 3压力控制 熔压过低，会导致物料塑化不好，从而造成产品发麻等。 熔压过高会使产品塑化过度，从而导致发胖、生产不稳定等异常情况，并且对 模具由一定的损伤。 挤出过程中最重要的压力参数是熔体压力，即机头压力。熔体压力通常控制在 10-30MPa之间。 4真空定型 真空定型主要控制真空度和冷却速度两个参数。通常在满足管材外观质量的前提下， 真空度应尽可能低，这样管材内应力小，产品在存放过程中变形小。 5冷却 聚乙烯管材挤出成型中冷却水温要求一般较低，通常在20 度以下，在生产 PPR 管材时，第一段温度可以稍高，后段较低，从而形成温度梯度。 6螺杆转速与挤出速度 螺杆转速是控制挤出速率，产
10、量和制品质量的重工参数。单螺杆挤出机的转速增加， 产量提高。剪切速率增加，熔体表观粘度下降。有利于物料的均化。 7牵引速度 牵引速度直接影响产品壁厚，尺寸公差，性能及外观，牵引速度比须稳定，且牵引 速度与管材挤出速度相匹配。牵引速度与挤出线速度的比值反映出制品可能发生 的取向程度，该比值称为拉伸比，其数值必须等于或大于1。 8管材的在线质量控制与后处理 聚烯烃属结晶聚合物，刚下线管材的性能与管材制品交付使用时的尺寸和性能时有 差距的。 主要原因有： 第一，聚烯烃熔体冷却过程中要发生结晶作用，与温度和时间有关。 第二，刚下线管材的温度通常高于常温。 第三，刚下线的管材内应力较大。为了达到性能及尺
11、寸的稳定性，一般的聚乙烯管 材应下线放置 24 小时，聚丙烯管材需放置48 小时后，可依照相应的标准进行性 能测试。 三、生产工艺流程图 四、质量问题 管材生产中常见现象的产生原因和处理方法 常见现象产生原因推荐解决方法 表面暗淡无光 1原料水分1原料预处理 2熔体温度不合 适 2调整温度 3挤出机挤出的 熔融物料不均匀 3增加背压，用较细的 过滤网，设计适宜的螺 杆结构 4定径套过短4加长定径套 5口模成型段过 短 5加长口模成型段。 表面斑点 1. 原料中有水分1. 干燥原料 2. 水槽中的管子 上有气泡 2. 消除气泡。调整工艺 温度 外表面呈现光亮透明的块状 （俗称眼晴） 1. 机头温
12、度过高1. 降低机头温度 2. 冷却水太小或 不足，或不均匀 2. 冷却水开大或清理定 径套 管材光滑外表面规则的斑纹 管材趋向粘附定 径套 加大冷却水流量清理水 路或降速 管材外表面深的波纹 定径套口模没对 中 对中，保持定径箱与口 模在同一轴线 内表面粗糙 1. 原料潮湿1. 原料烘干，或预处理 2. 芯模温度低2. 提高温度或延长保温 时间 3. 口模与芯模间 隙过大 3. 换芯模 4. 口模定型段太 短 4. 换定型段较长的口模 管内壁波纹状 1. 挤出机产量变 化，下料不稳 1. 降低螺杆喂料区温度 2. 牵引机打滑2. 调节牵引气压 3. 管材冷却不 均 3. 调节水路 管内壁有凹
13、坑 1. 原料水分大1. 原料预热干燥 2. 填充料分散性 差未塑化，杂质 2. 换料，调节温度，清 洁原料 管内壁有焦粒 1. 挤出机机头与 口模内壁不干净 1. 清模 2. 局部温度过高2. 检查热电偶是否正常 3. 口模积料严重3. 清模，适当降低口模 温度 外径或壁厚随时变化 1. 挤出速度变化1. 检查牵引机 2. 牵引速度发生 变化或打滑 2. 适当提高压力 3. 下料不稳（回料 粒径不均） 3. 原料过筛或造粒 4. 熔体的不稳定 性 4. 提高料温，降低线速 度，增加模口间隙 5. 冷却不均5. 清理水路 管材壁厚不均 1. 口模没对中1. 调节口模同心 2. 口模温度不均2.
14、 调节温度 3. 牵引机，定径 套，口模没对中 3. 保持在同一轴线上 4. 定径套与口模 距离太远 4. 拉近距离 熔接缝不良 1. 口模成型段太 短 1. 使用较长的口模成型 段 2. 熔融温度低2. 提高料温 3. 模头中塑料分 散 3. 清理模头 4. 机头机结构不 合理 4. 更换或改造 管材过早损坏穿孔 1. 水泡1. 干燥原料 2. 气泡2. 除湿或降低温度 3. 杂质3. 清洁原料或用过滤网 4. 颜料或填充料 分散不良 4. 调节温度或更换原料 管材过早损坏脆性破坏 1. 料温低1. 提高料温 2. 温度过高，原料 分解 2. 清理模具，降低温度 管材开裂 1. 机头温度低，
15、挤 出速度快 1. 升温，降速 2. 冷却水太大2. 减小冷却水流量 管材圆度不好，弯曲 1. 口模，芯模中心 位置不正 1. 调整同心 2. 机头温度四周 不均 2. 调节温度 3. 冷却水离口模 太近 3. 调整冷却水位置 4. 冷却水喷淋力 度过大 4. 调节喷头角度 5. 冷却水喷淋太 小 5. 清理水路 6. 水位过高6. 排水 7. 牵引机压力过 大 7. 调节气压 注：表中加粗部分为 PE 管材生产比较容易产生的各种问题分析及解决方法。 PPR 管材质量的各种因素 产品缺陷产生原因解决方法 局部变 色，以致 外观色泽 不均匀一 致 PP-R管材是由 PP-R树脂经挤出机挤出 成型
16、而成。挤出机的作用能使PP-R树脂 从晶体塑化到高弹态，进而再塑化到熔 融粘流态这一过程中， 如果 PP-R原料在 挤出成型时所受到热量和压力不当，会 使原料状态变化时发生分子构型改变。 过高塑化温度破坏PP-R的分子结构并 产生分解变色。同时挤出速度过快，在 机筒内产生较高的摩擦热，使物料温度 升高而分解变色。 要求 PP-R管材挤出加工 过程中，应避免塑化温度 过高和挤出速度过快，引 起 PP-R树脂分子结构的 改变 表面斑 点，以致 外观色泽 不均匀一 生产管材的 PP-R树脂原料中如有水分， 可能导致挤出成型管材表面形成斑点。 管材在挤出成型加土过程中采用真空槽 式定径时，水槽中的管子
17、上如有气泡， 去除原料中的水分或消除 水槽中管子上的气泡。为 确保水槽管子上无气泡， 必须做到 : 防止水槽的循 致也会导致挤出成型管材表面形成斑点。环泵产生气蚀，水槽中的 水面保持在水口以上，增 加水槽中水的循环量。 表面暗淡 无光 生产管材的原料中有水分，可能导致管 材表面暗淡无光。 挤出加工熔体温度不合适，挤 出机挤出的熔融物料不均匀，定径套过 短，口模成型段过短等都可能导致管材 表面暗淡无光。 去除原料中的水分或调整 管材加工的工艺参数。 其中调整管材加 工的工艺参数包括 : 选择 合适的熔体温度，改善挤 出机挤出的熔融物料的均 匀性，使用长定径套，增 加口模成型段的长度。 有光亮透
18、明的块状 机头温度过高和冷却不足。降低机头温度和冷却水开 大。 表面粗糙 不光滑 真空定型的真空度控制的确当与否，将 直接影响管材的表面质量，真空度太高 使管材表面粗糙 ; 冷却速度过快易在管 材内部产生应力，导致管材表面粗糙。 另外，PP-R树脂原料中的含有水分也会 导致管材内外表面粗糙。 将真空定径槽的真空度和 冷却速度调整控制到最佳 状态。 去除 PP-R树脂原料中 的水分。 表面出现 气泡 温度过高， 聚合物分解， 表面产生气泡。 原料中含有水分，可能导致熔体中出现 气泡，导致管材表面出现气泡。 控制管材的挤出成型温 度; 去除 PP-R树脂原料中 的水分。 表面出现 斑点凹坑 高温下
19、挤出的管坯，冷却成型时冷却速 度对制品的性能有一定的影响，冷却过 快易在管材内部产生应力，并降低外观 质量。冷却水流量过大，管子表面就会 粗糙，生斑点凹坑。原料中含有水分， 可能导致管材内壁出现凹坑。 将真空定径槽的冷却速度 调整控制到最佳状态。除 树脂原料中的水分 静液压试 验不合格 管材的原料不符合标准要求造成 生产过程中混进了杂质或水分，以致管 材表面存在可见杂质或气泡，在可见杂 质或气泡处会产生应力集中 管材表面有斑点凹坑等缺陷处，也会产 生应力集中，造成管材的液净压试验不 合格。 使用符合 GB/T1888742. 1 标准要求的正规 PP-R树 脂，加强管理防止原料混 进杂质或水分。使用符合 要求的挤出成型的加工设 备和加工工艺参数，防止 管材表面产生斑点凹坑和 气泡缺陷。