聚乙烯復(fù)合管材原料及模具設(shè)計

孫龍會 張國亮

隨著企業(yè)生產(chǎn)多樣化，企業(yè)不斷更新?lián)Q代，不斷提升企業(yè)占有市場能力，公司于2012年引進上海金湖擠出設(shè)備有限公司國內(nèi)最先進的FE16-2000管材生產(chǎn)線，該產(chǎn)品的應(yīng)用越來越廣泛，使用量也越來越多，特別是在城市供水、排水、建筑給排水、熱水供應(yīng)、供應(yīng)采暖、城市燃?xì)?、化工液體輸送以及電線電纜護套管的應(yīng)用日益劇增，其中聚乙烯塑料管材在最近十年新型管材，如PP-R、FE、PE管、鋁塑復(fù)合管、鋼塑復(fù)合管、粉末噴涂鋼管、郵電通信多孔管、大口徑系統(tǒng)管的增長速度更為明顯，管道的應(yīng)用廣泛性也對管材應(yīng)用的安全性提出了更高的要求，合理的使用塑料原料和加工成型方法才能保證管道系統(tǒng)工程的安全和長期使用壽命，以下就用上述應(yīng)用的塑料管材用原料及其加工成型的模具設(shè)計做一淺談。如圖。

1.塑料管道的管道，及原材料的等級分類

熱塑性管材材料雖然有一系列物理性能指標(biāo)進行評價，這些常規(guī)指標(biāo)不能反映熱塑性管材的本質(zhì)性能。管材級塑料有自己的科學(xué)而系統(tǒng)的分類方法。使用最廣泛的是近年來由ISO/TC138開發(fā)的確定管材料等級的ISO體系。ISO管材料等級體系已成為除北美部分國家外，世界各國廣泛采納和應(yīng)用的管材料等級劃分標(biāo)準(zhǔn)。歐洲全部著名的樹脂生產(chǎn)商都按照ISO方法，提供其生產(chǎn)的塑料管材樹脂的等級和相關(guān)證明。我國塑料管材的標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)和方向也是ISO標(biāo)準(zhǔn)。

塑料管道用材料：

1.1聚乙烯管材料的類型與發(fā)展

⑴聚乙烯管材的類型。

聚乙烯管的應(yīng)用已有半個世紀(jì)，最初使用低密度聚乙烯（LDPE），后來是高密度聚乙烯（HDPE）、線性低密度聚乙烯（LLDPE）和中密度聚乙烯（MDPE）。

低密度聚乙烯管材料在等級分類中分為PE32和PE40，由于強度較低，只能用于低壓供水和灌溉管線等。中、高密度聚乙烯較低密度聚乙烯增強了剛度和承壓能力，因此是聚乙烯壓力管的主導(dǎo)材料，到目前為止，已商品化的材料有三代產(chǎn)品。PE100聚乙烯管材料的出現(xiàn)，可以滿足更高壓力管材的要求并能制造口徑較大的管材。

⑵聚乙烯管材的原材料的性能要求。

針對不同用途的管道，由于使用的壓力等級和壽命不同，所以對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（測試方法為ASTM D 1693或GB/T 1842）和較好的耐長期靜液壓強度（測試方法為GB/T6111-85）。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。表1列出各種標(biāo)準(zhǔn)對聚乙烯材料等級的要求。

表1 標(biāo)準(zhǔn)對聚乙烯材料等級的要求

1.2聚丁烯管材料

聚丁烯是以丁烯-1為原料，在齊格勒-納塔催化劑存在下用低壓淤漿法聚合制成的。它是一種半結(jié)晶的聚烯烴熱塑性樹脂，具有良好的機械性能，突出的耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能、耐低溫流動性和耐蠕變性能，耐熱性、耐化學(xué)藥品性能良好，具有抗磨性、可撓曲性和高填料填充性?？梢哉J(rèn)為是一種聚烯烴類的工程塑料。

管材級的聚丁烯樹脂熔點為124～130℃，結(jié)晶度為48～55%，密度為0.93～0.94g/cm3。

由于聚丁烯具有良好的物理化學(xué)性能，可用于生產(chǎn)管道、薄膜、板材和各種容器等。聚丁烯是低溫?zé)崴匕宀膳膬?yōu)異管道材料，廣泛用于住宅熱水管路、太陽能熱水管、溫泉引水管、熱泵管、消防水龍頭和各種特殊軟管。大口徑管可用于采礦、化工和發(fā)電等工業(yè)部門輸送有磨損性和腐蝕性的物料。

2.交聯(lián)聚乙烯管（PE-X）材料

聚乙烯交聯(lián)的方法有過氧化物交聯(lián)法，電子輻射法、硅烷交聯(lián)法，三種方法各有其特點。

硅烷交聯(lián)聚乙烯料的制造方法主要有三種：

共聚法，兩步法，一步法。

管材加工技術(shù)進展。

擠出機擠出能力的發(fā)展。

在塑料管材擠出加工生產(chǎn)中，除UPVC管材生產(chǎn)時采用雙螺桿擠出機由粉料直接擠出管材以外，大多數(shù)管材均采用單螺桿擠出機由粒料擠出成型。根據(jù)不同的原料設(shè)計不同的擠出機和擠出工藝。通過在機筒進料段開設(shè)縱向溝槽，增加強制喂料系統(tǒng)，使擠出機的產(chǎn)量大大地增加，溝槽的形狀有矩形、半圓形、月牙形、三角形。

擠出機產(chǎn)量的增加，設(shè)計制造高耐磨和高強度的機筒和螺桿，高扭矩的傳動系統(tǒng)和更大的電機功率。在螺桿設(shè)計中加強了螺桿的混合作用，經(jīng)常采用銷釘型混合頭螺桿和屏障型（BM）螺桿。

管材擠出成型模具的最新進展

隨著近年來許多新型原料的出現(xiàn)，目前應(yīng)用于管材擠出的模頭可歸結(jié)為三種，支架形機頭、籃式機頭和螺旋機頭。

支架形機頭的熔體流動是由中間進入機頭，通過一個支架分流成多股流體，通過支架后再匯合在一起，通過平行口模成型區(qū)擠出管坯。

為減輕流痕的影響，在這種機頭的結(jié)構(gòu)上采取了一些特殊的設(shè)計，如在芯棒上附裝限流珠緣和采用多孔板（篩板）式分流板。這兩種方式都有在聚烯烴管材加工中的應(yīng)用。圖5是多孔板（篩板）式分流板的實物圖和擠出物流痕的照片。

為了改進擠出管材的質(zhì)量，在熔體強度較高的管材料擠出中，現(xiàn)在大多使用籃式機頭和螺旋機頭，如圖7和圖8。在PP-R管材擠出中，這兩種管材機頭都有應(yīng)用。

管材定徑的最新發(fā)展

管材定徑方法有兩種，內(nèi)徑定徑法和外徑定徑法。

外徑定徑有兩種方法，內(nèi)壓定徑和真空定徑。

真空定徑如圖11所示，定徑套靠真空將管坯吸附到管材定徑套上，在冷卻的作用下成型。真空定徑的管材外徑可以根據(jù)管材原料的尺寸收縮率來得到精確控制，聚乙烯的直徑收縮率是2～4%， 雙峰聚乙烯的直徑收縮率是4～4.6%，PP-R的直徑收縮率是3～6%。

3.結(jié)束語

隨著新材料的不斷出現(xiàn)，塑料管材的加工技術(shù)也在不斷地改進和發(fā)展，伴隨著計算機控制和高精度的檢測設(shè)備的應(yīng)用管材擠出的技術(shù)將朝著高速、高效、和高質(zhì)量的方向發(fā)展。