定徑套對(duì)PPR管材擠出過程中口模膨脹的影響

冉崇文 莫明 馮凱 席軍 朱軍

(1.中國石油天然氣股份有限公司獨(dú)山子石化分公司研究院，新疆 克拉瑪依，833699；2.新疆維吾爾自治區(qū)橡塑重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 克拉瑪依，833699)

定徑套對(duì)PPR管材擠出過程中口模膨脹的影響

冉崇文1,2莫明1,2馮凱1,2席軍1,2朱軍1,2

(1.中國石油天然氣股份有限公司獨(dú)山子石化分公司研究院，新疆 克拉瑪依，833699；2.新疆維吾爾自治區(qū)橡塑重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 克拉瑪依，833699)

對(duì)5種無規(guī)共聚聚丙烯(PPR)管材專用料進(jìn)行管材擠出試驗(yàn)，確定了影響PPR管材制樣成功率的因素。分析了定徑套對(duì)PPR管材制樣過程中口模膨脹的影響,并對(duì)定徑套的內(nèi)徑及擋水環(huán)水路進(jìn)行改造。改進(jìn)后，口模膨脹現(xiàn)象明顯降低。

無規(guī)共聚聚丙烯 管材 定徑套 口模膨脹 擠出工藝

無規(guī)共聚聚丙烯(PPR)管材因具有保溫節(jié)能、綠色環(huán)保和優(yōu)異的耐熱、氧穩(wěn)定性與衛(wèi)生性而被廣泛應(yīng)用于冷、熱水給水管及高、低溫暖氣連接管等領(lǐng)域。

PPR管材加工工藝對(duì)其性能至關(guān)重要。目前，PPR管材的加工工藝還不完美，主要表現(xiàn)在管材加工過程中，影響管材質(zhì)量的因素較多?？谀Ｅ蛎浭怯绊懝懿馁|(zhì)量的主要原因之一。所謂口模膨脹是指塑料管材在擠出過程中，擠出口模的型坯在完全處于熔融狀態(tài)時(shí)直接由牽引進(jìn)入真空定徑套，由于真空負(fù)壓的作用處于軟化態(tài)而被緊緊吸附在真空定徑套內(nèi)壁上，并經(jīng)真空定徑槽內(nèi)循環(huán)冷卻水冷卻為固體，冷卻不及時(shí)將阻礙型坯進(jìn)入真空定徑套，從而產(chǎn)生口模膨脹[1-2]?？谀Ｅ蛎洭F(xiàn)象與管材擠出機(jī)的生產(chǎn)工藝、定型、定徑配件的結(jié)構(gòu)有直接的關(guān)系。其中，定徑套對(duì)PPR管材擠出過程中口模膨脹的影響較大，因此對(duì)管材擠出機(jī)的定徑套進(jìn)行改進(jìn)或優(yōu)化，可以一定程度上減少或降低口模膨脹的發(fā)生。

1 試驗(yàn)部分

1.1 主要原料

PPR，T4401，中國石油獨(dú)山子石化公司；PA14D，大慶煉化公司；4220，中國石化燕山石化公司；R200P，韓國曉星公司；RA130E，北歐化工公司。

1.2 主要儀器與設(shè)備

德科摩公司DKM PE(PP)63管材擠出機(jī)，主機(jī)最大轉(zhuǎn)速為167 r/min，牽引最大速度為15 m/min，最大產(chǎn)量315 kg/h，螺桿長徑比(L/D)為33∶1。

2 結(jié)果與討論

2.1 PPR管材加工數(shù)據(jù)

表1為常用管材加工工藝條件下5種PPR管材專用料的制樣結(jié)果。

表1 不同工藝條件下PPR管材專用料制樣結(jié)果統(tǒng)計(jì)

由表1可知，在牽引速度為3 m/min的條件下，PPR管材的制樣成功率普遍較低，基本在50%以下，其中口模膨脹是引起管樣不合格的主要原因。在高牽引速度下，冷卻水量不易控制，水溫的高低、水量的大小均會(huì)對(duì)PPR管材的外觀產(chǎn)生影響，定徑套前段擋水板的結(jié)構(gòu)和冷卻水入口的設(shè)計(jì)與口模膨脹有直接的關(guān)系。

2.2 定徑套水路及內(nèi)徑的改進(jìn)

圖1為兩套定徑套擋水環(huán)改進(jìn)前后的對(duì)比。管材擠出機(jī)自帶的PPR φ32定徑套擋水環(huán)前端的內(nèi)徑為5.42 cm，定徑套擋水環(huán)冷卻水路分為兩路，水路間距為180°(圖1左側(cè)，改進(jìn)前)。在PPR管材擠出過程中，塑料管坯進(jìn)入定徑套前，冷卻水對(duì)管坯進(jìn)行水膜潤滑，一方面可減少定徑套內(nèi)的摩擦，另一方面可以防止熔體對(duì)定徑套的黏附。水膜必須在環(huán)向上完全包覆管材，并與管材一起被拉入定徑套內(nèi)，這樣可以避免水流動(dòng)引起的水斑。如果定徑套擋水板處水的流量或流出來水的分散度不夠，則會(huì)對(duì)管坯進(jìn)入定徑套產(chǎn)生阻礙，造成口模膨脹，導(dǎo)致熔體粘附在定徑套入口處。將定徑套擋水環(huán)冷卻水路改為三路，水路間距為120°，定徑套擋水環(huán)前端內(nèi)徑改為12 cm(圖1右側(cè))，兩種定徑套擋水環(huán)前端內(nèi)徑相差為6.58 cm。改進(jìn)后的定徑套可解決擋水環(huán)冷卻水分散的問題，同時(shí)增大熔融的管坯與擋水環(huán)壁之間的間距、縮小熔融管坯離模后的口模膨脹。

圖1 定徑套擋水環(huán)對(duì)比

2.3 定徑套改進(jìn)前后制樣對(duì)比

圖2為采用舊定徑套進(jìn)行管材擠出試驗(yàn)的過程。

圖2 舊定徑套試驗(yàn)情況

由圖2可知，由于定徑套前段擋水板的結(jié)構(gòu)和

冷卻水路的不合理，造成冷卻水的分散度不夠，故而對(duì)管坯進(jìn)入定徑套產(chǎn)生阻礙，造成口模膨脹。即使在低牽引速度下，仍然較容易發(fā)生口模膨脹現(xiàn)象。

圖3為采用新定徑套進(jìn)行管材擠出試驗(yàn)的過程。將定徑套擋水環(huán)冷卻水路間距由180°改為120°后，口模膨脹得到明顯改善，這是由于冷卻水對(duì)管材的潤滑及冷卻更均勻，減小了熔融的管坯與定徑套內(nèi)的摩擦。減少了熔體對(duì)定徑套的黏附。在牽引速度為3 m/min時(shí)，口模膨脹得到明顯改善。

圖3 新定徑套試驗(yàn)情況

2.4 改進(jìn)后的PPR管材加工數(shù)據(jù)

表2為定徑套改進(jìn)后的5種PPR管材專用料在230 ℃牽引速度3 m/min下的制樣結(jié)果。 由表2可知， 5種PPR管材專用料的制樣成功率均較高， 都達(dá)到了 90%。 定徑套改進(jìn)后， PPR管材的制樣成功率大幅提高。

表2 PPR管材專用料制樣統(tǒng)計(jì)結(jié)果

3 結(jié)論

a) 口模膨脹是影響PPR管材加工的主要因素，定徑套前段擋水板的結(jié)構(gòu)和冷卻水入口的設(shè)計(jì)與口模膨脹有直接的關(guān)系。

b) 定徑套擋水環(huán)冷卻水路由兩路改為三路，水路間距由180°改為120°，同時(shí)增大定徑套內(nèi)徑可明顯降低口模膨脹。降低口模膨脹可以大大提高產(chǎn)品的制樣成功率。

[1] 孫遜.聚烯烴管道[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002：182.

[2] 王偉明，徐紹宏，吳大鳴.無規(guī)共聚聚丙烯(PP-R)管材加工技術(shù)及應(yīng)用[J].塑料,2000，29(4)：8.

Effect of Sizing Set on Die Swell During Extrusion Process of PPR Pipe

Ran Chongwen1,2Mo Ming1,2Feng Kai1,2Xi Jun1,2Zhu Jun1,2

(1.Research Institute of petrochina Dushanzi Company Petrochemical,Kelamayi,Xinjiang，833699; 2.Xinjiang Uygur Autonomous Region Key laboratory of Rubber-plastic Materials,Kelamayi,Xinjiang，833699)

The main factors influencing the success rate of PPR tube sample were determined by the tube extrusion experiment of five kinds of PPR pipes. The effect of the sizing set on die swell during the extrusion of PPR pipes was analyzed. The inner diameter of the sizing set and the water retaining ring were modified, and the influence of the sizing set on the extrusion of PPR pipe was discussed. After the improvement,die swell phenomenon was obviously decreased.

polypropylene random copolymer; pipe; sizing set; die swell; extrusion process

2016-09-04;修改稿收到日期:2016-10-20。

冉崇文，碩士研究生，工程師,主要從事合成樹脂產(chǎn)品開發(fā)工作。E-mail：yjy_rcw@petrochina.com.cn。

10.3969/j.issn.1004-3055.2016.06.014