淺談高密度聚乙烯聚氨酯保溫管開裂問題的產(chǎn)生與對(duì)策

鄭中勝+郎魁元+張國玉

摘要：高密度聚乙烯聚氨酯保溫管具有機(jī)械強(qiáng)度高、耐熱性強(qiáng)、韌性好、絕緣性低和化學(xué)穩(wěn)定的特點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)中。但是高密度聚乙烯聚氨酯保溫管經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)開裂等現(xiàn)象，對(duì)于這一問題要認(rèn)真分析，提出具體解決方案。文章就高密度聚乙烯聚氨酯保溫管開裂的原因?yàn)槔M(jìn)行了闡述，能夠保證高密度聚乙烯聚氨酯保溫管的科學(xué)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：高密度聚乙烯聚氨酯保溫管；開裂原因；低溫防開裂；外保溫管；保溫層 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：O213 文章編號(hào)：1009-2374（2017）06-0077-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.06.039

高密度聚乙烯聚氨酯保溫管在各行各業(yè)的發(fā)展中扮演著重要的角色，在行業(yè)發(fā)展的過程中，一定要對(duì)高密度聚乙烯聚氨酯保溫管開裂問題產(chǎn)生原因進(jìn)行科學(xué)分析，尤其是在加工的過程中，如果工序生產(chǎn)沒有達(dá)到相關(guān)的要求，就無法滿足保溫管的使用要求，因此要詳細(xì)分析高密度聚乙烯聚氨酯保溫管開裂問題的產(chǎn)生原因，針對(duì)這些問題提出具體的對(duì)策。

1 高密度聚乙烯概述

高密度聚乙烯是一種結(jié)晶度較高、熱塑性較好的材料，在使用的過程中，要深入了解耐低溫防開裂高密度聚乙烯特點(diǎn)，其外表呈現(xiàn)乳白色，而且在微薄的界面上呈現(xiàn)出一種半透明的形狀，PE自身也有著優(yōu)良性，有著工業(yè)化學(xué)品和生活品的特性，高密度聚乙烯是無味、無毒。無臭的白色顆粒，有著極好的穩(wěn)定性，機(jī)械強(qiáng)度也較高，其熔點(diǎn)為130℃，而且相對(duì)密度一般在0.941～0.960之間，高密度聚乙烯自身也有著較好的耐寒性和耐熱性，環(huán)境應(yīng)力的開裂性也很好，熔化的溫度在120℃～160℃之間，其拉伸強(qiáng)度和硬度較高，而且蠕變性相對(duì)于低密度的聚乙烯來說也有著極大的優(yōu)點(diǎn)。在室溫的條件下，不會(huì)與其他的有機(jī)溶劑相融合，還能夠防腐蝕，吸水性較低，因此可以說高密度聚乙烯是一種十分重要的產(chǎn)物，在應(yīng)用的過程中也是極為重要的。

2 高密度聚乙烯聚氨酯保溫管開裂的原因

高密度聚乙烯聚氨酯保溫管有三層結(jié)構(gòu)，這三層結(jié)構(gòu)主要是由外保溫管、保溫層和工作管構(gòu)成的，有著易安裝、安全、方便、施工成本低、施工時(shí)簡單的特點(diǎn)，但是在實(shí)際的施工中，容易受到各種因素的影響，這樣就會(huì)出現(xiàn)各種開裂的問題，高密度聚乙烯聚氨酯保溫管開裂的具體原因主要有以下三個(gè)方面：

2.1 材料自身的特點(diǎn)所引起的開裂

高密度聚乙烯聚氨酯保溫管在現(xiàn)場施工的過程中，會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)場開裂，而且保溫彎管的數(shù)量也較多，這與相關(guān)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有著極大的關(guān)系，而且如果角度越大，開裂會(huì)變得越來越嚴(yán)重。保溫彎管使用的是冷煨工藝進(jìn)行的制作，這樣就會(huì)存在著較大的壓力，而且彎曲的形狀也會(huì)使得整個(gè)聚乙烯的一些軸向發(fā)生拘束度較大的現(xiàn)象，在這樣的情況下，聚乙烯外護(hù)管的受力情況也是極為復(fù)雜的，在軸徑向與軸向上都能夠受到相關(guān)的約束作用，相對(duì)于保溫直管來說，這種保溫管更加容易開裂。如果是已經(jīng)完成了焊接或者是需要進(jìn)行百米連接的一些保溫彎管，溫度在發(fā)生變化的時(shí)候，比較長的金屬管段就會(huì)對(duì)彎管產(chǎn)生較大的作用力，從而導(dǎo)致彎管會(huì)向著平直的方向進(jìn)行拉伸，極容易會(huì)出現(xiàn)變形，這樣在發(fā)生變形的時(shí)候，就會(huì)對(duì)整個(gè)聚乙烯的外護(hù)管產(chǎn)生較大的應(yīng)力，這樣就極容易發(fā)生開裂的現(xiàn)象。

2.2 物理性能導(dǎo)致的開裂

高密度聚乙烯聚氨酯保溫管所使用的三種材料物理性能有著較大的差異，外護(hù)層高密度聚乙烯、鋼管的線膨脹系數(shù)和聚氨酯泡沫系數(shù)分別為300×10-6℃、10.6～12.2×10-6℃和40×10-6℃，而且整個(gè)高密度聚乙烯的線膨脹系數(shù)也是全部鋼管的25～28倍，是整個(gè)聚氨酯泡沫的7.5倍。如果出現(xiàn)了溫度下降的情況，那么材料的收縮量就會(huì)存在著極大的差異，也會(huì)出現(xiàn)較大的應(yīng)力，并且在應(yīng)用的過程中，還會(huì)隨著收縮量和溫差的增加而增加，而高密度聚乙烯的相關(guān)塑性還會(huì)隨著溫度的降低而出現(xiàn)下降的現(xiàn)象，這樣溫度在出現(xiàn)下降的情況的時(shí)候，塑性儲(chǔ)備是無法將收縮量全部的彌補(bǔ)回來的，這一現(xiàn)象的出現(xiàn)也會(huì)導(dǎo)致高密度聚乙烯聚氨酯保溫管

開裂。

2.3 預(yù)制中產(chǎn)生的開裂

2.3.1 外護(hù)管原料與配方。高密度聚乙烯外護(hù)管在預(yù)制的過程中，必須要根據(jù)外護(hù)管的成型工藝與使用性能來選擇相關(guān)的原材料，并且要確定最佳的制作配方，這也是保證高密度聚乙烯外護(hù)管質(zhì)量的基本前提。

一般的前提下，高密度聚乙烯的溶體流動(dòng)速率越小，那么分子量就會(huì)越大，分子鏈的長度也會(huì)變得更加的均勻，分子量的分布就會(huì)越來越狹窄，晶片間的系帶分子數(shù)量也會(huì)變得越來越多，外護(hù)管耐環(huán)境的應(yīng)力開裂問題變得嚴(yán)重。在這樣的情況下，向里面加入抗氧劑、炭黑以及填料就能夠?qū)⒄麄€(gè)管材的耐老化性能提高，在一定程度上降低成本。相關(guān)的試驗(yàn)結(jié)果表明了隨著炭黑量的不斷增加，高密度聚乙烯分子之間的作用力就會(huì)出現(xiàn)減弱的現(xiàn)象，而管材在環(huán)境介質(zhì)與外力的作用下極容易出現(xiàn)開裂。抗氧劑在使用的過程中，能夠有效地提高管材的耐環(huán)境應(yīng)力，對(duì)于提高管材的耐環(huán)境應(yīng)力有著重要的影響。如果使用母料進(jìn)行填充，那么產(chǎn)生的影響是極小的。相關(guān)的規(guī)定對(duì)回用料的應(yīng)用有著嚴(yán)格的要求，要求回應(yīng)料必須是由制造商自己生產(chǎn)，在使用的過程中，潔凈回用料質(zhì)量分?jǐn)?shù)不能夠超過15%。但是在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，向里面摻加回用料與再生料是不容易控制的，這樣是不利于檢測的，極容易導(dǎo)致質(zhì)量下降。

2.3.2 外護(hù)管成型工藝。

第一，擠出溫度。高密度聚乙烯管材在生產(chǎn)的過程中，使用的是擠出成型工藝，管材在成型的過程中，物料和擠出溫度在這一溫度下所能夠停留的時(shí)間會(huì)直接影響殘存晶核的大小、數(shù)量以及存在與否，其中對(duì)于成型過程中的結(jié)晶速度的影響是十分大的，結(jié)晶速度與結(jié)晶的完善程度有著緊密的聯(lián)系，結(jié)晶越完善，由此生成的晶體越完整，且強(qiáng)度越大。在成型的過程中，必須要根據(jù)所使用的樹脂的具體熔融溫度來進(jìn)行機(jī)頭和機(jī)筒溫度的設(shè)定，這一溫度不能夠過高，否則就會(huì)影響到管材的成型。

第二，冷卻速度。高密度聚乙烯的冷卻速度與結(jié)晶的狀態(tài)有著一定的聯(lián)系，而且不同的結(jié)晶程度也會(huì)影響著管材的力學(xué)性能。在冷卻速度能夠快速的超過最佳的結(jié)晶溫度的時(shí)候，這時(shí)管材的表面就會(huì)出現(xiàn)一層聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)就是由于結(jié)晶度較低所導(dǎo)致的。管材的內(nèi)表層和中間層會(huì)受到高密度聚乙烯傳熱較慢的影響，在高溫的狀態(tài)下，停留的時(shí)間就會(huì)比較長，在這種狀態(tài)下就能夠獲得較多的晶核數(shù)量，而且結(jié)晶層的生長速度也較快。如果內(nèi)外結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了不均勻性，那么管材力學(xué)的性能就會(huì)受到不良的影響，這時(shí)擠出溫度就需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕档?，以適應(yīng)冷卻速度。這樣就會(huì)使高密度聚乙烯管材的內(nèi)部生成結(jié)晶度較高的一種聚集態(tài)，這種聚集態(tài)有利于提高管材的耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能，提高管材的質(zhì)量，減少管材開裂現(xiàn)象的發(fā)生。

3 高密度聚乙烯聚氨酯保溫管開裂問題的應(yīng)對(duì)策略

對(duì)于尚未焊接的開裂耐低溫防開裂高密度聚乙烯護(hù)套，返廠重新預(yù)制；對(duì)于現(xiàn)場已完成焊接的開裂高密度聚乙烯聚氨酯保溫管，首先采用捆扎帶復(fù)原并利用鋼帶箍緊，然后采用粘彈體膠帶密封裂縫，最后利用熱收縮帶整體纏繞進(jìn)行修復(fù)；對(duì)于已修復(fù)的高密度聚乙烯聚氨酯保溫管，應(yīng)盡快下溝回填，減少環(huán)境溫度對(duì)修復(fù)材料的影響，避免再次開裂。針對(duì)影響高密度聚乙烯聚氨酯保溫管開裂的原因，提出以下建議：（1）根據(jù)使用性能要求選擇原材料，宜選擇分子量大、分布窄，分子鏈長短適宜、支化度高和長支鏈含量相對(duì)較高的原料，嚴(yán)格控制使用再生料或回用料，確保外護(hù)管的質(zhì)量；（2）為避免聚乙烯驟冷而引起的殘留內(nèi)應(yīng)力，并導(dǎo)致后期應(yīng)力開裂，一般要求冷卻水槽分段降溫，第一段水溫控制在60℃～90℃，第二段水溫控制在40℃～45℃，最后到室溫，即進(jìn)行高低溫分段冷卻。但實(shí)際生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)90℃的水溫過高，當(dāng)溫度很高的熔融聚乙烯進(jìn)入90℃水中會(huì)使聚乙烯界面處的水溫驟然升高，導(dǎo)致部分的水汽化，而這飽和蒸汽將在電纜外表形成大密度的氣泡。在生產(chǎn)中，應(yīng)采用第一段水溫控制在65℃左右，第二段水溫控制在45℃，最后到室溫；（3）控制聚氨酯泡沫投料量，采取適當(dāng)?shù)拇胧ㄈ缋υ鷰Ю墸p少發(fā)泡過程對(duì)外護(hù)管外徑增大率的影響增加外護(hù)管的收縮余量；（4）保溫彎管預(yù)制結(jié)束后，先將中間焊縫打開，釋放應(yīng)力，下溝后再進(jìn)行焊接；彎管現(xiàn)場補(bǔ)口時(shí)，盡量采取溝下補(bǔ)口，減少兩端管段對(duì)彎管的影響。

4 結(jié)語

通過以上措施，很好地解決了耐低溫防開裂高密度聚乙烯在生產(chǎn)和使用中產(chǎn)生的保溫管開裂問題，使保溫管開裂現(xiàn)象不再發(fā)生，但是我們還要對(duì)生產(chǎn)中的生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行不斷改進(jìn)完善，為企業(yè)和客戶創(chuàng)造更好的效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 周禮文.外徑電力電纜聚乙烯外護(hù)套開裂問題的探討[J].電線電纜，2012，（4）.

（責(zé)任編輯：蔣建華）