HDPE內(nèi)襯管材生產(chǎn)技術(shù)難題及解決辦法

張?jiān)茞?ài)

(天津森普管材有限公司，天津 300270)

PE內(nèi)襯管實(shí)際就是壁厚很薄的PE（聚乙烯），一般SDR值（徑厚比：外徑/壁厚）在50～80，是非開(kāi)挖管道修復(fù)的主要材料，施工單位將PE內(nèi)襯管材通過(guò)“等徑”或“壓U”工藝將內(nèi)襯管材穿入原有舊管道里面后，再將PE內(nèi)襯管材復(fù)圓，PE內(nèi)襯管材緊緊貼緊原有鋼管、水泥管或石油管道，PE內(nèi)襯管材起到防腐及密封作用，鋼管起到承壓作用，原來(lái)幾近不能用的管道，通過(guò)該工藝非開(kāi)挖修復(fù)，又能恢復(fù)使用，實(shí)現(xiàn)了剛塑復(fù)合的完美結(jié)合，既快速施工，由大大降低了安裝總費(fèi)用，目前該工程市場(chǎng)廣闊，既有社會(huì)效益，又有經(jīng)濟(jì)效益，但是PE內(nèi)襯管材的生產(chǎn)技術(shù)難度較大，普通的保溫管生產(chǎn)線產(chǎn)品質(zhì)量不能達(dá)到質(zhì)量要求，只能利用PE管材擠出線，進(jìn)行一定模具改造，同時(shí)，提高生產(chǎn)技術(shù)水平，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，才能在保證產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)上，大大降低廢品率，降低生產(chǎn)成本，目前，國(guó)內(nèi)能成熟生產(chǎn)內(nèi)襯修復(fù)用的HDPE管材的廠家不很少，現(xiàn)將PE內(nèi)襯管材生產(chǎn)過(guò)程中遇到的主要難題和解決辦法總結(jié)一下。

HDPE內(nèi)襯管材生產(chǎn)中存在的主要技術(shù)難題主要包括外徑控制難度大、壁厚控制難、管材表面不合格、牽引打滑、管材斷裂生產(chǎn)率不合格等問(wèn)題，現(xiàn)將以上問(wèn)題分析解決如下：

1 外徑控制

HDPE內(nèi)襯管材外徑要求很高，如果管材外徑太大，穿入鋼管或水泥管內(nèi)部后，PE內(nèi)襯管打不開(kāi)，存在皺褶，不能緊緊貼緊原有管道內(nèi)壁；如果PE內(nèi)襯管材外徑太小，穿入原有鋼管或水泥管后，PE內(nèi)襯管與鋼管或水泥管之間存在間隙，一方面不能貼緊原有管道，而且造成PE內(nèi)襯管單獨(dú)承壓，最終會(huì)造成PE管材破裂，造成工程不合格。但是由于PE內(nèi)襯管材壁厚太薄，生產(chǎn)過(guò)程中由于水溫、真空度極難控制，造成外徑控制難度大。預(yù)防和解決措施如下：

（1）PE擠出生產(chǎn)線真空箱水溫控制儀必須靈敏能使用，生產(chǎn)過(guò)程中的進(jìn)、排水系統(tǒng)閥門(mén)不能隨意調(diào)節(jié)，確保冷卻水水溫波動(dòng)不能超過(guò)±2℃。

（2）所有噴淋水嘴必須噴淋正常，不能存在噴嘴堵塞，不噴水的情況，生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)，檢查清理噴水水嘴。

（3）定徑套內(nèi)徑尺寸參考表1。

表1 定徑套內(nèi)徑尺寸參考表

小口徑管材縱向線速度較大，定徑套收縮率適當(dāng)要大，長(zhǎng)度可稍短些。大口徑管材牽引速度慢，在真空箱時(shí)間長(zhǎng)，定徑套收縮率要小些，定徑套長(zhǎng)度要長(zhǎng)一些，這樣生產(chǎn)時(shí)PE內(nèi)襯管材對(duì)真空度、水溫的波動(dòng)影響要小一些，管材外徑要穩(wěn)定些。另外，管材外徑主要靠定徑套保證，不能靠真空度，真空度不能太大或太小，一般0.015～0.04 MPa。真空度太大管材容易抽破，真空度太小管材表面光滑。

管材生產(chǎn)圓周（外徑）控制具有滯后性，等完全冷卻圓周或外徑定型后，需要幾個(gè)小時(shí)，有時(shí)會(huì)造成嚴(yán)重不合格品或廢品，本人在大量數(shù)據(jù)總結(jié)分析以及所學(xué)理論，形成如下圓周或外徑計(jì)算公式，利用該公式，可提前預(yù)知或測(cè)算真空槽后面圓周應(yīng)該多大，管材完全冷卻后，管材外徑或圓周一定合格，公式如下：

P—主機(jī)產(chǎn)量單位，kg/h；

DN—管材公稱外徑，mm；

L—生產(chǎn)線冷卻系數(shù)，針對(duì)每條線由基本固定的冷卻系數(shù)，PE315線L約為6×10-4，PE630線L約為3.8×10-4；

C—從管材在真空箱圓周直到管材完全冷卻下來(lái)后，管材圓周收縮量，mm。

每個(gè)廠家生產(chǎn)線冷卻系數(shù)只要帶入一個(gè)規(guī)格，就可推算出冷卻系數(shù)為多少，其他規(guī)格直接使用該冷卻系數(shù)即可。

2 PE內(nèi)襯管材壁厚控制

PE管材壁厚控制難度也大，因?yàn)楣懿谋诤癖?，口模間隙大，存在拉伸比較大，既有料坯下流垂影響，又存在拉伸過(guò)程中，管材不均勻拉伸造成管材壁厚偏差大，預(yù)防和解決措施如下：

（1）口模間隙上比下大4%即可，不能太大，也不能太小，薄壁管材下流垂影響較輕，料坯出口模的溫度必須均勻±5℃，料坯的溫度必須用手持紅外線測(cè)溫槍檢測(cè)，可執(zhí)行溫度調(diào)壁厚方案。

（2）如果管材某一點(diǎn)壁厚略薄，可將該方向口模溫度適當(dāng)提高，如果管材某處壁厚略厚，可將該方向口模適當(dāng)降低。

3 管材表面不合格情況

管材表面不合格情況見(jiàn)表2。

表2 管材表面不合格情況表

4 牽引機(jī)打滑

PE內(nèi)襯管材在生產(chǎn)過(guò)程中，由于管材壁厚太薄，牽引機(jī)牽引生產(chǎn)時(shí)，壓力太大就會(huì)將管材壓扁，造成牽引打滑，牽引停止，無(wú)法生產(chǎn)，牽引太小，牽引機(jī)履帶壓緊管材力度不夠造成打滑。因此牽引機(jī)最好是倫茨伺服系統(tǒng)（相當(dāng)于車輛的四驅(qū)），每個(gè)履帶都有獨(dú)立的轉(zhuǎn)動(dòng)牽引電機(jī)，單獨(dú)升降。另外，牽引機(jī)的氣缸主、被壓開(kāi)關(guān)、電磁閥調(diào)整靈敏，正常。調(diào)整氣缸主、被壓，使履帶壓緊管材的主壓-被壓=0.2 MPa，被壓 0.2～0.4 MPa。

管材表面不能有水，管材生產(chǎn)過(guò)程，不能頂?shù)皆O(shè)備，切割過(guò)程順暢，不能有卡頓，牽引機(jī)氣缸壓縮空氣里面不能有水。

5 PE內(nèi)襯管材內(nèi)在性能：斷裂伸長(zhǎng)率不夠（＜500%）

內(nèi)襯管材的斷裂伸長(zhǎng)率指標(biāo)特別重要，因?yàn)楣懿脑谑┕み^(guò)程中，“等徑”和“壓U”工藝將管材形狀改變的時(shí)候，存在管材本體一定程度的收縮或拉伸，管材斷裂伸長(zhǎng)率過(guò)低，會(huì)造成管材屈服破裂。因此，確保管材斷裂伸長(zhǎng)率是一關(guān)鍵指標(biāo)，當(dāng)然管材的老化性能、拉伸強(qiáng)度也很重要，但斷裂伸長(zhǎng)率指標(biāo)在生產(chǎn)過(guò)程中因生產(chǎn)工藝不同差別很大,造成斷裂伸長(zhǎng)率不高的原因主要是有以下幾點(diǎn)。

（1）料坯的拉伸比過(guò)大，拉伸發(fā)生在高彈態(tài)。HDPE材質(zhì)在不同溫度下有三種形態(tài)：玻璃態(tài)、高彈態(tài)、黏流態(tài)，如果拉伸發(fā)生在高彈態(tài)，在生產(chǎn)過(guò)程中，就會(huì)發(fā)生分子縱向取向，存在生產(chǎn)過(guò)程中分子鏈預(yù)拉伸（提前拉伸過(guò)）現(xiàn)象，在PE內(nèi)襯管施工使用過(guò)程中，斷裂伸長(zhǎng)率就達(dá)不到要求。解決辦法：①選擇芯棒時(shí)，芯棒略大于管材外徑即可，選擇口模時(shí)，口模和芯棒間隙不要超過(guò)管材壁厚的2倍；②定徑套離口模距離保持一定距離。不能太近，保持一定拉伸距離；③出口模的料坯溫度必須高于180℃以上，確保料坯拉薄發(fā)生在黏流態(tài)，發(fā)生在進(jìn)入定徑套冷卻之前。

（2）在真空定徑過(guò)程真空過(guò)大，外徑靠大真空拉伸保證時(shí)，分子鏈同樣存在拉伸，在“等徑”施工時(shí)，也會(huì)因斷裂生產(chǎn)率不夠而造成破裂。解決措施確保定徑套內(nèi)徑尺寸合適（定徑套收縮率符合要求），不能靠大真空拉伸起來(lái)的外徑。真空度不宜大于4 MPa。

（3）真空箱水嘴堵塞，噴嘴噴水過(guò)少或不噴水，冷卻不理想，造成管材結(jié)晶度低，必要時(shí)保證梯度冷卻，確保結(jié)晶度，從而確保斷裂拉伸率和拉伸強(qiáng)度。

6 PE內(nèi)襯管材屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度不合格

PE內(nèi)襯管材力學(xué)性能指標(biāo)必須合格：屈服強(qiáng)度＞20 MPa、拉伸強(qiáng)度＞18 MPa，因?yàn)樵赑E內(nèi)襯管材壓“U”工藝和“縮徑”工藝內(nèi)襯非開(kāi)挖穿插修復(fù)時(shí)，管材在拖拉時(shí)必須承受一定的拉力，有時(shí)一段修復(fù)長(zhǎng)度很長(zhǎng)時(shí)，甚至要承受很大拉力。如果不能承受相應(yīng)拉力，在牽引時(shí)會(huì)造成管材拉斷，從而造成工程嚴(yán)重后果甚至于失敗。因此，生產(chǎn)所需原料配方必須符合相應(yīng)要求，選用主料時(shí)，必須選用PE100級(jí)原材料，原料必須潔凈，不能添加任何回收料，也不能含有其他任何雜質(zhì)，國(guó)內(nèi)原料如上海石化YGH041或YGH041T、天津石化PN049、齊魯石化DGDB2480，國(guó)外原料如：北歐化工HE3490等。另外生產(chǎn)過(guò)程添加黑色母時(shí)必須混合均勻，色母料必須選用管道專用，甚至于薄膜級(jí)黑色母料，添加量＜2%，炭黑分散必須＜3級(jí)。生產(chǎn)溫度與工藝，必須確保塑化效果好。只有這樣，才能確保管材本體屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度強(qiáng)度高，達(dá)到施工要求。

7 PE內(nèi)襯管材的耐開(kāi)裂應(yīng)力能力

PE內(nèi)襯管材在壓“U”工藝和“縮徑”工藝內(nèi)襯非開(kāi)挖牽引穿插修復(fù)時(shí)，原有管道內(nèi)壁對(duì)管材的外壁會(huì)造成不同程度的縱向劃傷，有些情況下甚至于非常嚴(yán)重。盡管原有管道內(nèi)壁修復(fù)時(shí)，施工單位會(huì)采取一切措施，降低對(duì)PE內(nèi)襯管材的劃傷，確保劃傷深度不得超過(guò)管材壁厚的10%，劃傷面積不超過(guò)一定要求，但是管材在使用過(guò)程中，有可能小小的劃傷，會(huì)造成管材的破裂，造成工程的徹底失敗，給客戶造成不可挽回的損失。因此在原材料選用和原料配方、以及生產(chǎn)工藝設(shè)定時(shí)，必須確保管材塑化良好，PE管材內(nèi)分子鏈的各向同性，決不能造成各向異性；分子交聯(lián)度不能降低；不能造成因剪切高溫造成分子鏈斷裂或低分子析出，造成分子量分布不合理。另外，目前國(guó)內(nèi)外也有專門(mén)的抗劃痕專用原料，如PN-049RC、YGH041RC就是理想的專用料。

總之，PE內(nèi)襯管材的質(zhì)量要求不同于普通PE管材，生產(chǎn)過(guò)程不僅僅要求的設(shè)備硬件不一樣，生產(chǎn)工藝和質(zhì)量要求也不一樣，必須理論聯(lián)系實(shí)際，不斷總結(jié)，才能在確保管材質(zhì)量滿足要求的前提下，不斷降低生產(chǎn)成本。才能滿足非開(kāi)挖管道修復(fù)的特殊質(zhì)量要求，確保實(shí)現(xiàn)公司利益與社會(huì)利益的共同提高。

[1] GB/T13663—2000 給水用聚乙烯管材標(biāo)準(zhǔn)．

[2] GB15558—2015 燃?xì)庥寐竦鼐垡蚁┕艿老到y(tǒng)．

[3] ISO4437-1：燃?xì)庥盟芰瞎艿老到y(tǒng)聚乙烯（PE）第1部：總則，2014.

[4] ISO4437-2：燃?xì)庥盟芰瞎艿老到y(tǒng)聚乙烯（PE）第2部：管材，2014.