聚乙烯燃?xì)夤懿纳a(chǎn)工藝試驗研究

李剛

(淄博市特種設(shè)備檢驗研究院，山東 淄博 255000)

1 PE燃?xì)夤苌a(chǎn)工藝

PE管材生產(chǎn)線由控制系統(tǒng)、擠出機(jī)、機(jī)頭、定型冷卻系統(tǒng)、牽引機(jī)、行走切割裝置及翻料架組成。每條管材生產(chǎn)線有兩臺擠出機(jī)，其主要一臺擠出機(jī)采用強(qiáng)力輸送襯套及高效螺桿，另一臺較小的擠出機(jī)用于擠出標(biāo)志線。聚乙烯管材的擠出工藝流程如圖1所示。

1.1 原料準(zhǔn)備

燃?xì)夤懿牡闹饕煞譃楦呙芏染垡蚁℉DPE）混配料，色條混配料的基礎(chǔ)樹脂應(yīng)與管材的混配料的基礎(chǔ)樹脂相同?；炫淞系男阅軕?yīng)符合GB 15558.1—2015《燃?xì)庥寐竦鼐垡蚁≒E）管道系統(tǒng) 第1部分管材》的要求，采購的為Saudi Basic公司生產(chǎn)的材料牌號P6006,材料等級PE100的混配料, 混配料性能指標(biāo)見表1。

表1 混配料性能指標(biāo)

1.2 原料烘干

原料投入使用前1～2 h取樣送檢，檢驗項目為原料的水分含量。當(dāng)檢驗結(jié)果表明水分含量超過標(biāo)準(zhǔn)要求時，應(yīng)對原料進(jìn)行烘干處理，烘干溫度為 85±5 ℃，烘干時間為 2.0～2.2 h。烘干后再次取樣復(fù)檢，檢驗合格后方可使用。當(dāng)原料水分符合標(biāo)準(zhǔn)要求時，可以直接投入使用而不需烘干處理。

1.3 擠壓成型

（1）停機(jī)后重新升溫開機(jī)，應(yīng)分段加熱。第一段將各區(qū)溫度設(shè)置在與工藝溫度相差50～60 ℃，滿值后穩(wěn)定60 min進(jìn)行第二段加熱,將各區(qū)設(shè)置在工藝溫度范圍，滿值后穩(wěn)定30 min。各區(qū)工藝溫度控制值：下料段溫度60～90 ℃；料筒溫度170～220 ℃；機(jī)頭溫度180～230 ℃；口模溫度在220 ℃左右；溶體溫度一般不超過220 ℃。

（2）開機(jī)時擠出機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)設(shè)置為零啟動，主機(jī)加速時應(yīng)緩慢提速，密切注意管坯和主機(jī)扭矩的變化，確保管坯穩(wěn)定，嚴(yán)禁超出扭矩范圍。螺桿轉(zhuǎn)速應(yīng)匹配生產(chǎn)速度，滿足管材的尺寸要求，扭矩不得高于85%。

（3）應(yīng)嚴(yán)格按照生產(chǎn)工藝選擇模頭、口模、芯模尺寸，模頭生產(chǎn)中不允許漏料。

1.4 真空定徑、冷卻

管材擠出定徑采用噴淋冷卻、外真空定徑的方法。真空度根據(jù)不同管材規(guī)格在-0.015～-0.08之間調(diào)節(jié)，噴淋冷卻水溫度應(yīng)控制在10～30 ℃范圍內(nèi)。溫度過高將會減慢冷卻速度，意味著熔融的原料處于高溫的時間也將延長（尤其是管材壁厚內(nèi)側(cè)），因此會增大原料中抗氧化等添加劑的分解，降低管材的抗老化性能，同時對于管材的定型也有不利影響。相反，如果水溫過低，則會使熔融態(tài)的聚乙烯管材外表面冷卻結(jié)晶速度過快，造成管材內(nèi)外表面溫差過大而使管材定型后產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，降低管材的機(jī)械性能。

1.5 噴碼

管材的永久性標(biāo)識，采用激光打印。標(biāo)志的內(nèi)容應(yīng)至少包括：制造商和商標(biāo)、內(nèi)部流體、公稱外徑×壁厚、標(biāo)準(zhǔn)尺寸比、材料和命名、混配料牌號、生產(chǎn)批號、生產(chǎn)時間、地點(diǎn)、標(biāo)準(zhǔn)號。標(biāo)識字體，管材規(guī)格為dn110 mm以下的采用4 mm字體，間距為5 mm；規(guī)格為 dn110 mm 以上的采用 5.5 mm字體，間距為8 mm。

1.6 牽引、切割

牽引機(jī)與擠出機(jī)、切割機(jī)必須同步運(yùn)行，要保證牽引速度不低于 0.1 mm/min，牽引速度過低會導(dǎo)致料坯下垂，難以進(jìn)定徑套，牽引速度過高會導(dǎo)致接頭被拉開。牽引過程中，應(yīng)盡量避免管材與其他固體的接觸面積，減少其摩擦力。牽引機(jī)上下履帶壓緊應(yīng)適中，以保證管材的橢圓度和防止打滑。

1.7 現(xiàn)場檢驗、包裝

（1）外觀檢查。對管材外觀進(jìn)行目測，檢查是否符合標(biāo)準(zhǔn)。管材的內(nèi)外表面應(yīng)清潔、平滑，不允許有氣泡、明顯的劃傷、凹陷、雜質(zhì)、顏色不均等缺陷。管材兩端應(yīng)切割平整，并與管材軸線垂直。

（2）顏色、標(biāo)識檢查。顏色應(yīng)為黑色（PE80或PE100）、黃色（PE80）或橙色（PE100）；標(biāo)識內(nèi)容應(yīng)齊全、清晰可辯。

（3）幾何尺寸檢查。用游標(biāo)卡尺、π尺、鋼卷尺對管材壁厚、外徑、不圓度、長度等進(jìn)行測定，確保尺寸在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍內(nèi)。

（4）檢驗合格的管材應(yīng)立即封堵防塵管帽，保證管材內(nèi)的清潔。應(yīng)存放在通風(fēng)良好的室內(nèi)場地，溫度不超過40 ℃，遠(yuǎn)離火源,杜絕熱源，且應(yīng)防止與油類、酸堿、鹽、活性劑等化學(xué)物質(zhì)接觸。堆放室外時，必須進(jìn)行遮蓋，避免陽光暴曬。堆放管材時，應(yīng)放在平整的地面或者支撐物上,直管堆積高度應(yīng)小于或等于1.5 m。

2 試驗分析

2.1 出廠檢驗

應(yīng)在管材下線24 h 后，以批為單位進(jìn)行檢驗和驗收。外觀和幾何尺寸按照GB/T 2828.1的規(guī)定采用正常檢驗一次抽樣方案，取一般檢驗水平I，接收質(zhì)量限（AQL） 2.5，具體的抽樣數(shù)量見表 2。

表2 抽樣方案

在計數(shù)抽樣合格的產(chǎn)品中進(jìn)行靜液壓強(qiáng)度（80 ℃，165 h）、斷裂伸長率、氧化誘導(dǎo)時間（熱穩(wěn)定性）和熔體質(zhì)量流動速率試驗。從生產(chǎn)的一批dn63×5.8(PE100)管材中，按GB/T2918的規(guī)定取樣，試樣在溫度為（23±2）℃下狀態(tài)調(diào)節(jié)至少4 h后進(jìn)行試驗。其中靜液壓強(qiáng)度試樣數(shù)量為1個；氧化誘導(dǎo)時間（熱穩(wěn)定性）的試樣從內(nèi)表面取樣，試樣數(shù)量為1個[2]。

2.2 靜液壓強(qiáng)度

按GB/T 6111—2018規(guī)定進(jìn)行試驗。試驗條件：試樣自有長度800 mm，試驗溫度80 ℃，試驗時間165 h，環(huán)應(yīng)力5.4 MPa，試驗壓力1.1 MPa，試驗介質(zhì)為水。試驗結(jié)果：無破裂、無滲漏為合格。試驗曲線如圖2所示。

2.3 斷裂伸長率

按GB/T 8804.1—2003制樣，I型試樣，試樣寬度8.0 mm，試樣厚度6.1 mm。按GB/T 8804.3—2003規(guī)定進(jìn)行試驗，試驗結(jié)果見表3。

表3 斷裂伸長率試驗結(jié)果

由表3可見，斷裂伸長率大于350 MPa，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.4 氧化誘導(dǎo)時間（熱穩(wěn)定性）

按GB/T 19466.6—2009規(guī)定進(jìn)行試驗。試驗條件：試樣質(zhì)量15 mg，升溫速率20 ℃/min，試驗溫度200 ℃，氧氣流量50 mL/min，氮?dú)饬髁?0 mL/min。試驗曲線如圖3所示。

由圖3可見，氧化誘導(dǎo)時間大于20 min，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.5 熔體質(zhì)量流動速率

按GB/T 3682—2000中的A法測定。試驗條件：試驗溫度190 ℃，負(fù)荷5 kg，料筒中樣品的質(zhì)量3～5 kg，擠出物切斷時間間隔120 s。試驗結(jié)果見表4。

表4 斷裂伸長率試驗結(jié)果

經(jīng)計算得到，加工前MFR=0.22 g/10 min，加工后MFR=0.23 g/10 min，前后變化小于20%，試驗結(jié)果為合格。

3 工藝參數(shù)的影響

3.1 溫度

（1）料筒溫度。料筒溫度過低，會導(dǎo)致物料塑化不足，造成管材內(nèi)壁凹點(diǎn)、發(fā)麻，脆性增加，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致電流過高而停機(jī)；料筒溫度過高，會導(dǎo)致塑化過度，影響管材的力學(xué)性能，嚴(yán)重時會因物料揮發(fā)物或物料分解起泡，同時也會使螺桿結(jié)焦，損壞螺桿。

（2）模具溫度。溫度過低，會導(dǎo)致管材外壁發(fā)麻、無光澤；溫度過高，會導(dǎo)致內(nèi)壁毛糙，管材發(fā)胖、花紋等現(xiàn)象。

（3）機(jī)頭溫度。溫度過低，使物料的熔體黏度增大，機(jī)頭壓力升高，物料離模后膨脹較大，導(dǎo)致管材表面粗糙；溫度過高，會影響管材形狀的穩(wěn)定性，使得管材的收縮力增大[3]。

（4）冷卻水溫。水溫過低，會使管材外表面冷卻結(jié)晶速度過快，造成管材內(nèi)外表面溫差過大而使管材定型后產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，降低管材的力學(xué)性能，并且導(dǎo)致管材表面產(chǎn)生花紋；溫度過高將會降低冷卻速度，增大原料中抗氧化等添加劑的分解，降低管材的抗老化性能，同時會造成管材發(fā)胖變形。

3.2 速度

（1）主機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速。主機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速決定了加料的速度，直接影響管材的產(chǎn)量和質(zhì)量。螺桿轉(zhuǎn)速過快，會造成物料塑化不好，管材內(nèi)壁毛糙。

（2）牽引速度。牽引速度與主機(jī)速度要成正比，一般不低于 0.1 mm/min，牽引速度過低會導(dǎo)致料坯下垂，難以進(jìn)定徑套，牽引速度過高會導(dǎo)致接頭被拉開。

（3）共擠機(jī)速度。共擠機(jī)速度決定了色帶的擠出速度，主要影響管材色帶的粗細(xì)程度。

3.3 熔壓

熔體壓力即擠出壓力。熔壓過低，會導(dǎo)致物料塑化不良，從而造成產(chǎn)品表面發(fā)麻；熔壓過高，會造成物料塑化過度，從而導(dǎo)致管材發(fā)胖，生產(chǎn)不穩(wěn)定，并且會對模具造成一定的損傷。

3.4 真空度

真空度主要影響管材的外徑、不圓度等外觀尺寸。真空度過小，會導(dǎo)致外徑偏小，不圓度增大；真空度過大，會造成管子吸破，牽引阻力過大，從而導(dǎo)致管材發(fā)胖變形。

4 結(jié)束語

隨著我國城鎮(zhèn)化水平的不斷提高，聚乙烯燃?xì)夤艿涝诔擎?zhèn)燃?xì)夤芫W(wǎng)中的應(yīng)用前景越來越廣泛，燃?xì)夤艿赖陌踩\(yùn)行引起社會的高度關(guān)注。燃?xì)夤艿郎a(chǎn)企業(yè)必須從源頭抓好產(chǎn)品質(zhì)量，建立完善的質(zhì)量保證體系，嚴(yán)格執(zhí)行原料入廠驗收、加工成型、出廠檢驗與試驗、包裝存放等生產(chǎn)工藝規(guī)范，確保產(chǎn)品質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求。