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1、聚乙烯、聚丙烯管材生产工艺控制及质量问题处理一、原材料介绍聚乙烯管材的原材料的性能要求 针对不同用途的管道，由于使用的压力等级和寿命不同，所以对于聚乙烯 原料的要求也有不同。一般来说，管材原料都应有较好的耐环境应力开裂性能（测 试方法为ASTM D 1693或GB/T 1842）和较好的耐长期静液压强度（测试方法 为GB/T6111-85）。管材用原料还需应有良好的焊接性和卫生性。用于不同用 途的管材材料由管材的具体规定而确定。下表列出各种标准对聚乙烯材料等级的 要求。表.标准对聚乙烯材料等级的要求燃气管给2K管灌溉管波纹管标准ISO 4437- 19GB15558.1ISO 4427- 1G
2、B/T 13663ISO/DISPrEN 13476.97-1995996-20008770-19991999PE 80PE 80PE 32PE 63PE 32PE 63PE 100PE 40PE 80PE 40材料等级PE 63PE 100PE 63PE 80PE 80PE 1001-表我国生产的适用于管材的PE管材料牌号等级主要用途共聚单体生产厂家DGDB 2480PE 80水管、燃气管丁烯-1齐鲁石化公司6100MPE 80土建、管道丁烯-1大庆石化公司PEYZ-2300EPE 80管材丁烯-1扬子石化公司6000MPE 80管材丁烯-1燕山石化公司TR400PE 80管材、燃气管、内衬
3、己烯-1上海金山石化公司TR480FSPE 80燃气管、供水管己烯-1上海金山石化公司DGDA2401PE 80管材丁烯-1茂名石化公司DGDA2483BKPE 80小径管材己烯-1天津联合化工公司51-35BPE 80燃气管、波纹管丁烯-1抚顺石化公司P703PE 80大径管材丁烯-1抚顺石化公司P803PE 80大径管材丁烯-1抚顺石化公司YGH051TPE 80压力管，气管，大径管双峰上海石化学习资料 整理分享YGH041TPE 100压力管，气管，大径管双峰YGM091TPE 80压力管，气管，大径管双峰上海石化上海石化国外生产的几种特殊的PE管材料牌号密度主要用途共聚单体生产厂家DG
4、DA24800.95水管、燃气管己烯-1联碳公司DOWLEW2344E0.93铝塑管、采暖管道辛烯-1道化学LLDPE GD15880.925管材、波纹管己烯-1三井化学聚丙烯原材料：丙烯聚合物分为三种类型：PP-H（均聚聚丙烯），分子序列结构为PPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPP-B（嵌段共聚聚丙烯）分子序列结构为PPPPPPPPPPPEEEEEEPPPPPPPPPPPP-R （无规共聚聚丙烯），分子序列结构为PPPPEPPPEPPPPPPPPPEPPPPEPPPPPPPPP-H刚性较好，耐热性好，但耐冲击性能、抗长期蠕变性能较差;PP-B耐冲击性能较好，但耐长期抗
5、蠕变性能比PP-H略好。PP-R刚性较低，热变形温度低，但耐冲击性能较好，抗长期蠕变 性能优秀。PP-R有较大的分子量，重均分子量（Mw）大约为60-100万，其分子量分布 （MWD）大约为5,相应的流动比FRR（=MFRio/MFR2 ）大约为13-17。MFR?值为 0.1-0.4g/10min.，材料这么高的分子量和如此窄的分子量分布直接导致的问题 是共混和挤出加工困难。在聚合工业上,采用高产率的催化剂在不同的反应条件下,用两个或几个反 应器促进共聚单体的分散,生产出宽分子量分布、高分子量的无规共聚聚丙烯(PP-R)。共聚单体无规分布聚合在聚丙烯长链中破坏了整个聚丙烯链的规整性，形成乙丙
6、结构，这能很好地提高管材料的抗蠕变性能和韧性。低分子量部分和高 分子量无规共聚物部分一起改善了材料的加工性。不含或微含乙烯的部分使材料 较硬，赋予管材以刚性。二、工艺控制挤出成型工艺的控制参数包括成型温度、压力、螺杆转速、挤出速度、牵引速度、 加料速度以及冷却定型等。1.原材料的预处理聚烯烃是非吸水性材料，通常水分含量很低，可以满足挤出的需要，但当聚烯烃含 吸水性颜料，如炭黑时，对湿度敏感。另外，在使用回料及填充料时，含水量会增 大。水分不但导致管材内外表面粗糙，而且可能导致熔体中出现气泡。通常应对原 料进行预处理。一般采用干燥处理，也可加相应的具有除湿功能的助剂。如消泡剂 等。PE的干温度一
7、般在60-90度。在此温度下，产量可提高10%25%。2 温度控制温度工艺的定义及设定原则。料筒温度主要提高物料塑化程度，一般料筒温度设定基本保持一致。料筒温度过低，可能导致物料塑化不足，从而使产品出现内壁凹点、发麻等，严 重时可能导致电流过高而停机。料筒温度过高，可能导致物料塑化过度，从而使各项性能达不到要求，严重时可能导致螺杆结焦而损害螺杆。模具温度主要作用为提高管材内外壁光洁度，一般口模温度设定高于其它温度。模具温度过低时，可能导致产品外壁发麻、产品没有光泽度等。模具温度过高时，可能导致产品外表面特别光亮，产品发胖、花纹等异常情况。挤出成型温度是促使成型物料塑化和塑料熔体流动的必要条件。
8、对于聚烯烃来说温 度范围较宽。通常在熔点以上，280度以下均可加工。模和芯模的温度对管子表面光洁度有影响，在一定的范围内，模与芯模温度高， 管子表面光洁度高。通常来讲，模出的温度不应超过220度，机头入的熔体温度为200度，机头入和出熔体温差不应超过20度。聚乙烯管材挤出的熔体温度上限一般规定为230度，一般控制在200度左右为佳。 聚丙烯管材挤出的熔体温度上限一般为240度。3压力控制 熔压过低，会导致物料塑化不好，从而造成产品发麻等。熔压过高会使产品塑化过度，从而导致发胖、生产不稳定等异常情况，并且对模具由一定的损伤。挤出过程中最重要的压力参数是熔体压力，即机头压力。熔体压力通常控制在10
9、-30MPa 之间。4. 真空定型真空定型主要控制真空度和冷却速度两个参数。通常在满足管材外观质量的前提下, 真空度应尽可能低，这样管材内应力小，产品在存放过程中变形小。5. 冷却聚乙烯管材挤出成型中冷却水温要求一般较低，通常在20度以下，在生产PPR管材时，第一段温度可以稍高，后段较低，从而形成温度梯度。6. 螺杆转速与挤出速度螺杆转速是控制挤出速率，产量和制品质量的重工参数。单螺杆挤出机的转速增加， 产量提高。剪切速率增加，熔体表观粘度下降。有利于物料的均化。7. 牵引速度牵引速度直接影响产品壁厚，尺寸公差，性能及外观，牵引速度比须稳定，且牵引 速度与管材挤出速度相匹配。牵引速度与挤出线速
10、度的比值反映出制品可能发生的取向程度，该比值称为拉伸比，其数值必须等于或大于1。&管材的在线质量控制与后处理聚烯烃属结晶聚合物，冈吓线管材的性能与管材制品交付使用时的尺寸和性能时有 差距的。主要原因有：第一，聚烯烃熔体冷却过程中要发生结晶作用，与温度和时间有关。第二，刚下线管材的温度通常高于常温。第三，冈吓线的管材内应力较大。为了达到性能及尺寸的稳定性，一般的聚乙烯管材应下线放置24小时，聚丙烯管材需放置48小时后，可依照相应的标准进行性能测试。四、质量问题管材生产中常见现象的产生原因和处理方法常见现象产生原因推存解决方法表面暗淡尢光1原料水分1.原料预处理2.熔体温度不合2.调整温度适3.挤
11、出机挤出的熔融物料不均匀3.增加背压，用较细的过滤网，设计适宜的螺杆结构4定径套过短4.加长定径套5.口模成型段过短5加长模成型段。表面斑点1.原料中有水分1.干燥原料2.水槽中的管子上有气泡2消除气泡。调整工艺温度温度外表面呈现光亮透明的块状（俗称眼晴）1.机头温度过高1.降低机头温度2.冷却水太小或不足，或不均匀2.冷却水开大或清理定径套管材光滑外表面规则的斑纹管材趋向粘附定径套加大冷却水流量清理水路或降速管材外表面深的波纹定径套模没对中对中，保持定径箱与口模在同一轴线内表面粗糙1.原料潮湿1原料烘干，或预处理2.芯模温度低2.提高温度或延长保温时间3口模与芯模间3换芯模隙过大4. 模定型
12、段太短4.换定型段较长的模管内壁波纹状1.挤出机产量变化，下料不稳1.降低螺杆喂料区温度2牵引机打滑2.调节牵引气压3.管材冷却不均3.调节水路管内壁有凹坑1.原料水分大1.原料预热干燥2.填充料分散性差未塑化，杂质2换料，调节温度，清洁原料管内壁有焦粒1.挤出机机头与模内壁不干净1.清模2.局部温度过高2.检杳热电偶是否正常3. 模积料严重3清模，适当降低模温度温度外径或壁厚随时变化1.挤出速度变化1.检杳牵引机2牵引速度发生变化或打滑2.适当提高压力3.下料不稳（回料粒径不均）3.原料过筛或造粒4.熔体的不稳定性4提高料温，降低线速度，增加模间隙管材壁厚不均熔接缝不良管材过早损坏穿孔管材过
13、早损坏脆性破坏5冷却不均1. 模没对中2. 模温度不均3牵引机，定径套，模没对中4定径套与模距离太远1. 模成型段太2.熔融温度低3.模头中塑料分4.机头机结构不合理1水泡2.气泡3.杂质4.颜料或填充料分散不良1.料温低2.温度过高，原料分解5.清理水路1.调节模同心2.调节温度3保持在同一轴线上4.拉近距离1使用较长的模成型2.提高料温3.清理模头4.更换或改造1.干燥原料2除湿或降低温度3.清洁原料或用过滤网4.调节温度或更换原料1.提高料温2清理模具，降低温度管材开裂管材圆度不好，弯曲1.机头温度低，挤出速度快1升温，降速2冷却水太人2减小冷却水流量1. 模，芯模中心位置不正1.调整同心2机头温度四周不均2.调节温度3.冷却水离模太近3.调整冷却水位置4.冷却水喷淋力度过大4.调节喷头角度5.冷却水喷淋太小5.清理水路6.水位过高6排水7牵引机压力过大7.调节气压注：表中加粗部分为PE管材生产比较容易产生的各种问题分析及解决方法。PPR
