HDPE双壁波纹管生产工艺流程介绍

HDPE双壁波纹管生产工艺流程介绍•一、产品概述•二、PE双壁波纹管的原料及配比•三、工艺流程•四、工艺控制•五、产品质量控制•六、常见产品缺陷的原因分析一、产品概述1、高密度聚乙烯(HDPE)双壁波纹管，简称PE波纹管，是以HDPE树脂为主要原料、采用挤出成型工艺制成的一种内壁光滑平整、外壁为梯形（方波）或弧形（圆波）波纹状、内外壁波纹间为中空的的新型塑料管材，属聚烯烃类结构壁管材，主要用于埋地排水排污领域。2.PE双壁波纹管的优点：1、抗外压能力强：外壁呈环形波纹状结构，大大增强了管材的环刚度，从而增强了管道对土壤负荷的抵抗力，在这个性能方面，HDPE双壁波纹管与其他管材相比较具有明显的优势。2、工程造价低：在等负荷的条件下，HDPE双壁波纹管只需要较薄的管壁就可以满足要求。因此，与同材质规格的实壁相管比，能节约一半左右的原材料，所以HDPE双壁波纹管造价也较低。这是该管材的又一个很突出的特点。3、施工方便：由于HDPE双壁波纹管重量轻，搬运和连接都很方便，所以施工快捷、维护工作简单。在工期紧和施工条件差的情况况下，其优势更加明显。4、摩阻系数小，流量大：采用HDPE为材料的HDPE双壁波纹管比相口径的其他管材可通过更大的流量。换言之，相同的流量要求下，可采用口径相对较小的HDPE双壁波纹管。5、良好的耐低温，抗冲击性能：HDPE双壁波纹管的脆化温度是-70℃。一般低温条件下(-30℃以上)施工时不必采取特殊保护措施，冬季施工方便，而且，HDPE双壁波纹管有良好的抗冲击性。6、化学稳定性佳：由于HDPE分子没有极性，所以化学稳定性极好。除少数的强氧化剂外，大多数化学介质对其不起破坏作用。一般使用环境的土壤、电力、酸碱因素都不会使该管道破坏，不滋生细菌，不结垢，其流通面积不会随运行时间增加而减少。7、使用寿命长：在不受阳光紫外线条件下，HDPE的双壁波纹管的使用年限可达50年以上。8、优异的耐磨性能：德国曾用试验证明，HDPE的耐磨性甚至比钢管还要高几倍。9、适当的挠曲度：一定长度的HDPE双壁波纹管轴向可略为挠曲，不受地面一定程度的不均匀沉降的影响，可以不用管件就直接铺在略为不直的沟槽内等等。3.PE双壁波纹管的应用领域：1范围•本部分适用于长期温度不超过45℃的埋地排水和通讯套管，亦可用于工业排水、排污管。①市政工程，用于建筑物的地下排水管、排污管、输水管、通风管等；②电器电信工程，作为电力电缆、光缆、通讯信号电缆的保护管；③工业，由于聚乙烯材料具有优良的耐酸、碱及耐腐蚀能力，结构壁管可用于化工、医药、环保等行业的给水和排水管道；④农业、园林工程，用于农田、果园、茶园以及林带排灌，可节水70％，节约用电13.9％，也可用于农村灌溉；⑤道路工程，可用作铁路、高速公路、高尔夫球场、足球场等的渗、排水管；⑥矿场，用作矿井的通风、送风管、排水管。二、PE双壁波纹管的原料及配比•1.原料的组成：•PE双壁波纹管的原材料一般由聚乙烯、增强改性母料和颜料等组成。如果原材料潮湿，为了提高生产效率，可添加适当的消泡剂（吸水母料）。2.对原材料性能的要求：对聚乙烯（PE）性能的一般要求有熔体流动速率（MFR）、密度、弯曲弹性模量和氧化诱导时间（OIT）、冲击强度等。检测的项目还包括拉伸强度、断裂伸长率、灰份、挥发份等氧化诱导时间决定了氧化破坏的时间，对于要求使用50周年的波纹管来说，控制好原材料的氧化诱导时间是能否保证50年使用寿命的关键。GB/T19472.1-2004中明确规定，波纹管的原材料的氧化诱导时间应≥20min（200℃）。•HDPE树脂的弹性模量对的环刚度有很大影响，高弹性模量的材料可以提高制品的环刚度，也可以在保证环刚度的前提下节省原料，降低成本。所以在HDPE双壁波纹管生产时，采用的原料应该具有较高的弹性模量。•熔体流动速率的大小反映了分子量的大小，一般来说，熔体流动速率大一点的材料有利于加工成型，并可提高生产效率。但也不能过大，过大对环刚度的影响较大。同时，还必须具有较高的密度和良好的加工性能及设备适应性。原料要求外壁料（TR571类）内壁料（5301类）熔体流动速率(190℃，21.6Kg）2-55-15密度，≥0.950.945弯曲弹性模量(MPa)，≥13001000氧化诱导时间（OIT），≥20min（200℃）20min（200℃）•改性母料的选择也很关键，选用改性母料时应当充分考虑其分散性、偶联性和对聚乙烯改性的程度。其对应的可以从产品外观、抗冲击强度、环刚度、加工适应性等方面进行验证。3.典型的配方如下表材料名称外壁配方内壁配方外壁配方2TR571类30355301类255530（造粒料）外壁母料4535内壁母料45吸水母料2/3-5色母料2.51.52.5三、工艺流程管材外壁专用料上料加热塑化机头挤出成型成型机定型，扩口喷淋冷却检验成品入库管材内壁专用料上料加热塑化喷印标识定长切割设备流程混合机真空上料机挤出机挤出模具波纹管成型机喷淋水箱翻转架推车混合机真空上料机挤出机喷码机切割机设备及控制（一）挤出机挤出机挤出原理是利用带有斜面螺纹的螺杆在加热的料筒中旋转，将料斗中送来的塑料向前挤压，使塑料逐渐受热，均匀塑化将塑料挤出，通过机头和模具成型。挤出机由挤出系统、加热冷却系统、传动系统和控制系统组成。工艺控制参数有：①挤出压力。挤出压力一般应控制在30Mpa以内，压力过高在降低生产效率，增加能耗比；压力过小则制品不利于成型。一般来说，增加机头压力，熔体体积被压缩，分子链堆积紧密，物料黏度增加，流动性减小，挤出产量下降，而且因黏度增加，剪切热增加而导致物料分解。但从产品质量来看，产品密实，有利于提高产品质量。如果机头压力过小，熔体强度低，成型时管坯易被吹破，力学性能也会随之下降。②螺杆转速：螺杆转速是挤出成型工艺中极为重要的工艺参数之一。提高转速，产量增加，剪切速率增大，物料黏度下降，有利于物料的塑化。但转速的提高还需考虑挤出机的塑化能力和熔体压力范围，否则物料流速过快有可能导致物料还未完全塑化就被压入机头，严重影响产品质量。因此，刚开车时，螺杆转速通常调得较低，待生产稳定后，缓慢提高转速，同时密切观察挤出机电流、熔体压力变化及产品质量。螺杆转速很大程度上决定了挤出机的挤出量，但过快的转速会致机筒部产生大量的剪切热能，在相同的温度下对物料性能的折损较大。长时间的高速运转也会使螺杆的寿命提前结束。螺杆转速一般控制在最高转速的75%--85%为宜。在正常生产过程中，应尽可能使用较低的螺杆转速来达到最高的固体输送能力，这样一方面可以防止物料在较大的剪切力作用下发生热降解，另一方面也可以提高制品的质量和挤出的效率。③熔体温度：聚烯烃的熔体温度一般不超过230℃，超过此极限，材料的热降解严重，影响管材的质量。温度过低，物料塑化不好，成型产品表面粗糙；④机筒轴线方向上各点温度的分布：典型的聚烯烃的挤出温度的设置如下：机筒第一段：80-100℃第二段—第六段：175—200℃机头：190—220℃⑤功率消耗：一般显示电流，通常控制在50-80%。挤出机性能指标：①生产能力Q：单位时间内最大挤出量。单位为Kg/h②名义比功率，又称为单耗N/Q：单位产量所消耗的功率。KW/Kg（二）波纹管模具双壁波纹管挤出模具的结构较复杂，主要特点是在同一模具内分成内外两层流道，内外流道夹层间通压缩空气，帮助外层在成型模块上形成波纹。同时，定径套的冷却水管也从芯棒内通过，为了补偿冷却水通过引起的热量损失，一般需要对机头内壁加热。在生产大口径管材时，由于聚烯烃管材一般采用单螺杆挤出机，其挤出量比双螺杆挤出机小得多，故一般采用两台挤出机双层共挤技术，这样既可保证生产，也能提高产量。机头的作用有：①使熔融物料由旋转运动变为直线运动；②产生必要的成型压力，保证制品的密实；③使物料通过机头时进一步得到塑化；④通过机头断面得到所需要断面形状和尺寸的料坯。机头对制品影响与普通管材机头结构相比，波纹管挤出机头口模间隙小，口模长厚比大，其管壁流道特别长，间隙也小，在生产过程应尽量避免压力过大以及过度剪切造成熔体破裂。机头主要使熔融塑化的树脂在一定的压力下成型为所需要的截面形状，它决定着制品的外形尺寸、公差和表观质量，影响制品的物理力学性能、生产效率和操作的稳定性。如机头压缩比过大会造成物料流动不畅、易过热分解、压力过大等；压缩比不足会造成制品密实度差和强度差、熔接痕难以消除等。机头芯模和口模的间隙及同心度对制品的壁厚均匀性有很大影响。所以机头的结构设计是否合理将对管材表面质量产生重要的影响。（三）、成型机波纹成型装置主要由成型模具、传动装置和控制系统三部分组成。成型模具是由数十对哈夫定型模块组成，对开的方式可以是上下的（立式），也可以是水平方向的（卧式）。立式成型装置可使模块上下开合，并且占地面积小、结构紧凑；水平式（又称为卧式）成型装置可使模块水平开合，占地面积较大，但更换模块比立式方便。而且模块内设计了冷却水循环通道，以水作为冷却介质，大幅度提高了生产的速度。定型模块分别固定在两条传动带上，当传动装置带动模具转动时，上下（或水平）模块重复进行开合动作。模块闭合构成圆形管子的成型腔，模块打开可以使制品脱模。图为波纹成型模块工作运行示意图。从图中可以看出，波纹成型装置同时具有成型波纹和牵引管材的作用。波纹成型装置的关键就是成型模块运行轨道的确定。先获得精确的波纹成型轨迹，然后按照这一轨迹组合模块，从而能够使成型装置正常工作，以达到最终的质量要求。当变化产品规格时，可以更换相应规格的定型模块。在波纹成型过程中，成型模块的配合精度、波形设计对波纹管的外观和力学性能均有重要影响。成型模块配合精度差、有微小的错位或不规则、传动装置中模块的推移或链条的节距因误差积累等都会使波纹管的形状改变，产生错纹。另外，管材的波纹设计将影响环刚度、环柔性和冲击强度等力学性能指标，好的波形结构设计可获得优异的力学性能。（四）、成型模块：波纹管的成型模具主要就是模块，它决定着管材的基本结构和尺寸。随着成型方式的不同，以及模块运动轨迹的不同，模块的结构也有所不一样。目前大多生产线是通过模块抽真空将料坯吸附在模具内表上，模块上有抽真空用的通道。扩口示意图水套第一段真空水套第二段真空水套第三段真空四、工艺控制（一）、开机前的准备1.原料准备：聚乙烯混配料应在70～80℃的温度下干燥2小时后方能使用；一般原材料视水分的大小，可以直接投入使用，如水分较大，可添加2%以内的消泡剂，以提高生产效率。原材料必须堆放在干燥通风的场所，不能直接堆放在地面上；添加有功能母料或色母料的必须混配均匀。2.设备准备：①由电工检查整条生产线的电器线路和电器元件，使其达到开机要求后才能开启电源。②温度的设定：聚乙烯从固态到熔融态，需要足够的热量。热量的来源有二方面：一是机身料筒外的电加热，另一方面是螺杆料筒之间的摩擦热。在加料段螺槽深度较大，塑料又未熔化，产生的摩擦热少，主要靠外部加热升温，熔融段塑料处于熔融状态，塑料受到的剪切速率较高，摩擦产生的热量也较多；均化段所受的反压力最大，逆流和漏流也最大，也会产生大量的摩擦热，基于这些原因，均化段的温度必须严格控制，以避免聚乙烯分解。挤塑机各区温度分布分析如下：a.加料段一般采用低温。这一段基本任务是进料，需要产生足够的推力，机械剪切并搅拌混合。如果温度过高，由于聚乙烯粘度大，使熔融聚乙烯粘在料筒内壁和螺杆上，引起打滑，物料无法推送，所以这一区的温度不宜高。一般设为80-100℃。b.压缩段：压缩段要使所有的物料都能均匀受热，混合，完成从玻璃态到粘流态的转变。因此此区的温度稍高，只有达到一定的温度，才能确保大部分物料得以塑化，这一区的温度一般不超过的分解温度即可。c.均化段：塑料在此区段已大部分塑化，而其中小部分在中机身未塑化的塑料在此段进一步塑化均匀，并将熔融状态的塑料定量定压地送到机头去。根据聚乙烯挤塑的特点，这一区的温度一般比中机身稍低一点。③加热时间的控制：按工艺卡规定设置加热温度，开始加