聚乙烯燃氣管材的生產(chǎn)工藝探討

阮艷靈+朱榮全+秦亞輝+王焱+秦立臣

摘 要：聚乙烯是由多種工藝方法生產(chǎn)的、具有多種結(jié)構(gòu)和特性及多種用途的系列品種樹脂，在世界合成樹脂產(chǎn)量中其所占比例達到30%以上。在城市燃氣工程中，聚乙烯管材是替代傳統(tǒng)鋼鐵管材、聚氯乙烯燃氣的產(chǎn)品，其特點為經(jīng)濟性良好、接口穩(wěn)定可靠、材料耐老化等。為此，本文主要對聚乙烯燃氣管材的材料選用、生產(chǎn)工藝進行了分析與探討。

關(guān)鍵詞：聚乙烯管材；燃氣工程；生產(chǎn)工藝

中圖分類號：TQ320.7 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）10-0069-02

1 聚乙烯管材的選用

因燃氣管需承受相應(yīng)壓力，在PE樹脂選擇時，要求其具備大分子量及良好的機械性能。為滿足以上需求，可選用HDPE樹脂。在合理選用材料時，要對其熔融指數(shù)、粒料干燥、粒料的抗氧劑進行充分考慮，具體如下：

（1）聚乙烯的熔融指數(shù)。對聚合物分子之間的作用力而言，對其造成極大影響的因素為聚合物分子量的大小，同時分子之間的作用力也將對物質(zhì)內(nèi)聚能密度的多少起到?jīng)Q定性作用，由此可見，不管聚乙烯的用途為何，對其膠結(jié)強度起到?jīng)Q定作用的都會是其熔融指數(shù)。

通常而言，增加分子量，隨之大分子吸引點也將增多，進而增大內(nèi)聚力，在擠出復(fù)合環(huán)節(jié)，選取的涂復(fù)級聚乙烯熔融指數(shù)范圍為4到8。通過該指數(shù)也可表明聚乙烯熔體具有流動性。增加熔融指數(shù)，則聚乙烯熔體就具有越好的流動性，在被動薄膜表面上則其具有越好的滲透性、擴散性，進而達到聯(lián)結(jié)強度提升的目的。

（2）聚乙烯粒料的干燥。作為非極性結(jié)構(gòu)，聚乙烯具有極低吸濕性，在0.05%以下，但因其為非導(dǎo)體，在運輸存儲環(huán)節(jié)，粒料將出現(xiàn)靜電問題，對空氣內(nèi)水分產(chǎn)生吸附作用，進而導(dǎo)致水分太大。如含水量在0.05%以上，將大大減少材料的膠結(jié)強度，降低聚乙烯熱封強度。因此在擠出復(fù)合生產(chǎn)早期，當(dāng)聚乙烯含水量在0.05%以上時，盡可能做好干燥措施，如50℃到80℃為干燥溫度，1小時為干燥時間。

（3）聚乙烯粒料的抗氧劑。在聚乙烯材料選擇時，一般不會選取含有抗氧劑材料，原因在于熱氧化后，抗氧劑將會把熱氧化自由基消除，而此類自由基的出現(xiàn)是熱氧化反應(yīng)環(huán)節(jié)的控制過程，進而熱氧化將被淬滅。如表1所示。

2 聚乙烯燃氣管材的生產(chǎn)工藝

根據(jù)具體生產(chǎn)要求，可通過圖1充分反映聚乙烯管材擠出工藝的流程，具體內(nèi)容如下：

（1）原材料準(zhǔn)備。在具體材料使用規(guī)定中，要求投料擠出前必須對原材料的合格證進行檢測，各類性能指標(biāo)應(yīng)與國標(biāo)規(guī)定相符。聚乙烯樹脂自身不具備吸濕功效，但通過著色的顆粒材料，才能實現(xiàn)吸濕作用。如具有較大含水量，將對管材的美觀性造成極大的影響，且影響管材機械性能地發(fā)揮，甚至有氣泡產(chǎn)生于管材內(nèi)，對擠出效果造成極大制約?；诖耍跀D出前必須再次檢驗聚乙烯材料的含水量，確保其質(zhì)量符合相關(guān)規(guī)定后才能使用，特殊情況下，應(yīng)烘干處理原材料。

（2）投料擠出。170到230℃為聚乙烯擠出加工溫度范圍，因抗氧化劑、抗老化劑存于顆粒原料內(nèi)，在溫度超過200℃時應(yīng)盡可能降低原材料的停留時間，反之將降低該添加物質(zhì)分解效果。特別是在機械暫停一定時間后，溫度再次上升擠出時，如具有較長升溫時間，還會影響擠出物的光亮度。伴隨原料極易出現(xiàn)機械雜物向管材內(nèi)擠入，此時可將過濾網(wǎng)設(shè)置到擠出機頭破碎板前以此過濾出雜物。濾網(wǎng)設(shè)置后，擠出作業(yè)時其速度不宜過快，避免損壞金屬過濾網(wǎng)。因使用場地、目的有所不同，則管材顏色也隨之改變。一般情況下，可選取黃色、黑色管材。

（3）冷卻。真空定徑與噴淋水冷卻為管材擠出生產(chǎn)方式。因聚乙烯管材具有較厚管壁，導(dǎo)致冷卻定型具有極慢速度，這種情況下生產(chǎn)線較長。15到30℃之間為噴淋冷卻水溫度范圍，如具有較高溫度，將會對冷卻時間、速度造成極大的影響，導(dǎo)致其時間延長、速度減緩，此時也會增加熔融原料在高溫條件下的狀態(tài)時間，進而加大分解原材料內(nèi)的添加劑，如抗氧劑等，減小管材抗老化性能，不利于管材定型。反之，當(dāng)具有較低真空定徑水溫，將加快聚乙烯管材在熔融狀態(tài)下其外表面冷卻結(jié)晶速度，導(dǎo)致因過大內(nèi)外溫差，管材定型后內(nèi)應(yīng)力過大，對管材機械性能造成嚴重影響。

（4）牽引。管材冷卻成型后，可通過牽引機械將其連續(xù)不斷地從上游設(shè)備，如噴淋冷卻罐等拉出。牽引機應(yīng)具有平穩(wěn)的牽引傳動速度，只有這樣才能確保管材壁厚統(tǒng)一。隨著科學(xué)技術(shù)水平的提升，擠出生產(chǎn)線可利用計算機一起控制牽引機和擠出機的速度。

（5）打印標(biāo)記。永久、清晰的標(biāo)記必須通過合理方式打印到管材上，2m為標(biāo)記最大間距，具體標(biāo)記內(nèi)容如表2所示。

（6）計長切斷。在牽引擠出管材時，管材長度可通過測長器進行不間斷測量，如擠出管材長度與規(guī)定值相符，測長器可向鋸床發(fā)送信號，此時鋸床可被啟動進行作業(yè)，最后鋸斷管材。如生產(chǎn)的管材口徑較大，可選取星形鋸床作為操作設(shè)備，以此實現(xiàn)鋸口平整的目的，且為熔接管材施工提供便利。為降低運輸環(huán)節(jié)的難度，必須最大限度降低管道系統(tǒng)接口數(shù)量，通常情況下，6m、9m、12m為管材切斷長度。

（7）包裝入庫及存儲。管材質(zhì)量符合施工規(guī)定后，存放時應(yīng)確保凹凸不平現(xiàn)象存在于庫房地面上，且該庫房不得靠近熱源、油污、化學(xué)品等。堆放到室外時，必須進行遮蓋，防止陽光直射。如選取露天式存放，要求時間控制在1年以內(nèi)。當(dāng)長期于室外放置管材，管材通過紫外線照射將加快其老化速度，進而減少管材使用年限。存儲管材時，管材2端口可通過端堵密封，防止管材內(nèi)進入雜物，污染管材，產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象。在存儲運送環(huán)節(jié)，應(yīng)避免損壞、撞擊、污染管材。在堆放管材時，要求在1.5m以下控制其放置高度，水平整齊放置。防止變形現(xiàn)象出現(xiàn)在管材內(nèi)。

（8）質(zhì)量控制。1）選取單螺桿擠出機將PE管材擠出，平坦設(shè)置機筒溫度，要求在170到200℃之間控制其溫度。于PE80級材料而言，可選取下限溫度，則采用PE100級材料時，則選取上限溫度。在擠出成型環(huán)節(jié)應(yīng)對機頭溫度的高低進行有效控制，如存有過高溫度，則會降低成品形狀擠出后的穩(wěn)定性，將加大成品的收縮率；如具有較低溫度，則會導(dǎo)致原材料熔體粘度不斷加大，并提升機頭壓力，材料與模分離后具有極大膨脹率，無法確保成品表面的平滑性。為此，必須在190到210℃之間合理控制機頭溫度。2）熔體壓力也被稱為機頭壓力，通常情況下，可在20到40Mpa之間控制PE壓力管材的熔體壓力，該壓力值與螺桿轉(zhuǎn)速、濾網(wǎng)孔徑等息息相關(guān)，如熔體壓力加大，將提升產(chǎn)品密實度，進而提高產(chǎn)品質(zhì)量。

3 結(jié)語

綜上所述，隨著城市化進程的不斷加快，我國燃氣工程規(guī)模越來越大，為確保燃氣工程施工安全，管材選擇極為關(guān)鍵。聚乙烯管材作為燃氣工程主要管材，在全面了解其材料選用特征的基礎(chǔ)上，必須規(guī)范其生產(chǎn)工藝，只有這樣才能延長管材使用壽命，提升利用率。

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