PE—RT地暖管材高速挤出生产技术探讨

【摘 要】本文主要介绍PE-RT地暖管材从原料工艺、挤出设备、螺杆/螺筒、机头设计、高效定径冷却系统的技术探讨来实现其高速挤出生产。

【关键词】PE-RT管材；高速；挤出；生产技术；探讨

1、概述

耐热聚乙烯（Polyethylene of Raised Temperature resistance），缩写为PE-RT 。PE-RT管材作为一种新型塑料管材，以优于传统PE管材的优秀的长期静液压强度、耐温性、加工灵活性、长寿命、可热熔性以及可回收性，成为建筑热水系统和地暖系统中的主力军，尤其在地暖管道系统中的市场占有率正在稳步上升。为了适应巿场高速增长的需要，企业采用提高劳动生产效率的办法，即提高挤出设备的生产线速度来提高单位时间的产量。高速生产线一般生产速度是普通线（5—6米/分）的一倍以上，特别是规模比较大的管材生产企业，减少设备台数，意味着厂房可更有效地使用，并且可以减少人工费用支出。设备台数的减少还可使得生产工艺容易控制，这对确保管材质量均匀一致非常重要。而且高速生产线在高速运转时比普通生产线实际功率消耗要小得多，要来得节能。单台设备效率成倍提高有利于管材企业适应市场千变万化的要求，能够在最短的时间完成客户的订单，并且可以减少成品的库存，加快资金的周转。本文将探讨如何进行生产过程的技术控制，实现PE-RT地暖管材高速生产，以提高生产效率，来满足日益增长的市场需求。

2、工艺控制

工艺流程：颗粒原料干燥挤出机加热PE-RT管材专用模具真空吸附定径冷却定型管材喷印高速牵引机无屑切割机收卷机检验外观、尺寸简单包装打压试验合格后包装入库

PE-RT管材用材料选择美国陶氏DOWLEX2344/2388E、韩国SK株式会社的YUCLAIR DX800、DX900、LG公司的SP980、大林公司的XP 9000及国产齐鲁石化QHM22F等。在高速挤出时，由于原料的差异，加工参数有明显的区别，因此严格控制原料的质量也是保证高速生产PE-RT管材质量与使用寿命的重要保证。

PE-RT原料加工温度在180—210℃之间产量最高，在高速挤出时如果温度较低，塑化不好，管材外观不光滑无亮度或出现熔体破碎；温度太高时，出口料坯太软，管材表面容易出现小痕纹，因此控制温度上下波动范围在5℃左右，相差太大时管材的薄厚和性能都会发生变化。

3、PE-RT管材挤出设备

因为地暖管材是盘管，200—300米一捆，中间管材有偏差不易发现，就会有质量隐患。PE-RT管材生产要求把原料良好的性能“复制”到管材上，并且希望实现连续快速挤出，以达到生产出优质产品和较好的经济效益的目的，必须要求设备先进，控制仪器的高精确度，因此主机设计非常重要，否则产量和质量都难以达到要求。生产线主机通常采用Φ65螺杆，产量可达250kg/h，稳定生产速度达15—25m/min以上，以上设计力求从技术与经济的角度将各过程完美组合，以达到最佳性能和性价比。由于PE-RT熔体粘度比较大，挤出机采用高扭矩输出，进口推力轴承，齿轮为特殊合金特殊热处理而成，降低了噪音与热损耗；挤出操作采用先进的控制系统，保证PE-RT的稳定、安全、高速挤出。

在PE-RT管材加工过程中，在原料熔融、管坯成型、冷却定径等过程中，如果控制不佳，会由于原料的分解、分子链的取向或冷却过程中的结晶造成管材力学性能下降。原料的塑化及管坯的冷却定径是控制挤出质量的关键。对挤出设备而言，应满足以下几点：

（1）采用低熔体温度，最大程度减少原料在熔融和塑化过程中分解。

（2）使熔体具有优良均匀的性能，在管坯成型过程中保证聚合物分子链不沿纵向取向。

（3）实现均匀冷却，减少管材内应力。

4、螺杆机筒设计

根据PE-RT管材原料特点，螺杆长径比要求相对较大，通常设计为33：1，在螺杆结构上采用双阶混炼型螺杆，在螺杆的中部和头部各有一段混炼元件，避免对材料的过度剪切；加料段机筒采用独立衬套结构，冷却介质冷却，内表面轴向开槽，这些结构设计有助于提高加料段的输送效率；螺杆机筒材料选用优质合金，表面进行特殊处理。机筒螺杆要保证很高的精度，如果精度比较差，根据时温等效原理，在不光滑地方如果有滞留物粘附，时间长了等于大大提高温度，连续生产时间长了就会有降解或者分解物出现，管材表面就会有间断性的小黑点，影响产品质量。

5、PE-RT专用机头设计

普通挤管机头—支架芯棒式模头由于料流的熔合缺陷，难以保证PE-RT管材的生产。目前国内外大多用螺旋式模头，拉伸膨胀比为1.3-1.6之间。口模与芯棒的光滑度直接影响管材的外观，如因产量与质量不稳定，管材易出现划痕和水冷成型造成的假裂纹、熔体堆积现象，管材经过长期高温与压力的使用，就会从痕纹处引发爆破点，影响产品的使用寿命。

在实践中设计了一种较适合PE-RT挤出的模头，称之为PE-RT式专用模头。来自挤出机的料流进入模头时，首先通过梅花形分流梭，分成多股，而后又汇合通过螺旋分流体形成环形管状料流，此料流经环形过滤装置，汇合后逐渐压缩，最后进入由芯棒与口模组成的成型流道，形成管坯挤出，料流在多次的分流和汇合中，达到高度均质塑化。实践证明，该模头可实现国外先进生产线所提倡的PE-RT“低温低压”挤出，从设计上保证了材料不会因过度剪切而导致降解，更适合高速生产。

6、高效定径冷却系统

PE-RT管道生产线与一般聚烯烃管道生产线基本构成一样，主要区别在于冷却定径部分结构不同。

由于PE-RT熔体粘度大，为使管坯顺利进入定径套，一般在定径套前增加一个预冷环。另外，由于PE-RT热焓大，为了加快冷却速度，可以采用套管式和碟片式组合冷却定型装置。定径套的结构、加工精度及冷却方式对加工PE-RT管材的质量非常需要。碟片水环定径套（冷却水对定径水套进行循环冷却，冷却水不接触管材）可在短时间内生产薄壁（冷水）管，但由于物料进入定径套时温度较高，粘度较大，采用传统水膜式定径套在长时间生产中，会造成管材外表逐渐粗糙甚至拉断，所以，PE-RT管的生产，采用水帘碟片式定径套，在管材进入定径套前对其进行预冷却，另外，也防止物料粘附在定径套入口，造成阻塞。PE-RT材料热焓值较大，尤其是高速做管时，为满足较快的挤出速度需配置较长的定径冷却长度，通常生产线总冷却长度约为23米以上，包括一台真空定径机以及二台冷却水槽。冷却长度配置的目的是为了满足15m/min以上的线速度生产20x2.0mm的管材时所需要的冷却量。

7、结语

PE-RT管材高速生产要想保证产量与质量，必须采用比较先进的、精度比较高的设备、模具，采用比较合理、适用的定径方法与良好的工艺控制，采取严格的质量控制手段和优质的原料高速生产高质量的产品。通过提高劳动生产率来获得较低的生产加工成本和较高的产量，使价格更合理，来满足市场不断扩大的需求。

参考文献

[1]张双全，王明科，郭晓玲.雅式工业专网

[2]《现代塑料》.2007，9：49