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PE-RT相关生产技术
点击次数：3243 发布时间：2009-11-5
1.
1.1.
耐热聚乙烯是上世纪80年代由Dow Chemical公司开发的一种不需要交联即可用作热水管原料的中密度聚乙烯，在原料分级上来讲它仍属于PE80级管材用中密度聚乙烯，其MDS为8MPa。它使用辛烯作为乙烯的共聚单体，采用茂金属催化剂在聚合反应过程中对聚乙烯分子链上的辛烯支链数目和分布进行适度控制，与使用丁烯和已烯为共聚单体的聚乙烯来比较，用辛烯为共聚单体使聚乙烯分子链上生成的支链长度为6个碳原子，由于支链较长，它在片晶间的无定型区域中不仅可以起连接链的作用，还能产生链缠结，起到类似于交联的作用，从而使其具有可在80℃以上高温下长期工作的耐热能力。与一般的双峰分布MDPE和HDPE管材用料不同，PE-RT的分子量分布较窄，因此它的加工性能比一般的PE管材料差，工艺参数方面的控制要求比一般的PE管材要求高，这一点在供应商提供的加工指南中得到了证实。从地暖用管材的要求角度看，PE-RT有以下优点：柔韧性好，管材可以按盘卷方式供应；施工时可以用热熔或电熔方式连接；热传导性较高。
PE-RT管材料前期仅美国Dow Chemical和韩国SK二家公司正式公司生产，牌号分别为DOWLEX 2344、2388和DX800。据zui近有报道称，BASELL公司已经推出了牌号为4731B的PE-RT管材料；而扬子石化的PE1802在性能上可替代进口料，目前已有部分管材厂家在使用。
1.2.
由于PE-RT是PE80级材料，所以它对加工设备的适应性较强，除对加工温度范围的要求稍严格一些外，一般加工聚乙烯管材的生产设备都能用于生产PE-RT管材。
1.2.1.挤出机/：挤出机是管材生产线的核心，与普通HDPE管材一样，PE-RT多用单螺杆挤出机来生产。塑化的均匀性和熔体输送的稳定性对zui终产品质量和设备生产效率的影响是决定性的。所以PE-RT管材挤出机/应该配置30:1以上长径比的屏障型螺杆以使物料的塑化质量得到保证，同时原料供应商提供的PE-RT原料加工指南中提出螺杆的压缩比应在2.2 – 2.5之间。螺筒应该是在进料段开沟槽的螺筒以获得较高且稳定的挤出量。在这样的螺杆螺筒搭配中应注意到一点，那就是要把螺杆螺筒的磨损降到zui低限度，尤其应关注螺筒开槽段的压力，因为此处的压力大则整条螺杆流道内的压力都会大，这会直接加大这两个关键零件的磨损。有效的设计是将螺杆在喂料区的螺距减小或将螺杆挤出区的螺距加大或二个措施同时实施（但螺杆的加工难度加大）。这种设计在国内挤出机中还不多见。
1.2.2.机头：用于PE管材生产/的zui传统的机头是支架式机头，但现在它仅在PE-Xa生产设备中被使用了，原因是虽然这种机头需要有较大的压缩比以消除管材的熔接痕，但在结构上它会使管材制品存在密度和力学上的薄弱部分。一些新的机头结构可以改善这方面的缺陷，如筛板式机头、篮式机头、螺旋机头等。其中螺旋机头和蓝式机头以及将这两种结构结合起来使用的机头已经普遍地用来生产PE管材，其优点在于能更好地焊合熔体，明显地降低机头压力，管坯在机头的流动过程中所的流动取向很低，从而能在较低的熔体温度和小管径下实现很高的生产速度。需要引起注意的是，在原料供应商提供的PE-RT管材加工指南中提到：口模间隔应等于管材壁厚的1.7倍。
1.2.3.定径套：定径套的设计是否合理对于管材的尺寸精度、管壁应力以及生产效率都有重要影响，由于生产速度较高，现在绝大多数PE管材生产线/都采用双腔真空箱定径。原料供应商提供的PE-RT管材七条加工指南中有提到：口模到定径段间隔应为2 – 10cm；为防止粘连，管材通过定径段前需要对管材进行预喷淋，可见定径套在PE-RT管材加工设备中有一定的特殊要求，所以PE-RT管材生产线应配置带预冷装置的真空定径套。有资料介绍在引进设备中已经使用了一种*的水润滑式定径套，采用这种定径套时，管材的外表面并不与定径套内表面直接接触，其间有一层“水膜”，它在保证了定径准确的同时提高了冷却效率，因此可以提高生产速度。
1.2.4.冷却槽：PE管材的冷却有水浴冷却和喷淋冷却两种，一般是小直径管材用水浴，大直径管材用喷淋。原料供应商提供的PE-RT管材加工指南中提到：管材冷却应采用浸泡式冷却（即水浴冷却）方式。在高速PE管材生产线中使用多段冷却槽对于控制冷却速度，进而降低管材的内应力是有利的。
1.2.5.壁厚和直径检测装置：现在*的PE管材生产线/上都配备了壁厚和外径的在线检测装置，并且将检测结果反馈到控制中心，对相关参数进行自动调整。生产线上用的壁厚检测装置主要有红外线和超声波两种类型，超声波测厚仪使用较多。外径的在线自动检测一般用激光测径装置。
1.2.6.标识打印机：PE管材生产线都配有在线标识打印机，一般为喷码打印机。
1.2.7.牵引机：在管材生产线中，带状牵引装置用于薄壁及小直径管材，履带牵引装置用于厚壁和中大直径管材。有资料介绍，的高速管材生产线配置了多组带状牵引装置，以适应高速度生产的需要。
1.2.8.切割机：径向锯在PE管材生产线中使用较多，尤其是中小口径管材生产线，而且一般都配有强力吸屑装置。
1.2.9.卷绕机：生产速度较高（一般是线速度大于5m/min）的中小口径PE管材生产线一般配有双工位卷绕机，而大口径管材生产线则是配置成品存储槽。
1.2.10.
1.3.
PE-RT管材的加工工艺与一般PE管材的加工工艺类似，除应按原料供应商提供的加工指南进行适当调整外，没有什么特别之处。
1.3.1.工艺过程：自动上料 → 原料熔融挤出管坯成型 → 真空定径 → 水浴或喷淋冷却 → 在线壁厚和直径检测 → 在线标识打印 → 带状或履带牵引 → 管材切割 → 成管卷取或堆放 → 成品质量检测 → 包装
1.3.2.温度控制：原料供应商提供的加工指南中提到：熔体温度250℃；挤出机温度设定：180 - 230℃。另有资料报道，由于温度过高会引起PE-RT熔体强度的明显降低进而影响其成型的稳定性，故PE-RT的熔体温度一般应控制在190℃左右，且温度控制精度应不超过±
1.1.
耐热聚乙烯是上世纪80年代由Dow Chemical公司开发的一种不需要交联即可用作热水管原料的中密度聚乙烯，在原料分级上来讲它仍属于PE80级管材用中密度聚乙烯，其MDS为8MPa。它使用辛烯作为乙烯的共聚单体，采用茂金属催化剂在聚合反应过程中对聚乙烯分子链上的辛烯支链数目和分布进行适度控制，与使用丁烯和已烯为共聚单体的聚乙烯来比较，用辛烯为共聚单体使聚乙烯分子链上生成的支链长度为6个碳原子，由于支链较长，它在片晶间的无定型区域中不仅可以起连接链的作用，还能产生链缠结，起到类似于交联的作用，从而使其具有可在80℃以上高温下长期工作的耐热能力。与一般的双峰分布MDPE和HDPE管材用料不同，PE-RT的分子量分布较窄，因此它的加工性能比一般的PE管材料差，工艺参数方面的控制要求比一般的PE管材要求高，这一点在供应商提供的加工指南中得到了证实。从地暖用管材的要求角度看，PE-RT有以下优点：柔韧性好，管材可以按盘卷方式供应；施工时可以用热熔或电熔方式连接；热传导性较高。
PE-RT管材料前期仅美国Dow Chemical和韩国SK二家公司正式公司生产，牌号分别为DOWLEX 2344、2388和DX800。据zui近有报道称，BASELL公司已经推出了牌号为4731B的PE-RT管材料；而扬子石化的PE1802在性能上可替代进口料，目前已有部分管材厂家在使用。
1.2.
由于PE-RT是PE80级材料，所以它对加工设备的适应性较强，除对加工温度范围的要求稍严格一些外，一般加工聚乙烯管材的生产设备都能用于生产PE-RT管材。
1.2.1.挤出机/：挤出机是管材生产线的核心，与普通HDPE管材一样，PE-RT多用单螺杆挤出机来生产。塑化的均匀性和熔体输送的稳定性对zui终产品质量和设备生产效率的影响是决定性的。所以PE-RT管材挤出机/应该配置30:1以上长径比的屏障型螺杆以使物料的塑化质量得到保证，同时原料供应商提供的PE-RT原料加工指南中提出螺杆的压缩比应在2.2 – 2.5之间。螺筒应该是在进料段开沟槽的螺筒以获得较高且稳定的挤出量。在这样的螺杆螺筒搭配中应注意到一点，那就是要把螺杆螺筒的磨损降到zui低限度，尤其应关注螺筒开槽段的压力，因为此处的压力大则整条螺杆流道内的压力都会大，这会直接加大这两个关键零件的磨损。有效的设计是将螺杆在喂料区的螺距减小或将螺杆挤出区的螺距加大或二个措施同时实施（但螺杆的加工难度加大）。这种设计在国内挤出机中还不多见。
1.2.2.机头：用于PE管材生产/的zui传统的机头是支架式机头，但现在它仅在PE-Xa生产设备中被使用了，原因是虽然这种机头需要有较大的压缩比以消除管材的熔接痕，但在结构上它会使管材制品存在密度和力学上的薄弱部分。一些新的机头结构可以改善这方面的缺陷，如筛板式机头、篮式机头、螺旋机头等。其中螺旋机头和蓝式机头以及将这两种结构结合起来使用的机头已经普遍地用来生产PE管材，其优点在于能更好地焊合熔体，明显地降低机头压力，管坯在机头的流动过程中所的流动取向很低，从而能在较低的熔体温度和小管径下实现很高的生产速度。需要引起注意的是，在原料供应商提供的PE-RT管材加工指南中提到：口模间隔应等于管材壁厚的1.7倍。
1.2.3.定径套：定径套的设计是否合理对于管材的尺寸精度、管壁应力以及生产效率都有重要影响，由于生产速度较高，现在绝大多数PE管材生产线/都采用双腔真空箱定径。原料供应商提供的PE-RT管材七条加工指南中有提到：口模到定径段间隔应为2 – 10cm；为防止粘连，管材通过定径段前需要对管材进行预喷淋，可见定径套在PE-RT管材加工设备中有一定的特殊要求，所以PE-RT管材生产线应配置带预冷装置的真空定径套。有资料介绍在引进设备中已经使用了一种*的水润滑式定径套，采用这种定径套时，管材的外表面并不与定径套内表面直接接触，其间有一层“水膜”，它在保证了定径准确的同时提高了冷却效率，因此可以提高生产速度。
1.2.4.冷却槽：PE管材的冷却有水浴冷却和喷淋冷却两种，一般是小直径管材用水浴，大直径管材用喷淋。原料供应商提供的PE-RT管材加工指南中提到：管材冷却应采用浸泡式冷却（即水浴冷却）方式。在高速PE管材生产线中使用多段冷却槽对于控制冷却速度，进而降低管材的内应力是有利的。
1.2.5.壁厚和直径检测装置：现在*的PE管材生产线/上都配备了壁厚和外径的在线检测装置，并且将检测结果反馈到控制中心，对相关参数进行自动调整。生产线上用的壁厚检测装置主要有红外线和超声波两种类型，超声波测厚仪使用较多。外径的在线自动检测一般用激光测径装置。
1.2.6.标识打印机：PE管材生产线都配有在线标识打印机，一般为喷码打印机。
1.2.7.牵引机：在管材生产线中，带状牵引装置用于薄壁及小直径管材，履带牵引装置用于厚壁和中大直径管材。有资料介绍，的高速管材生产线配置了多组带状牵引装置，以适应高速度生产的需要。
1.2.8.切割机：径向锯在PE管材生产线中使用较多，尤其是中小口径管材生产线，而且一般都配有强力吸屑装置。
1.2.9.卷绕机：生产速度较高（一般是线速度大于5m/min）的中小口径PE管材生产线一般配有双工位卷绕机，而大口径管材生产线则是配置成品存储槽。
1.2.10.
1.3.
PE-RT管材的加工工艺与一般PE管材的加工工艺类似，除应按原料供应商提供的加工指南进行适当调整外，没有什么特别之处。
1.3.1.工艺过程：自动上料 → 原料熔融挤出管坯成型 → 真空定径 → 水浴或喷淋冷却 → 在线壁厚和直径检测 → 在线标识打印 → 带状或履带牵引 → 管材切割 → 成管卷取或堆放 → 成品质量检测 → 包装
1.3.2.温度控制：原料供应商提供的加工指南中提到：熔体温度250℃；挤出机温度设定：180 - 230℃。另有资料报道，由于温度过高会引起PE-RT熔体强度的明显降低进而影响其成型的稳定性，故PE-RT的熔体温度一般应控制在190℃左右，且温度控制精度应不超过±
温控区段
螺筒 1 螺筒2 螺筒3 螺筒4 螺筒5 连接颈
机头1 机头2 机头3 机头4
机头1 机头2 机头3 机头4
设置温度 ℃
160 170 180 185 185 185 180 180 180 200
1.3.3.熔体压力控制：PE-RT管材生产过程中的熔体压力应该控制在15 – 20MPa范围内，且波动幅度不大于0.5%。
1.3.4.冷却水温的控制：冷却水温的控制手段主要是根据管材的规格和生产速度控制进水量，在使用多段冷却槽时，应保持各段冷却槽的水温有一定的梯度，以三段式冷却水槽为例，生产PE-RT管材时的冷却水温控制点应分别在40℃，35℃，30℃左右。
1.3.5.生产速度控制：管材生产过程中的速度控制主要是要掌握好挤出速度、冷却速度与牵引速度之间的关系，在实际生产过程中螺杆螺筒结构、定径冷却能力和牵引速度范围是限制生产速度的重要因素，这需要在实际生产实践中不断总结、摸索和改进。
1.4.
随着塑料管道系统在国民经济中应用的不断扩大，多年来人们从应用角度对塑料管道系统的总结和认识的不断深化，接受了塑料管材的优点，也发现了塑料管材出现的各种问题，因此对塑料管材的质量要求也从过去的针对制品的物理机械性能方面转向了针对使用过程中的力学破坏问题的关键指标。对地暖用塑料管材来讲，zui主要的是管材的长期静液压强度性能，这是由于塑料管材在应用中的失效大多是由于长期静液压载荷对塑料管材造成蠕变破坏，而塑料管材蠕变破坏的特点是破坏压力随时间增加而降低。不仅如此，地暖管的用途是采暖，因此它的工作环境温度一定是超过常温的，而塑料管材的蠕变破坏压力还随温度的升高而降低。而其它两种塑料管材的重要性能，抵抗快速裂纹增长的性能和抵抗慢速裂纹增长的性能，前者主要是针对大口径管材，而后者主要是针对施工过程可能对管材造成明显损伤的情况，它们在地暖用管材中发生的几率是非常非常低的。
1.4.1.PE-RT地暖用管材现在执行的是2003年开始实施的，由建设部发布的城镇建设行业标准，CJ/T 175-2002 《冷热水用耐热聚乙烯（PE-RT）管道系统》。
1.4.2.该标准从使用温度范围和时间方面规定了PE-RT的4个使用条件级别，和4个设计压力。管材可以带阻隔层，也可以不带阻隔层。有5个管系列S。规定的公称外径为12 – 160mm，壁厚偏差不允许下差，同时也规定了相应的热熔承插和电熔连接管件的承口尺寸系列。
1.4.3.在管材的物理力学性能方面，有纵向回缩率，10.00MPa/20℃/1h，3.55MPa/95℃/165h和3.50MPa/95℃/1000h静液压试验，静液压状态下热稳定性试验和熔体质量流动速率等几方面的要求。
1.4.4.在系统适用性方面，有系统静液压试验，耐拉拔试验，热循环试验，循环压力冲击试验和耐弯曲试验等方面的要求。
1.4.5.检验规则中将PE-RT管材的检验分为出厂检验、型式检验和定型检验三种，其中出厂检验要求的项目有：外观要求，尺寸，纵向回缩率，20℃/1h和95℃/165h静液压试验和熔体质量流动速率；型式检验项目增加了：95℃/1000h静液压试验，透氧率，卫生性能，系统静液压试验，耐拉拔试验和耐弯曲试验。
1.4.6.生产过程中质量控制关键点：首先是必须坚持只使用经机构检验认可的原材料牌号的原则，把好原料关；其次，必须针对每个规格的产品和不同的生产设备制定标准工艺参数，并总结和制定各工艺参数的允许偏差范围，使管材在稳定的工艺状态下产出从而保证产品质量的可靠性，特别注意控制因冷却速度过高而导致管材应力过大、挤出波动和挤出与牵引速度匹配不良导致的管材壁厚不均这两类常见的管材质量缺陷；第三，由于PE-RT是热塑性的，标准允许在生产中使用自己生产过程中产生的符合标准要求的不超过10%的回用料，因此在提高成品率的同时，对不可避免产生的开机料、残次品进行标准化管理并执行标准的回收再用程序，以防止因使用回用料而影响产品质量；zui后，应制定并执行合理的设备保养程序，以保证生产过程的可控性，这是稳定生产的基础和前提。
1.3.4.冷却水温的控制：冷却水温的控制手段主要是根据管材的规格和生产速度控制进水量，在使用多段冷却槽时，应保持各段冷却槽的水温有一定的梯度，以三段式冷却水槽为例，生产PE-RT管材时的冷却水温控制点应分别在40℃，35℃，30℃左右。
1.3.5.生产速度控制：管材生产过程中的速度控制主要是要掌握好挤出速度、冷却速度与牵引速度之间的关系，在实际生产过程中螺杆螺筒结构、定径冷却能力和牵引速度范围是限制生产速度的重要因素，这需要在实际生产实践中不断总结、摸索和改进。
1.4.
随着塑料管道系统在国民经济中应用的不断扩大，多年来人们从应用角度对塑料管道系统的总结和认识的不断深化，接受了塑料管材的优点，也发现了塑料管材出现的各种问题，因此对塑料管材的质量要求也从过去的针对制品的物理机械性能方面转向了针对使用过程中的力学破坏问题的关键指标。对地暖用塑料管材来讲，zui主要的是管材的长期静液压强度性能，这是由于塑料管材在应用中的失效大多是由于长期静液压载荷对塑料管材造成蠕变破坏，而塑料管材蠕变破坏的特点是破坏压力随时间增加而降低。不仅如此，地暖管的用途是采暖，因此它的工作环境温度一定是超过常温的，而塑料管材的蠕变破坏压力还随温度的升高而降低。而其它两种塑料管材的重要性能，抵抗快速裂纹增长的性能和抵抗慢速裂纹增长的性能，前者主要是针对大口径管材，而后者主要是针对施工过程可能对管材造成明显损伤的情况，它们在地暖用管材中发生的几率是非常非常低的。
1.4.1.PE-RT地暖用管材现在执行的是2003年开始实施的，由建设部发布的城镇建设行业标准，CJ/T 175-2002 《冷热水用耐热聚乙烯（PE-RT）管道系统》。
1.4.2.该标准从使用温度范围和时间方面规定了PE-RT的4个使用条件级别，和4个设计压力。管材可以带阻隔层，也可以不带阻隔层。有5个管系列S。规定的公称外径为12 – 160mm，壁厚偏差不允许下差，同时也规定了相应的热熔承插和电熔连接管件的承口尺寸系列。
1.4.3.在管材的物理力学性能方面，有纵向回缩率，10.00MPa/20℃/1h，3.55MPa/95℃/165h和3.50MPa/95℃/1000h静液压试验，静液压状态下热稳定性试验和熔体质量流动速率等几方面的要求。
1.4.4.在系统适用性方面，有系统静液压试验，耐拉拔试验，热循环试验，循环压力冲击试验和耐弯曲试验等方面的要求。
1.4.5.检验规则中将PE-RT管材的检验分为出厂检验、型式检验和定型检验三种，其中出厂检验要求的项目有：外观要求，尺寸，纵向回缩率，20℃/1h和95℃/165h静液压试验和熔体质量流动速率；型式检验项目增加了：95℃/1000h静液压试验，透氧率，卫生性能，系统静液压试验，耐拉拔试验和耐弯曲试验。
1.4.6.生产过程中质量控制关键点：首先是必须坚持只使用经机构检验认可的原材料牌号的原则，把好原料关；其次，必须针对每个规格的产品和不同的生产设备制定标准工艺参数，并总结和制定各工艺参数的允许偏差范围，使管材在稳定的工艺状态下产出从而保证产品质量的可靠性，特别注意控制因冷却速度过高而导致管材应力过大、挤出波动和挤出与牵引速度匹配不良导致的管材壁厚不均这两类常见的管材质量缺陷；第三，由于PE-RT是热塑性的，标准允许在生产中使用自己生产过程中产生的符合标准要求的不超过10%的回用料，因此在提高成品率的同时，对不可避免产生的开机料、残次品进行标准化管理并执行标准的回收再用程序，以防止因使用回用料而影响产品质量；zui后，应制定并执行合理的设备保养程序，以保证生产过程的可控性，这是稳定生产的基础和前提。