聚乙烯、聚丙烯管材生产工艺控制及质量问题处理概述

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水管灌溉管波纹管标准ISO 4437 19GB15558.1ISO 4427- 1

2、GB/T 13663ISO/DISPrEN 13476.1-97-1995996-20008770-19991999PE 80PE 80PE 32PE 63PE 32PE 63PE 100PE 40PE 80PE 40材料等级PE 63PE 100PE 63PE 80PE 80PE 100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PEYZ2300EPE 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

3、、内衬己烯 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小口径管材己烯 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大口径管材丁烯 1抚顺石化公司P803PE 80大口径管材丁烯 1抚顺石化公司YGH051TPE 80压力管，气管，大口径管双峰上海石化YGH041TPE 100压力管，气管，大口径管双峰上海石化YGM091TPE 80压力管，气管，大口径管双峰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

5、长期抗蠕变性能比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(=MFR10/MFR2 ) 大约为 13-17 。MFR2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

6、链的规整性，形成乙丙结构， 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。 P

7、E 的干温度一般在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

8、料熔体流动的必要条件。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。口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， 口模与芯模温度高，管子表面光洁度高。通常来讲，口模出口的温度不应超过220 度 ，机头入口的熔体温度为 200 度， 机头入口和出口熔体温差不应超过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

9、力参数是熔体压力，即机头压力。熔体压力通常控制在10-30MPa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

10、材挤出速度相匹配。牵引速度与挤出线速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 。8管材的在线质量控制与后处理聚烯烃属结晶聚合物，刚下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，刚下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。三、生产工艺流程图四、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荐解决方法1原料水分

11、1原料预处理2熔体温度不合2调整温度适表面暗淡无光3挤出机挤出的3增加背压，用较细的熔融物料不均匀过滤网，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5加长口模成型段。短1.原料中有水分1. 干燥原料表面斑点2. 水槽中的管子2.消除气泡。调整工艺上有气泡温度1.机头温度过高1.降低机头温度外表面呈现光亮透明的块状2.冷却水太小或2.冷却水开大或清理定（俗称眼晴）不足，或不均匀径套管材趋向粘附定加大冷却水流量清理水管材光滑外表面规则的斑纹径套路或降速定径套口模没对对中，保持定径箱与口管材外表面深的波纹中模在同一轴线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

12、温时间内表面粗糙3. 口模与芯模间3.换芯模隙过大4.口模定型段太4.换定型段较长的口模短1.挤出机产量变1.降低螺杆喂料区温度管内壁波纹状化，下料不稳2. 牵引机打滑2. 调节牵引气压3.管材冷却不3.调节水路均1.原料水分大1.原料预热干燥管内壁有凹坑2. 填充料分散性2.换料，调节温度，清差未塑化，杂质洁原料1.挤出机机头与1.清模口模内壁不干净管内壁有焦粒2. 局部温度过高2.检查热电偶是否正常3.口模积料严重3.清模，适当降低口模温度1.挤出速度变化1.检查牵引机2.牵引速度发生2.适当提高压力变化或打滑3.下料不稳（回料3.原料过筛或造粒外径或壁厚随时变化粒径不均）4.熔体的不稳定

13、4.提高料温，降低线速性度，增加模口间隙5.冷却不均5.清理水路1.口模没对中1.调节口模同心2.口模温度不均2.调节温度管材壁厚不均3.牵引机，定径3.保持在同一轴线上套，口模没对中4.定径套与口模4.拉近距离距离太远1.口模成型段太1.使用较长的口模成型短段2.熔融温度低2.提高料温熔接缝不良3. 模头中塑料分3.清理模头散4.机头机结构不4.更换或改造合理1.水泡1.干燥原料2.气泡2.除湿或降低温度管材过早损坏穿孔3. 杂质3.清洁原料或用过滤网4.颜料或填充料4.调节温度或更换原料分散不良1. 料温低1. 提高料温管材过早损坏脆性破坏2. 温度过高，原料2. 清理模具，降低温度分解1

14、.机头温度低，挤1.升温，降速管材开裂出速度快2.冷却水太大2.减小冷却水流量1.口模，芯模中心1.调整同心管材圆度不好，弯曲位置不正2. 机头温度四周 2. 调节温度不均3. 冷却水离口模3. 调整冷却水位置太近4. 冷却水喷淋力4. 调节喷头角度度过大5. 冷却水喷淋太5. 清理水路小6. 水位过高6. 排水7. 牵引机压力过7. 调节气压大注：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 管材质量的各种因素产品缺陷产生原因局部变PP-R管材是由 PP-R树脂经挤出机挤出色，以致 成型而成。挤出机的作用能使 PP-R树脂外观色泽 从晶体塑化到高弹态，进而再塑化到

15、熔不均匀一 融粘流态这一过程中， 如果 PP-R原料在致挤出成型时所受到热量和压力不当，会使原料状态变化时发生分子构型改变。过高塑化温度破坏PP-R的分子结构并产生分解变色。同时挤出速度过快，在机筒内产生较高的摩擦热，使物料温度升高而分解变色。表面斑生产管材的 PP-R树脂原料中如有水分，点，以致可能导致挤出成型管材表面形成斑点。外观色泽管材在挤出成型加土过程中采用真空槽不均匀一式定径时，水槽中的管子上如有气泡，解决方法要求 PP-R管材挤出加工过程中，应避免塑化温度过高和挤出速度过快，引起 PP-R树脂分子结构的改变去除原料中的水分或消除水槽中管子上的气泡。为确保水槽管子上无气泡，必须做到

16、: 防止水槽的循致也会导致挤出成型管材表面形成斑点。环泵产生气蚀，水槽中的水面保持在水口以上，增加水槽中水的循环量。表面暗淡生产管材的原料中有水分，可能导致管去除原料中的水分或调整无光材表面暗淡无光。管材加工的工艺参数。挤出加工熔体温度不合适，挤其中调整管材加出机挤出的熔融物料不均匀，定径套过工的工艺参数包括 : 选择短，口模成型段过短等都可能导致管材合适的熔体温度，改善挤表面暗淡无光。出机挤出的熔融物料的均匀性，使用长定径套，增加口模成型段的长度。有光亮透机头温度过高和冷却不足。降低机头温度和冷却水开明的块状大。表面粗糙真空定型的真空度控制的确当与否，将将真空定径槽的真空度和不光滑直接影响管材的表面质量，真空度太高冷却速度调整控制到最佳使管材表面粗糙 ; 冷却速度过快易在管状态。材内部产生应力，导致管材表面粗糙。去除 PP-R树脂原料中另外， PP-R树脂原料中的含有水分也会的水分。导致管材内外表面粗糙。表面出现温度过高，聚合物分解， 表面产生气泡。 控制管材的挤出成型温气泡原料中含有水分，可能导致熔体中出现度; 去除 PP-R树脂原料中气泡，导致管材表面出现气泡。的水分。表面出现高温下挤出的管坯，冷却成型时冷却速将真空定径槽的冷却速度斑点凹坑度对制品的性能有一定的影响，冷却过调整控制到最佳状态。除快易在