PE双壁波纹管技术

1、聚乙烯PE5双壁波纹管生产技术汇编一、PE双壁波纹管概述1. 定义：所谓PE双壁波管是为了在节省原材料而不致使管材的环刚度下降的前提下,对管材截面进行优化设计的一种内壁光滑平整、外壁为梯形或弧形波纹状肋内外壁波纹间为中空、采用挤出成型工艺制成的管材.由于其主要原材料为聚乙烯PE,故简称为PE双壁波纹管.2. PE双壁波纹管的优点： 节约原材料,用同样的原材料做同一外径的管材时,波纹管可经比实壁管节省30%以上的原材料.质量轻,比重小于铸铁管和水泥管的 50% o 安装便捷、施工进度快,以传统水泥管相比,采用PE波纹管可以提升3倍以上安装进 度.PE双壁波纹管采用柔性连接,密封性能好.生产本钱低

2、,综合经济性能优越.3. PE双壁波纹管的应用领域：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；电器电信工程,作为电力电缆、光缆、通讯信号电缆的保护管；工业,由于聚乙烯材料具有优良的耐酸、碱及耐腐蚀水平,结构壁管可用于化工、医药、环保等行业的给水和排水管道；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；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；矿场,用作矿井的通风、送风管、排水管.二、PE双壁波纹管的原材料1 .原料的组成：PE双壁波纹管的原材料一般由聚乙烯、增强性功能母料和颜料等组成. 如果原

3、材料潮湿,为了提升生产效率,可添加适当的消泡剂.2 .对原材料性能的要求：如何生产出一根低本钱,高品质的波纹管,很大程度上取决于 对原材料的选择和配方的搭配.对聚乙烯PE性能的一般要求有熔体流动速率MFR、氧化诱导时间OIT和密度 等.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,并可提升生产效率.但也不能过大,过大对环刚度的影响较大,选用0.8-1.5g/10 min 190 C, 5kg之间为宜.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,限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

4、-2022 中明确规定,波纹管的原材料的氧化诱导时间应? 20min 200 C.对 中、高密度聚乙烯来说,可通过改变密度来调整其性能.由于我们知道密度相对低的聚乙烯 可延长其脆性破坏的时间.如图1所示.功能母料的选择也很关键,目前尚无有关排水管道专用功能母料的国家标准,各厂家的产品的性能不尽一致.选用功能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.2.配方是否合理也决定着产品的质量.一些厂家为降低本钱,无限制的增加功能母料, 这样的产品既无法保证产品的质量,也失去了长远的开展和核心竞争的水平.典型的合理配 方如下表：表1名称比例备注聚乙烯80%-85%可适量参加本厂洁净回用料功

5、能母料15%-20%最大不宜超过20%颜料2% (±0.5)三、设备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、传动系统和限制系统组成.挤出系统包括螺杆、机筒和加料装置.螺杆素有挤出机的心脏之称,螺杆的质量直接决定着挤出机的挤塑产量与质量.1 .螺杆的技术参数：螺杆的技术参数包括：a外径D：也是螺杆的直径,单位 mm.螺杆直径的大小决定了挤出机的挤出量.常用的规格有 55、60、65、75、90、120、150、200 等.b长径比L/D :就是螺

6、杆的长度与直径之比.长径比的大小决定了塑化的质量.不同塑料对螺杆长径比的要求不尽相同,对聚烯姓而言常用的有20 : 1、25 : 1、30: 1、32: 1、33 : 1、34 : 1c转速n : 一般有最高转速和转速范围r/mind 驱动功率N:指的是电动机需要提供应它的功能率. KWe生产水平Q:单位时间内的最大挤出量 Kg/h.f几何压缩比CR:下料段第一个螺槽的容积与计量段最后一个螺槽容积之比.实际生 产过程中的物理压缩比是物料在加料段时松散固态与挤出过程中完全熔融时的比值.螺杆设 计时,几何压缩比应大于物料的压缩比.加工 PE的螺杆的几何压缩比一般为3-4.g螺旋升角？：螺旋升角到达

7、30°时,挤出量最大,但是在实际加工中往往不能到达 30.,目前通用的螺杆的螺旋升角为17° 39'.h螺槽深度h : 螺槽深度的设计与物料的热稳定性、压缩比有关.其中均化段计量 段的螺槽深度很重要,它直接影响到物料的剪切量,深度越小,剪切越强烈.剪切过大会 导致物料热降解,因此均化段螺槽深度要适中.加料段的螺槽越深,输送水平越强,在保证螺杆强度的前提下,应选择使用加料段螺槽 较深的螺杆.2 .螺杆的分段输送段,又称加料段.作用是接受由料斗送来的物料,并将其推送到压缩段.熔融段,又称压缩段.接受加料段送来的松散物料,在外部加热和剪切热的用下将物 料熔融塑化,并将包在

8、物料内部的空气排出后将物料压实.均化段,又称计量段.其作用是接受压缩段推送过来的熔体物料,将其充分熔融,然 后将物料定量、定压地挤出.3 .机筒机筒一般采用纵向开槽型机筒.这种机筒的输送水平强,排气性好.对机筒的材质要求：耐高温、耐磨损、强度高、加工性好、耐腐蚀性好、综合本钱低.机筒与螺杆的配合间隙直接影响挤出机的挤出量,机器的使用寿命.间隙的大小决定 着漏流量的大小,而漏流量又影响挤出量.漏流量的大小与间隙的三次方成反比.聚乙挤出 机的配合间隙在0.25-0.32mm之间4 .机筒的加热方式电加热：电加热可以分为电阻加热和感应加热两种方式.感应加热一般是在机筒外壁缠绕线圈实现电磁感应加热.这

9、种加热方式的优点是能量损失小、效率高、精度高、加热时 问短.但是本钱较高,目前很少采用了.电阻加热是一种较常用的加热方式.常用的加热器有铸铝加热器、陶瓷加热器、不锈钢 加热器等.这种加热方式总体本钱低,温度便于限制,但是能耗高,效率低,且体积大.流体加热：就是在机筒子的外壁缠绕铜管,然后要铜管内部通加热载体如导热油 而实现加热的一种方式.这种加热装置需要配备一台辅助加热设备,本钱相对较高,很少采 取用.5 .机筒的冷却方式水冷：机筒的加料口段必须采取水冷的方式,这样可以提升螺杆的输送水平.风冷：风冷是一种比拟柔和的冷却方式.温度波动相对较稳定,但是这种冷却方式冷 却速度慢,体积大,噪音大.6

10、.机头组件：双壁波纹管挤出机头的结构较复杂, 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,由于聚烯烂管材一般采用单螺杆挤出机,具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,也能提升产量.小规格的双 壁波纹管生产线可只用一台挤出机同时挤出内外层.机头的作用有：使熔融物料由旋转运动变为直线运动；产生必要的成型压力,保证制品的密实；使物料通过机头时进一步得到塑化；通过机头断面得到所需要断面形

11、状和尺寸的料坯.7 .挤出机的限制系统：挤出机的限制系统主要由检测元件例如热电偶、压力传感器仪表例如电压表、电流表、温度表、速度显示器和其他机电元件构成.其作用是保证挤出机在给定的工艺条件温度、螺杆转速、熔体压力、电流下运转,保证制品的质量.比 较重要限制参数有：挤出压力.挤出压力一般应限制在30Mpa以内,压力过在降低生产效率,增加能耗比；压力过小那么制品不利于成型.螺杆转速：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.螺杆转速一般限制在最高转速的75%-85%为宜.在正

12、常生产过程中,应尽可能使用较低的螺杆转速来到达最高的固体输送水平,这样一方面可以预防物料在较大 的剪切力作用下发生热降解,另一方面也可以提升制品的质量和挤出的效率.限制的方法第一是在机筒内外表纵向上开槽,提升物料与机筒的摩擦力,从而到达提挤 出量的目的.第二是限制好下料段的温度,以便使物料有相对大的推动力,因此下料段的温 度一般应限制在140 C以下.熔体温度：聚烯烂的熔体温度不能超过 230 C,超过此极取限,材料的热降解严重影 响管材的质量.机筒轴线方向上各点温度的分布：典型的聚烯烂的挤出温度的设置如下：机筒第一段：80-100 C第二段一第六段：175 200 C机头：190220 C功

13、率消耗：一般显示电流.8 .挤出机性能指标：评价一台挤出机综合性能的指标如下：生产水平Q:单位时间内最大挤出量.单位为 Kg/h名义比功率,又称为单耗 N/Q :单位产量所消耗的功率.KW/Kg二熔融理论1、挤出过程中塑料的流动机理塑料沿螺杆向前移动,经历着温度、压力、状态的变化.这种变化在螺杆各段是不一样 的.根据塑料的变化情况,通常把螺杆工作局部分为三段：加料段、压缩段、均化段.加料段输送段：塑料在加料段还是固体状态,这一段的作用主要是接受来自料斗的 塑料并将其送到压缩段,因此螺槽容积可维持不变,一般是等深等距.通常加料段的螺槽不 会被塑料全部填满,具填充程度与塑料的形状,干湿程度,加料装

14、置有关.加料段第一个作 用就是为塑料粒状固体提供软化温度,其次是以螺杆的旋转与固定的料筒之间产生的剪 切力,实行对软化塑料的破碎,而最主要的是以螺杆的旋转产生足够大的连续而稳定的推力 和反向磨擦力,以形成连续而稳定的挤出压力,进而实现对破碎的塑料的搅拌与混合,并初 步实行热交换.因此,塑料在此阶段虽只发生破碎和软化,并未发生物态的转变,但在挤出 过程中这段却是重要的,它产生的推力是否连续均匀稳定,剪切应变率的上下,破碎与搅拌 是否均匀都直接影响着挤出的质量和产量.压缩段熔融段：压缩段接受由加料段输送过来的松散料.在此,塑料受到了较高温 度的热作用,这时的热源,除外加热外,螺杆旋转的摩擦热也在起

15、作用,由于螺纹深度相对 减小,使得热作用更为显著,而来自加料段的推力和来自均压段的反作用力也在此区域对塑 料同时产生作用.这个作用的结果是在塑料的前进中形成为与主流反向的回流,这回流产生 在螺槽内以及螺杆与套筒的间隙之间,这一回流的产生不但使物料进一步均匀混合,而且使 塑料热交换作用参加,到达表里热平衡,由于在此阶段的作用温度已超过塑料的流变温度, 加之作用时间已长,致使塑料发生了物态的转变,即由固态转为粘流态可塑态,此时塑料分子发生了根本的改变,分子问张力极度松弛,假设为结晶性高聚物,那么其晶区开始减少,无 定形区增多.除组成中的特高分子量而外,主体完成了塑化,即所谓的“初步塑化.同时在压力

16、作用下,排除了固态物料中所含的气体,实现初步压实.均化段计量段：均化段把压缩段送来的熔融塑料进一步塑化均匀,最后使料流定量 定压由机头模口均匀挤出.因而均化段也常称为计量段.来自螺杆的推力和来自机头处的反 作用力使塑料在此阶段所受的径向压力和轴向压力最大,这种高压作用,能使含于塑料内约占其总体积50%的气体排出,并使胶层压实致密.在此段,由于高温、高压的作用,使得经 过熔融段未能塑化的高分子在此段完成塑化, 从而最后消除“颗粒,而使塑料塑化充分均匀2 .物料在挤出机内的四种流态.正流：物料沿着螺槽向机头方向流动,也即正方向流动.这种流动是由螺杆旋转的推 挤造成的,正流是挤出过程中最主要的流动方

17、式,决定了挤出量的大小.逆流：逆流与正流的方向相反,它是由机头,模具,等对熔体反压力所引起的.所以 也称反压流动.逆流会一定程度上减小挤出量,它随着机头压力的增大而增大.横流：也就是与螺纹相垂直方向的流动.它也是螺杆旋转时推挤所造成的流动.熔体 沿与螺纹相垂直方向流动,到达螺纹侧壁时,料流便向机筒方向流动,以后又被料筒或螺杆 挡住,不得不改变流向,这样便形成了环流,这种流动对物料的混合,热交换和塑化影响很 大,但对总的生产影响不显著,一般都不考虑.漏流：漏流也是由于螺杆头部模具、机头、多孔板等对熔体的反压力引起的,漏流不 是在螺槽中运动,而是产生在螺纹顶端和料筒之间,螺杆与料筒的间隙通常很小,

18、所以流动 速率要比正流和逆流小得多.3 .塑料熔融理论由料斗进入螺槽的颗粒状固体塑料,经过固体输送区被压紧成因体床,固体床在螺槽内 向前推进过程中,与机筒外表接触的塑料由于机筒子的热传导和摩擦热的作用,首先开始熔 化,形成一层熔体膜.当熔体膜的厚度超过机筒与螺杆的间隙时,旋转的螺棱将熔体膜刮落, 并强制会聚于螺纹推力面的前侧,形成熔体池.在熔体池与固体床的界面处,是已被受热软 化、变形而粘结的料粒,此时物料处于高弹态向黏流态转化的过程.随着螺槽中的物料不断 向前推进,机筒加热传入的热量和熔体膜受螺杆与机筒的剪切力产生的热量,不断给传递给 未熔化的固体床,使固体床与熔体膜之间界面处继续不断地熔化

19、,致固体床逐渐变窄,直至2所示.消失.熔体床逐渐变宽,最后螺槽全部被熔体充满,塑料全部熔化.如图图2四、成型原理1、成型机：波纹管成型机是生产波纹管的关键设备,关系到管材的质量和产量.双壁 波纹管的成型方式也多种多样,并且不同于其它管材的成型设备.按模块装配方式可分为：立式和卧式水平式两种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,但模块更换较困难,特 别是大口径模块的更换；水平式又称为卧式成型装置可使模块水平开合通常只有大口 径的成型设备,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,大幅度提升了生产的速度.按定型方式可分为：气压定型和真

20、空定型两种目前局部厂家采用气压定型法设备,也就是将压缩空气通过机头模芯支座上的筋条和固 定在模芯上的螺塞加到外层管坯内腔,使管坯紧贴在模块上,形成波峰.这种设备生产出来 的制品可以是任意截面,还可以提升波纹管的质量,减少凹凸波纹宽度上有厚度误差,并且减少废品,还大大简化了制品内冷却设备的结构和机头结构.但是压缩空气的波动使管材的 波峰不尽一致,产品的外观较难限制.2、成型模块： 波纹管而成型模具主要就是模块,它决定着管材的根本结构和尺寸.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,模块上就必须有抽真空用的通道.成

21、型模块的 结构直接决定着管材的环刚度.结构如图 3所示.图3五、工艺流程图外层图4：双壁波纹管生产工艺流程图内层六、开机前的准备1 .原材料：聚乙烯混配料应在7080 c的温度下枯燥2小时前方能使用；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,以提升生产效率.原材料必须堆放在枯燥通风的场所,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 .设备操作：由电工检查整条生产线的电器线路和电器元件,使其到达开机要求后才 能开启电源.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

22、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限制,以预防聚乙烯分解.挤塑机各区温度分布分析如下：a.加料段一般采用低温.这一段根本任务是进料,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 0b.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

23、流态的转变.因此此区的温度稍高,只有到达一定的温度,才能保证大局部物料得以塑化,这一区的温度 一般不超过的分解温度即可.c.均化段：塑料在此区段已大局部塑化,而其中小局部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.加热时间的限制：按工艺卡规定设置加热温度,开始加热.一股波纹管的机头都比拟大,需要足够的加热时间才能保证设备的平安,可以按梯度升温的方式进行加热.机头各区加热约提前3小时左右,再开启1#、2#挤出机的加热.具体可以按100-120 C为第一梯段, 150-160 C为第二梯段,180 C

24、至工艺温度为第三梯段.当温度升至第一梯段时保温2小时, 至第二梯段时保温1小时,至第三梯段保温1小时后将各区段的温度设定为工艺温度,保温 半小时后开始启动挤出机.在升温的同时应作以下工作.检查液压系统是否运转正常；各处限位开关是否到位以及通断自如；调整成型水套的水平和中央线,检查是否在一条直线上；将成型机开到生产位置,分开左右模块,如是立式成型机那么将上下模块分开用塞尺测量模块与水之间的间隙,进行相应调整；更换或调整下游辅助设的模具.七、开机过程中的考前须知：挤出机启动之前必须检查各区段温度是否正常,如发现异常,必须待处理完毕前方能启动挤出机.以免损坏螺杆等部件或喷料伤人.各开机条件具备后启动

25、主机,刚启动主机时必须将熔体压力限制在一定范围内,以免料温过高而喷料伤人.挤出时要观察主机电流和压力,如果电流和压力过大,必须先检查、排除故障后才能开机,以免损坏设备.随时监测主电机、减速箱的温度和声音,如有异常,及时报告设备治理人员,确定是否停机.水套的材质较软,更换规格时不能与金属物相撞.处理损伤处时不能用800目以下的砂纸打磨.成型机正常运转时要随时观察所有轴承及附件的完好情况,如有损坏或异常要及时更换和处理.成型机的润滑系统要随时保证运行正常,否那么必须立即停止成型机.成型机的移动轨道要保持清洁.每次更换模块时必须清理干净.每次更换模块时必须检查所有的销子和定位槽是否完好,如有异常情况

26、时要处理好后才能安装.O模块的转运、安装、拆卸要格外小心,严禁损伤任何部位.上下模块卧式为左右模块不能压得太紧,以防将模块压变形或成型机主电机过载.真空泵要定期清理过滤网和泵腔内的水垢,以免影响真空度或损坏电机.真空泵的供水系统要定期检查.预防管材锯屑进入成型机的滑道和其他部位.八、常见产品缺陷的原因分析1、刚开机时波峰不能成型,这时通常伴随着外层真空不能到达需要的真空度(>0.06Mpa ).这是波纹管生产中最常见的现象之一.原因一般有：参数方面,例如成型机的 速度与挤出量不匹配,如挤出量不变的话,成型机速度过快那么模块内的料坯太厚,在压缩空 气和真空负压的作用下料坯不能贴上模块内外表

27、,难以成型.如果成型机的速度过快,那么料 坯缺乏以填充模块的内外表,大气压进入如图 3所示的真空槽,无法成型.原材料方面：原材料内有杂质；由于一局部原料长时间在机头内接收热量,致原料热 降解,失去韧性,难以成型；因局部区段温度失控,温度过高致物料烧焦,烧焦的物料会黏 附在模具外表,在挤出过程中,时而夹带局部焦料,夹带有焦料的料坯就无法成型.另外, 整体温度过高也很难成型.机械方面：成型模块的中央线与水套的中央线偏离过大,这样其中一边的物料被严重 拖曳(拖破),无法成型；真空管路有漏气现象；压缩空气气路有堵塞；两模块问问隔过大等.2、内壁不平整.内壁不平整一般由真空度偏小、水套温度过高、内层过薄等引起.真 空度偏小应当检查内层真空管路是否畅通,真空泵是否工作正常等.水套温度过高一般是因 为冷却水的水温过高或冷却水的流量过小引起,可通过这