PE管材的生产设备及其技术.doc

罗敦勇iPE管材的生产设备及其技术325PE管材的生产设备及其技术罗敦勇(上海金纬机械制造有限公司，上海201804)PE管材挤出设备制造技术的飞速进步，促进了 度、抗开裂性等提高很大，使管材壁厚减薄许多，这 PE管材综合性能的提高，从而导致PE管材的市场就使PE管材在经济上技术上的推广优势得到了极 需求量高速增长。笔者希望通过介绍部分典型的设大的发挥。 备，提出生产各种管材对设备的基本要求及其关键2几种PE管材挤出设备 技术，以帮助同行较好地了解与选择各种设备，以期21PE燃气管、给水管挤出设备 推动管材行业的顺利成长。 应用于市政工程的输送水、燃气、排污管道，特1PE管材的分类及其优点 别是干线多的大口径HDPE管材因直径大、壁厚厚，11PE管材的分类 挤出成型困难，故对挤出生产线提出了更高的要求。 按用途PE管材可分为PE燃气管、PE给水管、若加工方法不当，将导致树脂的破坏及性能下降，过 邮电通讯用多iL管、硅芯管、PE双壁波纹管、PE双高的熔融温度和剪切力都会导致HDPE强度下降。 壁缠绕管和各种工业用PE管等；按尺寸可分为：外 同时，为了提高产量，而将挤出机转速提得过高，可 径小于010 mm的细小管材以医疗等特殊行业用管 能对HDPE产生较大的剪切力，导致局部温度的不 为主；外径为010一0400 nlm的管材，以实壁管为 均匀，这意味着管材是在不稳定的工艺条件下进行 主；外径为0400一02000 mill的大口径管材以双壁 的，从而造成管材性能的差异。管材挤出后进入定 波纹及缠绕管为主；外径大于2000 mm的超大口径径水箱，如何冷却定径将是管材生产的技术关键。 管材，以排水管为主，但因价格性能比过高，市场难 所以。挤出生产线具有稳定的生产工艺是生产高质以接受，用量极小。量HDPE管材的前提。12PE管材的优点211挤出机 PE管材具有耐腐蚀、抗冲击、耐老化、耐寒、质HDPE在挤出机料筒内熔融塑化，通过模头成轻、耐磨、给排水流通性好、不污染环境等优良性能。 型管坯。要求挤出机能快速而充分地将树脂熔融。 巨大的市场需求推动PE管材的大规模生产，由于熔体温度要尽可能均匀，方可确保熔体流量的恒定，PE管材独特的柔韧性、可熔接性、施工简便、成本平稳流动的熔体通过模头把树脂分散，形成沿圆周低、使用安全可靠等特点，导致在市政建设等众多领方向均匀的、在整个长度方向上壁厚一致的管材，为 域中、在管材的使用选择中最受青睐。 此挤出机的螺杆长径比要求在24：1以上，最具代表13PE管材的原材料 性的长径比为30：1甚至33：1。挤出机的驱动功率PE料可粗分为两大类：高密度聚乙烯(HDPE) 要大；减速箱采用高扭矩，低噪音；挤出料筒采用开 和低密度聚乙烯(LDPE)；HDPE是在较低压力下聚槽强制加料输送系统，使其在优化生产率下有较大 合而成，又称为低压聚乙烯。LDPE是在较高压力 的可调性保证了管材的均匀性。 下聚合而成，因此又称为高压聚乙烯。 稳定可靠的电气控制和精确的机简加热冷却控用于PE管材的原料必须是“聚乙烯管材专用 制精度是保证HDPE熔体均匀的关键。 料”，是在大型石化企业内以石油裂解出的乙烯为螺杆是挤出机的心脏，各种类型的螺杆都可适 基体，经过严格控制聚合过程，加入适当的添加剂后用于PE管材的挤出，但要得到产量高、熔体均匀并 制成的颗粒状原材料。LDPE的强度较低，只能用且挤出稳定的螺杆，其设计上必须使螺杆混炼效果 于低压、小直径的管材；HDPE料用于给排水管、输好，避免过高的剪切力使聚合物剪切损伤或熔融过 气管。近年来，按ISO 44271996标准，管材专用 热而降低树脂的性能。设计生产的螺杆采用屏障式 料分为五个等级：PE32、PE40、PE63、PES0、PEl00。 螺棱、带混炼头的双级螺杆，该螺杆具有物料输送能随着PE材料的技术进步，其拉伸应力、长期强力强、混炼效果好、熔体均匀、挤出稳定的特点。白326 2002年中国工程靼料加工应用技术研讨会论文集动换网装置用于过滤、细化已塑化的熔融物，可进 有定径筒，其真空度应调节到挤出管坯贴吸到定径 步提高管材性能。HDPE管材挤出生产线所配置的 筒上，各个真空室的真空度可任意控制，以适应不同 挤出机见表1。 冷却阶段对管径的要求，这样，也便于PE管材的生裹】HDFE管材挤出生产线所配置的挤出机产，提高成品率。型号 产量乜机螺杆长 适宦管 为了克服挤出管坯与定径筒间的摩擦阻力和熔kgh功率kw 径比(LD) 径范围mm体粘附在定径筒上，保证管材表面外观良好。定径JWS6533 120250 45 33 020075筒前端采用水环冷却和水膜式冷却润滑的结构，将JWS9033 220340 90 33 0500j60JWSl2033 420680 160 33 0160。0400 水流当润滑介质，保证了在一定长度的定径筒内管 JWSl5030 550980 250 30 口2000500 材得到均匀的冷却与润滑，同时在箱体呋加装几道 JWSl8030 8001400 355 30 02500710定径环，以弥补修复管材的椭圆度。212挤出模具 大口径厚壁的HDPE管材迅速均匀冷却是困难 HDPE管材挤出模头可以采用支架式模头、筛的，虽然通过真空冷却定径以后，管材表面已冷却固 板式模头、螺旋式横头等。在选择模具时，考虑熔体化，但管材仍处于熔融状态，熔融热量迅速传递至管 流经的整个区域应避免发生挂料现象或流速不等，材表面，还未固化的熔融内层极易在管材的自重下以及流速减慢而导致停留时间过长，若熔体在高温 下垂，造成管材壁厚的不均匀和较大的椭圆度。 下停留时间过长熔体发生氧化而降解引起性能下冷却水箱采用喷淋式冷却系统，保持较低而恒 降，降解以后树脂可能发生周期性断裂，形成管材表定的进水温度和较高的水压，使水呈雾状迅速喷淋 面缺陷。至管材四周，均匀带走热量。定径控制主要取决于对于大口径的厚壁管材采用支架式模头是不适 挤出速度和冷却能力之间的平衡，若水温经常变化， 宜的，通过支架以后的熔体往往由于各种原因在汇 要求操作者不断高速操作，这是难以保证稳定的高 合时不能紧密融合在一起，使接缝处强度减弱，故一 质量的生产，因此，恒定的冷却水温度显得十分重 般推荐使用筛板式模头或螺旋式模头。 要。设计的HDPE管材模头为筛板式模头，(又称 就冷却水箱而言，为保持稳定的生产，冷却水量 为篮式模头)，熔体在该模头流经时，首先由轴向流 及水温的自动控制是必须的。 动通过过流篮至径向流动，然后又变成轴向流动，二214牵引与切割 次改变熔体流动方向使熔体混合更加均匀，流动更HDPE挤出生产线通过强制牵引来克服管材通 加稳定。熔体通过筛篮时径向面积较大，其模腔压 过定径筒与各冷却水箱的密封垫所产生的摩擦力， 力明显低于其它结构的模头，使熔体温度较低，提高 牵引速度的稳定性决定了管材的壁厚均匀性。PE 挤出量成为可能。模芯采用内加垫方法，使厚壁管 管材牵引机采用履带式牵引。根据规格不同采用双 材挤出时，熔体温度更加一致。 履带、三履带、多履带的牵引。牵引速度是无级变213定径要求速，并通过PLC程序与主机实现同步调速，同时具 HDPE是高结晶性聚合物，成型收缩率为2 有自动增厚装置，使每根管材的两个端面壁厚比中4，熔融管坯从模头挤出以后通过定径筒，在冷却 间壁厚稍厚，确保管材的联接处的强度要求。 过程中应精确控制好定径筒的尺寸，它既可采用真切割机一般采用自动定长切割，小于娜o mm 空定径法又可采用内压定径法，这两种方法均要求小管径采用无屑切割，大121径采用行星切割，以确保 熔融管坯通过定径筒以后，迅速冷却定径，以保证管管材端面的平整。 材精确的外径和椭闼度要求。特别是对于大口径厚215控制系统 壁管材，厚壁管坯由于自重而易下塌造成壁厚不均HDPE生产线采用自行设计的微电脑控制系匀，以及散热困难，外径难以控制。因此，冷却定径统，系统直观方便，采用人机对话，方便实现工艺条显得十分重要。 件的控制和调节。挤出机转速与牵引实现同步调 我们采用真空定径法，一般是将6 m或8 m长 速，保证生产工艺的稳定与生产质量。的真空定径水箱分成几个真空冷却室，以满足几个该生产线均可加配管材外径及壁厚的超声波自 冷却阶段对真空度的不同要求。在第一真空室外装 动检测和控制系统，以及自动称量加料系统。罗敦勇：PE管材的生产设备及其技术32722PE大口径双壁缠绕管生产设备 的产量速度要求，对型管挤出机的型号及塑化量也221生产原理 需作必要的重视。型管挤出机采用JWS 9033单螺大口径HDPE双壁管是一种经缠绕热熔体焊接 杆挤出机产量达380 kgh，型管线速度达20 m 而成的管道，其管材外壁基本平整，内径由缠绕鼓外 rain。为此，在挤出模具及成型部分均作了相应的调 径定径，所以内径尺寸准确，内壁平整光滑，流体阻 整。力很小。(2)型管挤出模具：要求挤出的型管无分流痕原料通过进料装置及干燥装置自动进人挤出 迹，因此，采用螺旋式高速挤出模具。 机，经塑化从圆形模具中挤出来，挤出的圆形管坯通(3)真空定型箱：类似于普通管材的定径箱，区 过真空定径成方管，再通过冷却水槽后完全定型。 别在于，定径筒采用叠片式，以便于提高定型速度及 缠绕成型机有两方面的作用：(1)牵引方型管材； 效果。定型箱采用两段真空定型式，水箱水位的自 (2)以一定的间隔卷起管材。PE粘接带挤出机将动控制，确保型管的正常生产。 HDPE热熔焊在方型管材之间的问隔部分，从而连(4)喷淋水箱：用于对型管进一步冷却，在高速 接起方型管材，最后形成内外光滑的双层壁管材。 挤出线中是必需的。222工艺流程(5)聚乙烯焊接熔料挤出机：采用JwS 6533 工艺流程见图1。 单螺杆挤出机，该挤出机的位置和高度以及熔料的 PE原料切人角度非常重要，需有调整机构，保证熔焊料有一色母料斗+ 个合适的切人点，熔焊料恰到好处地填满缝隙。回收料-j (6)熔焊料的挤出模具与型管尺寸有关。 (7)缠绕成型机：包括缠绕成型工作台鼓形缠绕成型装置，成型异向辊、滚压轮等，需要指出的是， 牵引速度与方型管的粘接强度取决于缠绕成型模具 头部与尾部之间隔的斜度比率。幽1工艺搋程(8)切割机：切割锯片用密齿型刚硬的锯片前223主要工艺控制点 后移动自动切割。 (1)在方型管材通过冷却水箱定型时，需根据(9)翻管机：因管的口径较大，翻管机的主要功原材料及当时的环境条件，控制到适度的水温。能是为切割好的管子自动卸管。(2)在缠绕熔焊时，控制型管填空的熔料形状， (10)电控系统：微电脑控制系统，系统直观方 使其形成类似“工”字型，一方面是为了增大熔焊面 便，采用人机对话，实现工艺条件的控制和调节，两 积，提高焊接强度，另一方面是为了确保达到设计的 台挤出机以及缠绕成型机的速度可同步自动设定、 环刚度。 调节。(3)在填充熔焊时，要控制温度和压轮压平时 225双重壁缠绕管生产线主要技术参数 的压力，首先要有适合于填充熔焊时的环境温度，填 (1)专用挤出机 充熔焊料的温度要比挤管熔融温度高1020；同 专用挤出机的技术参数见表2。 时要防止填料流动不稳定和熔料熔接管材时的收缩寝2专用挤出机的技术参数变形，要准确控制挤出料量及缠绕速度的配合，防止项目型管挤出机 熔接带挤出机JWS 9033JWS 6533融料被拉伸。螺杆直彩am9065(4)要特别注意调整好缠绕成型模具的扭转角螺杆长径比(tD) 33：l 33：l度，它是成型是否可靠的关键技术之一。 主电机功率kW 90 45224双层壁缠绕管成型设备技术条件挤出量kgh一220380 120180(1)HDPE异型管材挤出机：一般采用单螺杆 (2)专用辅机 PE管材挤出机，由于需使用部分或全部回收料，因 专用辅机的技术参数见表3。 此，对螺杆、机筒的基本要求是，长径比为30：1或23 HDPE硅芯管生产设备33：1，螺杆有促进混炼塑化的元件，为了提高成品管由于高速公路上光缆铺设中已广泛使用HDPE2002年中国工程塑料加工应用技术研讨会论文集寰3专用辅机的技术参数 其主机为高效螺杆挤出机，机头为共挤螺旋机头，采辅机型号 墼管定型台 模：影mm 缠绕成型范围岫翻管机mm用真空负压定径与喷淋循环冷却。牵引为双履带高CRG600ZDTll0 0200一姗 m00一嘶00 速牵引机，牵引电机采用变频调速，牵引速度稳定、CRGl000 ZDlll0 06000100006000100006一01000可靠。整条生产线采用可编程微机控制，实现各功CRGl500 ZDTll0 们1000150001100015000110001500CR伽 Z町110 口1600一咖 01600一成姗 01600一姗能模块化，控制精度高，操作方便。硅芯管线的性能指标见表4。硅芯管作为护线套管，现已有较多的设备生产厂家裹4硅芯管线的性能指标及管材生产厂家在大批量生产该种管材。挤出机型号项目硅芯管生产线的主要优点是实现高速挤出，正JWs 9035 JWS 4530 JWS 3028常生产速度达1220 mmln，为硅芯管材降低生产 挤出量kgh一280 40 J0成本提供可能。总装机容量kW 220该生产线由三台挤出机共挤而成，芯层为硅胶管材规格mm 2们5牵引速度m-min“15与HDPE的共混改性，外层为HDPE，并有标志线。陈洁等：超细蛋白石生产工艺设备的研究329超细蛋白石生产工艺设备的研究陈洁顾晓华李青山王庆瑞(齐齐哈尔大学齐齐哈尔161006) (东华大学纤维改性国家重点宴验室，上海20(3051)摘要研究生产超细微粉新的工艺设备，并成功地应用这套设备利用嫩江蛋白石页岩生产出了适应纺丝级的超 细微粉。结果表明，该装王生产出的产品具有纳米级的微孔，吸附性很强，细化的蛋白石微粉能较好地与聚丙烯腈、 聚醚、聚酯等复合。应用广泛。美t词蛋白石工艺设备气流粉碎超细粉蛋白石页岩是一种稀有矿石，呈灰色泥质结构， 微层理构造，质地轻，硬度低，均匀粒状，易碎。主要 成分有方英石、鳞石英、蛋白石、蒙脱石、水云母、少 量石英、长石等，含大量叶肢介化石。矿石具有大量的毛孔状微孔隙，比表面积特别 大，可达2773 cnl2g，吸水率744，孔径520 nnl。由于矿石孔隙度高，吸水性强，吸附性好，可吸 附氯化物、亚硝酸盐、氰化物、Pb、Hg、As等有害物质 或元素，并具有较好的脱色和漂白性能。矿石化学成分为Si02 8101，A1203784，(1卜振动料仓；一旋风分离器；卜筒式捕集器；一气流粉碎机；一冷冻式干燥器；储气罐； Ire203 168，Ca(2 660，MgO 0589，K20一后冷却器；一空气压缩机113，Na2 O 020，P2 05 001，H2 O+图1 超细气流粉碎工艺流程图010，H20242，FeO 021，Ti0202，动加料器、加料斗、加料喷射器、粉碎喷嘴、粉碎室、 Mn 001。 出料管、集料桶、空气压缩机、离心通风机、压力表、 笔者用x衍射、差热分析、差示扫描、红外吸收 旋风分离器、冷冻式干燥器、滤袋捕集器、后冷却器 和电子显微镜系统地分析了矿样，并就矿粉的细化 等组成。将经处理的蛋白质石灰岩由振动料仓进 做了探讨，可达9”m以下，可直接用于涂料、油墨，料，送人气流粉碎机。压缩空气通过加料喷射器，使 并制成聚合物蛋白石粉复合材料。 粉料被吸人粉碎室，同时通过粉料在粉碎室外围的1工艺流程_及设备 四只粉碎喷嘴有方向性地向粉碎室高速喷射，使粉1，1蛋白石超细粉体制备原理料在粉碎室内粉碎，被粉碎的超微粒子受粉碎室中蛋白石超细粉气流粉碎的原理是利用压缩空气心附近向心气流的作用，由出口管进入旋风分离器。的压力能，在粉碎室内形成高速气流轨迹。这种超大部分料在旋风分离器下部的集料筒内被收集，剩音速喷射气流，使粉料受到撞击、剪切、压缩等力的下的更细物料及气体则进入滤袋捕集器，粉料进入作用，粉体相互间产生激烈摩擦，当外应力大于粒子滤袋捕集器下面的集料桶，气体从捕集器上部排出。本身的内应力时，就能达到粉碎的目的。在粉碎室 最后，气流粉碎机细化的颗粒达10m以下。内还由于离心力的作用，能达到使粉体分级的作用，2蛋白石超细粉粒径分析只使超微粒子被分离出来，较大的粒子在离心力的 由该装置生产出的蛋白石超细粉颗粒的形状与 作用下，继续在粉碎室内作高速圆周运动，并被继续 在粉碎过程中气流流速的大小以及通过粉碎如何变 粉碎，直至粒径小至被分离的程度。最后用气流粉成颗粒的形状有关，由粉碎机理的复杂性以及在粉 碎机进一步细化蛋白石粉体颗粒到10 Ixm以下。碎过程中经受各种不同方式的形状改变，使气流粉 I2蛋白石超细粉气流粉碎设备及制备流程碎制品中的颗粒为非均匀分布的颗粒，表1为粒度 生产蛋白石超细粉工艺流程的设备主要是由振分布。图2为粒径10m的蛋白石颗粒电镜照片。330 2002年中国工程塑料加工应用技术研讨会论文集衰1 离心沉降式粒度分布位粒度测试结果 粒径“m区间频率O 00一l 0022 48l 002 0016 832 003 009 623 00500 190750010 00 15 26 图2蛋白石粒径电镜照片10 0020 00 1675 备超细化探讨和应用试验研究表明，该装置生产出 中位粒径(D)trm 31l 的超细蛋白石页岩粉体具有纳米级微孔，可以用来 质量平均粒径“|Il 5 30 制备纳米复合材料等，具有很高的应用价值。最大粒径“20 00 参考文献最小粒径“。l 00潘永康现代干燥技术北京：化学工业出版杜1998 谭天恩，等化工原理北京：化学工业出版社，1990上述分析表明，矿石经粉碎达到100“m以下，李青山，等智能纤维织物系统的研究与发展第二届功能性纺织再用气流粉碎机进一步细化至10m以下，达到了 品及纳米技术应用研讨会，北京：2002-05-20所期望的产品指标。 Masashi K of GHDreinforced softemban Nymericaanalysis clay3结语 meNt Fiber andIndustIy200056(12)：343Keiz