钢骨架聚乙烯塑料复合管生产技术与工程应用.doc

钢骨架聚乙烯塑料复合管生产 技术与工程应用深圳管业科技股份有限公司刘洪摘要：钢骨架聚乙烯塑料复合管是以连续缠绕同步焊接成型的钢丝网为加强相，采用塑料熔 融挤出与钢丝网成型同步的复合成型工艺生产的复合管，本文就钢骨架聚乙烯塑料复合管的生产技 术、主要性能特点与工程应用技术作了简单的介绍。关犍词：钢骨架聚乙烯塑料复合管生产技术性能特点工程应用1、钢骨架聚乙烯塑料复合管结构与执行标准11钢骨架聚乙烯塑料复合管结构 钢骨架聚乙烯塑料复合管是由连续缠绕同步焊接成型的钢丝网圆筒为加强相镶嵌在热塑性塑料管壁中间构成(图一、图-)。钢丝网与塑料互相交织浑然一体，钢丝网 网孔面积占圆筒表面积的60以上，对塑料的流动、收缩的约束小，内应力小，圆滑的 钢丝也不会对内部塑料造成损伤，钢塑复合均匀可靠。钢丝网由若干平行管材轴线的经线和以一定间距螺旋缠绕在经线外的纬线组成，经纬线间通过自动焊接使钢丝网定型。图一图二钢骨架聚乙烯塑料复合管的承压能力来源于钢丝网与塑料管壁，当钢丝网纬线间 距、纬线钢丝直径、纬线钢丝的抗拉强度、塑料料种或壁厚任一项变化时，管材的承压 能力就会发生改变。哈尔滨工业大学对该管材建立的力学模型分析结果显示：钢骨架聚 乙烯塑料复合管的承压能力20左右由钢丝网的纬强承担。因此，钢丝网纬线间距、纬 线钢丝直径与抗拉强度是影响钢骨架聚乙烯塑料复合管承压能力的主要因素，通过改变 这几个因素，即可对管材的承压性能进行灵活调整。12钢骨架聚乙烯塑料复合管执行标准 钢骨架聚乙烯塑料复合管现行标准有：1、CJT 1232004给水用钢骨架聚乙烯塑料复合管；1202、CJT 1252000燃气用钢骨架聚乙烯塑料复合管；3、HGT 3690-2001工业用钢骨架聚乙烯塑料复合管。2003年9月27日，建设部标准定额司发布了关于批准CJT 1252000(燃气用钢骨架聚乙烯塑料复合管)等两项标准第一号修改单的通知，将燃气用钢骨架聚乙烯 塑料复合管的公称压力由044MPa提升到了08MPa。CJT 123-2004标准中，将给水 用钢骨架聚乙烯塑料复合管的允许使用最高温度由70。C提高N-Y 80。C。配套的管件现行标准有：1、CJT 124-2004给水用钢骨架聚乙烯塑料复合管件；2、cJfr 126-2000燃气用钢骨架聚乙烯塑料复合管件；3、HGT 3691-2001工业用钢骨架聚乙烯塑料复合管件。2、钢骨架聚乙烯塑料复合管生产线与生产技术21原料选用 钢骨架聚乙烯塑料复合管生产所需的原材料有钢丝和聚乙烯混配料。1、钢丝 钢丝网的定型依靠经纬线间的焊接实现，因此钢丝必须具有较好的焊接性能，普遍选用一般用途低碳钢丝。同时，为了防止钢丝储存期发生锈蚀，钢丝表面必须镀可焊性 好的防锈层(如镀铜)。钢丝强度的选择，主要考虑管材主承压元素纬线钢丝，纬线钢丝的强度选取得高， 在保证同等承压能力的情况下，可以减少纬线钢丝用量，降低管材综合原料成本。其抗 拉强度选取值不小于400MPa。钢丝直径的选择需综合考虑管材的强度、成本以及工艺所必须的钢丝间的净间距 (3mm)，各规格管材选用钢丝直径见表1。表1钢丝直径 单位：衄公称内径Dn 50 65 80 100 125 150 200 250 300 350 400 450 500 600 钢丝直 经线 20 20 2。O 2O 2。0 2。0 2O 25 25 3O 3O 35 35 35 径d 纬线 2O 2O 2O 2O 2O 25 25 25 30 35 35 35 35 352、聚乙烯混配料钢骨架聚乙烯塑料复合管的主承压元件是纬线钢丝，PE层所取的承压作用很小， 因此，选择高强度值的聚乙烯对管材性能的改善不明显，选用PE63级以上的管材混配 料即可。22生产线介绍 生产线主要由送线站、挤出机、成型机、冷却槽、牵引机、切割机、翻料架、旋风车床、封口注射机和电控系统组成(图三)。每条生产线可生产23种151径的管材，能 生产Dn50一Dn600共14种规格的管材。121鞠料架 bu制机 开：t；l机冷上栅成侧机图三 钢骨架聚乙烯塑料复合管生产线钢骨架聚乙烯塑料复合管结构上的特点，决定了生产工艺和设备有其特殊性，下面 简单介绍一些主要设备的特点和工作原理：1、成型机成型机是管材成型的核心设备，由绕焊系统、复合成型机头、冷却系统等构成。在 该设备上完成管状钢丝网骨架的制造，并且与熔融的塑料均匀的复合，冷却定型形成钢 骨架塑料复合管材。绕焊系统采用模糊焊接技术，将沿纵向连续运动的经线与螺旋缠绕运动的纬线以电 阻焊接方式形成一个连续前进的管状钢丝网骨架(图四、图五)。图四钢丝网绕焊成型 图五钢丝网绕焊成型示意图复合成型机头在型芯和口模之间留有钢网的通道，借鉴了筛孔机头的结构，并增加 了物流均化和外成型调整机构，使料流分配更加均匀，壁厚调整更加方便快捷。内成型 设有钢网定位结构，钢丝网骨架在前行过程中，与塑化好的熔融状态的塑料在一个开式 型腔内连续复合，并以内冷定径及外浸水复合冷却初步定型，达到可牵引强度。2、牵引机钢骨架聚乙烯塑料复合管生产时，需保证钢丝的连续运动，所需的牵引力是同口径 塑料管的几倍。因此增大了履带式牵引机履带包角和接触面积，使每条履带的牵引力达 到10000N以上。3、切割机 全自动程序化控制旋转锯带式切割锯，用于不均匀材质管材的切割，切口偏差小，运行平稳。4、封口注射机在封口模具内将管材定长切割后裸露的经线、纬线钢丝用塑料封闭起来，同时为管 材二次注射加工锥型或法兰管头。1225、电控系统 采用先进的可编程控器(PLC)及电子触摸屏，可实现自动和手动控制。具有工艺参数设定、显示和对生产线各部件与运转情况进行监测、报警等功能。23工艺流程与控制要点1、钢骨架聚乙烯塑料复合管生产工艺流程如下：壁厚监测仪 在线监剥管材壁厚一送线站 一 h一 一2、工艺控制要点1)送线站经线盘支撑轴的张力控制要适度，以正常生产时不松线为原则；经线引 线时避免造成刮线、卡线的现象发生。2)温度控制。温度控制和设定是设备能够正常运行，生产出合格产品的关键工艺 参数，根据塑料的物性指标确定。若选择的塑料是高密度聚乙烯，熔融指数(MI)在 O3O69lOmin(5kg)范围内，挤出机料筒的加热温度一般设定在185230范围内，机头外成型温度设定在220左右，内成型温度设定在190一210范围内。3)钢丝网绕焊成型。 A、主机转速要与牵引速度匹配，保证纬线中心距要求； B、纬线盘的阻尼调整要合适，运行时以不松线为原则，以保证经纬线焊接所需的正压力；C、钢丝网焊点的作用仅是保证钢丝网在与塑料复合的过程中形状的稳定，不需要 太高的焊接强度，以防止纬线的有效直径减小，管材的爆破压力降低。通过调整焊接系 统中晶闸管的导通角(即调节电流大小)来调整焊接效果。4)挤出机的螺杆转速应保证管材的外周长达到产品标准的要求，般而言螺杆工 艺转速在第一次试车时就能摸索出来。对于不同原料和挤出温度，螺杆工艺转速也不同， 需要在生产中加以修正。5)冷却。采用内定径套(内成型)的内冷形式结合外壁强制水冷的方式，对管材进行双面强制冷却。冷却水温度控制在1825。C为宜。内成型水量要进行有效的控制， 特别是小口径直管生产时更应严格，如果内外冷却水量控制不匹配，很容易造成复合管 质量上的缺陷。内冷却水压调至0304MPa，水量由水量调节阀调整合适后不轻易改 动。外冷却水在管材从复合机头中牵出口模100mm之后打开。6)封口。管材定长切割后，端面经纬线钢丝裸露，若不进行有效的封闭，介质将 沿钢塑复合面串透，因此封口前管材必须在专用车床上车出图六所示的梯形，以增加注 塑融结密封距离(图七)；同时，封口处管材外表必须打磨起毛，以增强注塑融结效果。1皿X受投般强粥投繇褒硷弼硷袋强投懿釜套W L丝丛塑丝箜丝塑兰图六管头车削后图七封口后24工艺特点1、钢丝网缠绕焊接、塑料熔融挤出复合同步进行，复合成型机头借鉴了筛孔机头 的结构，并增加了物流均化，使料流分配更加均匀，复合时不会产生明显的界面。2、高效的冷却内定径方式。采用内定径套的内冷形式结合外壁强制水冷的方式， 对管材进行双面强制冷却。冷却长度比一般塑料管的水槽短。3、通过调节主机转速，即可改变纬线间距，调整管材强度。3、钢骨架聚乙烯塑料复合管的工程应用31管材特点与适用范围 钢骨架聚乙烯塑料复合管具有防腐、不结垢、光滑低阻、保温、不结蜡、耐磨、质轻等翅料管的共同特点。而曰其独特的结构还造就了如下特点：l、羽塑两种材料复合均匀可靠，抗蠕变性能好，持久机械强度高。美国塑料管 学会(PPI)认定的芝加哥Bodycote实验室对该管材进行了长期静液压强度测试，Dn50管 材在不同温度下最长的试验时间及对应试验压力数据如下表2：表2 Dn50管材在不同温度下最长的试验时间及对应试验压力数据温度， 压力，MPa承载时间，h 样管状态23 111637868 结构完好60101330326 结构完好80101316182 结构完好93496514173 结构完好从上表可以看出，在比PPI所认定的公称压力高一倍的承载情况下，时间已达四年 半之久，样管结构完好。说明在额定使用压力下，管材的复合结构具有良好的长期稳定124性与可靠性。Bodycote实验室对该管材的蠕变曲线分析后，得出结论：蠕变不是决定钢 骨架聚乙烯塑料复合管长期静液压强度的主要因素。2、不会发生快速开裂。比利时Becetel实验室按IS013477对Dnl50钢骨架聚乙烯 塑料复合管进行了耐快速开裂性能检测。由于标准试验装置无法在该管材上制造原始裂 口，只好在该管材上热熔对接了一小段SDRll的Del80燃气管。受纯塑管限制，试验 只能进行到1MPa(约是纯塑管快速开裂临界压力的5倍)，该压力下所有试样的裂纹均 不扩展。3、热膨胀系数小。通过测试钢骨架聚乙烯塑料复合管线膨胀系数为354，-35910击 (1。C)，仅是普通碳钢管材3-34倍。实验结果表明，埋地安装时一般可不用热补偿装 置，管材采用蜿蜒状铺设即可起到吸收(或释放)膨胀的作用，从而使安装成本降低。4、刚性、耐冲击性妊，区有适应柔性，刚柔捃济钢的弹性模量通常是高密度聚乙烯弹性模量的200倍左右，由于钢骨架的加强作用改善了管材的刚性、耐冲击性及尺 寸稳定性，同时由于网状钢骨架本身又是一种柔性结构，从而使复合管在轴向也有一定 柔性，因此该管材具有刚、柔结合的特点，地上安装可节省支座数量，成本低，地下安 装可有效承受由于沉降、滑移、车辆等造成的突发性冲击载荷。因此钢骨架聚乙烯塑料复合管可广堕应甩王石油、化工、燃气、供水、排污、砬山、疏浚、海水输送等行业。2002年8月修订的城镇燃气设计规范GB50028-93己将钢骨架聚乙烯塑料复合管列为室外燃气管道。32连接方式钢骨架塑料复合管的连接方式有：电熔连接、法兰连接、对焊连接、承插连接(见 图八、图九、图十、图十一)。漱溅ltAtt虚lNIIb旷口 一一illllll=弋岿l L蕊且_图八电熔连接 图九法兰连接 图十对焊连接 图十一承插连接1、电熔连接采用电熔连接的管材管头带锥形，同时增加了管外层塑料的厚度，连接件电熔套筒 内孔也带有与管头相同的锥度。连接时为锥面与锥面相配，能得到较均匀的配合间隙， 从而熔区升温均匀；管头塑料层的厚度的增加，使其焊接性能接近纯塑管；同时在焊接125过程中使用了扶正器固定接头，避免了在施焊和冷却过程中接头各构件间的意外移动， 有利于保证熔区压力，熔焊效果较好。电熔连接的接头其承压和抗拉强度均高于管材本体。在浙江绍兴北复线燃气管网施 工中，使用Dn300的电熔连接管材，在无套管的情况下，成功穿越了江面水宽267米的 梅山江，穿越距离为324米，因此该管材电熔连接的可靠性很高。2、法兰连接法兰连接采用了两半环和法兰盘组合结构，可以方便拆卸、更换。密封采用O型圈 或法兰垫片。3、对焊连接对焊的管头作了加厚处理，以保证接头强度。4、承插连接承插连接用于给排水管，密封件采用铸铁管用滑入式T型胶圈。5、与其他管材连接与纯PE管连接可采用法兰连接、电熔连接。因钢骨架聚乙烯塑料复合管采用内定 径，而纯PE管采用外定径，两种管材外径不同，采用电熔连接时，钢骨架聚乙烯塑料 复合管头或纯PE管头必须在钢骨架聚乙烯塑料复合管生产厂进行