CN102672934B - 一种燃气用埋地耐开裂聚乙烯管道的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及塑料生产领域，特别是一种燃气用埋地耐开裂聚乙烯管道的生产方法，包括：对原料进行干燥检测，当原料的水分含量小于300mg/kg，投入除湿干燥设备进行干燥处理，采用挤出机对经过干燥处理的原料进行挤出处理；然后采用递增型温度模式进行加热塑化，并经过模具进行初步成型，再通过真空定径及冷却处理，由牵引机进行牵引得到聚乙烯管道，最后采用行星式切割机进行切割。本发明提供的燃气用埋地耐开裂聚乙烯管道的生产方法，能使生产出来的聚乙烯管道很好的承受裂纹和点载荷，进一步提高PE燃气管材耐慢速裂纹增长性能。在有外部划伤和点载荷的作用下，仍能够达到100年的设计使用寿命。

Description

一种燃气用埋地耐开裂聚乙烯管道的生产方法

技术领域

本发明涉及塑料生产领域，特别是一种燃气用埋地耐开裂聚乙烯管道的生产方法。

背景技术

以聚乙烯混配料为主要原料，经挤出成型的管材已大批生产和应用，这种管道耐腐蚀、安装、连接方式简单、可靠、韧性、挠性好，PE管道断裂伸长率超过600%，局部位移不会引起全部管子位移，抗震性很强；另外，聚乙烯的挠性使PE管可以盘卷（尤其是小口径管材），减少大量的连接管件；与金属管道相比，有更好的综合性能，在市政给水、燃气输送、化工流体输送等领域广泛使用。

因为长期强度高，可以保证燃气管道足够长的使用寿命期间承受足够高的压力。耐高速开裂扩展能力好，保证燃气管道不发生偶然性的灾难事故，对于安全性要求很高的燃气行业来说，至关重要，所以燃气管道更是普遍使用PE管材。但是目前的聚乙烯管道材料50年的设计使用寿命都是基于没有瑕疵、内表面和外表面完好无损的管材的长期静液压试验数据外推得到。过往数十年的应用经验表明，施工中由于拖拽或者其他外在因素，特别是采用一些非传统的管道安装方式时（包括施工现场由于时间紧迫或者责任心不强，直接回填；非开挖施工、老旧管道修复等等），管材外壁的划伤和点载荷（石块顶入造成）是不可避免的，因此最根本的问题就是：聚乙烯材料在承受裂纹和点载荷的情况下，如何能够达到设计使用寿命的要求；有无新材料能够耐受和如何来衡量材料耐裂纹增长和点载荷的能力。

发明内容

本发明提供一种燃气用埋地耐开裂聚乙烯管道的生产方法，以解决现有技术生产的聚乙烯管道不能够很好的承受裂纹和点载荷的技术问题。

采用的技术方案如下：

一种燃气用埋地耐开裂聚乙烯管道的生产方法，包括：

对原料进行干燥检测，当原料的水分含量小于300mg/kg，投入除湿干燥设备进行干燥处理，直到原料的水分含量小于150mg/kg时，采用挤出机对经过干燥处理的原料进行挤出处理，所述挤出机的螺杆在加料段与塑化段之间的区段有2~3个螺纹的螺距不相等，且所述挤出机的螺杆在塑化段与计量段之间的区段有2-3个螺纹的螺距不相等；

然后采用递增型温度模式进行加热塑化，并经过模具进行初步成型，所述加热塑化在口模加热温度比机头加热温度高，再通过真空定径及冷却处理，由牵引机进行牵引得到聚乙烯管道，最后采用行星式切割机进行切割。

进一步的，所述挤出机螺杆长径比为30：1。

进一步的，所述模具在出口处设有增压段。

进一步的，所述真空定径的真空度控制在0.03-0.06Mpa。

进一步的，所述冷却处理采用水膜润滑和水环式的冷却。

本发明提供的燃气用埋地耐开裂聚乙烯管道的生产方法，能使生产出来的聚乙烯管道很好的承受裂纹和点载荷，进一步提高PE燃气管材耐慢速裂纹增长性能。在有外部划伤和点载荷的作用下，仍能够达到100年的设计使用寿命。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的说明。

慢速裂纹增长，开始于施工过程中人为的拖拽引起的刮伤以及周围环境例如石头顶住管材外表面造成的点载荷，会形成应力集中区，产生初始的裂纹并发展成为微观的银纹/孔洞，孔洞间的材料会被拔出形成高强度的微纤结构（也称银纹，由于折光指数不同呈现发白的现象而得名）。聚乙烯（PE） 管道材料自身的特点将决定银纹是继续增长发展成裂纹而导致材料破坏，或者阻止银纹进一步发展成裂纹；这个特性就是耐慢速裂纹增长性能。

如何提高管道的耐受性能，一直在研发中。新材料或新工艺的发展，从某个角度来讲，必须要考虑针对某特定的应用领域材料是否适用。

发明人经过大量的实验，确定管材使用寿命（50年/100年）的最终机理是应力裂纹开裂和慢速裂纹增长(脆性破坏)。

为了解决以上问题，要求生产的PE燃气管材除了应满足目前任何现行标准中对PE100材料提出的性能要求，如在DIN-PAS 1075所规定的，在满足目前PE100 材料的所有要求外，定义为PE100-RC的原材料还应符合以下额外要求，见表1：

表1：PE100-RC材料的特殊要求

本实施例对聚乙烯管道从原料、设备、工艺等各个方面进行了改进。

原料：选用法国道达尔的XRC20B PE混配料。

设备：使用德国克劳斯·吗啡单螺杆挤出机生产线，德国摩丹除湿干燥设备。

生产条件及工艺要求：

1.原料在生产前进行水分检测：当水分含量小于300mg/kg,投入除湿干燥设备3个小时，当水分含量小于300mg/kg时，根据检测结果调整干燥时间。在水分含量小于150mg/kg时，才会投入生产。

2. 采用挤出机对经过干燥处理的原料进行挤出处理，选用挤出机螺杆长径比通常为30，螺杆结构宜用等距渐变形。但挤出机的螺杆在加料段、塑化段之间的区段和塑化段、计量段之间的区段有2-3个螺纹是不等距的。

3.采用递增型温度模式进行加热塑化，挤出成型温度包括进料口温度、机筒加热温度、机头加热温度、口模加热温度。合理的挤出成型温度是使原料塑化和促使塑料熔体流动的必要条件，决定着挤出成型过程中原料塑化质量。通常挤出机的温度由机身的加料段到挤出段逐渐升高，原料从固态逐渐熔融，由玻璃态转变为黏流态。口模加热温度比机头加热温度略高。 　　挤出成型温度过低，塑化不好；温度过高，聚合物易降解。挤出成型温度控制体系会选用递增型温度设置。在下料口温度设置较低，口模温度最高。

4. 经过模具进行初步成型，模具选用PE燃气专用模具，螺旋式模头,该模头具有熔体温度低,混合性能好,模腔压力低,生产稳定的特点，该模具在出口处有特殊的增压段，可以使管材更加密实。

5.通过真空定径，真空定径的真空度的大小不仅影响管材的外径，也对管材的内应力有一定影响，所以真空度一般控制在0.03-0.06Mpa。

6. 进行冷却处理，采用水膜润滑和水环式的冷却，在挤出成型过程中，高温管坯的冷却定型应配合合适的冷却方式和适宜的冷却水温。冷却不及时，管坯就会在自身重力的作用下或牵引机夹紧压力作用下变形。定型和冷却往往是同时进行的。冷却过快，易在管材内部产生应力，并降低外观质量。一般控制冷却水温在20℃左右。

7.进行管材印字：采用玛萨激光机。

8. 由牵引机进行牵引得到聚乙烯管道，牵引机对管材的挤出成型起到牵引拉伸作用，是塑料挤出的关键设备。主要由机架、滑座、牵弓臂、升降机构、传动机构等部分组成。牵引速度直接影响产品壁厚、尺寸公差、性能及外观质量，应与挤出速度相匹配。在冷却水温不变时，牵引速度提高，管坯在定径套、冷却水槽中停留的时间缩短，经过冷却定型后的产品内部会残留较多热量，易在表面形成划痕。牵引速度降低，管材壁厚变大，易导致表面粗糙。

9. 最后采用行星式切割机进行切割。

Claims (1)

1.一种燃气用埋地耐开裂聚乙烯管道的生产方法，其特征在于，包括：

原料：选用法国道达尔的XRC20B PE混配料；

设备：使用德国克劳斯·吗啡单螺杆挤出机生产线，德国摩丹除湿干燥设备；

1.原料在生产前进行水分检测：当水分含量小于300mg/kg，投入除湿干燥设备3个小时；在水分含量小于150mg/kg时，才会投入生产；

2.采用挤出机对经过干燥处理的原料进行挤出处理，选用挤出机螺杆长径比为30，螺杆结构用等距渐变形，且挤出机的螺杆在加料段、塑化段之间的区段和塑化段、计量段之间的区段有2～3个螺纹是不等距的；

3.采用递增型温度模式进行加热塑化，挤出成型温度包括进料口温度、机筒加热温度、机头加热温度、口模加热温度；挤出机的温度由机身的加料段到挤出段逐渐升高，原料从固态逐渐熔融，由玻璃态转变为黏流态，口模加热温度比机头加热温度略高；挤出成型温度过低，塑化不好；温度过高，聚合物易降解；挤出成型温度控制体系会选用递增型温度设置；在下料口温度设置较低，口模温度最高；

4.经过模具进行初步成型，模具选用PE燃气专用模具，螺旋式模头；该模具在出口处有特殊的增压段，可以使管材更加密实；

5.通过真空定径，真空度控制在0.03-0.06Mpa；

6.进行冷却处理，采用水膜润滑和水环式的冷却，在挤出成型过程中，高温管坯的冷却定型应配合合适的冷却方式和适宜的冷却水温，定型和冷却同时进行；冷却水温在20℃；

7.进行管材印字：采用玛萨激光机；

8.由牵引机进行牵引得到聚乙烯管道，牵引速度与挤出速度相匹配；

9.最后采用行星式切割机进行切割。