CN115558182A - 一种耐高温聚乙烯热力管的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种耐高温聚乙烯热力管的制备方法，其步骤是：选取不同重量份数配比的高密度聚乙烯料和中密度聚乙烯料，加入密炼机中形成混合物。将上述混合物用密炼机混炼并造粒后，投入单螺杆挤出机中，在设置的温度范围内挤出聚乙烯热力管。然后通过专用定径套对挤出的聚乙烯热力管进行定径扩张。定径扩张后，将定型的聚乙烯热力管放入加长真空箱中进行冷却成型，然后进行切割。
Description
技术领域
本发明涉及管材制备技术，尤其涉及一种耐高温聚乙烯热力管的制备方法。
背景技术
传统的热力管道一般采用钢管为工作管，外加保温层的结构。内层工作钢管受水中溶解氧浓度和PH值的影响，很容易被腐蚀，抗腐蚀性能不佳，在长期运行的情况下，很容易发生管壁泄露的危险。由于热力管道一般直埋于地下，一旦发生泄露维修起来非常困难，并且传统热力管道成本较高。随着供热需求的增加，人们开始寻求更经济的管道，于是PE-RT二型热力管脱颖而出。
PE-RT二型热力管的结构与传统的以钢管为工作管的保温管相同，是由PE-RT二型工作管、聚氨酯保温层和聚乙烯外护管组成的三位一体的保温复合塑料管道，施工和维修维护成本低。PE-RT二型热力管中的聚乙烯外护管的材料为高浓度聚乙烯(High DensityPolyethylene，简称为“HDPE”)。高浓度聚乙烯(HDPE)是一种由乙烯共聚生成的热塑性聚烯烃，作为一种结晶度高、非极性的热塑性树脂，HDPE具有良好的抗腐蚀性、良好的抗氧化性以及易成型加工等特点，并具有耐酸碱、耐有机溶剂、无毒、价廉的优点，所以被广泛的应用于热力管道中。但是，HDPE热力管的抗拉伸强度和抗压能力不强，存在韧性较差、耐热稳定性差等问题，易变形、发脆，在热水环境下容易发生破裂。
发明内容
本申请提供了一种耐高温聚乙烯热力管的制备方法，以解决高密度聚乙烯HDPE热力管在热水环境下容易破裂及抗拉伸能力差的问题。
本申请提供的耐高温聚乙烯热力管的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)、将高密度聚乙烯料和中密度聚乙烯料分别加入密炼机中，形成混合物，所述高密度聚乙烯料和中密度聚乙烯料的重量份数配比为：高密度聚乙烯料100份，中密度聚乙烯料10-100份；
步骤(2)、将步骤(1)中的混合物用密炼机混炼并造粒后，投入单螺杆挤出机中，挤出聚乙烯热力管；
步骤(3)、通过扩张设备对步骤(2)中得到的聚乙烯热力管进行定径扩张；
步骤(4)、通过冷却设备对步骤(3)中定型后的聚乙烯热力管进行冷却成型；
步骤(5)、将步骤(4)中冷却成型后的聚乙烯热力管进行切割。
通过上述步骤，可以制备出不同配比的聚乙烯热力管，利用不同配比的管材，可以对所制备的聚乙烯热力管的耐热性和抗拉伸能力进行对比，进而得到所需要的聚乙烯热力管的最佳配比。
可选的，对聚乙烯热力管进行定径扩张后，所述聚乙烯热力管的管材壁厚达到PE100级1.6MPa标准壁厚，以满足聚乙烯热力管对抗压能力的要求。
可选的，步骤(2)中挤出机的挤出温度设置为185-200℃，该温度可以使造粒后的高密度聚乙烯料与中密度聚乙烯料的混合物颗粒能更好的熔化。
可选的，所述单螺杆挤出机中的螺杆材料为38CrMoAl优质合金钢，38CrMoAl优质合金钢有较高的表面硬度，耐磨性及疲劳强度，相较于普通合金钢螺杆，38CrMoAl优质合金钢螺杆具有更好的硬度和耐磨性，可使高密度聚乙烯颗粒和中密度聚乙烯颗粒的混合和塑化效果更好。
可选的，所述扩张设备为专用定径套。由于厚壁管材收缩率大，使用专用定径套可使聚乙烯热力管冷却后其外径或内径达到规定的尺寸公差范围，以及获得良好的表面粗糙度。
可选的，所述冷却设备为加长真空箱，所述加长真空箱的长度为15-21米。由于制备过程中加工温度高，管材壁厚厚，使用加长的真空箱可以使聚乙烯热力管被较好的定型。
可选的，本申请提供的耐高温聚乙烯热力管的制备方法还包括：
将步骤(5)中切割后的聚乙烯热力管连入高密度聚乙烯给水管设备进行测试，测试条件为：水温95度，测试时间165个小时，测试压力0.8MPa。通过测试结果，可知道所制备的聚乙烯热力管是否满足条件，是否是本申请所需要的目标管材。
可选的，步骤(1)中所述高密度聚乙烯料和中密度聚乙烯料的重量份数配比为以下重量份数配比的一种或多种的组合：
高密度聚乙烯料100份，中密度聚乙烯料10份；高密度聚乙烯料100份，中密度聚乙烯料20份；高密度聚乙烯料100份，中密度聚乙烯料30份；高密度聚乙烯料100份，中密度聚乙烯料40份；高密度聚乙烯料100份，中密度聚乙烯料50份；高密度聚乙烯料100份，中密度聚乙烯料60份；高密度聚乙烯料100份，中密度聚乙烯料70份；高密度聚乙烯料100份，中密度聚乙烯料80份；高密度聚乙烯料100份，中密度聚乙烯料90份；高密度聚乙烯料100份，中密度聚乙烯料100份。选用多组配比的混合材料进行测试，不仅可以提供不同组之间的差异信息，同时也可以获取更加全面的数据信息，使测试数据更加可靠。
由以上技术方案可知，本申请提供的耐高温聚乙烯热力管的制备方法，其步骤是：选取不同重量份数配比的高密度聚乙烯料和中密度聚乙烯料，加入密炼机中形成混合物；将上述混合物用密炼机混炼并造粒后，投入单螺杆挤出机中，在设置的温度范围内挤出聚乙烯热力管；然后通过专用定径套对挤出的聚乙烯热力管进行定径扩张；定径扩张后，将定型的聚乙烯热力管放入加长真空箱中进行冷却成型，然后进行切割。通过上述步骤，可以制备出不同配比的聚乙烯热力管，利用不同配比的管材，可以对所制备的聚乙烯热力管的耐热性和抗拉伸能力进行对比，进而得到所需要的聚乙烯热力管的最佳配比。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种耐高温聚乙烯热力管的制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。
高密度聚乙烯管具有耐酸碱、耐有机溶剂的优点，是热力管道输送必不可少的管材之一，但也同时具有易变形，易发脆的特点。就HDPE而言，其内部存在的不饱和双键、支链、末端基等，会引起老化或破裂，在使用过程中，若受到热作用，会导致HDPE的分子结构发生变化，从而使材料的性能下降甚至导致破坏。热力管道的输送中，管网线中的温度通常会超过90度，而在热水的环境下，高密度聚乙烯管容易破裂。
为了解决上述问题，本申请提出一种耐高温聚乙烯热力管的制备方法。
本申请提供的耐高温聚乙烯热力管的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)、将高密度聚乙烯料和中密度聚乙烯料分别加入密炼机中，形成混合物，高密度聚乙烯料和中密度聚乙烯料的重量份数配比为：高密度聚乙烯料100份，中密度聚乙烯料10-100份；
步骤(2)、将步骤(1)中的混合物用密炼机混炼并造粒后，投入单螺杆挤出机中，挤出聚乙烯热力管；
步骤(3)、通过扩张设备对步骤(2)中得到的聚乙烯热力管进行定径扩张；
步骤(4)、通过冷却设备对步骤(3)中定型后的聚乙烯热力管进行冷却成型；
步骤(5)、将步骤(4)中冷却成型后的聚乙烯热力管进行切割。
其中，步骤(1)中的高密度聚乙烯料为PE100级给水管料，例如，可以为韩国大韩油化HDPE-P600、韩国SK的HDPE6100、齐鲁石化的2480中的任意一种。步骤(1)中的中密度聚乙烯(Polyethylene of raised temperature resistance，英文缩写PE-RT)料，例如，可以为韩国SK的PERTDX800、韩国LG的SP980、美国DOWLEX2388、美国DOWLEX2344中的任意一种。对于聚乙烯来说，较高的密度通常可改善材料的机械强度，如拉伸强度和硬度，较低的密度提高了冲击强度和耐环境应力开裂性。所以本申请采用将高密度聚乙烯和中密度聚乙烯混合在一起形成混合物的方法来制备聚乙烯热力管。
混合时，以高密度聚乙烯料的质量份数为基准，若高密度聚乙烯料为100份，则中密度聚乙烯料的份数为10份、20份、…90份、100份中的其中一个数值。将上述其中一组配比的高密度聚乙烯料和中密度聚乙烯料提前干燥好后分别投入密炼机中形成混合物。由于聚乙烯是一种白色不透明的蜡状材料，若需在制备的过程中得到黑色的聚乙烯热力管，在一些实施例中，在将高密度聚乙烯料和中密度聚乙烯料加入密炼机混合时，还需同时加入黑色色母料2份。色母料加热熔融后颜料颗粒能很好地分散于高密度聚乙烯料和中密度聚乙烯料中，以得到颜料分散均匀的混合物颗粒。
混炼时，由于高密度聚乙烯HDPE的熔点为131℃，而中密度聚乙烯PE-RT的熔点比高密度聚乙烯HDPE的熔点底，所以，本实施例中将步骤(2)中密炼机的混炼温度设置为140-145℃，以便于使高密度聚乙烯与中密度聚乙烯的混合物更好的混合并进行造粒。
经过上述操作将混合物混炼并造粒后，将混合物颗粒投入单螺杆挤出机中进行熔化、压实、搅拌和施压。为了使混炼后的颗粒充分塑化和混合，将挤出机机筒区长度自后向前均分为4段，各段温度为：第1段为185℃，第2段为190℃，第3段为195℃，第4段为200℃。
本实施例中，步骤(2)中单螺杆挤出机的螺杆材料为38CrMoAl优质合金钢，38CrMoAl优质合金钢有较高的表面硬度，耐磨性，可以提高螺杆的抗磨损、抗腐蚀等性能，增加螺杆的使用寿命，可使高密度聚乙烯和中密度聚乙烯颗粒的混合和塑化效果更好。
经单螺杆挤出机挤出的聚乙烯热力管因受热会产生收缩，所以挤出后的断面直径并不是实际所需要的直径尺寸，还需要利用扩张设备对挤出的聚乙烯热力管进行扩张。本实施例中，步骤(3)中所采用的扩张设备为专用定径套。定径套在聚乙烯热力管的成型中是至关重要的，它直接影响聚乙烯热力管的内在质量和外观。定径套的材料为导热性能良好的金属，本实施例中采用铝合金，在一些实施例中，还可以是20#钢。
本实施例中，定径套的真空定型区采用真空槽结构，在靠近入口位置槽宽比较小，为1～1.5mm，且排布得较密集。随着聚乙烯热力管逐渐被冷却变硬，槽宽加大到3～4mm，槽间距也随之加大。在定径套真空定型区这段长度内，必须使聚乙烯热力管的外表面硬化，待管子离开定径套时，管壁的硬化深度必须足以使聚乙烯热力管能支持自重，不会变形或破裂，否则会影响聚乙烯热力管的尺寸精度。定径套的长度应适当，本实施例中，定径套的长度为聚乙烯热力管内径的10倍，在一些实施例中，定径套的长度也可以是聚乙烯热力管内径的12倍。
经过步骤(3)对聚乙烯热力管进行定径扩张后，聚乙烯热力管的管壁厚度应达到PE100级1.6MPa的标准壁厚，以满足聚乙烯热力管对抗压能力和防开裂性能的要求。例如在一些实施例中，所加工的聚乙烯热力管规格为DN100，则聚乙烯热力管外径为110mm，壁厚为10mm。
对聚乙烯热力管进行定径扩张后，得到外径尺寸精确的管材，这时需要对管材进行冷却定型。聚乙烯热力管在制备过程中，挤出时机筒的后段温度在185℃左右，经过步骤(3)定径扩张后温度虽然有所降低，但温度仍未低于125-131℃，且管材的壁厚厚，所以在对聚乙烯热力管进行冷却成型时，采用的冷却设备为加长真空箱。使用加长的真空箱可以使聚乙烯热力管被较好的定型。本实施例中，加长真空箱的长度为18米，在一些实施例中，长度也可以是20米。
聚乙烯热力管经加长真空箱定型好以后，可取出进行切割。考虑到对材料的浪费问题，本实施例中所制备的聚乙烯热力管的单根长度为15米。从中选取10米进行切割，每1米一节，切割成10节。选取的10米长度位置，应在15米长度热力管的中间位置，注意不要截取聚乙烯热力管中两个端部位置的材料。
本申请提供的耐高温聚乙烯热力管的制备方法还包括：
将步骤(5)中切割后的聚乙烯热力管连入传统的高密度聚乙烯给水管设备进行测试，测试条件为：水温95度，测试时间165个小时，测试压力0.8MPa。由于热力管网线中的供水温度为110-150度，但聚乙烯热力管作为外护管，经隔热层隔热后，外护管传到的热度会降低到90度以下，因此测试时满足95度的水温条件即可，测试压力满足0.8MPa即可。
本申请提供的耐高温聚乙烯热力管的制备方法还包括：
选取一种或多种高密度聚乙烯和中密度聚乙烯的重量份数配比的组合进行测试。
实施例一：
选取高密度聚乙烯料100份，中密度聚乙烯料10份，黑色色母料2份加入密炼机中，形成混合物。将上述混合物用密炼机在140-145℃下混炼并造粒后，投入单螺杆挤出机中，在185-200℃下挤出聚乙烯热力管。然后通过专用定径套对挤出的聚乙烯热力管进行定径扩张。定径扩张后，将定型的聚乙烯热力管放入加长真空箱中进行冷却成型。成型后将聚乙烯热力管从中选取10米进行切割，每1米一节，切割成10节。将切割后的聚乙烯热力管连入传统的高密度聚乙烯给水管设备进行测试，测试条件为：水温95度，测试时间165个小时，测试压力0.8MPa。测试后检查聚乙烯热力管的外观及状态，测试结果为，所制备的聚乙烯热力管未发生破裂。
实施例二：
选取高密度聚乙烯料100份，中密度聚乙烯料50份，黑色色母料2份加入密炼机中，形成混合物。将上述混合物用密炼机在140-145℃下混炼并造粒后，投入单螺杆挤出机中，在185-200℃下挤出聚乙烯热力管。然后通过专用定径套对挤出的聚乙烯热力管进行定径扩张。定径扩张后，将定型的聚乙烯热力管放入加长真空箱中进行冷却成型。成型后将聚乙烯热力管从中选取10米进行切割，每1米一节，切割成10节。将切割后的聚乙烯热力管连入传统的高密度聚乙烯给水管设备进行测试，测试条件为：水温95度，测试时间165个小时，测试压力0.8MPa。测试后检查聚乙烯热力管的外观及状态，测试结果为，所制备的聚乙烯热力管未发生破裂。
实施例三：
选取高密度聚乙烯料100份，中密度聚乙烯料100份，黑色色母料2份加入密炼机中，形成混合物。将上述混合物用密炼机在140-145℃下混炼并造粒后，投入单螺杆挤出机中，在185-200℃下挤出聚乙烯热力管。然后通过专用定径套对挤出的聚乙烯热力管进行定径扩张。定径扩张后，将定型的聚乙烯热力管放入加长真空箱中进行冷却成型。成型后将聚乙烯热力管从中选取10米进行切割，每1米一节，切割成10节。将切割后的聚乙烯热力管连入传统的高密度聚乙烯给水管设备进行测试，测试条件为：水温95度，测试时间165个小时，测试压力0.8MPa。测试后检查聚乙烯热力管的外观及状态，测试结果为，所制备的聚乙烯热力管未发生破裂。
由以上测试结果可知，由以上重量份数配比的高密度聚乙烯和中密度聚乙烯共聚形成的聚乙烯混合物所制成的聚乙烯热力管，均可以满足在95度水温、0.8MPa压力的环境下连续工作165个小时不破裂。由上述方法制备的聚乙烯热力管与HDPE管相比，提高了耐热性能和抗拉伸能力，解决了HDPE管在热水环境下容易破裂的问题。
通过上述实例，本申请提供一种耐高温聚乙烯热力管的制备方法，其步骤是：选取不同重量份数配比的高密度聚乙烯料和中密度聚乙烯料，加入密炼机中形成混合物。将上述混合物用密炼机混炼并造粒后，投入单螺杆挤出机中，在设置的温度范围内挤出聚乙烯热力管。然后通过专用定径套对挤出的聚乙烯热力管进行定径扩张。定径扩张后，将定型的聚乙烯热力管放入加长真空箱中进行冷却成型，然后进行切割。为了得出高密度聚乙烯料和中密度聚乙烯料的最佳配比，还需要对成型后的聚乙烯热力管在特定条件下进行测试。在水温95度、测试时间165个小时、测试压力0.8MPa的条件下，若测试结果为管材完好未破裂，则所采用的配比为最佳配比。
而通过测试结果可知，测试的配比均可满足条件，则最佳配比是一个区间值，即：高密度聚乙烯料100份，中密度聚乙烯料10-100份。
本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。
Claims (8)
1.一种耐高温聚乙烯热力管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)、将高密度聚乙烯料和中密度聚乙烯料分别加入密炼机中，形成混合物，所述高密度聚乙烯料和中密度聚乙烯料的重量份数配比为：高密度聚乙烯料100份，中密度聚乙烯料10-100份；
步骤(2)、将步骤(1)中的混合物用密炼机混炼并造粒后，投入单螺杆挤出机中，挤出聚乙烯热力管；
步骤(3)、通过扩张设备对步骤(2)中得到的聚乙烯热力管进行定径扩张；
步骤(4)、通过冷却设备对步骤(3)中定型后的聚乙烯热力管进行冷却成型；
步骤(5)、将步骤(4)中冷却成型后的聚乙烯热力管进行切割。
2.根据权利要求1所述的一种耐高温聚乙烯热力管的制备方法，其特征在于，对聚乙烯热力管进行定径扩张后，所述聚乙烯热力管的管材壁厚达到PE100级1.6MPa标准壁厚。
3.根据权利要求1所述的一种耐高温聚乙烯热力管的制备方法，其特征在于，步骤(2)中挤出机的挤出温度设置为185-200℃。
4.根据权利要求1所述的一种耐高温聚乙烯热力管的制备方法，其特征在于，所述单螺杆挤出机中的螺杆材料为38CrMoAl优质合金钢。
5.根据权利要求1所述的一种耐高温聚乙烯热力管的制备方法，其特征在于，所述扩张设备为专用定径套。
6.根据权利要求1所述的一种耐高温聚乙烯热力管的制备方法，其特征在于，所述冷却设备为加长真空箱，所述加长真空箱的长度为15-21米。
7.根据权利要求1所述的一种耐高温聚乙烯热力管的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：
将步骤(5)中切割后的聚乙烯热力管连入高密度聚乙烯给水管设备进行测试，测试条件为：水温95度，测试时间165个小时，测试压力0.8MPa。
8.根据权利要求1所述的一种耐高温聚乙烯热力管的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述高密度聚乙烯料和中密度聚乙烯料的重量份数配比为以下重量份数配比的一种或多种的组合：
高密度聚乙烯料100份，中密度聚乙烯料10份；高密度聚乙烯料100份，中密度聚乙烯料20份；高密度聚乙烯料100份，中密度聚乙烯料30份；高密度聚乙烯料100份，中密度聚乙烯料40份；高密度聚乙烯料100份，中密度聚乙烯料50份；高密度聚乙烯料100份，中密度聚乙烯料60份；高密度聚乙烯料100份，中密度聚乙烯料70份；高密度聚乙烯料100份，中密度聚乙烯料80份；高密度聚乙烯料100份，中密度聚乙烯料90份；高密度聚乙烯料100份，中密度聚乙烯料100份。
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