HDPE管材的性能与质量保证

化学建材是当代新兴的，继钢材、木材、水泥之后成为第四大类的重要建筑材料。化学建材产品主要包括塑料管道,塑料门窗，防水材料和建筑涂料总和。聚乙烯（PE）管材作为一种新型建筑材料正在被大力推广使用，在建设部和国家各级政府部门的大力倡导下，近九年，全国形成了PE管材投资热潮，不少原来生产聚氯乙烯（PVC）塑料异型材，PVC塑料管材的企业开始转向投资生产PE管材产品，短短几年，聚乙烯（PE）压力管材的生产企业由2000年前的十几家增加到目前的一百多家，生产企业生产、销售势头良好。作为管材的生产厂家不仅要盯住市场销售量，更要盯住自己的产品质量。PE管材作为燃气、给水用压力管道材料，对质量要求很高，尤其是输送燃气用HDPE管材产品其质量的好坏在使用中直接影响到人民生活安全问题。因此，我们生产企业要引起足够重视，本文主要从原料、工艺控制方面来谈谈在生产过程加强对产品质量的控制。
         一、聚乙烯压力管材原料的控制
        聚乙烯压力管材主要应用于城市供水，燃气输送方面，其使用寿命至少要达到50年以上，并保证绝对安全性。原料的选择对于管材最终能达到的性能是极其重要的，有时是决定性的。生产厂家应选择聚乙烯管材专用料来生产管材，欧洲标准和国家标准对聚乙烯给水和燃气管材专用料性能指标都有明确要求，这就确保了管材产品的质量，管材专用料按材料等级分为PE63、PE80、PE100。目前在供水、燃气用原料主要是PE80、PE100，我们国家聚乙烯树脂产量很大，但适合做管材的树脂并不多，尤其适合做供水、燃气输送用的聚乙烯PE80级专用料更少，PE100级管材专用料根本就没有，管材专用料主要依赖进口，国内厂家目前使用最多的是欧洲几个大公司：如英国BP；北欧化工、阿托菲纳等提供的黑色或黄色混配料和韩国几个公司如韩国三星、LG、大韩油化等提供的不含碳黑的本色料，我们在生产燃气、给水用聚乙烯管材时最好采用混配料，尤其是生产燃气用聚乙烯管材一定要采用混配料，这样产品质量才能得以保证。如采用本色料加色母料生产聚乙烯管材时，一定要注意两个方面问题：色母料加入量，色母料在本色料中分散情况，国家标准对管材中碳黑含量要求达到2.5%，碳黑分散等级达到3级，我们在使用本色料加色母料生产管材时，一定要注意色母料中碳黑含量，目前我们新使用的黑色母其碳黑含量为40%—50%，因此我们在聚乙烯本色料中加入色母料至少要达到5%以上这样才能保证我们生产的管材产品中碳黑含量达标，碳黑含量少，达不到指标要求，会使管材抗氧化性能明显降低，氧化诱导时间缩短，达不到质量要求，另外色母料在本色料中一定要混合均匀，混合不均匀会造成碳黑在熔融料中分散不均，影响管材质量，我们曾做拉伸试验和管材爆破实验，碳黑分散不均拉伸易断，断裂伸长率难达标，管材爆破试验中管材承压远远低于用混配料生产的管材。 原料的含水量也是我们不能忽视的，原料中水份含量直接影响到管材产品的表面质量，管材表面会出现气泡、凹陷、严重者影响到管材耐压强度。因此在挤出生产前需对聚乙烯原料中水份含量进行重新检测，尤其是混配料，由于含碳黑，碳黑容易吸水，造成原料中水份含量远远超标，国家标准要求原料水份含量小于300mg/kg，生产前要对原料进行烘干处理。目前，干燥方式有两种：热风干燥和脱湿干燥，前者干燥效果不是太理想，建议厂家最好采用脱湿干燥设备来处理原料干燥。这种设备是通过热风和分子筛吸附同时处理原料中水份，干燥温度一般不高于80℃， 干燥后原料中水份含量完全能达到国标要求，原料通过干燥处理后降低了水份含量同时投入挤出机中，使原料温度均匀一致，提高了挤出生产稳定性。
          二、生产工艺过程的把握
          生产工艺包括挤出工艺温度、机头压力、挤出速度、牵引速度、真空度、冷却水温等技术参数的控制。挤出工艺温度包括机筒温度、机头温度和口模温度。聚乙烯管材生产采用的是单螺杆挤出机挤出，机筒温度设置为平坦分布，温度可控制在170-200℃之间，对于PE80级原料采用下限温度，对于PE100级原料采用上限温度。机头温度对挤出成型的影响很大。温度过高，挤出的物料形状稳定性变差，易造成制品收缩率增加的厉害；温度过低，物料的熔体粘度增大，机头压力升高，材料离模膨胀较大，产品表面粗糙。机头温度控制在190-210℃ 间，可根据物料出料情况来调整温度高低，口模温度可 控制在220℃左右，一般情况下，口模温度高点对管材表面有好处，管材的表面光洁度高，当然这主要根据所选用原料的情况来具体决定。 机头压力也叫熔体压力，聚乙烯压力管材的熔体压力一般控制在20-40Mpa之间，熔压与机筒内物料塑化程度，螺杆转速，机头部位滤网目 数等指标有关，一般增大熔压，能使产品密实度提高，有利于提高制品质量。挤出速度也叫螺杆转速，螺杆转速的选择直接影响到管材的产量和质量，提高螺杆转速可在一定程度上提高产量，但是单纯提高螺杆转速，则会造成物料塑化不良，管材内壁毛糙，管材温度也会下降。牵引速度与挤出线速度之比值称拉伸比，聚乙烯管材拉伸比为1.2左右，通过调节牵引速度可调整管材的壁厚，在实际生产过程中生产一定壁厚的管材调节牵引进度时需同步调整挤出速度。真空度的大小直接影响到管材的外径尺寸，真空度控制在0.02-0.07Mpa，第一节真空相当重要主要起定径作用，真空度要大些，第二节、第三节真空度可小些，能够确保管材圆度即可。一般情况下生产管材外径尺寸越大，要求的真空度就越高。 目前常用的管材挤出生产方法为真空定径及喷淋冷却，真空冷却定径采用带有水环的真空定径套，置于第一节真空中，冷却水水温和喷淋水流量调节对于管材质量影响很大。冷却水温度一般控制在15-25℃之间为宜，冷却水温度过高将会减慢冷却速度，意味着熔融的原料处于高温时间也将延长，尤其是管材内壁，这样会增大原料中抗氧化等添加剂的分解，降低管材的抗老化性能，同时对管材的定型也有不利影响。相反，如果真空定径水温过低，则会使熔融态的聚乙烯管材外表面冷却结晶速度过快，造成管材内外表面温差过大而使管材定型后产生较大的内应力，降低管材的机械物理性能。冷却水流量可通过流量计来控制，冷却水流量调节过大易管材表面粗糙产生斑点凹坑，调节过小也会使管材表面变差产生斑点，冷却水分布不均还会使管材产生不圆现象。总之，我们要根据设备、模具、原料的具体情况来制定出合理的工艺参数，在生产过程中要严格按工艺制度进行操作，只有这样才能保证稳定高质量的生产。
         三、加强产品的检测手段
         产品的检测分原料检、过程检测和最终产品检测，对于原料检测有两项性能指标在生产前最好检测一下，水分含量和熔体质量流动速率，水分含量对管材的影响前面已谈过，熔体质量流动速率是制定工艺温度的参考依据。过程产品检测就是在产品生产过程中对产品表面质量，外形尺寸（外径、壁厚、圆度等）控制，目前较先进的生产线上配置有在线壁厚测量装置和自动口模对中系统，没有这些装置就要我们使用工具测量管材外径、壁厚和椭圆度等指标如不符要求及时对口模，真空定径进行调节直到能够稳定生产出合格产品。最终产品的检测这是产品出厂前必须要做的，除前面提到的表面质量，外形尺寸检测以外还要对管材产品进行静液压强度、断裂伸长率、热稳定性和熔体质量流动速率四项物理性能指标的检测。 企业要想做强做大，必须把质量放在首位，不然竖牌子的是你，最后砸牌子的还是你。只有做好今天的产品质量，才会拥有明天的一片市场。笔者从事聚乙烯压力管道生产多年，结合自己实践经验提出具体生产过程中产品质量控制的观点以供业内同行参考。