PE管概述

PE管概述挤出机起源于18世纪，JosephBramah(英格兰)于1795年所制造的用于制造无缝铅管的手动活塞式压出机就被认为是世界上的第一台挤出机。从那时起，在19世纪前50年期间，挤出机基本上只适用于铅管的生产、通心粉以及其它食品的加工、制砖及陶瓷工业。在作为一种制造方法的发展过程中，第1次有明确记载的是R.Brooman在1845年申请的用挤出机生产固特波胶电线的专利。固特波公司的H.Bewlgy随后对该挤出机进行了改进，并于1851年将它用于包覆在Dover和Calais公司之间的第1根海底电缆的铜线上。1879年英国人M.Gray取得第一个采用阿基米德螺线式螺杆挤出机专利。在此后的25年内，挤出方法逐渐重要，并且逐渐由电动操纵的挤出机迅速替代了以往的手动挤出机。1935年德国机械制造商PaulTroestar生产出用于热塑性塑料的挤出机。1939年他们把塑料挤出机发展到了一个现阶段——现代单螺杆挤出机阶段。传统螺杆挤出机挤出过程，是靠机筒外加热、固体物料与机筒、螺杆摩擦力及熔体剪切力来实现的。“摩擦系数”和“摩擦力”，“粘度”和“剪应力”是影响传统螺杆挤出机工作性能的主要因素，由于影响“摩擦”和“粘度”的因素十分复杂，因此，传统螺杆挤出机挤出过程是一个非稳定状态，难以控制，对某些热稳定性差、粘度高的热敏性塑料尤为突出。自60年代以来，世界上各国学者对螺杆挤出机理进行了大量研究，也取得了明显的成就，但由于他们的研究大多局限于传统塑料挤出成型机理、机械结构形式和换能方式，因而一直未能取得重大突破。传统螺杆挤出机所存在的如体积庞大、能耗高、噪音大、产品质量提高难等一系列缺点没有得到根本解决。而如今，现代化的塑料挤出机已普遍采用现代电子和计算机控制技术，对整个挤出过程进行在线检测，并采用微机闭环控制。为适应生产发展的多样化需求，塑料成型技术已朝着现代高效大生产与智能化控制方面蓬勃发展。1PE管概述1.1PE管市场应用背景近年来我国的塑料管道行业得到了迅猛的发展，塑料管道的应用领域在不断扩大，塑料管道已经成为全国各地随处可见的被人们广泛认知的产品。塑料管道因其具有耐腐蚀性、抗老化、质量轻、水流阻力小、施工便捷、工程造价低等特点，在管道工程中占据着重要的位置，形成了一种势不可挡的发展趋势。目前国外塑料管仍以聚氯乙烯(PVC)管和聚乙烯(PE)管为主导产品。近几年来，聚乙烯管作为城市供水管和燃气管发展很快，增长速度远远超过PVC管。我国塑料管材的发展也十分迅速，已能生产排水、给水、供水、穿线、燃气、化工和微滴灌管等多种用途的塑料管材。1.2塑料管道产业发展趋势回顾国内塑料市场，种种迹象表明，塑料产业竞争的区域边界正在逐渐消失，中国塑料企业正全面置身于全球范围的竞争与合作之中，全新的竞争格局带来了全新的市场环境。目前，我国建筑塑料制品的发展已到了鼎盛时期，建筑用塑料制品占总塑料消费量的比例在提高。塑料管道作为新型化学建材，在建筑塑料中的用量及需求量巨大。塑料管道因其具有安全可靠、保温节能显著、流体输送阻力小等优点已普遍为人们所接受，在我国已得到广泛的应用，目前塑料管行业面临着难得的历史发展机遇。1.3市场需求a.新世纪的前10年内，住宅建筑将成为经济发展的主要支柱。随着“十五”计划的实施，经济的发展，人们收入水平的提高，城市化进程的加快，城市人口数量的增加，大量危旧房屋改造及房地产二级市场、租赁市场的加快发展，住宅建设总量将会有较快的增长，而建筑用塑料管用量必将增大，排水、给水塑料管的应用量和应用面都会稳定增加和扩大。b.环境保护的需要。推广应用塑料管，淘汰耗能高、污染严重的传统材料是不可抗拒的必然趋势。c.政府实行积极(扩张)财政政策，大量投资交通、水利、通讯、能源等基础设施，这些基础建设工程都为塑料管扩展了新的用途，增加了用量。1.4塑料管的优势更加突出塑料和传统材料不同，技术进步的步伐加快，不断出现的新技术、新材料、新工艺使塑料管相对传统材料的优势越来越突出。塑料管材与传统的金属和水泥管相比质量轻(一般仅为金属的1/6~1/10）；有较好的耐腐蚀性、抗冲击性和拉伸强度；塑料管内表面比铸铁管光滑得多，摩擦系数小，流体阻力小，可降低输水能耗5%以上；制造能耗可降低75%；运输方便，安装简单，寿命可长达30~50年等多种优点。近10年来聚乙烯管在世界各国发展很快，发达国家在给水领域和燃气领域应用聚乙烯管已占绝对优势。1.5我国PE管材发展市场前景预测中国的经济在持续高速增长，“西部大开发”、“西气东输”、“南水北调”，以及全国公路网、铁路网建设、住宅建设等都为塑料管开辟了空前的市场；各种农业用塑料节水灌溉器材的需求也与日俱增，这些因素都为我国塑料的发展提供了历史的机遇。据预测，到2010年可达到300万吨。其中，PE管材管件的市场将超过66万吨。聚乙烯管材管件独特的优越性已经逐步被广大用户认同，同时，国外有关PE管材的先进生产技术和应用技术也开始在中国推广，相关的产品标准和技术规范正在逐步完善，以此预期，中国PE管材将会有很快的发展,在燃气管市场、城市给水管市场、农村给水和灌溉市场、埋地排水市场及其它市场得到很好的开拓。2PE管挤出机应用技术2.1PE挤出机技术优势预制直埋式保温管自20世纪80年代初从欧洲引进我国后，被广泛用于城市供热工程中。预制直埋式保温管由3层构成，由内向外依次为低碳钢管、聚氨酯泡沫保温层、聚乙烯(以下简称PE)外套管保护层。与传统的保温管保护层材料(石棉布等)相比，PE外套管具有机械强度高、密封性能好、耐腐蚀性强、热损低、使用寿命长等特点杜绝了由于钢管与保护层材料热膨胀系数不同而引起的保护层破坏；可有效防水，防潮；通过设置聚氨酯整体发泡层，使聚氨酯保温层与钢管形成了一个整体，解决了预制直埋式保温管钢材的腐蚀问题。2.2PE管挤出技术挤出成型是在挤出成型机中通过加热、加压使PE物料以流动状态连续通过模具制成连续型材的方法。挤出过程包括3个阶段：①塑化，经过加热或加入溶剂使固体物料变成黏性流体；②成型，在压力的作用下使黏性流体经过模具得到连续的型材；③定型，用冷却或溶剂脱除的方法，使型材由塑性状态变为固体成型状态。2.3PE管定径工艺PE管定径工艺分为负压定径和正压定径。负压定径和正压定径的区别在于使用气压不同，负压定径是在定径舱中制造低于大气压的环境，使塑性状态的PE管材在负压下紧贴定径装置成型；正压定径是在定径装置中通入高压空气迫使塑性PE管材紧贴定径装置而成型。2.4挤出生产线的组成挤出生产线组成见图1-1，主要设备包括挤出机、主体模具、负压定径舱、定径装置、二次冷却系统、牵引装置、切割装置等。图1-1挤出生产线流程2.4.1挤出机挤出机包括挤出螺杆、机筒等。挤出机单位时间挤出量直接影响到整条生产线的生产能力，挤出机对PE原料的塑化能力也直接影响产品的质量。在聚合物加工工业中应用最普遍的螺杆挤出机为塑炼式螺杆挤出机，它可用于注射成型和各种挤出成型。塑炼式螺杆挤出机可分3段：固体输送段、熔融段、挤出段。PE粒料或粉料从料斗落入机筒内，随着螺杆行进压实粒料，PE粒料沿螺槽挤压前行，在熔融段粒料将成为均相PE料流，随后通过主体模具挤出。2.4.2主体模具主体模具的作用是使挤出机挤出来的PE熔融物均匀地通过整个模具断面，使PE熔融物形成连续的管材。主体模具由口模、芯模、加热装置、模具支座等组成，芯模靠分流支架（分流梭）支撑于口模之中，PE料流在口模与芯模之间的流道中流动。目前，广泛采用的模具为筛篮式模具，这种模具可使PE料流流动速率达到预期值，同时还具有阻力小、产量高、结构紧凑、连接合理、更换方便等特点。PE料流通过口模挤出后与芯模的锥型头接触，逐渐充满口模与芯模的流道，在挤出压力下持续前进。遇分流梭后PE料流被分成多股PE流，PE料流之间产生分离。为了消除流纹和保持各点的PE流压力均匀，筛篮式模具在分流梭后设置了孔板，使PE流通过孔板重新交融，使熔融状态的原料充分融合。2.4.3负压定径舱在设计负压定径舱时应选用功率较高的真空泵，来弥补舱体密封不严的缺陷。定径舱内设有密集的高效喷淋设备，冷却水从PE管坯的四周均匀喷洒在PE管坯表面，使PE管坯尽可能快地冷却、定径。在实际生产中不可避免地会从外界进入一些杂质到水中，为了喷淋设备的工作稳定并减少维护工作量，在水泵前端设置过滤单元，避免杂质堵塞管道和喷头，延长设备使用寿命。为了引管的方便和易操作，在舱的底部加设一套纵向行进装置，使舱体在水平轴向可以移动。2.4.4定径装置图1-2定径装置定径装置主要控制PE管坯的最初直径，考虑到PE管属于柔性材料，温度对其收缩膨胀影响较大，在制造定径装置时应适当增大定径装置的内径。定径装置结构见图1-2。2.4.5二次冷却系统由于管坯在负压定径舱出口处温度仍不能降到室温，即没有完成最终定径，要对管材进行二次冷却。在设计二次冷却系统时应考虑到循环水水质对循环管道的影响，为了防止管道腐蚀，可采用铜管材，也可采用不锈钢管材。2.4.6牵引装置牵引装置对控制管材的壁厚十分重要，在不同牵引速率下PE管的壁厚会发生变化，一般牵引速率快则PE管壁厚减小，反之壁厚增加。牵引装置使多条链轮在同一速率下转动，保证了各点的同步牵引。在控制橡胶带和管材表面的接触压力时，采用了气动控制系统，通过比例调节阀可精确调节接触压力，保证管材各点受力均匀，各点前进速率恒定，从而控制PE管壁厚。3.结语PE管挤出机的应用一直以来是国内橡胶制造业所探索的技术，在国内的发展极其迅速，希望通过本文的市场调研，能为中国的挤出机制造业提供一种基于市场的创新思维及研发新型挤出机的理念，在市场调研的基础上，能够设计出一种可行的装备以及一种全新的生产工艺，提高产品竞争力，扩大生产规模，在挤出机生产的市场上占有绝对的优势。