无规共聚聚丙烯管挤出成型试模调机优化方案

2023-06-15 历史故事版权反馈

【摘要】：2）无规共聚聚丙烯管的原材料与配方（质量份）。无规共聚聚丙烯管的成型机头采用篮式或螺旋式结构，熔料流道空腔不宜过大，压缩比为2.5～4，一般螺旋式压缩比稍小，篮式压缩比稍大。无规共聚聚丙烯管挤出成型生产线上，喷淋水箱长度最长可达30m。

无规共聚聚丙烯（PP-R）按其分子中-CH₃基团在空间排列情况，可分为等规聚丙烯和无规聚丙烯。无规共聚聚丙烯是以共聚聚丙烯为基体，经乙烯改性而成的一种树脂，是继均聚聚丙烯（PP-H）和嵌段共聚聚丙烯（PP-B）之后开发的一种新型树脂，简称PP-R。由于PP-R是在PP管材的基础上通过改性后的新管材，所以它不但具备了PP管材的无毒、耐腐蚀、强度高、耐热性好、重量轻的优点，还通过改性克服了PP管原来的缺陷，把低温脆性差和耐老化能力差改变为耐低温性能强、耐老化性能好，而且还有很高的耐低温冲击性能，目前被广泛用于冷、热水的输送管道、各种大、小自来水管、化工输送管、农用排灌管、热交换管、太阳能加热器管等。由于在家庭自来水管道安装中PP-R管可用热熔法连接，简单、方便、可靠、安全、牢固，因此目前自来水管几乎普遍采用了PP-R管。PP-R管目前国内国外都在大量使用，市场非常广阔。

（1）无规共聚聚丙烯管用树脂性能和要求

1）无规共聚聚丙烯管用树脂性能。PP-R管材的原料性能见表3-18。

表3-18 无规共聚聚丙烯树脂的性能指标

用无规共聚聚丙烯树脂挤出成型的管材，除了具有聚丙烯管材质量轻、无毒、耐腐蚀和强度较高的优点外，还有耐低温抗冲击性能好、和其他聚丙烯管材相比在高温条件的环向应力有更好的稳定性的特点。同时它还具有保温效果好、管内壁光滑、液体流动阻力小等特点，在60℃、1.25MPa工作条件下，使用寿命可达50年以上。但由于树脂的熔体流动速率低、熔料的黏性较大，也给管材成型过程带来一定的困难。

无规共聚聚丙烯树脂挤出成型管材用料，应选用乙烯含量为3%（质量比）的颗粒状无规共聚聚丙烯树脂，其密度为0.89～0.91g/cm³，分子量较高，熔体流动速率（MFR）小于0.5g/10min。

2）无规共聚聚丙烯管的原材料与配方（质量份）。

无规聚丙烯，90～97；光稳定剂，0.1～0.3；聚乙烯，3～10；

表面处理剂，0.01～0.1；抗氧剂，0.5；其他助剂，适量。

（2）无规共聚聚丙烯管成型设备无规共聚聚丙烯管的挤出成型工艺路线与普通聚丙烯管的挤塑成型工艺路线相同，挤出机一般都用单螺杆通用型挤出机，原料经熔融塑化后从机头模具中挤出成型，然后用真空定径套降温定型，经过喷淋水充分降温冷却后按规定长度切断成制品。

由于无规共聚聚丙烯树脂的导热性较低，分子量高，熔体流动速率低，树脂熔融态黏度较高，在挤出过程中从晶体到高弹态，再到熔融黏流态，需要的热量较多，电功率消耗较大，所以其原料形态的转化过程对设备的结构要求也较特殊，如螺杆、机筒、机头、定径套、水槽等。

1）螺杆结构。螺杆结构为分离型螺杆（BM型螺杆），长径比L/D≥30，一股取长径比为33。螺杆的均化段处设有屏障型混炼段，螺杆体内钻有中心孔，能通冷却水，以方便对螺杆工作温度的控制，保证进料段原料能顺利被螺杆螺旋推进前移。

2）机筒结构。机筒内孔工作面与普通机筒内孔工作面不同之处是进料段处开有均匀分布在圆周上的纵向沟槽，用以增加原料与机筒内表面的摩擦力，提高原料进入机筒后向前输送能力。纵向沟槽深度为2～3mm，长度值约是机筒内径的3～4倍。

3）成型管用机头结构。无规共聚聚丙烯管的成型机头采用篮式或螺旋式结构，熔料流道空腔不宜过大，压缩比为2.5～4，一般螺旋式压缩比稍小，篮式压缩比稍大。定型段平直部分长度比普通聚丙烯管的长度要长，口模内径比定径套内径大，通过一定的拉伸后入定径套真空定型。芯棒的收缩角不宜过大。

4）真空定径套和冷却水箱结构。由于无规共聚聚丙烯管一般都是用于自来水管，管壁较厚散热慢，所以真空定径套的长度比普通管要长，具体长度依管材直径的大小决定。例如管的直径为30～50mm时，定径套的长度应为200～250mm，管壁厚的定径套要稍长，管壁薄的宜稍短。真空定径套用黄铜制作，抽真空槽线切割时要比普通管材稍宽。在真空套的前端应设置环形水道，通冷水对管材外表面预冷使表皮硬化后再入真空套。真空箱供给定径套的真空度可调节，一般要求为-0.06～-0.08MPa。真空套内冷却循环水的温度也要可调，最好在35℃。喷淋水箱的长度比普通聚丙烯管冷却降温定型用的水箱长，当管材直径为30～50mm时，喷淋水箱的长度应不小于6m；当管材直径为50～100mm时，喷淋水箱长度应为12m；当管材直径为100～150mm时，喷淋水箱长度应为18m。喷淋水箱可分几段，这样对冷却水的温度控制也较方便。无规共聚聚丙烯管挤出成型生产线上，喷淋水箱长度最长可达30m。

喷淋水箱循环水的温度，一般应控制在17℃。各段水箱中的水温，从管坯定径后进入喷淋水箱开始，应逐渐降低。

真空定径套的内径应比成型管材的外径略大，但比成型机头的口模内径要稍小。新型的PP-R管生产线都是用计算机控制、设定、记录相关数据，加料口装有电子秤准确计量，冷却水槽与牵引机之间设有远红外线测量装置，管材的直径和壁厚可通过计算机设定、记录和修正，达到自动调节相关工艺参数，实现在线自动调控。

图3-45所示为ϕ40mm以下PP-R小管生产线，由挤出机、机头、真空箱、浸泡水槽、皮带牵引机、锯片切断机、堆放架等组成。

真空定径装置由真空定径套、真空泵、冷却水泵、水位水温调节器、真空表及真空调节装置、水箱支承移动机构、喷淋水箱等组成。真空泵提供足够真空度，水泵用以控制冷却效率，移动机构用以调节口模与定型装置之间的距离和机头与定径套的中心对准度。喷淋水箱由水泵、水位水温调节器组成。

图3-45 直径40mm以下PP-R小管生产线

5）履带牵引机。较小的PP-R管可用两组履带牵引，较大的用四组履带牵引。履带牵引机由二组（或四组）传动带、直流牵引电动机、调速器、牵引履带升降的电动机、气动调节压紧装置等组成。

6）行星切割机。行星自动切割机由夹紧、切割、旋转、复位、吸尘、翻料等部分组成。夹紧部分包括前上、前下、后上、后下四个气缸。切割部分包括切割电动机、液压泵电动机、油路换向电磁阀、切割锯片、位置行程开关、换向器。旋转部分包括旋转电动机、电磁制动器、旋转定位开关、变频调速器。复位部分包括复位气缸、机械减振器、气动减速装置。

（3）无规共聚聚丙烯管成型工艺及操作注意事项

1）挤出机机筒各段温度设置。由于挤出机L/D≥33∶1，机筒较长，机筒加热段被分五区。从加料段到机筒出料口的各段温度一区为185～200℃，二区为200～215℃，三区为215～235℃，四区为220～240℃，五区为230～250℃。机头温度为230～240℃，螺杆的工作转速为30～45r/min。

2）由于挤出成型机头挤出的管坯温度还非常高，当出现管坯外径表面料与定径套进口处有黏附现象时，就表明进入定径套的管坯冷却还不够。此时就应检查定径套入口处是否设置了冷却水环，水环是否接通了进出水管，循环水在套内是否流畅，以及循环水的温度是否可调。此处水温控制应以管坯降温后不粘模套为原则。

3）操作时注意管材的牵引速度与管坯挤出成型的速度相适应。管坯在真空定型套内降温定型不充分，会出现拉伸定向现象，影响环应力，导致管材工作时耐压能力下降。所以成型PP-R管时定径套要做得更长，使尚未能完全冷却的管在长定径套中充分冷却后再出模。如果一个定径套不够，可在第二节真空箱内再装一个定径套（两个定径套必须在一条中心线上）。

4）冷却水槽的喷淋水温应控制在15～18℃。水温过高，制品形成结晶颗粒大，抗冲击性能下降；水温过低，管材定型后会产生较高的内应力，影响管材质量。

5）生产中产生的废料经粉碎、干燥和清洁处理后可直接在生产中掺入原料中使用。但掺混量不宜过多，以不超过7%为宜，太多会影响管材质量。在掺入废料时还要与原料掺混均匀后再投入料斗。

6）目前PP-R管专用生产线大多都采用计算机控制系统，运行可靠，质量稳定。挤出机和牵引机都采用直流调速器和变频器调速，使用专用的定型冷却装置，可确保高速生产厚壁管时直径和圆度的稳定。配套色条专用挤出机，可生产带色标线的管材。采用全新的无屑切断机，使切割断面平整，并配套自动检测系统和喷墨印刷系统。

（4）无规共聚聚丙烯管应用特点无规共聚聚丙烯管在建筑工业中，用于输送冷热水时的最高使用温度可达95℃，长期使用温度为70℃；在工业生产中，用于输送油和各种腐蚀性液体；在人们日常生活中，大量用于自来水（饮用水）和农业灌溉管路中。它无毒、不污染环境，使用寿命可达50年以上。

1）PP-R管体轻、无毒、耐腐蚀、强度好、刚性好、不污染环境，使用时间可达50年以上。

2）PP-R管与普通管相比，不锈蚀、耐磨损、不结垢、耐酸碱。

3）PP-R管输送液体阻力小，输送热水保温性能好，可节省能源。

4）PP-R管生产工艺与PE交联聚乙烯管生产工艺相比，使用设备比较简单，对生产环境无污染，操作也更容易，并且螺杆长期使用后不需要清洗。

5）PP-R管路安装非常方便简单，只需在现场用热熔接法把管端熔接在一起，不需另外的粘接。