聚乙烯壓力管材生產(chǎn)如何進(jìn)行質(zhì)量控制
化學(xué)建材是繼鋼材、木材、水泥之后第四大類重要建筑材料。化學(xué)建材產(chǎn)品主要包括塑料管道、塑料門窗，防水材料和建筑涂料等。聚乙烯(PE)管材作為一種新型建筑材料正在被大力推廣使用，在建設(shè)部和各級政府部門的大力倡導(dǎo)下，近9年來，全國形成了PE管材投資熱潮，不少原來生產(chǎn)聚氯乙烯(PVC)塑料異型材、PVC塑料管材的企業(yè)開始轉(zhuǎn)向投資生產(chǎn)PE管材產(chǎn)品，短短幾年，PE壓力管材的生產(chǎn)企業(yè)由2000年前的十幾家增加到目前的一百多家，生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)、銷售勢頭良好。作為管材的生產(chǎn)廠家不僅要盯住市場銷售量，更要盯住自己的產(chǎn)品質(zhì)量。PE管材作為燃?xì)狻⒔o水用壓力管道材料，對其質(zhì)量要求很高，尤其是輸送燃?xì)庥酶呙芏染垡蚁?HDPE)管材產(chǎn)品，其質(zhì)量的好壞直接影響到人民生活的安全。因此，生產(chǎn)企業(yè)要引起足夠重視。筆者主要從原料、工藝控制方面介紹PE管材生產(chǎn)的質(zhì)量控制。
1、PE壓力管材原料的質(zhì)量控制
PE壓力管材主要應(yīng)用于城市供水、燃?xì)廨斔偷确矫妫涫褂脡勖辽僖_(dá)到50a以上，并保證絕對安全性。原料的選擇對于管材最終能達(dá)到的性能是極其重要的，有時是決定性的。生產(chǎn)廠家應(yīng)選擇PE管材專用料來生產(chǎn)PE管材，歐洲標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)對PE給水和燃?xì)夤懿膶Ｓ昧系男阅苤笜?biāo)都有明確規(guī)定，管材專用料按材料的等級分為PE63、PE80、PE100。目前供水、燃?xì)庥迷现饕荘E80、PEI00，我國PE樹脂的產(chǎn)量很大，但適合做管材的PE樹脂并不多，尤其適合做供水、燃?xì)廨斔陀玫腜E80級專用料更少，PE1 00級管材專用料根本就沒有，管材專用料主要依賴進(jìn)口。國內(nèi)廠家目前使用最多的是英國BP、北歐化工、阿托菲納等公司提供的黑色或黃色混配料和韓國三星、LG、大韓油化等公司提供的不含炭黑的本色料。
生產(chǎn)燃?xì)狻⒔o水用PE管材時最好采用混配料，尤其是生產(chǎn)燃?xì)庥肞E管材時一定要采用混配料，只有這樣產(chǎn)品質(zhì)量才能得以保證。采用本色料加色母料生產(chǎn)PE管材時要注意兩個方面的問題：
(l)色母料的加入量;
(2)色母料在本色料中的分散情況。
國家標(biāo)準(zhǔn)要求管材中炭黑的含量應(yīng)達(dá)到2.5%，炭黑的分散等級應(yīng)達(dá)到3級。使用本色料加色母料生產(chǎn)管材時，一起注意色母料中炭黑的含量。目前新使用的黑色母的炭黑含量為 40%- 50%，因此在PE本色料中加色母料至少要達(dá)到5%以上才能保證生產(chǎn)的管材產(chǎn)品中的炭黑含量達(dá)標(biāo)。若炭黑含量少，達(dá)不到指標(biāo)要求，會使管材的抗氧化性能明顯降低，氧化誘導(dǎo)時間縮短，從而達(dá)不到質(zhì)量要求。色母料在本色料中一定要分散均勻，分散不均勻會造成炭黑在熔融料中分散不均，影響管材質(zhì)量。筆者曾進(jìn)行拉伸試驗和管材爆破試驗，炭黑分散不均勻拉伸易斷裂，斷裂伸長率難達(dá)標(biāo)，管材爆破試驗中管材的承載壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于用混配料生產(chǎn)的管材。
原料中的含水量也是不能忽視的，原料中水分的含量直接影響管材產(chǎn)品的表面質(zhì)量，國標(biāo)要求原料中水分的含量小于300 mg/kg。原料中的水分含量高，管材表面會出現(xiàn)氣泡、凹陷，嚴(yán)重時會影響到管材的耐壓強(qiáng)度。因此在擠出生產(chǎn)前需對PE原料中水分的含量進(jìn)行重新檢測，尤其是混配料，由于含炭黑，炭黑容易吸水，會造成原料中水分的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超標(biāo)，因此生產(chǎn)前要對原料進(jìn)行烘干處理。目前，干燥方式有熱風(fēng)干燥和脫濕干燥兩種，前者干燥效果不是太理想，建議廠家最好采用脫濕干燥設(shè)備干燥原料。脫濕干燥設(shè)備是通過熱風(fēng)和分子篩吸附同時處理原料中的水分，干燥溫度一般不高于80℃，干燥后原料中的水分含量完全能達(dá)到國標(biāo)要求。原料通過干燥處理后降低了水分的含量同時投入擠出機(jī)中，原料溫度均勻一致，提高了擠出生產(chǎn)的穩(wěn)定性。
2、生產(chǎn)工藝過程的質(zhì)量控制
生產(chǎn)工藝包括擠出工藝溫度、機(jī)頭壓力、擠出速度、牽引速度、真空度、冷卻水溫度等技術(shù)參數(shù)。擠出工藝溫度包括機(jī)筒溫度、機(jī)頭溫度和口模溫度。PE管材是采用單螺桿擠出機(jī)擠出的，機(jī)筒溫度設(shè)置為平坦分布，溫度可控制在170-200℃，對于PE80級原料采用下限溫度，而PEI 00級原料采用上限溫度。機(jī)頭溫度對擠出成型影響很大，溫度過高，擠出制品形狀的穩(wěn)定性差，易使制品的收縮率增大;溫度過低，物料的熔體粘度增大，機(jī)頭壓力升高，物料離模后膨脹較大，制品表面粗糙。機(jī)頭溫度一般控制在190- 210℃，可根據(jù)物料出料的情況來調(diào)整溫度。口模溫度可控制在220℃左右，一般情況下，口模溫度高可提高管材表面的質(zhì)量，管材表面光潔，當(dāng)然應(yīng)主要根據(jù)所選用原料的情況來具體決定。機(jī)頭壓力也叫熔體壓力，PE壓力管材的熔體壓力一般控制在20-40 MPa，熔體壓力與機(jī)筒內(nèi)物料的塑化程度、螺桿轉(zhuǎn)速、機(jī)頭部位濾網(wǎng)的孔徑等指標(biāo)有關(guān)，一般增大熔體壓力，能使產(chǎn)品的密實度提高，有利于提高制品質(zhì)量。擠出速度也叫螺桿轉(zhuǎn)速，螺桿轉(zhuǎn)速的選擇直接影響到管材的產(chǎn)量和質(zhì)量，提高螺桿轉(zhuǎn)速可在一定程度上提高產(chǎn)量，但是單純提高螺桿轉(zhuǎn)速，則會造成物料塑化不良，管材內(nèi)壁毛糙。牽引速度與擠出速度之比稱為拉伸比，PE管材的拉伸比為1.2左右，通過調(diào)節(jié)牽引速度可調(diào)整管材的壁厚，在實際生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)一定壁厚的管材調(diào)節(jié)牽引速度時需同步調(diào)整擠出速度。真空度的大小直接影響到管材的外徑尺寸，真空度一般控制在0.02-0.07MPa，第一節(jié)的真空度相當(dāng)重要，主要起定徑作用，真空度要大些，第二節(jié)、第三節(jié)的真空度可小些，能夠確保管材圓度即可。一般情況下生產(chǎn)管材外徑尺寸越大，要求的真空度就越高。
目前常用的管材擠出生產(chǎn)方法為真空定徑及噴淋冷卻，真空冷卻定徑采用帶有水環(huán)的真空定徑套，置于第一節(jié)真空中，冷卻水水溫和噴淋水流量調(diào)節(jié)對于管材的質(zhì)量影響很大。冷卻水溫度一般控制在15一25℃為宜，冷卻水溫度過高，將會延長冷卻時間，減慢冷卻速度，意味著熔融的原料處于高溫的時間也將延長，尤其是管材內(nèi)壁，這樣會加速原料中抗氧化等添加劑的分解，降低管材的抗老化性能，同時對管材的定型也有不利影響。相反，如果真空定徑水溫過低，則會使熔融態(tài)的PE管材外表面冷卻結(jié)晶速度過快，造成管材的內(nèi)外表面溫差過大而使管材定型后產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，降低管材的力學(xué)、物理性能。冷卻水流量可通過流量計來控制，冷卻水流量過大，易使管材表面粗糙，產(chǎn)生斑點、凹坑;過小也會使管材表面質(zhì)量變差，產(chǎn)生斑點，冷卻水分布不均勻還會使管材產(chǎn)生不圓現(xiàn)象。總之，要根據(jù)設(shè)備、模具、原料的具體情況來制定出合理的工藝參數(shù)，在生產(chǎn)過程中要嚴(yán)格按工藝制度進(jìn)行操作，只有這樣才能保證穩(wěn)定高質(zhì)量的生產(chǎn)。
3、產(chǎn)品檢測的質(zhì)量控制
產(chǎn)品的檢測分為原料檢測、過程檢測和最終產(chǎn)品檢測。對于原料的檢測，有兩項性能指標(biāo)需在生產(chǎn)前進(jìn)行，即水分含量和熔體質(zhì)量流動速率，熔體質(zhì)量流動速率是制定工藝溫度的參考依據(jù)。過程產(chǎn)品檢測是產(chǎn)品生產(chǎn)過程中對產(chǎn)品的表面質(zhì)量、外形尺寸(外徑、壁厚、圓度等)進(jìn)行的控制，目前較先進(jìn)的生產(chǎn)線上配置有在線壁厚測量裝置和自動口模對中系統(tǒng)，如果沒有這些裝置就需使用工具測量管材的外徑。壁厚和橢圓度等指標(biāo)，如不符合要求應(yīng)及時對口模，對真空定徑進(jìn)行調(diào)節(jié)直到能夠穩(wěn)定生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。最終產(chǎn)品的檢測是產(chǎn)品出廠前必須要進(jìn)行的，除前面提到的表面質(zhì)量，外形尺寸檢測以外，還要對管材產(chǎn)品進(jìn)行靜液壓強(qiáng)度、斷裂伸長率、熱穩(wěn)定性和熔體質(zhì)量流動速率4項物理性能指標(biāo)的檢測。
4 結(jié)語
企業(yè)要想做強(qiáng)做大，必須把質(zhì)量放在首位，只有做好今天的產(chǎn)品質(zhì)量，才會擁有明天的一片市場。
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