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1、HDPE双壁波纹管生产工艺流程介绍,一、产品概述二、PE双壁波纹管的原料及配比三、工艺流程四、工艺控制五、产品质量控制六、常见产品缺陷的原因分析,一、产品概述,1、高密度聚乙烯(HDPE)双壁波纹管，简称PE波纹管，是以HDPE树脂为主要原料、采用挤出成型工艺制成的一种内壁光滑平整、外壁为梯形（方波）或弧形（圆波）波纹状、内外壁波纹间为中空的的新型塑料管材，属聚烯烃类结构壁管材，主要用于埋地排水排污领域。,2.PE双壁波纹管的优点：,1、抗外压能力强：外壁呈环形波纹状结构，大大增强了管材的环刚度，从而增强了管道对土壤负荷的抵抗力，在这个性能方面，HDPE双壁波纹管与其他管材相比较具有明显的优势
2、。2、工程造价低：在等负荷的条件下，HDPE双壁波纹管只需要较薄的管壁就可以满足要求。因此，与同材质规格的实壁相管比，能节约一半左右的原材料，所以HDPE双壁波纹管造价也较低。这是该管材的又一个很突出的特点。3、施工方便：由于HDPE双壁波纹管重量轻，搬运和连接都很方便，所以施工快捷、维护工作简单。在工期紧和施工条件差的情况况下，其优势更加明显。4、摩阻系数小，流量大：采用HDPE为材料的HDPE双壁波纹管比相口径的其他管材可通过更大的流量。换言之，相同的流量要求下，可采用口径相对较小的HDPE双壁波纹管。,5、良好的耐低温，抗冲击性能：HDPE双壁波纹管的脆化温度是-70。一般低温条件下(-
3、30以上)施工时不必采取特殊保护措施，冬季施工方便，而且，HDPE双壁波纹管有良好的抗冲击性。6、化学稳定性佳：由于HDPE分子没有极性，所以化学稳定性极好。除少数的强氧化剂外，大多数化学介质对其不起破坏作用。一般使用环境的土壤、电力、酸碱因素都不会使该管道破坏，不滋生细菌，不结垢，其流通面积不会随运行时间增加而减少。7、使用寿命长：在不受阳光紫外线条件下，HDPE的双壁波纹管的使用年限可达50年以上。8、优异的耐磨性能：德国曾用试验证明，HDPE的耐磨性甚至比钢管还要高几倍。9、适当的挠曲度：一定长度的HDPE双壁波纹管轴向可略为挠曲，不受地面一定程度的不均匀沉降的影响，可以不用管件就直接铺
4、在略为不直的沟槽内等等。,3.PE双壁波纹管的应用领域：,1 范围本部分适用于长期温度不超过45的埋地排水和通讯套管，亦可用于工业排水、排污管。市政工程，用于建筑物的地下排水管、排污管、输水管、通风管等；电器电信工程，作为电力电缆、光缆、通讯信号电缆的保护管；工业，由于聚乙烯材料具有优良的耐酸、碱及耐腐蚀能力，结构壁管可用于化工、医药、环保等行业的给水和排水管道；农业、园林工程，用于农田、果园、茶园以及林带排灌，可节水70，节约用电13.9，也可用于农村灌溉；道路工程，可用作铁路、高速公路、高尔夫球场、足球场等的渗、排水管；矿场，用作矿井的通风、送风管、排水管。,二、PE双壁波纹管的原料及配比
5、,1.原料的组成：PE双壁波纹管的原材料一般由聚乙烯、增强改性母料和颜料等组成。如果原材料潮湿，为了提高生产效率，可添加适当的消泡剂（吸水母料）。,2.对原材料性能的要求：,对聚乙烯（PE）性能的一般要求有熔体流动速率（MFR）、密度、弯曲弹性模量和氧化诱导时间（OIT）、冲击强度等。检测的项目还包括拉伸强度、断裂伸长率、灰份、挥发份等 氧化诱导时间决定了氧化破坏的时间，对于要求使用50周年的波纹管来说，控制好原材料的氧化诱导时间是能否保证50年使用寿命的关键。GB/T19472.1-2004中明确规定，波纹管的原材料的氧化诱导时间应20min（200）。,HDPE 树脂的弹性模量对的环刚度有
6、很大影响，高弹性模量的材料可以提高制品的环刚度，也可以在保证环刚度的前提下节省原料，降低成本。所以在HDPE 双壁波纹管生产时，采用的原料应该具有较高的弹性模量。熔体流动速率的大小反映了分子量的大小，一般来说，熔体流动速率大一点的材料有利于加工成型，并可提高生产效率。但也不能过大，过大对环刚度的影响较大。同时，还必须具有较高的密度和良好的加工性能及设备适应性。,原料要求,改性母料的选择也很关键，选用改性母料时应当充分考虑其分散性、偶联性和对聚乙烯改性的程度。其对应的可以从产品外观、抗冲击强度、环刚度、加工适应性等方面进行验证。,3.典型的配方如下表,三、工艺流程,设备流程,设备及控制,（一）挤
7、出机挤出机挤出原理是利用带有斜面螺纹的螺杆在加热的料筒中旋转，将料斗中送来的塑料向前挤压，使塑料逐渐受热，均匀塑化将塑料挤出，通过机头和模具成型。挤出机由挤出系统、加热冷却系统、传动系统和控制系统组成。,工艺控制参数有：挤出压力。挤出压力一般应控制在30Mpa以内，压力过高在降低生产效率，增加能耗比；压力过小则制品不利于成型。一般来说，增加机头压力，熔体体积被压缩，分子链堆积紧密，物料黏度增加，流动性减小，挤出产量下降，而且因黏度增加，剪切热增加而导致物料分解。但从产品质量来看，产品密实，有利于提高产品质量。如果机头压力过小，熔体强度低，成型时管坯易被吹破，力学性能也会随之下降。,螺杆转速：螺
8、杆转速是挤出成型工艺中极为重要的工艺参数之一。提高转速，产量增加，剪切速率增大，物料黏度下降，有利于物料的塑化。但转速的提高还需考虑挤出机的塑化能力和熔体压力范围，否则物料流速过快有可能导致物料还未完全塑化就被压入机头，严重影响产品质量。因此，刚开车时，螺杆转速通常调得较低，待生产稳定后，缓慢提高转速，同时密切观察挤出机电流、熔体压力变化及产品质量。螺杆转速很大程度上决定了挤出机的挤出量，但过快的转速会致机筒部产生大量的剪切热能，在相同的温度下对物料性能的折损较大。长时间的高速运转也会使螺杆的寿命提前结束。螺杆转速一般控制在最高转速的75%-85%为宜。在正常生产过程中，应尽可能使用较低的螺杆
9、转速来达到最高的固体输送能力，这样一方面可以防止物料在较大的剪切力作用下发生热降解，另一方面也可以提高制品的质量和挤出的效率。,熔体温度：聚烯烃的熔体温度一般不超过230，超过此极限，材料的热降解严重，影响管材的质量。温度过低，物料塑化不好，成型产品表面粗糙；机筒轴线方向上各点温度的分布：典型的聚烯烃的挤出温度的设置如下：机筒第一段：80-100第二段第六段：175200机头：190220功率消耗：一般显示电流，通常控制在50-80%。,挤出机性能指标：,生产能力Q：单位时间内最大挤出量。单位为Kg/h名义比功率，又称为单耗N/Q：单位产量所消耗的功率。KW/Kg,（二）波纹管模具,双壁波纹管
10、挤出模具的结构较复杂，主要特点是在同一模具内分成内外两层流道，内外流道夹层间通压缩空气，帮助外层在成型模块上形成波纹。同时，定径套的冷却水管也从芯棒内通过，为了补偿冷却水通过引起的热量损失，一般需要对机头内壁加热。在生产大口径管材时，由于聚烯烃管材一般采用单螺杆挤出机，其挤出量比双螺杆挤出机小得多，故一般采用两台挤出机双层共挤技术，这样既可保证生产，也能提高产量。,机头的作用有：使熔融物料由旋转运动变为直线运动；产生必要的成型压力，保证制品的密实；使物料通过机头时进一步得到塑化；通过机头断面得到所需要断面形状和尺寸的料坯。,机头对制品影响,与普通管材机头结构相比，波纹管挤出机头口模间隙小，口模
11、长厚比大，其管壁流道特别长，间隙也小，在生产过程应尽量避免压力过大以及过度剪切造成熔体破裂。机头主要使熔融塑化的树脂在一定的压力下成型为所需要的截面形状，它决定着制品的外形尺寸、公差和表观质量，影响制品的物理力学性能、生产效率和操作的稳定性。如机头压缩比过大会造成物料流动不畅、易过热分解、压力过大等；压缩比不足会造成制品密实度差和强度差、熔接痕难以消除等。机头芯模和口模的间隙及同心度对制品的壁厚均匀性有很大影响。所以机头的结构设计是否合理将对管材表面质量产生重要的影响。,（三）、成型机,波纹成型装置主要由成型模具、传动装置和控制系统三部分组成。成型模具是由数十对哈夫定型模块组成，对开的方式可以
12、是上下的（立式），也可以是水平方向的（卧式）。,立式成型装置可使模块上下开合，并且占地面积小、结构紧凑；水平式（又称为卧式）成型装置可使模块水平开合，占地面积较大，但更换模块比立式方便。而且模块内设计了冷却水循环通道，以水作为冷却介质，大幅度提高了生产的速度。,定型模块分别固定在两条传动带上，当传动装置带动模具转动时，上下（或水平）模块重复进行开合动作。模块闭合构成圆形管子的成型腔，模块打开可以使制品脱模。图为波纹成型模块工作运行示意图。从图中可以看出，波纹成型装置同时具有成型波纹和牵引管材的作用。波纹成型装置的关键就是成型模块运行轨道的确定。先获得精确的波纹成型轨迹，然后按照这一轨迹组合模块
13、，从而能够使成型装置正常工作，以达到最终的质量要求。当变化产品规格时，可以更换相应规格的定型模块。,在波纹成型过程中，成型模块的配合精度、波形设计对波纹管的外观和力学性能均有重要影响。成型模块配合精度差、有微小的错位或不规则、传动装置中模块的推移或链条的节距因误差积累等都会使波纹管的形状改变，产生错纹。另外，管材的波纹设计将影响环刚度、环柔性和冲击强度等力学性能指标，好的波形结构设计可获得优异的力学性能。,（四）、成型模块：,波纹管的成型模具主要就是模块，它决定着管材的基本结构和尺寸。随着成型方式的不同，以及模块运动轨迹的不同，模块的结构也有所不一样。目前大多生产线是通过模块抽真空将料坯吸附在
14、模具内表上，模块上有抽真空用的通道。,扩口示意图,四、工艺控制,（一）、开机前的准备1.原料准备：聚乙烯混配料应在7080的温度下干燥2小时后方能使用；一般原材料视水分的大小，可以直接投入使用，如水分较大，可添加2%以内的消泡剂，以提高生产效率。原材料必须堆放在干燥通风的场所，不能直接堆放在地面上；添加有功能母料或色母料的必须混配均匀。,2.设备准备：,由电工检查整条生产线的电器线路和电器元件，使其达到开机要求后才能开启电源。温度的设定：聚乙烯从固态到熔融态，需要足够的热量。热量的来源有二方面：一是机身料筒外的电加热，另一方面是螺杆料筒之间的摩擦热。在加料段螺槽深度较大，塑料又未熔化，产生的摩
15、擦热少，主要靠外部加热升温，熔融段塑料处于熔融状态，塑料受到的剪切速率较高，摩擦产生的热量也较多；均化段所受的反压力最大，逆流和漏流也最大，也会产生大量的摩擦热，基于这些原因，均化段的温度必须严格控制，以避免聚乙烯分解。,挤塑机各区温度分布分析如下：a.加料段一般采用低温。这一段基本任务是进料，需要产生足够的推力，机械剪切并搅拌混合。如果温度过高，由于聚乙烯粘度大，使熔融聚乙烯粘在料筒内壁和螺杆上，引起打滑，物料无法推送，所以这一区的温度不宜高。一般设为80-100。b.压缩段：压缩段要使所有的物料都能均匀受热，混合，完成从玻璃态到粘流态的转变。因此此区的温度稍高，只有达到一定的温度，才能确保
16、大部分物料得以塑化，这一区的温度一般不超过的分解温度即可。c.均化段：塑料在此区段已大部分塑化，而其中小部分在中机身未塑化的塑料在此段进一步塑化均匀，并将熔融状态的塑料定量定压地送到机头去。根据聚乙烯挤塑的特点，这一区的温度一般比中机身稍低一点。,加热时间的控制：按工艺卡规定设置加热温度，开始加热。一般波纹管的机头都比较大，需要足够的加热时间才能保证设备的安全，可以按梯度升温的方式进行加热。机头各区加热约提前3小时左右，再开启1#、2#挤出机的加热。具体可以按100-120为第一梯段，150-160为第二梯段，180至工艺温度为第三梯段。当温度升至第一梯段时保温2小时，至第二梯段时保温1小时，
17、至第三梯段保温1小时后将各区段的温度设定为工艺温度，保温半小时后开始启动挤出机。,在升温的同时应作以下工作。检查液压系统是否运转正常；各处限位开关是否到位以及通断自如；调整成型水套的水平和中心线，检查是否在一条直线上；将成型机开到生产位置，分开左右模块，（如是立式成型机则将上下模块分开）用塞尺测量模块与水之间的间隙，进行相应调整；更换或调整下游辅助设的模具。,（二）、开机过程中的注意事项：,挤出机启动之前必须检查各区段温度是否正常，如发现异常，必须待处理完毕后方能启动挤出机。以免损坏螺杆等部件或喷料伤人。各开机条件具备后启动主机，刚启动主机时必须将熔体压力控制在一定范围内，以免料温过高而喷料伤
18、人。,挤出时要观察主机电流和压力，如果电流和压力过大，必须先检查、排除故障后才能开机，以免损坏设备。随时监测主电机、减速箱的温度和声音，如有异常，及时报告设备管理人员，确定是否停机。水套的材质较软，更换规格时不能与金属物相撞。处理损伤处时不能用800目以下的砂纸打磨。,6成型机正常运转时要随时观察所有轴承及附件的完好情况，如有损坏或异常要及时更换和处理。7成型机的润滑系统要随时保证运行正常，否则必须立即停止成型机。8成型机的移动轨道要保持清洁。9每次更换模块时必须清理干净。10每次更换模块时必须检查所有的销子和定位槽是否完好，如有异常情况时要处理好后才能安装。,11模块的转运、安装、拆卸要格外
19、小心，严禁损伤任何部位。12上下模块（卧式为左右模块）不能压得太紧，以防将模块压变形或成型机主电机过载。13真空泵要定期清理过滤网和泵腔内的水垢，以免影响真空度或损坏电机。14真空泵的供水系统要定期检查。15防止管材锯屑进入成型机的滑道和其他部位。,五、产品质量控制,一般而言，塑料波纹管的质量要求包括3个方面：外观质量规格与公差物理力学性能。,（1）外观质量：,1、光泽度差或发泡2、麻点，有颗粒物3、划痕或熔接线4、管材弯曲5、内波纹或起泡6、波纹凹陷不饱满7、扩口不贴、扩口前后内壁不平8、两壁粘合不牢,（2）规格与公差：,1、内层壁厚控制2、内外壁比例3、扩口厚度、扩口内径、配合间隙4、偏心
20、、层压厚度5、总长、管材内径、尺寸收缩率,PE管材承口配合间隙,（3）物理力学性能,波纹管的三大主要性能指标为环刚度、耐冲击性能、环柔性。除了环刚度、环柔性、耐冲击性能之外，国家标准还对蠕变比率（反映波纹管在外力负载下变形后的蠕变情况，影响产品的使用寿命）和烘箱试验（反映波纹管内外壁结合强度是否足够，结构稳定性如何）有要求。,环刚度代表管材抗外压的能力，单位为kN/m2，环刚度的数值越大，则管材抗外压能力越强，相应的管材的壁厚也越厚。环刚度主要由波形结构和材料配方决定，生产上控制在于米重、内外壁用料比例、壁厚偏差、密实度、物料降解和发泡、波形凹陷等,耐冲击性能使用落锤冲击的方法，在01环境下，
21、真实冲击率（TIR）10%（可以理解为10个允许破1个，但是并不完全等同）。生产控制：排除原料和配方的原因，主要应避免过高或过低的加工温度造成的降解和塑化不良，常见的以温度过高造成的发泡和水分未消除造成的发泡，易造成冲击不合格。,环柔性环柔性检测设备与环刚度相同，但是压缩量更大，试样在垂直方向外径变形量为原外径的30%时立即卸荷，观察试样的内壁是否保持圆滑，有无反向弯曲，是否破裂，两壁是否脱开。环柔性反映的是管材耐形变的能力。影响环柔性的因素也主要与波形结构和材料配方有关，生产中应注意如模块错位、真空漏气、填料比例、外壁厚度变化等造成的性能变化。,六、常见产品缺陷的原因分析,1、刚开机时波峰不
22、能成型，这时通常伴随着外层真空不能达到需要的真空度（0.06Mpa）。这是波纹管生产中最常见的现象之一。原因一般有：,参数方面，例如成型机的速度与挤出量不匹配，如挤出量不变的话，成型机速度过慢则模块内的料坯太厚，在压缩空气和真空负压的作用下料坯不能贴上模块内表面，难以成型。如果成型机的速度过快，则料坯不足以填充模块的内表面，大气压进入真空槽，无法成型。,原材料方面：原材料内有杂质；因为一部分原料长时间在机头内接收热量，致原料热降解，失去韧性，难以成型；因部分区段温度失控，温度过高致物料烧焦，烧焦的物料会黏附在模具表面，在挤出过程中，时而夹带部分焦料，夹带有焦料的料坯就无法成型。另外，整体温度过
23、高也很难成型。机械方面：成型模块的中心线与水套的中心线偏离过大，这样其中一边的物料被严重拖曳（拖破），无法成型；真空管路有漏气现象；压缩空气气路有堵塞；两模块间间隔过大等。,2、内壁不平整。内壁不平整一般由真空度偏小、水套温度过高、内层过薄等引起。真空度偏小应当检查内层真空管路是否畅通，真空泵是否工作正常等。水套温度过高一般是因为冷却水的水温过高或冷却水的流量过小引起，可通过这两个方面的调整来解决。,3、扩口不良。扩口不良可分为以下几种情况：,内层被吹破 原因一般有内层冲气气压过大；原材料韧性不好；内层过薄；扩口放气启动晚或扩口放气管路不通畅；原材料内有杂质；物料塑化不良等。扩口内外层未贴好
24、如果这种现象发生在始端，则因为内层冲气启动较晚或相应段的气压过小；如果发生在末端，则因为内层冲气提前结束或扩口放气提前结束，又或者因为相应段的气压过小；如果自始至终都没有贴好，则有可能是原材料的性能或温度的原因。扩口不完整 扩口的末端无论怎么调整都无法贴上，原因一般是内层冲气提前结束了；扩口放气提前结束了；,扩口前端的内层有凹限 引起这种现象的原因一般是内层冲气过早启动；水套与在型模块的中线偏离（成型机与水套不对中）；内层壁厚偏薄；内层真空过早停止。扩口末端内层堆料，这种现象往往会导致扩口往里面凹。其原因是扩口末端内层料过厚；成型机在此段的降速的量过大；之前几段的内层冲气过大；内层的料温过高致
25、料坯过软；外层的料坯在此段过厚。扩口末端的内层有凹限 其原因一般是扩口后的第一个波和第二个波内的气压过小；扩口后的第一个波和第二个波所对应的内层壁厚过厚；内层真空度较小或内层真空启动过晚；原材料的韧性差等。,4.内层有划痕 一般因为料温过高致使内层口模上粘有糊料；料内有杂质；水套上有划伤；内层口模有划伤等。5.外壁有小孔 其原因是物料内有杂质；某区段温度失控致物料烧糊，糊料时而被带出；为了提高管材性能而加入的部分如功能母料、消泡剂等的分散性不好，或者说与基础树脂（PE）的相容性不好。,6.管材弯曲 原因是外层的偏壁严重或水套与成型机的对中性未调好。7.管材的波峰倾斜 由成型机速度过快冷却不好、正常间气气压过小引起。7.轴向上波峰的厚度不一致 间气过大、口模的间隙过大或过小等引起。8.管材的重量不稳定 一般是因为原材料的性能不稳定或下料段的温度波动过大。9.管材冷却后脆性大 主要是原材料的性能过差所致，比如填充料的比例过大，消泡剂失效，原材料内的水分含量超标、过量使用回料等。10.环刚度提不高 环刚度的大小和材料的性能、管材的直径、波形的设计等有关。一般来说只能通过调整原材料的性能来改善。,
