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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
2、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,、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
3、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,(-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
4、,、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
5、；,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,?,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
6、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
7、，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,外壁料,（,TR571,类）,内壁料,（,5301,类）,熔体流动速率,(190,，,21.6Kg,）,2-5,5-15,密度，,0.95,0.945,弯曲弹性模量,(MPa),，,1300,1000,氧化诱导时间（,OIT,），,20min,（,200,）,20min,（,200,）,?,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.
8、,典型的配方如下表,材料名称,外壁配方,内壁配方,外壁配方,2,TR571,类,30,35,5301,类,25,55,30,（造粒料）,外壁母料,45,35,内壁母料,45,吸水母料,2,/,3-5,色母料,2.5,1.5,2.5,三、,工艺流程,管材外壁专用料,上料,加热塑化,机头挤出成型,成型机定型，扩口,喷淋冷却,检验,成品入库,管材内壁专用料,上料,加热塑化,喷印标识,定长切割,设备流程,混合机,真空上料机,挤出机,挤出模具,波纹管成型机,喷淋水箱,翻转架,推车,混合机,真空上料机,挤出机,喷码机,切割机,设备及控制,（一）挤出机,?,挤出机挤出原理是利用带有斜面螺纹的螺,杆在加热的料
9、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：,?,螺杆转
10、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
11、程中，应尽可能使用较低的螺杆转速来达到最高的,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：,175,200,?,机头：,190,220,?,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,
12、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；,
13、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
14、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
15、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，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
16、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模具内表上，模块上有,抽真空用的通道。,扩口示意图,水套第一段真空,水套第二段真空,水套第三段真空,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,70,80,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
17、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。
18、,?,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
19、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，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
20、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
21、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、
22、拆卸要格外小心，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
23、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、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,单位：,m,m,规格型号,配合间隙,承口内径,（参考用）,配合插口外径统计,PE225,6.0,1.0,270,1.0,262264,PE225,（新）,6.0,1.0,265.5,1.5,257.5,1.0,PE300,5.0,1.0,354,1.0,349351,PE300,（新）,9.0,1.0,346,1.0,337339,PE400,（新
24、）,8.0,1.0,468,1.0,458460,PE500,10.0,1.0,575,1.5,563565,PE 600,9.0,1.0,688,2.0,563565,S1,975.0,3.0,PE 800,12.0,1.0,S2,977.0,3.0,S1,1218.0,4.0,PE 1000,12.0,1.0,S2,1218.0,4.0,S1,1443.0,5.0,PE 1200,12.0,1.0,S2,1443.0,5.0,（,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
25、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,0,1,环境下，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
26、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
27、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，整体温度过高也很难成型。,?,机械方面：成型模块的中心线与水套的中
28、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,如果这种现
29、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
30、内层冲气过大；,内层的料温过高致料坯过软；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。,
