聚乙烯聚丙烯管材生产工艺控制及质量问题处理

聚乙烯、聚丙烯管材生产工艺控制及质量问题处理

一、原材料介绍

聚乙烯管材的原材料的性能要求

针对不同用途的管道，由于使用的压力等级和寿命不同，所以对于聚乙烯原料的要求也有不同。一般来说，管材原料都应有较好的耐环境应力开裂性能（测试方法为ASTM D 1693或GB／T 1842）和较好的耐长期静液压强度（测试方法为GB/T6111－85）。管材用原料还需应有良好的焊接性和卫生性。用于不同用途的管材材料由管材的具体规定而确定。下表列出各种标准对聚乙烯材料等级的要求。

聚丙烯原材料：

丙烯聚合物分为三种类型：

PP-H(均聚聚丙烯), 分子序列结构为～PPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPP～

PP-B(嵌段共聚聚丙烯）分子序列结构为～PPPPPPPPPPPEEEEEEPPPPPPPPPP～

PP-R（无规共聚聚丙烯）,分子序列结构为～PPPPEPPPEPPPPPPPPPEPPPPEPPPPPPP～

PP-H刚性较好，耐热性好，但耐冲击性能、抗长期蠕变性能较差；

PP-B耐冲击性能较好，但耐长期抗蠕变性能比PP-H略好。

PP-R刚性较低，热变形温度低，但耐冲击性能较好，抗长期蠕变性能优秀。

PP-R有较大的分子量，重均分子量（Mw）大约为60-100万，其分子量分布

（MWD）大约为5，相应的流动比FRR(=MFR

10/MFR

2

)大约为13-17。MFR

2

值为，材

料这么高的分子量和如此窄的分子量分布直接导致的问题是共混和挤出加工困难。

在聚合工业上，采用高产率的催化剂在不同的反应条件下，用两个或几个反应器促进共聚单体的分散，生产出宽分子量分布、高分子量的无规共聚聚丙烯（PP-R）。共聚单体无规分布聚合在聚丙烯长链中破坏了整个聚丙烯链的规整性，形成乙丙结构，这能很好地提高管材料的抗蠕变性能和韧性。低分子量部分和高分子量无规共聚物部分一起改善了材料的加工性。不含或微含乙烯的部分使材料较硬，赋予管材以刚性。

二、工艺控制

挤出成型工艺的控制参数包括成型温度、压力、螺杆转速、挤出速度、牵引速度、加料速度以及冷却定型等。

1．原材料的预处理

聚烯烃是非吸水性材料，通常水分含量很低，可以满足挤出的需要，但当聚烯烃含吸水性颜料，如炭黑时，对湿度敏感。另外，在使用回料及填充料时，含水量会增大。水分不但导致管材内外表面粗糙，而且可能导致熔体中出现气泡。通常应对原料进行预处理。一般采用干燥处理，也可加相应的具有除湿功能的助剂。如消泡剂等。PE的干温度一般在60-90度。在此温度下，产量可提高10%--25%。

2．温度控制

温度工艺的定义及设定原则。

料筒温度主要提高物料塑化程度，一般料筒温度设定基本保持一致。

料筒温度过低，可能导致物料塑化不足，从而使产品出现内壁凹点、发麻等，严重时可能导致电流过高而停机。

料筒温度过高，可能导致物料塑化过度，从而使各项性能达不到要求，严重时可能导致螺杆结焦而损害螺杆。

模具温度主要作用为提高管材内外壁光洁度，一般口模温度设定高于其它温度。模具温度过低时，可能导致产品外壁发麻、产品没有光泽度等。

模具温度过高时，可能导致产品外表面特别光亮，产品发胖、花纹等异常情况。挤出成型温度是促使成型物料塑化和塑料熔体流动的必要条件。对于聚烯烃来说温度范围较宽。通常在熔点以上，280度以下均可加工。

口模和芯模的温度对管子表面光洁度有影响，在一定的范围内，口模与芯模温度高，管子表面光洁度高。通常来讲，口模出口的温度不应超过220度，机头入口的熔体温度为200度，机头入口和出口熔体温差不应超过20度。

聚乙烯管材挤出的熔体温度上限一般规定为230度，一般控制在200度左右为佳。聚丙烯管材挤出的熔体温度上限一般为240度。

3．压力控制

熔压过低，会导致物料塑化不好，从而造成产品发麻等。

熔压过高会使产品塑化过度，从而导致发胖、生产不稳定等异常情况，并且对模具由一定的损伤。

挤出过程中最重要的压力参数是熔体压力，即机头压力。熔体压力通常控制在

10-30MPa之间。

4．真空定型

真空定型主要控制真空度和冷却速度两个参数。通常在满足管材外观质量的前提下，真空度应尽可能低，这样管材内应力小，产品在存放过程中变形小。

5．冷却

聚乙烯管材挤出成型中冷却水温要求一般较低，通常在20度以下，在生产PPR 管材时，第一段温度可以稍高，后段较低，从而形成温度梯度。

6．螺杆转速与挤出速度

螺杆转速是控制挤出速率，产量和制品质量的重工参数。单螺杆挤出机的转速增加，产量提高。剪切速率增加，熔体表观粘度下降。有利于物料的均化。

7．牵引速度

牵引速度直接影响产品壁厚，尺寸公差，性能及外观，牵引速度比须稳定，且牵引速度与管材挤出速度相匹配。牵引速度与挤出线速度的比值反映出制品可能发生的取向程度，该比值称为拉伸比，其数值必须等于或大于1。

8．管材的在线质量控制与后处理

聚烯烃属结晶聚合物，刚下线管材的性能与管材制品交付使用时的尺寸和性能时有差距的。

主要原因有：

第一，聚烯烃熔体冷却过程中要发生结晶作用，与温度和时间有关。

第二，刚下线管材的温度通常高于常温。

第三，刚下线的管材内应力较大。为了达到性能及尺寸的稳定性，一般的聚乙烯管材应下线放置24小时，聚丙烯管材需放置48小时后，可依照相应的标准进行性能测试。

三、生产工艺流程图

四、质量问题

注：表中加粗部分为PE管材生产比较容易产生的各种问题分析及解决方法。