高密度pvc双壁波纹管生产工艺控制

高密度聚乙烯（HDPE）双壁波纹管的生产和工艺控制上海康诺管业有限公司罗明来目前，我国已将城市污水处理和雨水收集当作国民经济发展的重点战略问题来抓，因而大口径HDPE双层壁承插口双壁波纹管的开发和使用已放到市政工程建设的议事日程上来，环刚度高、冲击强度高、运输安装不破损、使用寿命长、连接密封无渗漏、工程综合造价不高于水泥管的新型排水管道的诞生已成为市政排水排污管网建设中重点关注和推广使用的新一代产品。

由于聚乙烯管道具有较好的物理力学性能和安全可靠的卫生性能，其主要特点是重量轻、强度高、耐酸防腐、抗压、施工方便、用料省，使用寿命可达50年以上等优点，属绿色环保高新科技产品。

特别是双层壁承插口高密度聚乙烯双壁波纹管，由于接头连接牢固，质量稳定可靠，施工方便等因此大口径高密度聚乙烯双层波纹管道是市政管道工程规划开发更新改造的主要推广应用的产品。

一、双层壁承插口厚度大大高于单层壁承插口厚度双层壁承插口高密度聚乙烯双壁波纹管，由于承插口管壁厚度大大高于单层壁承插口管壁的厚度，因此双层壁承插口刚性好，特别在室外气温高达50℃时也不会变形，并且通过测试我公司生产的大口径管道，管材表面温度从室温升高至50℃时，6米管材长度的收缩率仅为0.1-0.2%，管材内径的收缩率仅为0.55-0.60%左右，在低温-40℃时也能照常施工，而且不破裂。

因此我公司生产的埋地用双层壁承插口双壁波纹管在室外施工埋地安装时，气温变化时对于管材各项尺寸指标影响不大。

综上所述，由于混凝土排水管的泄漏造成环境污染是混凝土管的最大缺点，而双层壁承插口HDPE双壁波纹管的连接密封性能优良，其内压可以达到0.15MPa不渗漏，据资料统计在城市污水管网中混凝土管泄漏可达30%以上，主要是因为混凝土管在保证密封性方面比较差，而且在施工过程，不能保证不泄漏，因为埋地土壤的不均匀沉降就可就可造成密封连接处的破坏。

虽然大口径HDPE双层壁承插口双壁波纹管单价要比混凝土管高，但从目前国内外排水管铺设实践经验证明，其总的工程造价可低于传统的混凝土管，比承插口混凝土管的造价降低30%左右，而且施工周期可大大缩短，并且具有良好的经济效益。

目前，采用结构壁管型式生产的HDPE双层壁承插口双壁波纹管材，其主要特点是重量轻、环刚度高、韧性好。

所有生产规格的高密度聚乙烯管材其环刚度都在SN8以上，并且生产的双层壁承插口双壁波纹管全部都是在线扩口，扩口部分全部是热熔融双层复合的双壁扩口聚乙烯双壁波纹管材，其承插口是双壁复合强度高、不分层、无气泡、不易变形，这种双层壁承插口双壁波纹管其生产技术要求高、难度大。

在国际上HDPE双层壁承插口双壁波纹管在线扩口生产技术也是最先进的，在产品质量上也是最优异的。

双层壁承插口的双壁波纹管在工程施工时能完全实现承插式柔性连接法，解决了一般大口径塑料排水管不易解决的密封连接问题。

并且我公司生产的所有双层壁承插口管材的连接密封试验内压全部达到0.15Mpa以上。

二、埋地用排水管的主要性能指标是环刚度HDPE双壁波纹管主要应用于城市排污管和雨水管，由于排水管是在重力作用下输送污水和雨水，故其通常管内无压力，所以又称埋地非压力管道。

由于排水管大都埋在地下，所以必须承受一定的外部压力，因此埋地排水管又必须具有一定的刚性和强度以承受外部的压力，埋地排水管所受的外压负荷可以分为静负荷和动负荷两种，静负荷来源于管道上方的土壤重量，动负荷来源于管道上方过往的载重车辆。

埋地排水管所受的外压负荷和埋地深度密切相关，埋地越深管道所受静负荷越大，而所受动负荷越少。

美国聚乙烯波纹管协会介绍在埋地深度超过2.4米深时，可忽略动负荷。

埋地排水管的主要性能指标是环刚度。

S-环刚度KN/m2 E-材料的弹性模量KN/m2 I-惯性矩m4/m D-管材的平均直径从上述公式表明，环刚度与弹性模量的惯性矩成正比，与管材的直径立方成反比，因此对大口径高密度聚乙烯双壁波纹管来说，管材直径越大，环刚度就越低。

1、要提高惯性矩I，首先要为管道设计出合理的科学的管壁结构和管道的截面结构，因此作为结构壁管双壁波纹管就是达到了用较少材料而达到较高的惯性矩。

2、要提高弹性模量E，就是要选择特定的塑料原料，因为不同的热塑性塑料材料就有不同的弹性模量，如聚氯乙烯（PVC）弹性模量较高，但是其材料的流动性稳定性比较差，生产大口径结构壁管道比较困难，目前国内聚氯乙烯树脂生产的双壁波纹管其直径一般在DN500mm以下。

而高密度聚乙烯（HDPE）弹性模量较低，但其树脂流动性和稳定性比较好，而且柔韧性较好，可以在低温环境下施工，因此可以生产大口径的双壁波纹管，直径一般在DN800-1200mm以上。

针对上述情况，我公司同国内一流企业齐鲁石化和燕山石化有关部门一同试制生产开发出适合生产大口径高密度聚乙烯双层壁承插口双壁波纹管的专用料。

使我公司生产出内径800mm和内径1000mm的大口径高密度聚乙烯双层壁承插口双壁波纹管，完全克服了原料下垂现象，环刚度全部在SN8以上，管材落锤冲击性能良好。

双壁波纹管专用料具有以下特点：a、专用料的弹性模量高、强度好，刚韧平衡，生产的大口径聚乙烯双壁波纹管，环刚度高，密封性能良好，耐酸碱，抗腐蚀，耐寒耐热，无毒性，可在-40℃-60℃条件下长期使用，使用寿命可达50年。

b、熔体压力高，可满足大口径双壁波纹管在线扩口的生产工艺要求。

c、成型加工性能好，双壁波纹管在挤出加工时，管胚熔垂度小，产品壁厚均匀，连续生产性能稳定。

三、大口径HDPE波纹管的成型工艺1、先进的具有国际水平的设备配置。

大口径波纹管的生产主要取决于生产线的先进性，以确保产品的一流质量，加拿大科玛公司研制开发的4020-7.6MOR成型机绝大部分技术在世界各地获得了专利权，其制造和生产大口径波纹管设备雄居世界领先水平，同时科玛公司产品已经获得CE认可，并完全符合欧洲技术和安全标准，特别是双层壁承插口的在线扩口生产技术在世界各地获得了专利。

2、双壁波纹管的成型工艺a、波纹管成型机：双壁波纹管成型其关键就在于波纹管成型机，其中包括波纹成型模块，扩口成型模块、挤出模头水套和真空冷却系统四大部分。

由于，双壁波纹管的重要指标是环刚度，因此要制造高环刚度的产品，必须要有合理的先进的波峰形状。

通过实践证明，要制造高环刚度的双壁波纹管，必须要具有既宽又高的呈正弦波形状的波纹，如同圆拱形桥梁能承受较大的负载一样。

b、波纹成型过程双壁波纹管的成型，目前国内外均采用“内正压，外负压”的成型方法，即内壁用压缩空气吹胀，而外壁则用真空负压吸塑的双层作用原理制成特定的波纹形状。

c、扩口成型双层壁承插口的扩口成型是生产双壁波纹管的重要工艺技术控制关键，由于HDPE双壁波纹管是采用在线扩口生产技术是和PVC管材的扩口成型完全不同，PVC管材的扩口采用二步法，即先制成一定口径大小的管材，仍然用另一台专用扩口成型机，在扩口部分进行预加热，然后用压缩空气吹胀冷却定型制成扩口。

而HDPE双壁波纹管的扩口是在生产线上一次完成，因此称为在线扩口，所以其扩口难度大，工艺技术含量较高。

当双壁波纹管在扩口时，首先要关闭水套真空，然后释放夹层气，要求将夹层内的气体全部排尽，再打开压缩空气阀，使模块扩口部分的管材内壁迅速充气，同时管材外壁扩口部分模块抽真空，真空度要求大于0.08MPa，然后要求控制好扩口速度和扩口空气压力，这样才能保证双层壁承插口扩口成型完好。

四、管材生产工艺大口径HDPE双壁波纹管管材的生产线是将一定量的高密度聚乙烯树脂与一定量的黑色母粒倒入混和机进行混和，并经过加热料斗干燥预热至一定温度然后加入单螺杆挤出机挤出。

大口径HDPE双壁波纹管是二台挤出机共挤出，一台挤管材外壁，一台挤管材内壁，然后物料通过挤出机螺杆加热熔融塑化输送至机头口模。

而管材内壁是通过内径决定径套抽真空水冷却定型，管材的波纹外径是经过自动控制的成型机传动，模块抽真空进行冷却定型。

内壁是管胚外壁是波纹状，内壁和外壁双层复合经过内壁吹涨中间夹层排气外壁抽真空等一系列程序控制制成双层壁在线扩口的成型过程。

其生产工艺流程如下：生产高密度聚乙烯双层壁承插口双壁波纹管的技术关键主要有以下三个方面：1、高密度聚乙烯（HDPE）原料的选择a、双壁波纹管材外层原料的选择双层壁承插口高密度聚乙烯双壁波纹管，由于承插口管壁厚度大大高于单层壁承插口管壁的厚度，因此双层壁承插口刚性好，特别在室外气温高达50℃时也不会变形，并且通过测试我公司生产的大口径管道，管材表面温度从室温升高至50℃时，6米管材长度的收缩率仅为0.1-0.2%，管材内径的收缩率仅为0.55-0.60%左右，在低温-40℃时也能照常施工，而且不破裂。

综上所述，由于混凝土排水管的泄漏造成环境污染时混凝土管的最大缺点，而双层壁承插口HDPE双壁波纹管的连接密封性能优良，其内压可以达到0.15MPa不渗漏，因此对原料的选用就有了特别高的要求。

我们选用了熔体流动速率较小的，弹性模量较高的高密度聚乙烯树脂，它的熔体流动速率为MI+3.5-4.0（190℃，21.6KG），并且它的弹性模量较高，而且密度在0.951-0.960之间。

由于需要有较高的弹性模量和强度，因此必须具有较高的分子量，当分子量提高后，熔体的温度也同时增大，同时对挤出的温度的控制相对提高。

由于材料的弹性模量与使用HDPE 树脂原料有关，因此HDPE树脂的弹性模量对一定规格波纹管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。

同时，还必须具有较高的密度和较小的熔体流动速率和良好的加工性能及设备适应性。

b、双壁波纹管材内层原料的选择由于高密度聚乙烯双层壁承插口双壁波纹管的双层复合，故外层要求刚性，内层则要求柔韧性（相对外层），这样通过吹胀法才能将双壁波纹管材的内层和外层同时在物料熔融状态下复合成一体的双壁波纹管HDPE双壁波纹管专用料性能如下:因此在选用内壁料时，熔融指数一般控制在5.5-6.5左右为好（190℃，21.6kg）2、塑料挤出机的选型由于HDPE双壁波纹管材的生产一般采用2台大小相同和不同螺杆直径的单螺杆挤出机通过机头复合而制成双壁波纹管材。

我们大胆选用国产挤出机设备同从国外进口的科技含量较高的双壁波纹管成型机配套，是国内同类设备配制的一大创举，并开拓了先例。

由于国际上通用设备的选型一般都采用挤出量，因此大口径HDPE双壁波纹管由于是结构壁管，重量轻一般都配制螺杆直径较小并用选用进口设备的单螺杆挤出机，而我公司是选用国产塑料挤出机替代进口挤出机，而且配制相应的加大。

配制采用大螺杆、大挤出量、大扭矩、大长径比，这样就可以降低挤出机的转速，而避免过高的提高螺杆转速，对物料的剪切速率明显加大而提高物料熔体的温度，同时可以避免物料在加工成型过程种产生严重的物料下垂现象，造成双壁波纹管材的管壁厚度不均匀，刚性降低，并且难以制成在线扩口成型的双层壁承插口的双壁波纹管管材，而且用2台挤出机共挤出的结构壁双壁波纹管管材的优点是整体性好，重量轻、产量高，其在线扩口的双层壁承插口的安装使用快速方便，是建材领域的又一种具有高科技含量的新型建筑材料3、原料工艺控制由于HDPE树脂的熔体流动速率较小，而密度较高，因此在加工成型时，我们先将一定量的HDPE树脂和色母在一定温度一定时间下混合，然后再进入挤出机的料斗进行恒温干燥，这样可以保证物料具有一定温度，并且能把物料的水分和低分子化合物去除，并且在进入挤出机螺杆时可以降低螺杆对物料的剪切力，同时也降低了熔体压力，这样可以保证管材层压壁厚和扩口端面无气泡，双层壁熔接牢固，产品密度高，刚度好。