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HDPE双壁波纹管的基本分类和好处

作者:admin 发布日期: 2020-09-27 二维码分享

HDPE双壁波纹管,简称PE波纹管,80年代初在德国首先研制成功。经过十多年的发展和完善,已经由单一的品种发展到完整的产品系列。在生产工艺和使用技术上已经十分成熟。由于其优异的性能和相对经济的造价,在欧美等发达国家已经得到了极大的推广和应用。

双壁波纹管材是以高密度聚乙烯为原料的一种新型轻质管材,具有重量轻、耐高压、韧性好、施工快、寿命长等特点,其优异的管壁结构设计,与其他结构的管材相比,成本大大降低。并且由于连接方便、可靠,在国内外得到广泛应用。大量替代混凝土管和铸铁管。

一、定义 :所谓PE双壁波管是为了在节省原材料而不致使管材的环刚度下降的前提下,对管材截面进行优化设计的一种内壁光滑平整、外壁为梯形或弧形波纹状肋内外壁波纹间为中空、采用挤出成型工艺制成的管材。因为其主要原材料为聚乙烯(PE),故简称为PE双壁波纹管。

二、PE双壁波纹管的优点 :

① 节约原材料,用同样的原材料做同一外径的管材时,波纹管可比实壁管节省30%以上的原材料;

② 质量轻,比重小于铸铁管和水泥管的50%;

③ 安装便捷、施工进度快,以传统水泥管相比,采用PE波纹管可以提高3倍以上安装进度。

④ PE双壁波纹管采用柔性连接,密封性能好;

⑤生产成本低,综合经济性能优越。


PE双壁波纹管的应用领域 :

①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;

②电器电信工程,作为电力电缆、光缆、通讯信号电缆的保护管;

③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;

④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;

⑤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;

⑥矿场,用作矿井的通风、送风管、排水管。

三、PE双壁波纹管的原材料

1、 原料的组成 :PE双壁波纹管的原材料一般由聚乙烯、增强性功能母料和颜料等组成。如果原材料潮湿,为了提高生产效率,可添加适当的消泡剂。

2、 对原材料性能的要求 :如何生产出一根低成本,高品质的波纹管,很大程度上取决于对原材料的选择和配方的搭配。

(1)  对聚乙烯(PE)性能的一般要求有熔体流动速率(MFR)、氧化诱导时间(OIT)和密度等。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,选用0.8-1.5g/10min(190℃,5kg)之间为宜。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℃)。对中、高密度聚乙烯来说,可通过改变密度来调整其性能。因为我们知道密度相对低的聚乙烯可延长其脆性破坏的时间。

(2)  功能母料的选择也很关键,目前尚无有关排水管道专用功能母料的国家标准,各厂家的产品的性能不尽一致。选用功能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。

(3) 配方是否合理也决定着产品的质量。一些厂家为降低成本,无限制的增加功能母料,这样的产品既无法保证产品的质量,也失去了长远的发展和核心竞争的能力。

四、生产设备

(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。

挤出系统包括螺杆、机筒和加料装置。螺杆素有挤出机的心脏之称,螺杆的质量直接决定着挤出机的挤塑产量与质量。

1、螺杆的技术参数:螺杆的技术参数包括:

a、外径D:也是螺杆的直径,单位mm。螺杆直径的大小决定了挤出机的挤出量。常用的规格有55、60、65、75、90、120、150、200等。

b、长径比L/D:就是螺杆的长度与直径之比。长径比的大小决定了塑化的质量。不同塑料对螺杆长径比的要求不尽相同,对聚烯烃而言常用的有20:1、25:1、30:1、32:1、33:1、34:1。

c、转速n:一般有.高转速和转速范围。r/min

d、驱动功率N:指的是电动机需要提供给它的功能率。KW

e、生产能力Q:单位时间内的.大挤出量Kg/h.

f、几何压缩比CR:下料段..个螺槽的容积与计量段.后一个螺槽容积之比。实际生产过程中的物理压缩比是物料在加料段时松散固态与挤出过程中完全熔融时的比值。螺杆设计时,几何压缩比应大于物料的压缩比。加工PE的螺杆的几何压缩比一般为3-4。

g、螺旋升角Ø:螺旋升角达到30°时,挤出量.大,但是在实际加工中往往不能达到30°,目前通用的螺杆的螺旋升角为17°39'。

h、螺槽深度h:螺槽深度的设计与物料的热稳定性、压缩比有关。其中均化段(计量段)的螺槽深度很重要,它直接影响到物料的剪切量,深度越小,剪切越强烈。剪切过大会导致物料热降解,因此均化段螺槽深度要适中。

加料段的螺槽越深,输送能力越强,在保证螺杆强度的前提下,应选择使用加料段螺槽较深的螺杆。

2、螺杆的分段

①输送段,又称加料段。作用是接受由料斗送来的物料,并将其推送到压缩段。

②熔融段,又称压缩段。接受加料段送来的松散物料,在外部加热和剪切热的作用下将物料熔融塑化,并将包在物料内部的空气排出后将物料压实。

③均化段,又称计量段。其作用是接受压缩段推送过来的熔体物料,将其充分熔融,然后将物料定量、定压地挤出。

3、机筒

①机筒一般采用纵向开槽型机筒。这种机筒的输送能力强,排气性好。

②对机筒的材质要求:耐高温、耐磨损、强度高、加工性好、耐腐蚀性好、综合成本低。

③机筒与螺杆的配合间隙直接影响挤出机的挤出量,机器的使用寿命。间隙的大小决定着漏流量的大小,而漏流量又影响挤出量。漏流量的大小与间隙的三次方成反比。聚乙挤出机的配合间隙在0.25-0.32mm之间。

4、机筒的加热方式

①电加热:电加热可以分为电阻加热和感应加热两种方式。感应加热一般是在机筒外壁缠绕线圈实现电磁感应加热。这种加热方式的优点是能量损失小、效率高、精度高、加热时间短。但是成本较高,目前很少采用了。电阻加热是一种较常用的加热方式。常用的加热器有铸铝加热器、,陶瓷加热器、不锈钢加热器等。这种加热方式总体成本低,温度便于控制,但是能耗高,效率低,且体积大。

②流体加热:就是在机筒子的外壁缠绕铜管,然后要铜管内部通加热载体(如导热油)而实现加热的一种方式。这种加热装置需要配备一台辅助加热设备,成本相对较高,很少采取用。

5.机筒的冷却方式

①水冷:机筒的加料口段必须采取水冷的方式,这样可以提高螺杆的输送能力。

②风冷:风冷是一种比较柔和的冷却方式。温度波动相对较稳定,但是这种冷却方式冷却速度慢,体积大,噪音大。

6.机头组件:双壁波纹管挤出机头的结构较复杂,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-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。小规格的双壁波纹管生产线可只用一台挤出机同时挤出内外层。

机头的作用有:

①使熔融物料由旋转运动变为直线运动;

②产生必要的成型压力,保证制品的密实;

③使物料通过机头时进一步得到塑化;

④通过机头断面得到所需要断面形状和尺寸的料坯。

7.挤出机的控制系统:挤出机的控制系统主要由检测元件(例如热电偶、压力传感器)仪表(例如电压表、电流表、温度表、速度显示器)和其他机电元件构成。其作用是保证挤出机在给定的工艺条件(温度、螺杆转速、熔体压力、电流)下运转,确保制品的质量。比较重要控制参数有:

①挤出压力。挤出压力一般应控制在30Mpa以内,压力过小降低生产效率,增加能耗比:压力过小则制品不利于成型。

②螺杆转速: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.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转速来达到.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。

控制的方法..是在机筒内表面纵向上开槽,提高物料与机筒的摩擦力,从而达到提挤出量的目的。第二是控制好下料段的温度,以便使物料有相对大的推动力,因此下料段的温度一般应控制在140℃以下。

③熔体温度:聚烯烃的熔体温度不能超过230度,超过此极限,材料的热降解严重影响管材的质量。

④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..段: 80-100度第二段一第六段: 175- 200度机头:190- 220度

⑤功率消耗:一 般显示电流。

(二)熔融理论

1、挤出过程中塑料的流动机理

塑料沿螺杆向前移动,经历着温度、压力、状态的变化。这种变化在螺杆各段是不一样的。根据塑料的变化情况,通常把螺杆工作部分分为三段:加料段、压缩段、均化段。 

①加料段(输送段):塑料在加料段还是固体状态,这一段的作用主要是接受来自料斗的塑料并将其送到压缩段,因此螺槽容积可维持不变,一般是等深等距。通常加料段的螺槽不会被塑料全部填满,其填充程度与塑料的形状,干湿程度,加料装置有关。加料段..个作用就是为塑料(粒状固体)提供软化温度,其次是以螺杆的旋转与固定的料筒之间产生的剪切力,实行对软化塑料的破碎,而.主要的是以螺杆的旋转产生足够大的连续而稳定的推力和反向磨擦力,以形成连续而稳定的挤出压力,进而实现对破碎的塑料的搅拌与混合,并初步实行热交换。因此,塑料在此阶段虽只发生破碎和软化,并未发生物态的转变,但在挤出过程中这段却是重要的,它产生的推力是否连续均匀稳定,剪切应变率的高低,破碎与搅拌是否均匀都直接影响着挤出的质量和产量。

②压缩段(熔融段):压缩段接受由加料段输送过来的松散料。在此,塑料受到了较高温度的热作用,这时的热源,除外加热外,螺杆旋转的摩擦热也在起作用,由于螺纹深度相对减小,使得热作用更为显著,而来自加料段的推力和来自均压段的反作用力也在此区域对塑料同时产生作用。这个作用的结果是在塑料的前进中形成为与主流反向的回流,这回流产生在螺槽内以及螺杆与套筒的间隙之间,这一回流的产生不但使物料进一步均匀混合,而且使塑料热交换作用加入,达到表里热平衡,由于在此阶段的作用温度已超过塑料的流变温度,加之作用时间已长,致使塑料发生了物态的转变,即由固态转为粘流态(可塑态),此时塑料分子发生了根本的改变,分子间张力极度松弛,若为结晶性高聚物,则其晶区开始减少,无定形区增多。除组成中的特高分子量外,主体完成了塑化,即所谓的“初步塑化”。同时在压力作用下,排除了固态物料中所含的气体,实现初步压实。

③均化段(计量段):均化段把压缩段送来的熔融塑料进一步塑化均匀,.后使料流定量定压由机头模口均匀挤出。因而均化段也常称为计量段。来自螺杆的推力和来自机头处的反作用力使塑料在此阶段所受的径向压力和轴向压力.大,这种高压作用,能使含于塑料内约占其总体积50%的气体排出,并使胶层压实致密。在此段,由于高温、高压的作用,使得经过熔融段未能塑化的高分子在此段完成塑化,从而.后消除“颗粒”,而使塑料塑化充分均匀。

2.物料在挤出机内的四种流态。

①正流:物料沿着螺槽向机头方向流动,也即正方向流动。这种流动是由螺杆旋转的推挤造成的,正流是挤出过程中.主要的流动方式,决定了挤出量的大小。

②逆流:逆流与正流的方向相反,它是由机头,模具,等对熔体反压力所引起的。所以也称反压流动。逆流会一定程度上减小挤出量,它随着机头压力的增大而增大。

③横流:也就是与螺纹相垂直方向的流动。它也是螺杆旋转时推挤所造成的流动。熔体沿与螺纹相垂直方向流动,到达螺纹侧壁时,料流便向机筒方向流动,以后又被料筒或螺杆挡住,不得不改变流向,这样便形成了环流,这种流动对物料的混合,热交换和塑化影响很大,但对总的生产影响不显著,一般都不考虑。

④漏流:漏流也是由于螺杆头部模具、机头、多孔板等对熔体的反压力引起的,漏流不是在螺槽中运动,而是产生在螺纹顶端和料筒之间,螺杆与料筒的间隙通常很小,所以流动速率要比正流和逆流小得多。

3.塑料熔融理论

由料斗进入螺槽的颗粒状固体塑料,经过固体输送区被压紧成固体床,固体床在螺槽内向前推进过程中,与机筒表面接触的塑料由于机筒子的热传导和摩擦热的作用,首先开始熔化,形成一层熔体膜。当熔体膜的厚度超过机筒与螺杆的间隙时,旋转的螺棱将熔体膜刮落,并强制汇聚于螺纹推力面的前侧,形成熔体池。在熔体池与固体床的界面处,是已被受热软化、变形而粘结的料粒,此时物料处于高弹态向黏流态转化的过程。随着螺槽中的物料不断向前推进,机筒加热传入的热量和熔体膜受螺杆与机筒的剪切力产生的热量,不断给传递给未熔化的固体床,使固体床与熔体膜之间界面处继续不断地熔化,致固体床逐渐变窄,直至消失。熔体床逐渐变宽,.后螺槽全部被熔体充满,塑料全部熔化。

(三)、成型原理

1、成型机 :波纹管成型机是生产波纹管的关键设备,关系到管材的质量和产量。双壁波纹管的成型方式也多种多样,并且不同于其它管材的成型设备。

按模块装配方式可分为:立式和卧式(水平式)两种 ,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,但模块更换较困难,特别是大口径模块的更换;水平式(又称为卧式)成型装置可使模块水平开合(通常只有大口径的成型设备),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。

按定型方式可分为:气压定型和真空定型两种 ,目前部分厂家采用气压定型法设备,也就是将压缩空气通过机头模芯支座上的筋条和固定在模芯上的螺塞加到外层管坯内腔,使管坯紧贴在模块上,形成波峰。这种设备生产出来的制品可以是任意截面,还可以提高波纹管的质量,减少凹凸波纹宽度上有厚度误差,并且减少废品,还大大简化了制品内冷却设备的结构和机头结构。但是压缩空气的波动使管材的波峰不尽一致,产品的外观较难控制。

2、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,模块上就必须有抽真空用的通道。成型模块的结构直接决定着管材的环刚度。

六、开机过程中的注意事项:

①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;

②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;

③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;

④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;

⑤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。

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