聚乙烯壓力管材生產如何進行質量控制
化學建材是繼鋼材、木材、水泥之后第四大類重要建筑材料。化學建材產品主要包括塑料管道、塑料門窗，防水材料和建筑涂料等。聚乙烯(PE)管材作為一種新型建筑材料正在被大力推廣使用，在建設部和各級政府部門的大力倡導下，近9年來，全國形成了PE管材投資熱潮，不少原來生產聚氯乙烯(PVC)塑料異型材、PVC塑料管材的企業開始轉向投資生產PE管材產品，短短幾年，PE壓力管材的生產企業由2000年前的十幾家增加到目前的一百多家，生產企業生產、銷售勢頭良好。作為管材的生產廠家不僅要盯住市場銷售量，更要盯住自己的產品質量。PE管材作為燃氣、給水用壓力管道材料，對其質量要求很高，尤其是輸送燃氣用高密度聚乙烯(HDPE)管材產品，其質量的好壞直接影響到人民生活的安全。因此，生產企業要引起足夠重視。筆者主要從原料、工藝控制方面介紹PE管材生產的質量控制。
1、PE壓力管材原料的質量控制
PE壓力管材主要應用于城市供水、燃氣輸送等方面，其使用壽命至少要達到50a以上，并保證絕對安全性。原料的選擇對于管材最終能達到的性能是極其重要的，有時是決定性的。生產廠家應選擇PE管材專用料來生產PE管材，歐洲標準和國家標準對PE給水和燃氣管材專用料的性能指標都有明確規定，管材專用料按材料的等級分為PE63、PE80、PE100。目前供水、燃氣用原料主要是PE80、PEI00，我國PE樹脂的產量很大，但適合做管材的PE樹脂并不多，尤其適合做供水、燃氣輸送用的PE80級專用料更少，PE1 00級管材專用料根本就沒有，管材專用料主要依賴進口。國內廠家目前使用最多的是英國BP、北歐化工、阿托菲納等公司提供的黑色或黃色混配料和韓國三星、LG、大韓油化等公司提供的不含炭黑的本色料。
生產燃氣、給水用PE管材時最好采用混配料，尤其是生產燃氣用PE管材時一定要采用混配料，只有這樣產品質量才能得以保證。采用本色料加色母料生產PE管材時要注意兩個方面的問題：
(l)色母料的加入量;
(2)色母料在本色料中的分散情況。
國家標準要求管材中炭黑的含量應達到2.5%，炭黑的分散等級應達到3級。使用本色料加色母料生產管材時，一起注意色母料中炭黑的含量。目前新使用的黑色母的炭黑含量為 40%- 50%，因此在PE本色料中加色母料至少要達到5%以上才能保證生產的管材產品中的炭黑含量達標。若炭黑含量少，達不到指標要求，會使管材的抗氧化性能明顯降低，氧化誘導時間縮短，從而達不到質量要求。色母料在本色料中一定要分散均勻，分散不均勻會造成炭黑在熔融料中分散不均，影響管材質量。筆者曾進行拉伸試驗和管材爆破試驗，炭黑分散不均勻拉伸易斷裂，斷裂伸長率難達標，管材爆破試驗中管材的承載壓力遠遠低于用混配料生產的管材。
原料中的含水量也是不能忽視的，原料中水分的含量直接影響管材產品的表面質量，國標要求原料中水分的含量小于300 mg/kg。原料中的水分含量高，管材表面會出現氣泡、凹陷，嚴重時會影響到管材的耐壓強度。因此在擠出生產前需對PE原料中水分的含量進行重新檢測，尤其是混配料，由于含炭黑，炭黑容易吸水，會造成原料中水分的含量遠遠超標，因此生產前要對原料進行烘干處理。目前，干燥方式有熱風干燥和脫濕干燥兩種，前者干燥效果不是太理想，建議廠家最好采用脫濕干燥設備干燥原料。脫濕干燥設備是通過熱風和分子篩吸附同時處理原料中的水分，干燥溫度一般不高于80℃，干燥后原料中的水分含量完全能達到國標要求。原料通過干燥處理后降低了水分的含量同時投入擠出機中，原料溫度均勻一致，提高了擠出生產的穩定性。
2、生產工藝過程的質量控制
生產工藝包括擠出工藝溫度、機頭壓力、擠出速度、牽引速度、真空度、冷卻水溫度等技術參數。擠出工藝溫度包括機筒溫度、機頭溫度和口模溫度。PE管材是采用單螺桿擠出機擠出的，機筒溫度設置為平坦分布，溫度可控制在170-200℃，對于PE80級原料采用下限溫度，而PEI 00級原料采用上限溫度。機頭溫度對擠出成型影響很大，溫度過高，擠出制品形狀的穩定性差，易使制品的收縮率增大;溫度過低，物料的熔體粘度增大，機頭壓力升高，物料離模后膨脹較大，制品表面粗糙。機頭溫度一般控制在190- 210℃，可根據物料出料的情況來調整溫度。口模溫度可控制在220℃左右，一般情況下，口模溫度高可提高管材表面的質量，管材表面光潔，當然應主要根據所選用原料的情況來具體決定。機頭壓力也叫熔體壓力，PE壓力管材的熔體壓力一般控制在20-40 MPa，熔體壓力與機筒內物料的塑化程度、螺桿轉速、機頭部位濾網的孔徑等指標有關，一般增大熔體壓力，能使產品的密實度提高，有利于提高制品質量。擠出速度也叫螺桿轉速，螺桿轉速的選擇直接影響到管材的產量和質量，提高螺桿轉速可在一定程度上提高產量，但是單純提高螺桿轉速，則會造成物料塑化不良，管材內壁毛糙。牽引速度與擠出速度之比稱為拉伸比，PE管材的拉伸比為1.2左右，通過調節牽引速度可調整管材的壁厚，在實際生產過程中，生產一定壁厚的管材調節牽引速度時需同步調整擠出速度。真空度的大小直接影響到管材的外徑尺寸，真空度一般控制在0.02-0.07MPa，第一節的真空度相當重要，主要起定徑作用，真空度要大些，第二節、第三節的真空度可小些，能夠確保管材圓度即可。一般情況下生產管材外徑尺寸越大，要求的真空度就越高。
目前常用的管材擠出生產方法為真空定徑及噴淋冷卻，真空冷卻定徑采用帶有水環的真空定徑套，置于第一節真空中，冷卻水水溫和噴淋水流量調節對于管材的質量影響很大。冷卻水溫度一般控制在15一25℃為宜，冷卻水溫度過高，將會延長冷卻時間，減慢冷卻速度，意味著熔融的原料處于高溫的時間也將延長，尤其是管材內壁，這樣會加速原料中抗氧化等添加劑的分解，降低管材的抗老化性能，同時對管材的定型也有不利影響。相反，如果真空定徑水溫過低，則會使熔融態的PE管材外表面冷卻結晶速度過快，造成管材的內外表面溫差過大而使管材定型后產生較大的內應力，降低管材的力學、物理性能。冷卻水流量可通過流量計來控制，冷卻水流量過大，易使管材表面粗糙，產生斑點、凹坑;過小也會使管材表面質量變差，產生斑點，冷卻水分布不均勻還會使管材產生不圓現象。總之，要根據設備、模具、原料的具體情況來制定出合理的工藝參數，在生產過程中要嚴格按工藝制度進行操作，只有這樣才能保證穩定高質量的生產。
3、產品檢測的質量控制
產品的檢測分為原料檢測、過程檢測和最終產品檢測。對于原料的檢測，有兩項性能指標需在生產前進行，即水分含量和熔體質量流動速率，熔體質量流動速率是制定工藝溫度的參考依據。過程產品檢測是產品生產過程中對產品的表面質量、外形尺寸(外徑、壁厚、圓度等)進行的控制，目前較先進的生產線上配置有在線壁厚測量裝置和自動口模對中系統，如果沒有這些裝置就需使用工具測量管材的外徑。壁厚和橢圓度等指標，如不符合要求應及時對口模，對真空定徑進行調節直到能夠穩定生產出合格的產品。最終產品的檢測是產品出廠前必須要進行的，除前面提到的表面質量，外形尺寸檢測以外，還要對管材產品進行靜液壓強度、斷裂伸長率、熱穩定性和熔體質量流動速率4項物理性能指標的檢測。
4 結語
企業要想做強做大，必須把質量放在首位，只有做好今天的產品質量，才會擁有明天的一片市場。
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