PE管材加工技术难题及解决办法

高密度聚乙烯（HDPE）管材，目前市场应用已十分广泛，不仅在给水、燃气输送方面，而且在化工、疏浚、管道修复方面也广泛应用。聚乙烯（PE）管材优异的焊接连接方式、卫生环保、耐腐蚀、低摩阻，工程造价低等优点，已为人们所共识。PE管材生产加工看似较为简单，但从质量、成本、管材长期性能等方面看需要正确认识和提高PE管材生产技术和质量控制尤为重要。现将笔者二十几年来的生产技术和质量问题总结如下。

1 管材壁厚控制

PE管材的壁厚问题涉及到管材的耐压问题，管材的壁厚控制也涉及到生产成本问题。管材壁厚指标是管材质量控制的最重要的参数，壁厚不合格属于产品质量严重不合格项目，因此对管材壁厚的控制至关重要。造成管材壁厚不合格的原因是主机的挤出量不稳定造成的，一方面是原料的熔体流动速率（MFR）不稳定不稳定，更重要的是生产过程的设备主机和机头的温度，另一方面是因为PE原料下流垂严重、机头口模间隙不合适造成的。具体解决和预防措施见表1。

2 管材平均外径控制

造成管材外径不合格的原因很多，管材平均外径不合格，会造成管材热熔或电熔焊接时，无法保证焊接质量，甚至于因为错口太大无法焊接，因此管材外径控制也很重要，生产企业必须认真对待，一方面必须确保合格，符合国家标准，另一面要确保稳定，具体情况见表2。管材生产圆周（外径）控制具有滞后性，等完全冷却圆周或外径定型后，需要几个小时，有时会造成严重不合格品或废品，笔者根据大量数据总结分析以及所学理论，形成如下圆周或外径计算公式，利用该公式，可提前预知或测算真空槽后面圆周应该多大，管材完全冷却后，管材外径或圆周一定合格。公式如下：

式中：P为主机产量，kg/h；

DN 为管材公称外径，mm

L为生产线冷却系数，针对每条线有基本固定的冷却系数；

C为从管材在真空箱圆周直到管材完全冷却下来后，管材圆周收缩量PE315线L约为6×10-4，PE630线L约为3.8×10-4。每个厂家生产线冷却系数只要带入一个规格，就可推算出冷却系数为多少，其他规格直接使用该冷却系数即可。

3 不圆度控制

管材生产过程容易出现管材不圆的现象，管材不圆，容易造成焊接困难，因此管材的不圆度问题也要注意。造成管材不圆度超标的因素，一方面管材半圆托板太少，不合格；另一方面管材圆度校正仪矫正不到位或者矫正过度。另外，造成管材不圆度超标的原因，关键还是壁厚问题，壁厚不均圆，也容易造成管材不圆，想办法解决管材壁厚均匀度才是解决管材不圆度的根本问题；另外管材在生产过程中，由于喷嘴阻塞，冷却不好。或者喷嘴喷水角度不合理，造成管材在生产过程中，冷却不均匀，也是造成管材不圆度超标的主要原因。

另外，管材存放环境差，堆放太高，管材露天堆放，夏天地表温度太高，在过应力作用下，就会造成管材椭圆度超标。

4 内壁沟槽

大口径管材内壁开机时，容易出现内壁沟槽现象。造成内壁沟槽的原因，是管材下流垂造成的，机头内部温度太高，管材太厚蓄热太多，造成管材冷却不好，料坯下滑造成沟槽。解决措施仍然要降低机头内部温度，必要时降低主机速度，加大冷却。

5 糊料现象

管材糊料多，管材出现糊料现象，是工艺温度太高，或者原料加热时间太长，造成原料老化，混配料炭黑含量高，原料耐温较差，生产过程中必须注意原料加热时间不要太长，同时加工温度不要太高。生产结束后或者生产过程中断时间久时及时降温保温，另外色母料不合格也容易造成糊料现象。

6 缩口现象

管材缩口现象、断裂伸长率不合格、焊接面出现气孔、管材弯曲严重，管材水点、管材波纹现象都是容易出现的生产现象。生产技术人员必须结合设备状况、原料状况，及时分析原因，透过现象看本质，才能不断总结出原因，以便及时预防及时解决。

7 PE管材屈服强度、拉伸强度低

PE管材力学性能指标必须合格：屈服强度＞20MPa、拉伸强度＞16MPa生产所需原料配方必须符合相应要求。选用主料时，必须选用PE100级原材料，原料必须洁净，不能添加任何回收料，也不能含有其他任何杂质，国内原料如上海石化YGH041或YGH041T、天津石化PN049、齐鲁石化DGDB2480，国外原料如北欧化工HE3490等。另外生产过程添加黑色母时必须混合均匀，色母料必须选用管道专用，甚至于薄膜级黑色母料，炭黑含量2%~2.5%，炭黑分散必须＜3级。另外，生产温度与工艺，必须确保塑化效果好。只有这样，才能确保管材本体屈服强度、拉伸强度强度高。

8 PE管材的耐开裂应力能力

PE管材在运输、施工中，管材的表面必然会造成不同程度的划伤，有些情况下甚至于非常严重。划伤深度不得超过管材壁厚的10%，但是管材在使用过程中，可能有小小的划伤，会造成管材应力集中，从而造成管材破裂。因此在原材料选用和原料配方、以及生产工艺设定时，必须确保管材塑化良好，PE管材内分子链的各向同性，决不能造成各向异性；分子交联度不能降低；不能因剪切造成分子链断裂或低分子析出，造成分子量分布不合理。另外，目前国内外也有专门的抗划痕专用原料，如PN-049RC、YGH041RC就是理想的专用料。

9 结束语

PE管材加工过程经常出现的一些问题，笔者结合工作经验，对生产中出现的如壁厚不合格，不圆度超标，外径不合格、内壁沟槽、糊料等现象进行分析并提出解决办法。

参考文献

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[7] GB15558-2015 燃气用埋地聚乙烯管道系统[S].

来源：勘探开发

作者：张云爱