何本才 薛志峰 余建虹 譚冬春 譚嘉銘

摘要：通過(guò)分析PE-RT原材料特性和常見(jiàn)冷卻方式，對(duì)比冷卻效果，浸泡式真空箱配新型定徑套的冷卻方式更適合PE-RT地暖管的高速生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：PE-RT管材；高速生產(chǎn)；浸泡式真空定型冷卻方式

1 PE-RT原材料特性及應(yīng)用領(lǐng)域

耐熱聚乙烯(PE-RT)問(wèn)世于上世紀(jì)90年代，是乙烯辛烯共聚的中密度聚乙烯。近幾年又有了新的發(fā)展，研發(fā)出乙烯己烯共聚的高密度II型耐熱聚乙烯(PE-RT II型)，材料具有PE100級(jí)特性，又具有更卓越的性能：具有優(yōu)良的長(zhǎng)期靜液壓強(qiáng)度；可熔接性，可采用所有的熔接方法；材料抗沖擊強(qiáng)度性極好；柔韌性好；長(zhǎng)期蠕變性能好；具有比傳統(tǒng)高密度聚乙烯更良好的耐高溫和耐低溫性能，最高設(shè)計(jì)溫度為80℃，最低溫度-40℃；適用于各種高溫流體的輸送。例如集中供熱、建筑內(nèi)冷熱水、溫泉水、石油輸送以及化學(xué)流體輸送等苛刻的領(lǐng)域，適用于工業(yè)用及民用建筑冷熱水管路系統(tǒng)、飲用水系統(tǒng)、熱力預(yù)埋管、地面輻射采暖系統(tǒng)以及高溫地源熱泵系統(tǒng)等，尤其在北方應(yīng)用于城鎮(zhèn)供熱系統(tǒng)二次管網(wǎng)PE-RT II型預(yù)制直埋保溫管。PE-RT管應(yīng)用廣泛，在管道企業(yè)的生產(chǎn)中遇到了不少的問(wèn)題，其中高速生產(chǎn)的冷卻方式就是本文討論的主題。

2 PE-RT管高速生產(chǎn)的必要性

地暖管行業(yè)的市場(chǎng)也出現(xiàn)低利潤(rùn)與競(jìng)爭(zhēng)激烈的現(xiàn)狀，各企業(yè)不斷推出新品和改善產(chǎn)品外觀(guān)及質(zhì)量以增強(qiáng)自身競(jìng)爭(zhēng)能力，同時(shí)通過(guò)自動(dòng)化高效高速生產(chǎn)來(lái)提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本，增強(qiáng)企業(yè)的生存能力。因此，PE-RT地暖管的高速生產(chǎn)成為各企業(yè)的必選途徑。

3 PE-RT管材生產(chǎn)中常見(jiàn)的問(wèn)題及原因分析

在PE-RT地暖管的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中產(chǎn)品的生產(chǎn)效率、質(zhì)量合格率、材料利用率成為生產(chǎn)技術(shù)管理的關(guān)鍵監(jiān)控點(diǎn)。其中地暖管的外觀(guān)和尺寸質(zhì)量問(wèn)題成為高速高效生產(chǎn)的控制難點(diǎn)，常見(jiàn)問(wèn)題和原因如下：

3.1 外徑尺寸波動(dòng)

表現(xiàn)形式是管外徑在不同的管段的平均外徑測(cè)量值相差較大，部分管段外徑尺寸偏小、不合格。這種外徑偏小的情況對(duì)于熱熔承插焊接的地暖管是很忌諱的，容易出現(xiàn)熔接不牢，后期泄露，造成較大損失。根本原因之一是真空箱內(nèi)真空度波動(dòng)不穩(wěn)定，直接原因是水環(huán)內(nèi)的冷卻水流量偏小導(dǎo)致管胚冷卻不夠和過(guò)渡拉伸，從而導(dǎo)致定徑套入口泄漏真空，出現(xiàn)斷斷續(xù)續(xù)的外徑大小不一致。另一個(gè)直接原因是真空箱的水位過(guò)高淹沒(méi)真空泵吸氣口，真空泵吸水太多，不能正常工作，真空度下降，因此出現(xiàn)持續(xù)管的外徑偏小。

3.2 縱向壁厚波動(dòng)，內(nèi)壁波紋

表現(xiàn)形式是管內(nèi)壁呈現(xiàn)明顯波紋、手感凹凸不平。根本原因是熔胚不穩(wěn)定。直接原因有真空箱冷卻方式不合適、擠出機(jī)供料不穩(wěn)定、牽引速度不穩(wěn)定、定徑套內(nèi)孔不同心等。在實(shí)際生產(chǎn)中因冷卻方式、冷卻效果所產(chǎn)生的問(wèn)題經(jīng)常不容易發(fā)現(xiàn)或不受到重視。

3.3 外表面凹凸不平

表現(xiàn)形式是管外壁手感凹凸不平，目測(cè)凹陷點(diǎn)分布不均。根本原因是熔胚遭受冷卻水的噴射，留下了痕跡。直接原因有在真空箱內(nèi)冷卻水噴射熔胚、噴淋水未細(xì)化、水環(huán)內(nèi)氣泡侵蝕熔胚等。噴淋冷卻方式更容易造成管外表面凹凸不平。

4 PE-RT管材生產(chǎn)通常采用的冷卻方式及效果

上述問(wèn)題中因冷卻效果不均勻、方式不合適成為主要集中原因。為了分析冷卻方式及其效果，先介紹管材成型的兩種真空箱和三種定徑套。

4.1 浸泡式真空箱

真空箱內(nèi)沒(méi)有噴淋頭，管材浸泡于水面以下。優(yōu)點(diǎn)是熔胚冷卻均勻性好、穩(wěn)定性好；缺點(diǎn)是只適應(yīng)于dn20-dn32小口徑管。

4.2 噴淋式真空箱

真空箱內(nèi)有均勻布置的噴淋頭，管材置于托輪之上。優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)于各種大小口徑的管材，缺點(diǎn)是噴流頭易堵塞造成冷卻不均、對(duì)高速生產(chǎn)中未定型的熔胚外表面產(chǎn)生噴射痕跡。

4.3 定徑套的類(lèi)型

參見(jiàn)表1。

4.4 通過(guò)實(shí)際生產(chǎn)對(duì)比6種冷卻方式及效果

參見(jiàn)表2。

5 PE-RT地暖管高速生產(chǎn)的最佳冷卻方式分析

PE-RT地暖管的高速高質(zhì)量的穩(wěn)定生產(chǎn)成為管道企業(yè)的追求目標(biāo)，隨著第一代和第二代擠出機(jī)逐漸退役，更先進(jìn)的生產(chǎn)裝備成為滿(mǎn)足生產(chǎn)企業(yè)需求的首選。先進(jìn)裝備的重要特征就是高效高產(chǎn)穩(wěn)定性好，特別對(duì)于小口徑管材的高速高效穩(wěn)定生產(chǎn)更加能夠體現(xiàn)設(shè)備制造水平和生產(chǎn)工藝水平。設(shè)備的關(guān)鍵部件除了保證塑化質(zhì)量、穩(wěn)定供料的擠出機(jī)和保證穩(wěn)定牽引的牽引機(jī)外，最為關(guān)鍵的部件就是真空定型箱和定徑套。這兩個(gè)裝置都是管胚的冷卻定型裝置，對(duì)管材的外觀(guān)和尺寸影響最直接。

定徑套的尺寸和真空箱的真空度影響管材外徑、不圓度，也影響管材外觀(guān)質(zhì)量和壁厚均勻性。因此，定徑套的冷卻效果好和摩擦阻力小成為定徑套的重要設(shè)計(jì)要求。加強(qiáng)冷卻效果主要是通過(guò)加大定徑套的內(nèi)外冷卻水流量。而降低摩擦阻力一般采取減少接觸面，如采用碟片，減少定徑套與管胚的接觸長(zhǎng)度。另外減少摩擦阻力的方式是定徑套加密封水環(huán)結(jié)構(gòu)，使定徑套內(nèi)表面與管胚之間形成一層均勻水膜，水膜起到潤(rùn)滑減小摩擦阻力的作用。

上述三種定徑套中水簾銅套式定徑套一般用于噴淋式真空定徑系統(tǒng)，管胚與銅套接觸面積大、摩擦阻力大，適合低速生產(chǎn)，用于快速生產(chǎn)壁厚波動(dòng)較大，所生產(chǎn)管材表面易劃傷。水環(huán)式銅套碟片復(fù)合定徑套一般用于浸泡式真空定徑系統(tǒng)，定徑套設(shè)在真空箱前面的密封水環(huán)玻璃筒內(nèi)，單獨(dú)恒溫預(yù)冷，流量壓力穩(wěn)定，冷卻效果好，管胚與定徑套內(nèi)孔之間形成水膜潤(rùn)滑，摩擦阻力小，適合高速生產(chǎn)，管材表面光亮、尺寸穩(wěn)定。據(jù)了解目前PE-RT國(guó)內(nèi)某設(shè)備廠(chǎng)家采用該種定徑套搭配浸泡式真空箱，其正常穩(wěn)定生產(chǎn)速度已達(dá)40m/min。水環(huán)式碟片定徑套結(jié)構(gòu)一般用于噴淋式真空箱，定徑套設(shè)在真空箱前面的密封水環(huán)玻璃筒內(nèi)，該種定徑套摩擦力小，但由于噴淋系統(tǒng)的噴射原因，因而外觀(guān)質(zhì)量一般，一般適合中等速度，20-25m/min，管材表面經(jīng)常出現(xiàn)凹凸不平的情況。

6 結(jié)論

三種定徑套及兩種真空箱冷卻方式中浸泡式真空箱與水環(huán)式銅套碟片復(fù)合定徑套的搭配最適合PE-RT地暖管的高速生產(chǎn)。