地暖PE-RT管材質(zhì)量影響因素分析

    影響耐熱聚乙烯（PE-RT）地暖管的使用及安裝性能主要有強度，尤其高溫下的長期靜液壓強度；熱穩(wěn)定性；管材外徑、壁厚；管材外觀等，其中熱穩(wěn)定性以及高溫下長期靜液壓強度最為重要。影響這些因素的有原材料、設(shè)備、模具、生產(chǎn)工藝等。

    一、原材料

    原材料是管材高溫下長期靜液壓強度及熱穩(wěn)定性兩項重要性能的決定性因素。高分子物理有個重要原理：結(jié)構(gòu)決定性能。高分子材料專業(yè)人員都清楚，普通聚乙烯管道包括PE100管材，雖然其分子量很高，熔指也很低，但它的應(yīng)用溫度范圍限制在45℃以下，這是由普通聚乙烯的線性分子結(jié)構(gòu)決定的。耐熱聚乙烯是通過分子設(shè)計，在聚乙烯的線性分子鏈段上按一定規(guī)律分布相應(yīng)長度的共聚單體支鏈，在分子結(jié)晶中無定型區(qū)域中形成一定數(shù)量的“網(wǎng)狀接點”，類似于熱塑性橡膠，從而使得耐熱聚乙烯即使其分子量不一定高于PE100，但大幅提高聚乙烯高溫下的蠕變性能，提高其高溫下的長期耐壓性能。合格的PE-RTI型和PE-RTII型耐熱聚乙烯必須通過相關(guān)論證，其長期靜液壓蠕變曲線必須符合相關(guān)標準曲線。

    管材的靜液壓性能檢測及熱穩(wěn)定性試驗，是用來驗證所生產(chǎn)管材的幾個典型點的性能指標是否達到標準曲線相應(yīng)點的規(guī)定值，即合格的原料性能在加工過程中是否轉(zhuǎn)移成管材性能。這是用來驗證管道生產(chǎn)廠家生產(chǎn)設(shè)備、模具、工藝控制是否合適，而不能夠說明所用原料是否合格。PE-RT原料供應(yīng)商必須提供其原料的論證曲線，而不是管材的型式試驗及熱穩(wěn)定試驗報告。  

 

    值得注意的是PE-RT管材市場競爭激烈，少數(shù)企業(yè)甚至包括部分規(guī)模企業(yè)為謀求暴利，采用薄膜料或薄膜料摻PE-RT料以及普通LLDPE摻PE-RT料生產(chǎn)PE-RT管，而且這種用料方法在行業(yè)內(nèi)有愈演愈烈的趨勢。該種管材短期靜液壓強度有可能通過檢測，但其長期靜液壓強度不一定能通過，考察管材長期使用性能的熱穩(wěn)定試驗則通過檢測的可能性為零。這種管材為用戶今后地暖系統(tǒng)的運行，留下極大隱患，值得大家留意。通過短期液壓檢測無法判別管材用料真?zhèn)�，但目前國�?nèi)銷售的合格的每一個牌號的PE-RT，由于其結(jié)晶度，配比體系不一樣，其表面特征各有特色，用戶可通過表面特征如透明度，色澤等的比較來判別管材用料。有條件用戶可將管材寄到原料供應(yīng)商處，讓其協(xié)助分析，據(jù)了解LG公司，陶氏公司目前可提供該項服務(wù)。有一點值得提醒的是不少用假料企業(yè)生產(chǎn)有色管如乳白色，紅色，藍色，其目的就是為了遮蓋其假料的特征色，另從相關(guān)權(quán)威檢測機構(gòu)了解到，有色管市場抽檢不合格率高達50%以上。從標準角度來說，用以生產(chǎn)PE-RT管材的原料必須用混配料，在加工過程中不允許添加任何加工助劑和輔料，包括色母料�？紤]到國內(nèi)目前PE-RT原料基本以本色料供應(yīng)，因而在國家標準報批稿中明確了PE-RT地暖管宜本色。

    二、設(shè)備

    合格PE-RT原料不一定能生產(chǎn)合格PE-RT管材，設(shè)備對管材性能存在較大影響。設(shè)備包括擠出機、真空冷卻箱、冷卻水箱、牽引機、切割機以及盤管設(shè)備、噴碼機等。擠出機對管材內(nèi)在性能影響較大，尤其螺桿結(jié)構(gòu)，必須要適合PE-RT高粘度等特性，在保證高效前提下，塑化良好并且不會產(chǎn)生過度剪切造成分子鏈的降解。塑化不好以及過度剪切都可能造成管材性能劣化，如靜液壓強度顯著下降，管材耐老化性下降等。一般PE-RT管材擠出機建議采用BM型結(jié)合銷釘并且均化段螺槽較深螺桿，這種螺桿結(jié)構(gòu)具有塑化能力強，塑化均勻，而且剪切小。真空冷卻箱和冷卻水箱，設(shè)計要確保管材冷卻均勻并且足夠流量以確保冷卻充分，否則所生產(chǎn)的管材橢圓度大，管材縱橫向壁厚不均勻等現(xiàn)象。小口徑PE-RT管材壁厚較薄，考慮到冷卻均勻性，建議采用水浸式真空箱。對于水浸式真空箱，應(yīng)考慮設(shè)計消除附在管材表面的氣泡裝置。由于真空箱中管材較軟，附在管材表面氣泡破裂后會在管材表面形成凹坑，雖然不影響管材機械強度，但密密麻麻的凹坑必然影響管材外觀而影響銷售。牽引機要具有調(diào)節(jié)壓緊力或調(diào)整間距功能，以防止所生產(chǎn)管材橢圓度偏大；同時牽引機應(yīng)運行平穩(wěn)，可無級調(diào)速，以確保壁厚均勻以及可調(diào)。

    三、模具

    模具包括模具體、口模芯棒以及定徑套。模具設(shè)計對管材機械強度，壁厚外觀以及生產(chǎn)效率具有重要影響。模具體可以有螺旋式、支架式、藍式結(jié)構(gòu)�？紤]到PE-RT粘性大，建議用螺旋式或支架式模頭體。支架式模具體要注意的是壓縮比要足夠大，一般要超過10，而且從支架處到口模平直段過渡要平緩，斜角控制在30°以內(nèi)。在模頭體與料筒之間應(yīng)裝過濾孔板及80目以上過濾網(wǎng)，過濾板和過濾網(wǎng)應(yīng)便于更換，以確保影響產(chǎn)品質(zhì)量的雜質(zhì)不進入管材中�？谀：托景舫叽缭O(shè)定也會對產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生較大影響。由于PE-RT物料粘度大，剪切大，因而口模芯棒間隙要大，否則會由于模具中熔體流動不穩(wěn)定造成生產(chǎn)薄壁管時壁厚不均勻。一般PE-RT口模內(nèi)徑為管材外徑的1.4倍。芯棒尺寸，國內(nèi)設(shè)備模具廠家一般按拉伸比即口模與芯棒之間截面積和管材截面積之比值或口模芯棒間隙與管材壁厚比例來計算確定。筆者經(jīng)過多年探索，認為用拉伸平衡比（口模內(nèi)徑與管材外徑比值和芯棒外徑與管材內(nèi)徑比值之比）來確定芯棒尺寸更為合理，拉伸平衡比要求在1和1.05之間。拉伸平衡比過大或過小，都會導(dǎo)致管材外觀粗糙，壁厚不均勻以及生產(chǎn)不穩(wěn)定。拉伸平衡比值確定與具體工藝相關(guān)。

    定徑套不僅影響管材外徑、橢圓度等，也影響管材壁厚均勻性。定徑套設(shè)計原則：冷卻效果好；摩擦力小。加強冷卻效果主要加大水流量循環(huán)；而降低摩擦力一般采取減少接觸面，如采用碟片，減少定徑套長度，定徑套電鍍處理或設(shè)計一種水環(huán)結(jié)構(gòu)，使定徑套表面在生產(chǎn)過程中形成一層均勻水膜，這樣生產(chǎn)過程中管材熔胚不和金屬定徑套接觸而是和水膜接觸。    國內(nèi)PE-RT定徑套按結(jié)構(gòu)分主要有三種：水簾式的類似PP-R結(jié)構(gòu)銅定徑套；水環(huán)式銅定徑套結(jié)合碟片式組合結(jié)構(gòu)；純碟片式結(jié)構(gòu)。水簾式PP-R結(jié)構(gòu)定徑套一般用于噴淋式真空定徑系統(tǒng)，冷卻效果差，摩擦力大，適合慢速生產(chǎn)，用于快速生產(chǎn)壁厚波動較大，所生產(chǎn)管材表面粗糙；水環(huán)式銅定徑套結(jié)合碟片式組合結(jié)構(gòu)一般用于水浸式真空定徑系統(tǒng)，冷卻效果好，生產(chǎn)過程中形成水膜潤滑，摩擦力小適合快速生產(chǎn)，管材表面光亮，據(jù)了解目前PE-RT國內(nèi)某廠家采用該種定徑套正常穩(wěn)定生產(chǎn)速度已達40米/分鐘；純碟片式定徑套結(jié)構(gòu)一般用于噴淋式真空箱，而定徑套則在真空箱前面的密封的水浸玻璃筒內(nèi)，該種定徑套摩擦力小，但由于水流量不宜大，因而冷卻效果較差，一般適合中等速度，10米～20米/分鐘，管材表面經(jīng)常用縱向條紋，該定徑套生產(chǎn)PE-RT管，如生產(chǎn)速度快廢次品率高。

    四、生產(chǎn)工藝

    原料、設(shè)備、模具等是PE-RT管材生產(chǎn)必備的硬件，生產(chǎn)工藝是PE-RT管材生產(chǎn)的軟件�，F(xiàn)在不少廠家在硬件上投入不少，但缺乏軟件，缺乏制定合適生產(chǎn)工藝的人才，所以往往進口設(shè)備、模具，采用優(yōu)異原材料卻生產(chǎn)不出合格產(chǎn)品或者廢次品率高，質(zhì)量不穩(wěn)定或低效率生產(chǎn)。筆者就在某廠家看到一條進口800多萬元的生產(chǎn)線，生產(chǎn)PE-RT管材速度僅6米/分，而其原因就是料筒一段溫度設(shè)定不當，而調(diào)整合理后達到25米/分。工藝隨設(shè)備，模具，原材料以及水質(zhì)等變化而變化。生產(chǎn)工藝內(nèi)容包括原材料預(yù)處理、料筒模具各段溫度、螺桿速度、牽引速度、氣壓、真空箱真空度、冷卻水溫、冷卻水流量、冷卻水水質(zhì)等。只有嚴格依據(jù)所具有的硬件，制定合適工藝，才能生產(chǎn)出合格管材。

    要生產(chǎn)出合格的耐熱聚乙烯（PE-RT）管材必須嚴格選用原材料、設(shè)備并設(shè)計合適的模具，并在此基礎(chǔ)上嚴格控制相關(guān)工藝參數(shù)。但值得注意的是生產(chǎn)過程中通過各個環(huán)節(jié)嚴格控制生產(chǎn)出的合格管材并不能保證管材在管道系統(tǒng)中毫無問題，要確保PE-RT管材在系統(tǒng)中在50年的設(shè)計使用壽命內(nèi)，正常運行并達到用戶使用要求，還有賴于正確的系統(tǒng)設(shè)計，規(guī)范的施工及驗收、相適應(yīng)的配件配套、售后服務(wù)以及用戶在設(shè)計的使用條件（溫度、壓力）下應(yīng)用。