HDPE內襯管材生產技術難題及解決辦法

張云愛

(天津森普管材有限公司，天津 300270)

PE內襯管實際就是壁厚很薄的PE（聚乙烯），一般SDR值（徑厚比：外徑/壁厚）在50～80，是非開挖管道修復的主要材料，施工單位將PE內襯管材通過“等徑”或“壓U”工藝將內襯管材穿入原有舊管道里面后，再將PE內襯管材復圓，PE內襯管材緊緊貼緊原有鋼管、水泥管或石油管道，PE內襯管材起到防腐及密封作用，鋼管起到承壓作用，原來幾近不能用的管道，通過該工藝非開挖修復，又能恢復使用，實現了剛塑復合的完美結合，既快速施工，由大大降低了安裝總費用，目前該工程市場廣闊，既有社會效益，又有經濟效益，但是PE內襯管材的生產技術難度較大，普通的保溫管生產線產品質量不能達到質量要求，只能利用PE管材擠出線，進行一定模具改造，同時，提高生產技術水平，總結經驗，才能在保證產品質量的基礎上，大大降低廢品率，降低生產成本，目前，國內能成熟生產內襯修復用的HDPE管材的廠家不很少，現將PE內襯管材生產過程中遇到的主要難題和解決辦法總結一下。

HDPE內襯管材生產中存在的主要技術難題主要包括外徑控制難度大、壁厚控制難、管材表面不合格、牽引打滑、管材斷裂生產率不合格等問題，現將以上問題分析解決如下：

1 外徑控制

HDPE內襯管材外徑要求很高，如果管材外徑太大，穿入鋼管或水泥管內部后，PE內襯管打不開，存在皺褶，不能緊緊貼緊原有管道內壁；如果PE內襯管材外徑太小，穿入原有鋼管或水泥管后，PE內襯管與鋼管或水泥管之間存在間隙，一方面不能貼緊原有管道，而且造成PE內襯管單獨承壓，最終會造成PE管材破裂，造成工程不合格。但是由于PE內襯管材壁厚太薄，生產過程中由于水溫、真空度極難控制，造成外徑控制難度大。預防和解決措施如下：

（1）PE擠出生產線真空箱水溫控制儀必須靈敏能使用，生產過程中的進、排水系統閥門不能隨意調節，確保冷卻水水溫波動不能超過±2℃。

（2）所有噴淋水嘴必須噴淋正常，不能存在噴嘴堵塞，不噴水的情況，生產準備時，檢查清理噴水水嘴。

（3）定徑套內徑尺寸參考表1。

表1 定徑套內徑尺寸參考表

小口徑管材縱向線速度較大，定徑套收縮率適當要大，長度可稍短些。大口徑管材牽引速度慢，在真空箱時間長，定徑套收縮率要小些，定徑套長度要長一些，這樣生產時PE內襯管材對真空度、水溫的波動影響要小一些，管材外徑要穩定些。另外，管材外徑主要靠定徑套保證，不能靠真空度，真空度不能太大或太小，一般0.015～0.04 MPa。真空度太大管材容易抽破，真空度太小管材表面光滑。

管材生產圓周（外徑）控制具有滯后性，等完全冷卻圓周或外徑定型后，需要幾個小時，有時會造成嚴重不合格品或廢品，本人在大量數據總結分析以及所學理論，形成如下圓周或外徑計算公式，利用該公式，可提前預知或測算真空槽后面圓周應該多大，管材完全冷卻后，管材外徑或圓周一定合格，公式如下：

P—主機產量單位，kg/h；

DN—管材公稱外徑，mm；

L—生產線冷卻系數，針對每條線由基本固定的冷卻系數，PE315線L約為6×10-4，PE630線L約為3.8×10-4；

C—從管材在真空箱圓周直到管材完全冷卻下來后，管材圓周收縮量，mm。

每個廠家生產線冷卻系數只要帶入一個規格，就可推算出冷卻系數為多少，其他規格直接使用該冷卻系數即可。

2 PE內襯管材壁厚控制

PE管材壁厚控制難度也大，因為管材壁厚薄，口模間隙大，存在拉伸比較大，既有料坯下流垂影響，又存在拉伸過程中，管材不均勻拉伸造成管材壁厚偏差大，預防和解決措施如下：

（1）口模間隙上比下大4%即可，不能太大，也不能太小，薄壁管材下流垂影響較輕，料坯出口模的溫度必須均勻±5℃，料坯的溫度必須用手持紅外線測溫槍檢測，可執行溫度調壁厚方案。

（2）如果管材某一點壁厚略薄，可將該方向口模溫度適當提高，如果管材某處壁厚略厚，可將該方向口模適當降低。

3 管材表面不合格情況

管材表面不合格情況見表2。

表2 管材表面不合格情況表

4 牽引機打滑

PE內襯管材在生產過程中，由于管材壁厚太薄，牽引機牽引生產時，壓力太大就會將管材壓扁，造成牽引打滑，牽引停止，無法生產，牽引太小，牽引機履帶壓緊管材力度不夠造成打滑。因此牽引機最好是倫茨伺服系統（相當于車輛的四驅），每個履帶都有獨立的轉動牽引電機，單獨升降。另外，牽引機的氣缸主、被壓開關、電磁閥調整靈敏，正常。調整氣缸主、被壓，使履帶壓緊管材的主壓-被壓=0.2 MPa，被壓 0.2～0.4 MPa。

管材表面不能有水，管材生產過程，不能頂到設備，切割過程順暢，不能有卡頓，牽引機氣缸壓縮空氣里面不能有水。

5 PE內襯管材內在性能：斷裂伸長率不夠（＜500%）

內襯管材的斷裂伸長率指標特別重要，因為管材在施工過程中，“等徑”和“壓U”工藝將管材形狀改變的時候，存在管材本體一定程度的收縮或拉伸，管材斷裂伸長率過低，會造成管材屈服破裂。因此，確保管材斷裂伸長率是一關鍵指標，當然管材的老化性能、拉伸強度也很重要，但斷裂伸長率指標在生產過程中因生產工藝不同差別很大,造成斷裂伸長率不高的原因主要是有以下幾點。

（1）料坯的拉伸比過大，拉伸發生在高彈態。HDPE材質在不同溫度下有三種形態：玻璃態、高彈態、黏流態，如果拉伸發生在高彈態，在生產過程中，就會發生分子縱向取向，存在生產過程中分子鏈預拉伸（提前拉伸過）現象，在PE內襯管施工使用過程中，斷裂伸長率就達不到要求。解決辦法：①選擇芯棒時，芯棒略大于管材外徑即可，選擇口模時，口模和芯棒間隙不要超過管材壁厚的2倍；②定徑套離口模距離保持一定距離。不能太近，保持一定拉伸距離；③出口模的料坯溫度必須高于180℃以上，確保料坯拉薄發生在黏流態，發生在進入定徑套冷卻之前。

（2）在真空定徑過程真空過大，外徑靠大真空拉伸保證時，分子鏈同樣存在拉伸，在“等徑”施工時，也會因斷裂生產率不夠而造成破裂。解決措施確保定徑套內徑尺寸合適（定徑套收縮率符合要求），不能靠大真空拉伸起來的外徑。真空度不宜大于4 MPa。

（3）真空箱水嘴堵塞，噴嘴噴水過少或不噴水，冷卻不理想，造成管材結晶度低，必要時保證梯度冷卻，確保結晶度，從而確保斷裂拉伸率和拉伸強度。

6 PE內襯管材屈服強度、拉伸強度不合格

PE內襯管材力學性能指標必須合格：屈服強度＞20 MPa、拉伸強度＞18 MPa，因為在PE內襯管材壓“U”工藝和“縮徑”工藝內襯非開挖穿插修復時，管材在拖拉時必須承受一定的拉力，有時一段修復長度很長時，甚至要承受很大拉力。如果不能承受相應拉力，在牽引時會造成管材拉斷，從而造成工程嚴重后果甚至于失敗。因此，生產所需原料配方必須符合相應要求，選用主料時，必須選用PE100級原材料，原料必須潔凈，不能添加任何回收料，也不能含有其他任何雜質，國內原料如上海石化YGH041或YGH041T、天津石化PN049、齊魯石化DGDB2480，國外原料如：北歐化工HE3490等。另外生產過程添加黑色母時必須混合均勻，色母料必須選用管道專用，甚至于薄膜級黑色母料，添加量＜2%，炭黑分散必須＜3級。生產溫度與工藝，必須確保塑化效果好。只有這樣，才能確保管材本體屈服強度、拉伸強度強度高，達到施工要求。

7 PE內襯管材的耐開裂應力能力

PE內襯管材在壓“U”工藝和“縮徑”工藝內襯非開挖牽引穿插修復時，原有管道內壁對管材的外壁會造成不同程度的縱向劃傷，有些情況下甚至于非常嚴重。盡管原有管道內壁修復時，施工單位會采取一切措施，降低對PE內襯管材的劃傷，確保劃傷深度不得超過管材壁厚的10%，劃傷面積不超過一定要求，但是管材在使用過程中，有可能小小的劃傷，會造成管材的破裂，造成工程的徹底失敗，給客戶造成不可挽回的損失。因此在原材料選用和原料配方、以及生產工藝設定時，必須確保管材塑化良好，PE管材內分子鏈的各向同性，決不能造成各向異性；分子交聯度不能降低；不能造成因剪切高溫造成分子鏈斷裂或低分子析出，造成分子量分布不合理。另外，目前國內外也有專門的抗劃痕專用原料，如PN-049RC、YGH041RC就是理想的專用料。

總之，PE內襯管材的質量要求不同于普通PE管材，生產過程不僅僅要求的設備硬件不一樣，生產工藝和質量要求也不一樣，必須理論聯系實際，不斷總結，才能在確保管材質量滿足要求的前提下，不斷降低生產成本。才能滿足非開挖管道修復的特殊質量要求，確保實現公司利益與社會利益的共同提高。

[1] GB/T13663—2000 給水用聚乙烯管材標準．

[2] GB15558—2015 燃氣用埋地聚乙烯管道系統．

[3] ISO4437-1：燃氣用塑料管道系統聚乙烯（PE）第1部：總則，2014.

[4] ISO4437-2：燃氣用塑料管道系統聚乙烯（PE）第2部：管材，2014.