高密度聚乙烯（hdpe）外護(hù)管主要用于預(yù)制直埋保溫管道的外護(hù)防腐，具有強(qiáng)度高、韌性好、抗老化、耐環(huán)境應(yīng)力開裂且與保溫層（硬質(zhì)聚氨酯泡沫）有良好的結(jié)合性等優(yōu)點(diǎn)。隨著我國北方冬季供熱地區(qū)使用預(yù)制直埋保溫管道，高密度聚乙烯外護(hù)管的生產(chǎn)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)規(guī)模得到飛速發(fā)展。由于高密度聚乙烯外護(hù)管生產(chǎn)工藝相對簡單，因此生產(chǎn)廠家較多，但質(zhì)量良莠不齊，主要存在以下問題：聚乙烯外護(hù)管壁薄、密度低、抗壓強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)，易導(dǎo)致保溫層損壞；無電暈處理等工藝，外護(hù)管與保溫層粘結(jié)強(qiáng)度低、整體性差。本文對高密度聚乙烯外護(hù)管的加工工藝及質(zhì)量影響因素進(jìn)行探討。
1 生產(chǎn)設(shè)備及加工工藝
① 生產(chǎn)設(shè)備
高密度聚乙烯外護(hù)管的主要生產(chǎn)設(shè)備包括塑料擠出機(jī)、牽引機(jī)、空氣壓縮機(jī)和封氣機(jī)。塑料擠出機(jī)進(jìn)行聚乙烯等多種熱塑性塑料制品或半成品的加工。牽引機(jī)將高密度聚乙烯外護(hù)管由塑料擠出機(jī)機(jī)頭勻速引出，形成成品?？諝鈮嚎s機(jī)和封氣機(jī)使高密度聚乙烯外護(hù)管內(nèi)部保持一定的氣壓，便于定型。
② 加工工藝
高密度聚乙烯外護(hù)管加工工藝采用塑料擠出機(jī)將聚乙烯擠出成型。擠出成型一般分為塑化、口模成型、固化定性3個(gè)階段。原料經(jīng)過預(yù)處理后，通過上料裝置進(jìn)入塑料擠出機(jī)料斗中，在合理的機(jī)筒加熱溫度、螺桿轉(zhuǎn)速下，將原料均勻塑化擠出。熔融的原料與事先加裝封氣機(jī)和電暈裝置的引管在定徑套內(nèi)粘接牢固后，用牽引機(jī)將其勻速引出，形成高溫管坯。高溫管坯在冷卻水槽中進(jìn)行冷卻時(shí)，采用空氣壓縮機(jī)向管內(nèi)充氣，并用封氣機(jī)封閉管端保持管內(nèi)氣壓。成品外護(hù)管根據(jù)長度要求截成管段。擠出成型可連續(xù)化、自動化生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。
2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
高密度聚乙烯外護(hù)管產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)為cj/t 114—2000《高密度聚乙烯外護(hù)管聚氨酯泡沫塑料預(yù)制直埋保溫管》。各項(xiàng)性能指標(biāo)及實(shí)驗(yàn)方法執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)見表1。 表1 各項(xiàng)性能指標(biāo)及實(shí)驗(yàn)方法執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)
3 產(chǎn)品質(zhì)量的影響因素
3.1 原料配方
高密度聚乙烯外護(hù)管的生產(chǎn)原料由基礎(chǔ)聚乙烯樹脂與抗氧化劑、穩(wěn)定劑等助劑混合而成。經(jīng)過研究，以單位質(zhì)量聚乙烯顆粒為基準(zhǔn)，得到以下配方：牌號2480聚乙烯顆粒質(zhì)量為1000kg，抗氧化劑1010質(zhì)量為0.2kg，抗氧化劑dltp質(zhì)量為0.2kg，硬脂酸鈣質(zhì)量為0.3kg，炭黑質(zhì)量為30kg。
3.2 產(chǎn)品質(zhì)量的影響因素
① 原料的預(yù)處理時(shí)間
聚乙烯為非吸水性材料，通常水分相當(dāng)?shù)?。?dāng)原料中含有吸濕性顏料（如炭黑）時(shí)，原料含水量增大。水分不僅導(dǎo)致管材內(nèi)外表面粗糙，還可能導(dǎo)致氣泡出現(xiàn)。生產(chǎn)中我們采用塑料混煉機(jī)，對原料進(jìn)行加溫干燥。塑料混煉機(jī)每次處理原料30kg，原料的預(yù)處理時(shí)間對產(chǎn)品質(zhì)量的影響見表2。
表2 原料的預(yù)處理時(shí)間對產(chǎn)品質(zhì)量的影響
隨著原料預(yù)處理時(shí)間的延長，產(chǎn)品質(zhì)量得到改善。這是由于隨著預(yù)處理時(shí)間延長，一方面可使碳黑分散均勻，另一方面可使原料干燥失水。但預(yù)處理時(shí)間過長時(shí)，隨著原料溫度的增加，聚乙烯易降解，對產(chǎn)品的機(jī)械性能產(chǎn)生不利的影響，因此預(yù)處理時(shí)間不宜超過20min。
② 擠出成型溫度
擠出成型溫度包括進(jìn)料口溫度、機(jī)筒加熱溫度、機(jī)頭加熱溫度、口模加熱溫度。合理的擠出成型溫度是使原料塑化和促使塑料熔體流動的必要條件，決定著擠出成型過程中原料塑化質(zhì)量。通常擠出機(jī)的溫度由機(jī)身的加料段到擠出段逐漸升高，原料從固態(tài)逐漸熔融，由玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)轲ち鲬B(tài)?？谀＜訜釡囟缺葯C(jī)頭加熱溫度略高。
擠出成型溫度過低，塑化不好；溫度過高，聚合物易降解。筆者設(shè)計(jì)了3種擠出成型溫度控制體系，見表3。各種溫度控制體系對產(chǎn)品質(zhì)量的影響見表4。
③ 冷卻點(diǎn)設(shè)置
在擠出成型過程中，高溫管坯的冷卻定型應(yīng)配合合適的冷卻方式和適宜的冷卻水溫。冷卻不及時(shí)，管坯就會在自身重力的作用下或牽引機(jī)夾緊壓力作用下變形。定型和冷卻往往是同時(shí)進(jìn)行的。冷卻過快，易在管材內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，并降低外觀質(zhì)量。當(dāng)冷卻水溫為20℃時(shí)，冷卻點(diǎn)設(shè)置對ф400mm外護(hù)管的外觀質(zhì)量影響見表5。對于ф400mm外護(hù)管，設(shè)置5個(gè)冷卻點(diǎn)時(shí)，產(chǎn)品外觀質(zhì)量較好。對于其他規(guī)格的外護(hù)管，應(yīng)根據(jù)其管徑、壁厚和擠出速度合理設(shè)置冷卻點(diǎn)。 表5 冷卻點(diǎn)設(shè)置對ф400mm外護(hù)管外觀質(zhì)量的影響
④ 牽引速度
牽引機(jī)對管材的擠出成型起到牽引拉伸作用，是塑料擠出的關(guān)鍵設(shè)備。主要由機(jī)架、滑座、牽弓臂、升降機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)等部分組成。
牽引速度直接影響產(chǎn)品壁厚、尺寸公差、性能及外觀質(zhì)量，應(yīng)與擠出速度相匹配。在冷卻水溫不變時(shí)，牽引速度提高，管坯在定徑套、冷卻水槽中停留的時(shí)間縮短，經(jīng)過冷卻定型后的產(chǎn)品內(nèi)部會殘留較多熱量，易在表面形成劃痕。牽引速度降低，管材壁厚變大，易導(dǎo)致表面粗糙。
⑤ 電暈處理
電暈處理設(shè)備主要由電暈處理電源、電暈處理電極組成。電暈處理外電極可采用鋁質(zhì)或不銹鋼質(zhì)等不易腐蝕的金屬板材。電暈處理內(nèi)電極可采用不易腐蝕的導(dǎo)體，設(shè)計(jì)成各種可浮于內(nèi)管壁并均勻分布的環(huán)體。電暈技術(shù)是利用高壓特制電極，在電極之間產(chǎn)生高壓局部放電即電暈放電，使中性的聚乙烯表面具有一定的極性。在高壓電場中，空氣被電離成正負(fù)帶電微粒并加速撞擊管材表面，進(jìn)而改變聚乙烯表面性能。管材在高能粒子的撞擊下，產(chǎn)生活性游離基，這些活性游離基以共價(jià)鍵的形式相互結(jié)合，從而形成分子之間的交聯(lián)。管材的分子結(jié)構(gòu)由線性分子結(jié)構(gòu)變成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，伴隨氣體放電，可將聚乙烯氧化，促使其表層形成極性。隨著電暈電壓的提高，聚乙烯外護(hù)管的表面張力不斷降低，與保溫層的粘接能力隨之增強(qiáng)。