摘要：作为最新一代的高性能树脂，超高分子量聚乙烯的市场需求近年来急速发展，基于日益高涨的市场需求背景，超高分子量聚乙烯成型技术也得以迎来快速发展的机遇。本文浅析聚乙烯加工过程中关键控制点。
关键词： 耐热聚乙烯；关键控制点
引言
耐热聚乙烯（PERT）管材兼具良好的柔韧性和耐热性能，主要用于民用建筑冷热水管路系统、工业热介质输送系统、地板辐射采暖系统以及高温地源热泵系统。
1实验部分
1.1主要原料
PERT：1-己烯为共聚单体，承压类型为Ⅰ型，记作PERT-1；1-己烯为共聚单体，承压类型为Ⅰ型，记作PERT-2（与PERT-1结构有所差异）；1-辛烯为共聚单体，承压类型为Ⅰ型，记作PERT-3；1-丁烯为共聚单体，承压类型为Ⅱ型，记作PERT-4：均为市售。
1.2主要仪器与设备
RHEO-Tester2000型高压毛细管流变仪，德国Goettfert公司生产；Polylab OS型哈克转矩流变仪，美国赛默飞世尔科技有限公司生产；PhysicalMCR301型旋转流变仪，奥地利Physical公司生产；6840.000型熔融指数仪，意大利Ceast公司生产；Accupyc 1330型密度测定仪，美国麦克仪器公司生产；Alliance GPCA2000型凝胶渗透色谱仪，美国Waters公司生产。
1.3测试与表征
熔体流动速率（MFR）按GB/T 3682—2000测试，负荷为2.16 kg；密度按GB/T 1033—2008测试；相对分子质量及其分布采用凝胶渗透色谱仪测试，流动相为邻二氯苯，标样为窄分布的聚苯乙烯，测试温度为135 ℃；采用高压毛细管流变仪测试表观黏度-剪切速率变化曲线，流变仪口模长径比为20：2，预热时间为360 s，柱塞速度为0.2 mm/s，拉伸加速度为24 mm/s 2 ；采用旋转流变仪测试材料稳态模式流动曲线和频率扫描曲线，试样厚度为2 mm，稳态模式介质为空气，测试温度为190℃，剪切速率为0.000 1-10.000 0 s -1 ，扫描温度为190 ℃，应变为1%，扫描范围500.00-0.05 s -1 ；利用哈克转矩流变仪表征材料的加工热稳定性能，转子转速为60 rad/min，型腔占有率为70%。
2结果讨论
2.1PE压力管材原料的质量控制
PE压力管材主要应用于城市供水、燃气输送等方面，其使用寿命至少要达到50a以上，并保证绝对安全性。原料的选择对于管材最终能达到的性能是极其重要的，有时是决定性的。生产厂家应选择PE管材专用料来生产PE管材，欧洲标准和国家标准对PE给水和燃气管材专用料的性能指标都有明确规定，管材专用料按材料的等级分为PE63、PE80、PE100。目前供水、燃气用原料主要是PE80、PEI00，我国PE树脂的产量很大，但适合做管材的PE树脂并不多，尤其适合做供水、燃气输送用的PE80级专用料更少，PE1 00级管材专用料根本就没有，管材专用料主要依赖进口。国内厂家目前使用最多的是英国BP、北欧化工、阿托菲纳等公司提供的黑色或黄色混配料和韩国三星、LG、大韩油化等公司提供的不含炭黑的本色料。生产燃气、给水用PE管材时最好采用混配料，尤其是生产燃气用PE管材时一定要采用混配料，只有这样产品质量才能得以保证。采用本色料加色母料生产PE管材时要注意两个方面的问题：（l）色母料的加入量；（2）色母料在本色料中的分散情况。国家标准要求管材中炭黑的含量应达到2．5％，炭黑的分散等级应达到3级。使用本色料加色母料生产管材时，一起注意色母料中炭黑的含量。目前新使用的黑色母的炭黑含量为 40％－ 50％，因此在PE本色料中加色母料至少要达到5％以上才能保证生产的管材产品中的炭黑含量达标。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆若炭黑含量少，达不到指标要求，会使管材的抗氧化性能明显降低，氧化诱导时间缩短，从而达不到质量要求。色母料在本色料中一定要分散均匀，分散不均匀会造成炭黑在熔融料中分散不均，影响管材质量。笔者曾进行拉伸试验和管材爆破试验，炭黑分散不均匀拉伸易断裂，断裂伸长率难达标，管材爆破试验中管材的承载压力远远低于用混配料生产的管材。原料中的含水量也是不能忽视的，原料中水分的含量直接影响管材产品的表面质量，国标要求原料中水分的含量小于300 mg／kg。原料中的水分含量高，管材表面会出现气泡、凹陷，严重时会影响到管材的耐压强度。因此在挤出生产前需对PE原料中水分的含量进行重新检测，尤其是混配料，由于含炭黑，炭黑容易吸水，会造成原料中水分的含量远远超标，因此生产前要对原料进行烘干处理。目前，干燥方式有热风干燥和脱湿干燥两种，前者干燥效果不是太理想，建议厂家最好采用脱湿干燥设备干燥原料。脱湿干燥设备是通过热风和分子筛吸附同时处理原料中的水分，干燥温度一般不高于80℃，干燥后原料中的水分含量完全能达到国标要求。原料通过干燥处理后降低了水分的含量同时投入挤出机中，原料温度均匀一致，提高了挤出生产的稳定性。
2.2生产工艺过程的质量控制
生产工艺包括挤出工艺温度、机头压力、挤出速度、牵引速度、真空度、冷却水温度等技术参数。挤出工艺温度包括机筒温度、机头温度和口模温度。PE管材是采用单螺杆挤出机挤出的，机筒温度设置为平坦分布，温度可控制在170－200℃，对于PE80级原料采用下限温度，而PEI 00级原料采用上限温度。机头温度对挤出成型影响很大，温度过高，挤出制品形状的稳定性差，易使制品的收缩率增大；温度过低，物料的熔体粘度增大，机头压力升高，物料离模后膨胀较大，制品表面粗糙。机头温度一般控制在190－ 210℃，可根据物料出料的情况来调整温度。口模温度可控制在220℃左右，一般情况下，口模温度高可提高管材表面的质量，管材表面光洁，当然应主要根据所选用原料的情况来具体决定。机头压力也叫熔体压力，PE压力管材的熔体压力一般控制在20－40 MPa，熔体压力与机筒内物料的塑化程度、螺杆转速、机头部位滤网的孔径等指标有关，一般增大熔体压力，能使产品的密实度提高，有利于提高制品质量。挤出速度也叫螺杆转速，螺杆转速的选择直接影响到管材的产量和质量，提高螺杆转速可在一定程度上提高产量，但是单纯提高螺杆转速，则会造成物料塑化不良，管材内壁毛糙。牵引速度与挤出速度之比称为拉伸比，PE管材的拉伸比为1．2左右，通过调节牵引速度可调整管材的壁厚，在实际生产过程中，生产一定壁厚的管材调节牵引速度时需同步调整挤出速度。真空度的大小直接影响到管材的外径尺寸，真空度一般控制在0．02－0．07MPa，第一节的真空度相当重要，主要起定径作用，真空度要大些，第二节、第三节的真空度可小些，能够确保管材圆度即可。一般情况下生产管材外径尺寸越大，要求的真空度就越高。目前常用的管材挤出生产方法为真空定径及喷淋冷却，真空冷却定径采用带有水环的真空定径套，置于第一节真空中，冷却水水温和喷淋水流量调节对于管材的质量影响很大。冷却水温度一般控制在15一25℃为宜，冷却水温度过高，将会延长冷却时间，减慢冷却速度，意味着熔融的原料处于高温的时间也将延长，尤其是管材内壁，这样会加速原料中抗氧化等添加剂的分解，降低管材的抗老化性能，同时对管材的定型也有不利影响。相反，如果真空定径水温过低，则会使熔融态的PE管材外表面冷却结晶速度过快，造成管材的内外表面温差过大而使管材定型后产生较大的内应力，降低管材的力学、物理性能。冷却水流量可通过流量计来控制，冷却水流量过大，易使管材表面粗糙，产生斑点、凹坑；过小也会使管材表面质量变差，产生斑点，冷却水分布不均匀还会使管材产生不圆现象。总之，要根据设备、模具、原料的具体情况来制定出合理的工艺参数，在生产过程中要严格按工艺制度进行操作，只有这样才能保证稳定高质量的生产。
结语
PE管材作为燃气、给水用压力管道材料，对其质量要求很高，尤其是输送燃气用高密度聚乙烯（HDPE）管材产品，其质量的好坏直接影响到人民生活的安全。因此，生产企业要引起足够重视。
参考文献:
［1］王群涛，唐岩，郭锐，等. 结晶分级技术在耐热聚乙烯管材料研究中的应用［J］. 合成树脂及塑料，2017，31（2）：13-16.
［2］王立娟，杨玉和，王焱鹏，等. 管材专用耐热聚乙烯树脂的结构与性能［J］. 合成树脂及塑料，2017，31（4）：69-71.
论文作者:党辉
论文发表刊物:《防护工程》2018年第3期
论文发表时间:2018/6/11
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