您好!欢迎登录承德金博电子有限公司官网!收藏网站/ 在线留言/

-打造检测行业新标准

承德金博(试验机)有限公司专注管材检测设备 — 品质服务

全国咨询热线:13903144365 18031411999

热搜关键词: 管材静液压试验机 BTH-M管材不透光率测定仪 管材高速落锤冲击试验机 供应承德金博熔喷料的熔体流动速率 熔喷料的熔体流动速率

当前位置: 首页 > 新闻中心> 常识问答

耐热聚乙烯(PE-RT )管材性能与 加工工艺的探索

返回列表 来源:
扫一扫!行星齿轮齿廓修形扫一扫!
浏览: 发布日期:2020/8/27 8:33:17【

0 引言

耐热聚乙烯作为塑料类管材,其与钢管、铁管等传统金属管材相比,不仅具有良好的稳定性、耐腐蚀性以及连接可靠性,同时还具有节能、不结垢、安装简单和施工方便的特点,能够满足地板采暖系统内部管道的各方面要求。由此可见,未来耐热聚乙烯管材在城市采暖工程中的广泛应用已经 成为必然趋势,而对于耐热聚乙烯管材性能与加工工艺的研 究,也是非常必要且具有现实意义的。耐热聚乙烯


1 耐热聚乙烯


耐热聚乙烯又称 PE-R(Polyethylene of raised temperature resistance),是一种由乙烯单体与辛烯单体经过茂金属催化聚 合而成的非交联聚乙烯材料,属于可控制的支链分布结构, 通常被用于制作地热管材或冷热水供水管道[1]。从材料结构 上来看,由于乙烯单体与辛烯单体在聚合时均能够形成较长 的支链,且支链上存在6个碳原子C (支链长为6C),因此耐 热聚乙烯材料的链段数目会比较多,支链化程度也非常高, 很容易在长支链相互缠绕的状态下形成立体网状结构,与聚 乙烯材料的常规结构相比,立体网状结构的材料具有更好的 力学性能,能够有效提高自身对外应力的抵抗能力,而耐热 聚乙烯材料也因此具备了良好的热稳定性以及抗裂纹能力。

    PE-RT原料的供应商主要来自欧洲和韩国几个知名化工企业。Dow化学上世纪八十年代最早研发出PE-RT材料,1991年推出经过论证的Dowlex2344E,是PE-RTⅠ型材料的典型代表。随后经过论证的材料品牌和标号相继由其他化学巨头研发面世,如SK DX800、LG SP980、大林 XP9000等。经历二十余年的发展,强度更高,长期耐热性能更佳的原料PE-RTⅡ型投放市场,主要牌号有陶氏化学Dowlex2388、利安德巴塞尔Hostalen 4731B、欧洲道达尔XRT70 、LG SP988等。

 


     按照材料发展的阶段和材料性能等级,相关材料标准也不断完善和发展,从早期的单一定义PE-RT到现行不同等级的PE-RTⅠ型(Ⅰ型耐热聚乙烯)和PE-RTⅡ型(Ⅱ型耐热聚乙烯)。

与PE-RT材料的相关的国外标准,最早的关于PE-RT的权威标准是德国标准DIN 16833:2001(2007)《耐热聚乙烯管道(PE-RT)一般质量要求检验》;DIN 16834:2001《耐热聚乙烯管道(PE-RT)一尺寸》和DIN 4721:2001《高温地板采暖系统及散热器采暖系统用塑料管道一耐热聚乙烯(PE-RT)》。2009年,DIN 16833-2009(替代2007版)《耐热聚乙烯管(PE-RT)Ⅰ型PE-RT及Ⅱ型PE-RT一般质量要求及试验》,之前涉及的PE-RT仅相当于Ⅰ型,2009年版增加了PE-RTⅡ型内容。

而最早提出将PE-RTⅠ型与PE-RTⅡ型进行区分的国外标准是奥地利标准ONORM B 5159:2004,将PE-RT材料分为两类PE-RT 80(即PE-RTⅠ)、 PE-RT95(即PE-RTⅡ)。

对于欧洲普遍适用的ISO国际标准也同样经历了不同发展阶段ISO/DIS 22391-1:2008(替代ISO/DIS 22391-1 :2007,2004)《冷热水塑料管道系统—耐热聚乙烯(PE-RT)》内容涉及了Ⅰ型和Ⅱ型PE-RT材料,早期的版本涉及的PE-RT仅相当于Ⅰ型。

国内涉及到PE-RT的相关标准,早年有城镇建设行业标CJ175-2002《冷热水用耐热聚乙烯(PE-RT)管道系统》、JGJ142-2004《地面辐射供暖技术规程》。今年3月1日,新的国家标准GB/T28799—2012《冷热水用耐热聚乙烯(PE-RT)管道系统》正式开始实施,修编后的JGJ142-2012《辐射供暖供冷技术规程》也于今年6月1日开始实施。新颁布的两个标准都涵盖了Ⅰ型和Ⅱ型PE-RT材料的相关内容。


2 耐热聚乙烯(PE-RT)管材性能特点


2.1 柔韧性


受结构特点的影响,耐热聚乙烯管材通常都具有着很 高的柔韧度,不仅能够轻易进行弯曲、盘卷,弯曲半径小最 高可达管外径的5倍,同时在弯曲状态下,其外部应力也能 够被分散到管材的各个部位上,基本不会出现应力集中的情 况。凭借这一特点,耐热聚乙烯管材在地热采暖系统建设中 的铺设十分简单、方便,施工人员只需按照管道线路长度要 求及管材质量要求准备足够的耐热聚乙烯管材即可,而无需 考虑管道线路转弯、管道衔接等问题,能够极大地提高管道 铺设施工效率。另外,由于耐热聚乙烯管材能够长期保持弯 曲、盘卷状态而不会损坏,因此铺设时对于管材的使用量也 会大大减少,管材浪费现象很少出现,这对于施工成本控制 有着很大的帮助。


2.2 长期热稳定性


耐热聚乙烯管材作为地热供暖管道的常用管材,其经常 会用于输送热水,因此长期热稳定性是非常好的。常规管材 在长期接触热水且处于高温环境的情况下,通常都会出现热 老化现象,具体可表现为拉伸屈服强度下降、断裂标称应变 就降低,这样就很容易导致管道损坏。而耐热聚乙烯管材即 使处于100T左右的高温环境下上千小时,其断裂标称应变 也能够保持在较高水平,拉伸屈服强度则会有所增加,这正 是耐热聚乙烯管材具有长期热稳定性的表现。


2.3 散热性


耐热聚乙烯管材不仅具有良好的长期热稳定性,能够作 为热水长期运输管道,同时还拥有较强的散热性,能够将管 道内部的热量迅速传递到外部空间,从而实现室内有效供暖, 而这也正是耐热聚乙烯管材能够用于地面供暖系统的重要原 因之一。管材散热性能主要由材料导热系数决定,当前常见 聚乙烯塑料管材的导热系数一般在0.15 wt/m-k~0.25 wt/m-k, 而耐热聚乙烯管材的导热系数则可以达到0.4 wt/m-k,这意味 着在同等条件下,耐热聚乙烯管材内热水的散热速度要远快 于交联聚乙烯管材等其他同类管材,如果应用到地面采暖系 统中,室内采暖效果必然会大大提升[2]


2.4 可回收性


从加工过程上来看,耐热聚乙烯管材的加工流程虽然比 较复杂,但并未添加任何有毒助剂,同时无论是聚乙烯单体 还是辛烯单体、茂金属催化剂,都属于无毒害物质,这使得 耐热聚乙烯管材具有良好的可回收性,在废弃后仍可以回收 加工并进行再利用,不仅不会对环境造成污染,同时还可以 实现资源的有效节约。


2.5 熔体强度高


熔体强度是指聚合物在熔融状态下支持自身质量的能 力,是决定材料加工成型的关键因素,如果材料熔体强度过 低,那么加工时就很可能在高速牵引状态下变形,而耐热聚 乙烯管材的熔体强度通常在0.2 N ~ 0.25 N,与其他同类管 材相比较高,基本能够满足加工时的高速牵引生产需求,管 材加工后的尺寸也比较稳定。



3 耐热聚乙烯(PE-RT)管材的加工工艺


3.1 加工工艺原理与流程


耐热聚乙烯管材的加工通常会先以中密度聚乙烯单体 与辛烯单体为材料,加入茂金属作为催化剂将二者聚合,形 成特殊的线型中密度乙烯共聚物,之后加入一定剂量的助 剂,就可以将乙烯共聚物塑化,并在模具中挤出圆形断面的 热塑性加热管,得到加热管后按照设计标准尺寸将其放入相 应的定径套中洒水冷却,就可以得到成型的耐热聚乙烯管 材。从加工流程上来看,耐热聚乙烯管材的加工可以大致分 为原料添加、挤出、真空定径、喷淋冷却、高速牵引、切割 和质检几个步骤,在质检阶段,如管材尺寸规格、质量性能 均符合相关标准要求,可以将其盘卷打包入库,如质检不合 格,则应将管材粉碎并作为回制料加入到原料之中。


3.2 原料选用


耐热聚乙烯管材的原料生产技术难度较高,其产品主要包 括美国陶氏、韩国SK、欧洲道达尔等,不同品牌的产品在整 体质量上并不存在太大差异,加工时可以根据实际情况进行选 择,但在原料的物理性能控制上,需要重点关注熔融指数、密 度、拉伸屈服度、拉伸断裂应力、断裂伸长率、导热系数和热 膨胀系数等几项指标,并按照相关标准对原料的多项物理性能 指标参数进行严格把关。例如原料密度通常应在0.93以上,导 热系数与热膨胀系数分别应稳定保持在0.4 wt/m-k, 1.85 10-4/Ko

     PERT材料介绍 PERT-Ⅰ是由低密度聚乙烯(LDPE)或中密度聚乙烯(MDPE)来聚合生成 ,PERT-Ⅱ是由高密度聚乙烯(HDPE )来聚合生成 II型耐热聚乙烯的。

预测静液压强度曲线出现拐点的为PERT一代,未出现拐点的为PERT二代。通俗讲就是二代管的耐压强度高于一代管,二代管的允许使用压力比一代管高。(拐点即环应力的急剧下降)

项目PERT-ⅠPERT-Ⅱ
原料低密度聚乙烯
中密度聚乙烯
高密度聚乙烯
预测静液压强度曲线出现拐点未出现拐点
壁厚相对厚相对薄


二代管可以在壁厚更薄的条件下达到更强的耐压性,并且热损失更小。

目前还没有国内企业自主研发出PERT二代原料,而二代原料以陶氏2388最为著名。

3.3 废料处理

在耐热聚乙烯管材的加工生产过程中,不可避免地会产 生下线废料(不合格管材),这些下线废料虽然因质量、规格 等方面问题而无法直接投入使用,但由于耐热聚乙烯管材本 身具有可回收特点,因此可在生产管材的同时对洁净的下线 废料进行收集,并定期统一进行粉碎处理,处理后的粉碎材料可极少量地加入到加工生产原料中,具体添加量应控 制在原料总量的10%以内,以保证管材的长期安全性。


3.4 下料操作


耐热聚乙烯管材虽然加工环节较多,但加工生产速度却 比较快,因此为保证管材的成型稳定性,必须要在下料阶段 采用强制进料系统,对下料段进行强制冷却与开槽处理,这 样一来,挤出机的进料速度与进料密实度能够保持稳定,下 料段温度也可以控制在80℃- 100℃,基本不会出现管材内 壁厚度不均、管材与定径套黏连的情况。


3.5 温度与主机速度控制


经过强制冷却处理后,耐热聚乙烯管材原料虽然在下 料时温度比较稳定,但在之后的加工过程中,其温度却很容 易出现变化,因此加工时必须要对直接与原料接触的加工设 备进行严格的温度控制,以免因温度变化过大而影响管材成 型。例如在原料塑化阶段,料筒温度应控制在190℃- 205℃, 并根据加热段数对温度进行缓慢提升;而在管材挤出阶段, 则需要将挤出机连接体的温度控制在200℃- 205℃; 口模温 度需要根据管材成型情况及外观亮度决定,但通常应控制在 190℃- 215℃。另外,对于主机的设计应采用独立衬套结构, 同时以高效率变频电机为动力,提升主机运行的平稳性,转 速一般应达到150 RPM,这样才能够保证管材的稳定、高速 挤出。


3.6 熔体压力控制


受耐热聚乙烯材料的分子量分布的特点影响,管材加工 时对于熔体压力同样有非常严格的要求。一方面,由于耐热 聚乙烯材料的分子量较为密集,弹性模量也比较高,因此在 熔体压力较大的情况下,一旦管材变形幅度过大,那么在材 料弹性恢复程度小、恢复速度快的情况下,管胚就很容易出 现表面粗糙、离模膨胀和表面开裂等情况,因此必须要将熔 体压力控制在35 MPa以下[3]。另一方面,熔体压力与耐热聚 乙烯管材的融合线消除度、密实度、挤出稳定性密切相关, 如果熔体压力不足,那么管材同样容易出现融合线明显、密 实度不足等问题,因此熔体压力还需在20 MPa以上。


3.7 真空度控制


在耐热聚乙烯管材的加工中,真空度通常与管材的公称 外径标准与管系列值相关,因此加工时必须要提前对管材的 公称外径与管系列值进行了解,在确定参数标准后,再选择 合适的真空度进行加工。一般来说,耐热聚乙烯管材加工的 真空度都会保持在-0.02 MPa - 0.04 MPa,如果管材公称外 径较大或管系列值较小,可以适当提升真空度,反之应适当 降低真空度。


3.8 管材焊接


耐热聚乙烯管材的常用焊接工艺主要分为热熔承插焊 接与热熔对接焊接2种,其中,热熔承插焊接需要注意对热 熔机温度进行控制(通常应在250℃- 260℃),并把握好管 材承插时间、承插速度以及从模头中的拔出时机,其中拔出 时机应以达到承插深度为准。而热熔对接焊接则需要先将需 要对接的管材准确固定在指定位置,之后铣平管材端面并进 行焊机加热板的预热,开始热熔对接后需要注意观察焊接处 的管材卷边情况,控制好卷边厚度以及两端的融合程度。达到焊接要求后,则可移开加热板加力,待两端完全成为一体, 再解开固定装置,完成焊接。


4 结语



耐热聚乙烯管材与其他聚乙烯管材相比,其散热性、长期热稳定性、可回收性、柔韧性等各方面管材性能都具有明显的优势,未来只要能够在生产过程中掌握好肥料处理、温度控制、真空度控制和热熔焊接等加工工艺要点,就必然能够使这种新型管材得到更为广泛的应用,并发挥出更好的应 用效果。