聚烯烃管件的研究现状.docx

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聚烯烃管件的研究现状

洛阳理工学院

毕业设计（论文）

题目＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿

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专业＿＿＿＿＿＿＿＿

指导教师＿＿＿＿＿＿＿＿

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聚烯烃管件的研究现状

摘要

聚烯烃是聚乙烯、聚丙烯和聚丁烯及其他烯烃类聚合物的统称。

本文以聚烯烃管件为主要写作对象，系统总结了聚烯烃管件从原材料到成品生产的主要技术环节。

原材料简述了聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯三种树脂的合成方法、应用领域及性能特点，还介绍了聚烯烃树脂用色母料种类和基本组分、聚烯烃管件各种添加剂成分及作用效果。

注塑机是聚烯烃管件的主要成型设备，本文对注塑机注射系统、合模系统、液压传动系统、电气控制系统、润滑系统、加热和冷却系统、安全检测系统做了简单介绍。

工艺，是一种围绕在机台、原料、模具等因素中的一种协调技术，它分为温度工艺、注射工艺、保压工艺、储料和冷却工艺、脱模工艺。

模具对产品质量也有很大影响，文章讲解了模具各部件。

最后对聚烯烃管件的发展趋势做了展望。

关键词：

聚烯烃管件，注塑成型，工艺，模具

StudyonPolyolefinPipeFiting

ABSTRACT

Polyolefinispolyethylene,polypropylene,polybutyleneandotherolefinpolymers'jointname.Thisarticletakenpolyolefinpipefitingsasthemainwritingobjectandsummarizedthepolyolefinpipefitings'maintechnicalfromrawmaterialtoqualifiedproducts.Rawmaterialsbrieflyintroducedthreekindsofsynthesismethodoftheresinincludingpolyethylene,polypropylene,polybutylene,theirapplicationfieldandperformancecharacteristics,andalsointroducedthetypesandbasiccoloringmasterbatchofpolyolefinpipefittings,allkindsofadditivescompositionandits'effect.Polyolefinpipefittinginjectionmoldingmachineisthemainformingequipment.Inthispaper,theinjectionmoldingmachine'clampingsystems,injectionsystemofhydraulicdrivesystem,electriccontrolsystem,lubricationsystem,heatingandcoolingsystems,safetyinspectionsystemweresimplelyintroducted.Processisaroundoneofthefactorssuchasequipment,rawmaterials,diecoordinationtechnology.Itisdividedintotemperatureprocess,injectionprocess,pressuremaintainingprocess,materialstorageandcoolingprocess,moldreleaseprocess.Moldhasagreatinfluenceonproductquality.Thearticleexplainedthemouldparts.Finally,thedevelopmenttrendofpolyolefinpipeswerediscussed.

KEYWORDS:

Polyolefinpipefitings，Injectionprocess，Mold，Process.

目　录

前　言1

第1章绪论2

1.1塑料管道2

1.1.1塑料管道概要2

1.1.2塑料管道分类2

1.1.3我国塑料管道行业发展3

1.2聚烯烃管件3

1.2.1聚烯烃管件的种类3

1.2.2聚烯烃管件的特性4

1.2.3聚烯烃管件的生产及应用4

第2章聚烯烃管件原料5

2.1聚烯烃树脂5

2.1.1聚乙烯树脂5

2.1.2聚丙烯树脂5

2.1.3聚丁烯树脂6

2.2聚烯烃管件色母料6

2.2.1色母料6

2.2.2色母料基本成分7

2.3聚烯烃管件添加剂8

2.3.1增塑剂8

2.3.2着色剂9

2.3.3填料9

2.3.4热稳定剂9

2.3.5润滑剂10

2.3.6抗静电剂10

2.3.7抗氧剂11

2.3.8光稳定剂11

2.3.9耐冲击改质剂11

第3章聚烯烃管件注射成型设备13

3.1概述13

3.1.1聚烯烃管件注塑机的分类13

3.1.2聚烯烃管件注塑机工作原理13

3.2聚烯烃管件注塑机组成结构14

3.2.1注射系统14

3.2.2合模系统：

14

3.2.3液压传动系统：

15

3.2.4电气控制系统：

16

3.2.5加热系统：

16

3.2.6冷却系统：

17

3.2.7润滑系统17

3.2.8安全装置18

第4章模具19

4.1模具基本常识19

4.2.1浇注系统20

4.2.3冷料穴21

4.2.4分流道21

4.2.5浇口21

4.2.6调温系统22

4.2.7成型部件22

4.2.8排气口23

4.2.9结构零件23

4.2.10标准模架24

4.2.11注射装置24

第5章聚烯烃管件的生产工艺25

5.1温度工艺25

5.2注射工艺26

5.3保压工艺26

5.4储料、冷却工艺27

5.5托模工艺28

第6章产品常见质量缺陷及调整策略29

6.1产品介绍29

6.2常见产品质量缺陷30

6.3质量缺陷原因及分析30

6.3.1焦化变色30

6.3.2气泡31

6.3.3射纹32

6.3.4表面光泽差32

6.3.5射料不满32

6.3.6飞边33

6.3.7浇口区冷料斑34

6.3.8收缩凹陷35

6.3.9翘曲变形36

6.3.10熔接痕明显37

6.3.11开裂37

第7章聚烯烃管件的发展前景39

结　论41

谢辞42

参考文献43

附　录45

外文资料翻译46

前　言

塑料管道是指用塑料材质制成的管子的通称。

塑料管材与传统的铸铁管、镀锌钢管、水泥管等管道相比，具有节能节材、环保、轻质高强、耐腐蚀、内壁光滑不结垢、施工和维修简便、使用寿命长等优点，广泛应用于建筑给排水、城乡给排水、城市燃气、电力和光缆护套、工业流体输送、农业灌溉等建筑业、市政、工业和农业领域。

近几年，随着建筑业、市政工程、水利工程、农业和工业等行业市场需求的不断加大，中国塑料管材行业呈现出了高速发展态势。

因此，对作为管道系统中发展最迅速的聚烯烃管道的生产工艺加以研究具有十分重要的意义。

聚烯烃树脂是一类发展最快、品种最多、产量最大的热塑性树脂，主要品种有聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯。

本课题研究的目的在于改进并完善聚烯烃管件的生产工艺，指导生产。

课题研究了聚烯烃管件的生产工艺流程，常见的质量问题及解决措施。

第1章绪论

1.1塑料管道

塑料管道是指用塑料材质制成的管子的通称。

塑料管道具有自重轻，耐腐蚀，耐压强度高，卫生安全，水流阻力小，节省能源，节省金属，改善生活环境，使用寿命长，安全方便等特点，受到管道工程界的青睐。

近10年，在我国宏观经济快速发展的拉动下，我国　塑料管道在化工建材大发展的背景下经历着高速发展。

塑料管道在多个领域相对传统金属管、混凝土管都具备较多优势，因此获得了较多地区的推荐使用。

1.1.1塑料管道分类

常用的塑料管道有：

PPR（聚丙烯）、PVC（聚氯乙烯）、PB（聚丁烯）、PE-RT（耐热聚乙烯）、PE（聚乙烯）\HDPE（增强高密度聚乙烯）等。

1.1.2我国塑料管道行业发展

中国已经成为塑料管道生产和应用的最大国家。

产业集中度不断得到提升，规模企业不断增多。

骨干企业在行业中所占的比重进一步加大，产业的集中度越来越高。

骨干企业的发展速度加快，新增能力中骨干企业扩大规模占有很大的比例，异地扩产有所放缓。

生产企业仍然主要聚集在经济发达地区。

生产企业主要集中在沿海和经济发达地区粤、浙、鲁、闽四地的能力、产量之和超过全国总量的三分之一。

科技进步在加快行业的技术进步，促进了塑料管道应用的高速增长。

国际间交流的增加，许多企业很重视前沿技术，重视新产品的开发和引进，不断加强研发力量。

有着一定的技术水平塑料管道的品种、结构、新材料、新技术、新工艺及专利项目越来越多重视高功能化的塑料管道的研制。

UHMWPE管材、大口径排水用钢塑复合缠绕管材、市政塑料检查井等方面已经具有一定的先进水平。

行业整体的技术水平与国外发达国家的差距正逐步缩小。

1.2聚烯烃管件

管件（Pipefitings）是管道系统中起连接、控制、变向、分流、密封、支撑等作用的零部件的统称。

1.2.1聚烯烃管件的种类

聚烯烃管件种类很多，因不同的塑料管道或不同的连接方法，以及使用的要求不同而加以选择。

管径具体分为D20、D25、D32、D40、D50、D63、D75、D90、D110。

管件种类有三通、弯头、管箍、变径、管堵、管卡、支架、吊架。

分冷热水管，冷水管为带绿色条管，热水管为带红色条管。

阀门有PPR的球阀、截止阀、蝶阀、闸阀、有外为PPR材料内为铜芯的。

1.2.2聚烯烃管件的特性

采暖和给水用的是PPR管材（件）。

其优点是安装方便快捷、经济适用环保、重量轻、卫生无毒、耐热性好、耐腐蚀、保温性能好、寿命长等。

由于PPR管其为线性分子可缓慢溶于某些有机溶剂，且不发生溶胀，电绝缘性能优良。

制作聚乙烯管的聚乙烯无臭，无毒，手感似蜡，具有优良的耐低温性能（最低使用温度可达-70～-100℃），化学稳定性好，能耐大多数酸碱的侵蚀（不耐具有氧化性质的酸），常温下不溶于一般溶剂，吸水性小，但聚乙烯对于环境应力（化学与机械作用）是很敏感的，耐热老化性差。

1.2.3聚烯烃管件的生产及应用

聚烯烃管件的生产主要采用注塑成型工艺。

原料经在注塑机料斗中干燥后，在注塑机储料作用下，进入料筒，并在外部加热和螺杆剪切作用下不断熔融塑化，并向前输送，储存在螺杆前端，并经过注塑机注射、保压、冷却后，转换成产品脱离模具，再经过产品修整、检验、包装后，最终入库投入市场。

另外还有车削、滚塑等成型方法。

塑料管道是化学建材众多组成部分中的一个重要分支，塑料管道的应用领域通常为给水、排水、燃气、地暖、电力通信、农用、消防与其他领域。

第2章聚烯烃管件原料

聚烯烃管件原材料有聚烯烃树脂，色母料，填料及各种助剂组成，下面将分别加以介绍。

2.1聚烯烃树脂

聚烯烃（PO,polyolefins）是聚乙烯、聚丙烯和聚1-丁烯及其他烯烃类聚合物的总称，是现代石化工业最重要的产品。

2.1.1聚乙烯树脂

英文名称：

polyethylene，简称PE，是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂。

在工业上，也包括乙烯与少量α－烯烃的共聚物。

聚乙烯无臭，无毒,手感似蜡,具有优良的耐低温性能（最低使用温度可达-70～-100℃）,化学稳定性好,能耐大多数酸碱的侵蚀（不耐具有氧化性质的酸）,常温下不溶于一般溶剂,吸水性小,电绝缘性能优良；但聚乙烯对于环境应力（化学与机械作用）是很敏感的，耐热老化性差，可以通过添加相应的助剂来改善其性能。

分为高压法、低压法、中压法三种。

高压法用来生产低密度聚乙烯。

低压法就其实施方法来说，有淤浆法、溶液法和气相法。

中压法仅菲利浦公司至今仍在采用，生产的主要是高密度聚乙烯。

聚乙烯用途十分广泛，主要用来制造薄膜、容器、管道、单丝、电线电缆、日用品等，并可作为电视、雷达等的高频绝缘材料。

2.1.2聚丙烯树脂

英文名称polypropylene（PP），聚丙烯是一种性能优良的热塑性合成树脂，具有比重小、无毒、易加工、抗冲击强度、抗挠曲性以及电绝缘性好等有点，在汽车工业、家用电器、电子、包装及建材家具等方面具有广泛的应用。

在五大通用塑料中，产量仅次于聚乙烯和聚氯乙烯，国内消费量仅次于聚乙烯位列第二位。

聚丙烯生产方法有以下几种

①淤浆法。

在稀释剂（如己烷）中聚合，是最早工业化、也是迄今生产量最大的方法。

②液相本体法。

在70℃和3MPa的条件下，在液体丙烯中聚合。

③气相法。

在丙烯呈气态条件下聚合。

后两种方法不使用稀释剂，流程短，能耗低。

液相本体法现已显示出后来居上的优势。

。

目前，开发的聚丙烯新产品主要包括高熔体强度、高透明、高结晶度、高流动性聚丙烯等，这些产品广泛应用于包装、汽车、家电和建筑等方面。

2.1.3聚丁烯树脂

1-丁烯的聚合物。

熔融温度为134.7℃,密度约0.91克/厘米3。

性质与聚乙烯、聚丙烯相似。

可用齐格勒-纳塔催化剂将1-丁烯在汽油中聚合而成。

20世纪60年代开始工业生产，近年来开发了气相聚合的生产方法。

其制品的耐蠕变性和耐应力开裂性优异。

用它制作的管道,可在－25～100℃使用而不开裂。

其晶型有两种:

初成型的制品,结晶为螺旋4/1型,质较软且易变形；在常温下放置后,结晶逐渐变为螺旋3/1型，性能有所改善。

聚1-丁烯可用挤出、吹塑和注射等工艺加工成型。

主要用途为制作管材。

还用于制作板材、容器、透明薄膜、垫圈和单丝等。

2.2聚烯烃管件色母料

2.2.1色母料

色母料：

colorconcentrate，是由树脂和大量颜料（达50%）或染料配制成高浓度颜色的混合物。

色母又名色种，是一种把超常量的颜料或染料均匀载附于树脂之中而制得的聚集体。

加工时用少量色母料和未着色树脂掺混，就可达到设计颜料浓度的着色树脂或制品。

色母料是以着色剂、载体树脂、分散剂、偶联剂、表面活性剂、增塑剂制得的高浓度有色粒料；

功能色母料除上述原料外，根据功能的要求须添加光稳定剂、抗静电剂、阻燃剂、发泡剂等助剂。

2.2.2色母料基本成分

1.颜料或染料

颜料又分为有机颜料与无机颜料。

常用的有机颜料有：

酞菁红、酞菁蓝、酞菁绿、耐晒大红、大分子红、大分子黄、永固黄、永固紫、偶氮红等。

常用的无机颜料有：

镉红、镉黄、钛白粉、炭黑、氧化铁红、氧化铁黄等。

2.载体

载体是色母粒的基体。

专用色母一般选择与制品树脂相同的树脂作为载体，两者的相容性最好，但同时也要考虑载体的流动性。

3.分散剂

分散剂促使颜料均匀分散并不再凝聚，分散剂的熔点应比树脂低，与树脂有良好的相容性，和颜料有较好的亲和力。

最常用的分散剂为：

聚乙烯低分子蜡、硬脂酸盐。

4.添加剂

如阻燃、增亮、抗菌、抗静电、抗氧化等品种，除非客户提出要求，一般情况下色母中并不含有上述添加剂。

2.3聚烯烃管件添加剂

添加剂是指分散在塑料分子结构中，不会严重的影响塑料的分子结构，而能改善其性质或降低成本的化学物质。

添加剂的加入，能促使塑料改进基材的加工性、物理性、化学性等功能和增加基材的物理、化学特性。

聚烯烃常用添加剂包括

2.3.1增塑剂

绝大部分合成树脂具有可塑性，但可塑性的大小却不相同，为了使树脂易于塑化和赋予制品柔软性，一般在树脂中加入一些低分子物质，这些低分子物称为增塑剂。

增塑剂（plasticizer）是液体或低熔点物质，与树脂应有较好的混溶性。

常用的增塑剂由邻苯二甲酸酯类、脂肪族二元酸酯类、磷酸酯类、氯化石蜡等。

2.3.2填料

是加于塑料的配合料中以降低成本，有时也可增进塑料的物理性能，如硬度、刚度及冲击强度的相对惰性的物质称为填料。

最常用的填料由粘土、硅酸盐、滑石、碳酸盐等。

2.3.3润滑剂

在塑料加工中，能降低塑料粒子之间的摩擦、塑料大分子之间的摩擦、塑料对加工设备金属表面的粘附性，以及改善塑料熔体流动性，提高加工效率的添加剂。

尤其在聚氯乙烯加工中，润滑剂是必不可少的添加剂。

其作用可分为两类：

熔化前在塑料粒子之间以及熔化后在塑料熔体与加工设备金属表面之间所起的作用，称为外润滑作用；熔化后在塑料大分子之间所起的作用，称为内润滑作用。

有些润滑剂的作用介于两者之间。

几乎所有润滑剂的作用方式，都随塑料的其他组分的改变而改变。

润滑剂的化学结构是决定其作用方式的首要因素。

通常,润滑剂的碳链越短,极性越强，其内润滑作用越大；碳链越长，则外润滑作用越大。

一种润滑剂一般难于满足全面的要求，生产中常将几种润滑剂并用，所以复配型润滑剂发展很快。

2.3.4抗氧剂

又称抗氧化剂。

能抑制或延缓塑料在制造、加工、应用和贮存中，因受热、光、机械应力、电场、辐射及添加剂中所含重金属离子等因素所引起的塑料及制品外观和内在性能的劣化作用。

其种类繁多。

按化学结构可分为酚类、胺类、含磷化合物、含硫化合物和有机金属盐等5大类。

根据不同的作用机理,酚类和胺类又称为主抗氧剂，含磷和硫的化合物又称为辅抗氧剂。

主抗氧剂的作用是捕获氧化降解中产生的活泼自由基，从而中断链式降解反应，达到抗氧化目的。

辅助抗氧剂的作用是将氧化降解的中间产物分解为非自由基产物。

通常，主、辅抗氧剂并用，通过相互的协同效应达到最佳的抗氧化效果。

抗氧剂研究的主要方向是提高抗氧效率、持久性和相容性。

2.3.5光稳定剂

能抑制或减弱塑料因吸收紫外光而导致的光降解或光老化作用，延长塑料制品使用及贮存寿命的添加剂。

其机理在于屏蔽光辐射源，吸收并消散能引发塑料降解的紫外光辐射，或消散塑料分子上的激发态能量。

光稳定剂可在塑料配混中混入。

常用的光稳定剂有：

水杨酸酯类、二苯甲酮类、苯并三唑类、取代丙烯腈类、三嗪类和有机络合物类。

2.3.6耐冲击改质剂

耐冲击改质剂（Impactmodifier）通常是具有特殊性的（Compounding）方式添加，而改善塑料的耐冲击性。

耐冲击改质剂常常影响到塑料的耐热性、流动性或加工性，选择时必须慎重。

第3章聚烯烃管件注射成型设备

3.1概述

注塑机是一种专用的塑料成型机械，它利用塑料的热塑性，将经加热融化后的塑料加以高的压力使其快速流入模腔，经一段时间的保压和冷却，使其成为塑料制品。

按合模部件与注射部件配置的型式有卧式、立式、角式三种。

3.2聚烯烃管件注塑机组成结构

注塑机通常有注射系统、合模系统、液压传动系统、电气控制系统、润滑系统、加热和冷却系统、安全检测系统等组成。

3.2.1注射系统

注塑机注射系统的作用是“吃进”物料，加热使之熔融塑化并在高压高速下将熔融物料注入模腔。

3.2.2合模系统：

合模系统是固定模具，实现模具闭合和开启动作的装置。

1.开合模装置：

由固定模板、移动模板、合模油缸等部件组成。

2.调模装置：

调整动模板和定模板之间的距离使合模至刚好压紧模具。

3.抽入芯装置：

型芯组合闭模成封闭的模腔，开模型芯分离后产品方可脱模。

4.顶出、绞牙装置：

通过顶针顶进或型芯螺纹旋转使产品脱模。

3.2.3液压传动系统：

由进出过滤器、泵、蓄能器（压力阀、流量阀、方向阀、换向阀、溢流阀、调速阀、行程阀等）以及热交换器和各种阀和各种压力、温度指示仪表和开关元件等组成。

通过油泵产生压力油供各油路管道,驱动各种部件动作。

是注塑机的动力循环系统，为注塑机的各种执行机（工作油缸）提供压力和速度的回路

3.2.4电气控制系统：

由各种继电器元件、电子元件、检测元件及自动化仪表组成,控制注塑机各种程序及动作,对时间、位置、压力、速度等参数进行控制和调节。

3.2.5加热系统：

主要是用来对料筒、喷嘴进行加热,注塑机料筒一般采用加热电阻加热圈，套在料筒外部并用热电偶分段检测。

热量通过筒壁内传热为物料塑化提供热源；少数注塑机采用油加热。

3.2.6冷却系统：

包括冷却液压油、机械部件、模具等。

3.2.7润滑系统

是为注塑机的动模板、调模装置、连杆铰链等处有相对运动的部位提供润滑条件回路，以便减少能耗和提高零件的寿命。

润滑可以是定期的手动润滑，也可以是连续的自动润滑。

3.2.8安全装置

主要用来保护人、设备、模具安全的装置，主要由安全门、行程阀、限位开关、光电检测元件等组成，实现电气—机械—液压的连锁保护。

第4章模具

注塑模具是一种生产塑胶制品的工具；也是赋予塑胶制品完整结构和精确尺寸的工具。

工艺是一种围绕在机台、原料、模具等因素中的一种协调技术。

从某种程度上说，模具对产品质量有致命的影响。

4.1模具基本常识

4.1.1模具分类

注塑模具依成型特性区分为热固性塑胶模具、热塑性塑胶模具两种；依成型工艺区分为传塑模、吹塑模、铸塑模、热成型模、热压模（压塑模）、注射模等，其中热压模以溢料方式又可分为溢式、半溢式、不溢式三种，注射模以浇注系统又可分为冷流道模、热流道模两种；以按装卸方式可分为移动式、固定式两种。

4.1.2顶出构件

本车间常用顶出构件有：

1）顶杆顶出：

如截止阀类，内/外螺纹直通类；

2）顶管顶出：

如20/25/32/40/50三通，异径三通类；

3）推板顶出：

如20/25/32/40/50管帽，20/25/32/40直通等。

4.1.3型腔组合形式

1）整体形式；

2）组合形式：

a.整体嵌入；b.局部嵌入；c.哈夫形式。

4.2模具组成

模具的结构虽然由于塑料品种和性能、塑料制品的形状和结构以及注射机的类型等不同而可能千变万化，但是基本结构是一致的。

模具主要由浇注系统、调温系统、成型零件和结构零件组成。

其中浇注系统和成型零件是与塑料直接接触部分，并随塑料和制品而变化，是塑模中最复杂，变化最大，要求加工光洁度和精度最高的部分。

浇注系统是指塑料从射嘴进入型腔前的流道部分，包括主流道、冷料穴、分流道和浇口等。

成型零件是指构成制品形状的各种零件，包括动模、定模和型腔、型芯、成型杆以及排气口等。

4.2.1浇注系统

浇注系统又称流道系统，它是将塑料熔体由注射机喷嘴引向型腔的一组进料通道，通常由主流道、分流道、浇口和冷料穴组成。

它直接关系到塑料制品的成型质量和生产效率。

4.2.2主流道

它是模具中连接注塑机射嘴至分流道或型腔的一段通道。

主流道顶部呈凹形以便与喷嘴衔接。

主流道进口直径应略大于喷嘴直径（O．8mm）以避免溢料，并防止两者因衔接不准而发生的堵截。

进口直径根据制品大小而定，一般为4-8mm。

主流道直径应向内扩大呈3°到5°的角度，以便流道赘物的脱模。

4.2.3冷料穴

它是设在主流道末端的一个空穴，用以捕集射嘴端部两次注射之间所产生的冷料，从而防止分流道或浇口的堵塞。

如果冷料一旦混入型腔，则所制制品中就容易产生内应力。

冷料穴的直径约8一lOmm，深度为6mm。

为了便于脱模，其底部常由脱模杆承担。

脱模杆的顶部宜设计成曲折钩形或设下陷沟槽，以便