PERT的高速生产.docx

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PERT的高速生产

PE-RT的高速生产

摘要：

本文阐述了PE-RT高速生产的意义和高速生产设备应具备的条件。

关键词：

PE-RT高速生产

PE-RT即耐热聚乙烯，是Polyethyleneofraisedtemperatureresistance的英文缩写，是一种可以用于热水管的非交联的聚乙烯，也有人突出了其非交联的特性，叫它“耐高温非交联聚乙烯”。

它是一种采用特殊的分子设计和合成工艺生产的一种中密度聚乙烯，它采用乙烯和辛烯共聚的方法，通过控制侧链的数量和分布得到独特的分子结构，来提高PE的耐热性。

由于辛烯短支链的存在使PE的大分子不能结晶在一个片状晶体中，而是贯穿在几个晶体中，形成了晶体之间的联结，它保留了PE的良好的柔韧性，高热传导性和惰性，同时使之耐压性更好，这种改性方法和目前市场上常见的PPR类似。

PE-RT管可以用于ISO10508中规定的热水管的所有使用级别!

PE-RT在建筑内冷热供水系统中的应用已经20多年了，就目前市场的使用情况来看反应较好，尤其在低温地面采暖方面得到了长足发展。

由于PE-RT在挤出加工方面具有优良的性能，不需交联，生产速度快，占地面积小，用人少，因此被大量生产厂商所采用。

由于竞争激烈，对于生产成本更需严格控制，在保证真材实料的前提下，必须采用高速生产，速度可以高达25m/min～30m/min，只有这样成本才能得以控制。

一、高速生产的意义

1、可以大幅度下降制造成本，我们举例说明（dn20×2.0为例）：

按一下公式进行计算：

合格率=（成品米数×材料定额）/当班用料总量×100%

物耗=（当班用料总量-成品重量-废品总量）/当班用料总量×100%

电耗=当班耗电量/当班成品总重

成品重量=成品米数×材料定额

材料定额（单位米重）＝Πρ（d-e）e；Π取3.1416；ρ取PE-RT密度0.933g/cm3；d为平均外径；e为平均壁厚，经计算得出PE-RTdn20×2.0的材料定额为0.1134Kg/m（按行标CJ/T175-2002标准尺寸计算）。

A、以12小时一个班次一条生产线为例，生产速度为23.05m/min，管材实际生产中的外径为Φ20.2mm～Φ20.25，壁厚为2.05mm～2.15mm，共生产管材15680m，当班总用料1730Kg，废料6Kg，用电量776度，经计算得出以下数据：

合格率＝（15680×0.1134）/1730×100%＝102.78%

物耗＝（1730－15680×0.1134－6）/1730×100%＝－3.13%

电耗＝776/（15680×0.1134）×1000=436度/吨

实际米重=3.1416×0.933×（（20.2+20.25）/2-（2.05+2.15）/2）×（2.05+2.15）/2=111.6g/m，换算为0.1116Kg/m

按以上数据管材单位成本：

原料按12500元/吨，电费按0.6元/度，计算直接成本为：

1730/1000×12500+776×0.6＝22090.6元，吨成本折合12769.13元/吨，每米折合1.41元/米。

B、再以12小时一个班次一条生产线为例，生产速度为8.5m/min，管材实际生产中平均外径为Φ20.05mm，壁厚为2.03mm～2.23mm，共生产管材5783m，当班总用料662.6Kg，废料3.5Kg，用电量368度，经计算得出以下数据：

合格率＝（5783×0.1134）/662.6×100%＝98.97%

物耗＝（662.6－5783×0.1134－3.5）/662.6×100%＝0.499%

电耗＝368/（5783×0.1134）×1000=561度/吨

实际米重=3.1416×0.933×（20.05-（2.03+2.23）/2）×（2.03+2.23）/2=111.9g/m，换算为0.1119Kg/m

按以上数据管材单位成本：

原料按12500元/吨，电费按0.6元/度，计算直接成本为：

662.6/1000×12500+368×0.6＝8503.3元，吨成本折合12833.23元/吨，每米折合1.47元/米。

按以上数据我们列表比较一下：

项目

高速生产

低速生产

备注

管材规格

dn20×2.0

dn20×2.0

线速度

23m/min

8.5m/min

吨成本

12769.13元/吨

12833.23元/吨

高速生产每吨省64.1元

米成本

1.41元/米

1.47元/米

高速生产每米省0.06元

12小时产量

15680米

5783米

高速生产效率高

电耗

436度/吨

561度/吨

高速生产电耗大大下降

管材质量

很好

一般

操作调整

较易

难

以上数据是按河北日泰新型管材有限公司班组报表任意抽取的，虽然不一定全面，但是可以看出高速生产和低速生产的成本和效率的差异。

2、生产工艺控制简单稳定，质量稳定可靠，尤其是外观质量极其稳定。

在PE-RT管材生产中最难调整的就是外观质量，主要是外表水点、水纹裂口、内表面划痕、表面白线条、凹凸不平、光圈、黑点、杂质和划伤，这些问题在低速生产中经常出现，一旦出现就很难处理，需要积累丰富的经验才能处理，对操作工的技能要求尤其很高。

而高速生产中则很少出现此类问题，只要管材牵好就可以稳定生产。

只要保证真材实料，壁厚符合标准，机头使用正确，外观质量得以彻底解决，那么就不会出现爆管问题。

对于生产工艺的调整只需摸索出工艺温度（不同品牌的原料）、挤出机转速与牵引机匹配的线速度等，将其恒定下来即可稳定生产。

二、高速生产设备所应具备的条件

高速生产对设备性能要求很高，如果没有高性能的设备难以达到高速要求，从以下几个方面进行分析：

1、挤出机的型式

A、采用单螺杆挤出机，最大产量达到250Kg/h（生产速度在25m/min～30m/min）；

B、下料段采用IKV强制进料系统，开8～12道直槽或采用螺旋槽，必须进行水冷温控，应控制在80℃～100℃，同时它的输送能力必须与螺杆相匹配；

C、采用分离屏障型螺杆（BM），四段式，无强剪切元件，螺杆的压缩比易采用ε＝2.5，长径比选用33：

1。

由于PE-RT具有窄的分子量分布，加工温度范围窄，停留的时间太长易出现局部温度过高，而短时间的温度过高就会使PE-RT产生老化降解，因此螺杆必须简洁明快，达到快进快出。

这样在设定螺筒工艺温度时可以低一点（例如165℃、170℃、175℃、180℃、180℃），达到低温挤出，随着螺杆转速的增加，剪切热会越来越大，直至恒定，这个过程中PE-RT原料不宜发生降解，同时螺杆可以使用很长的周期而不用短周期进行清理（半年清理一次即可）；

D、目前市场上SJ60×33或SJ65×33的挤出机均可以达到250Kg/h，但笔者建议应选择比其大一等级的挤出机（例如SJ75×33或SJ80×33）。

由于目前市场上的PE-RT原料品牌很多，各品牌的加工性能并不一样，粘稠度也不一样，同一品牌不同批次的加工性能也不一样，为了保证各种原料均能高速生产，建议选择大一等级的挤出机，这样就可以保证加工性能不一样、粘稠度不一样的各种原料可以稳定高速生产，不会出现波动。

笔者曾亲身经历过LGSP980原料批次不同而无法高速生产，壁厚不稳定，提升转速电流和扭矩均无变化，挤出量未见增加。

当时使用的是SJ80×30挤出机，为解决这一问题，又使用SJ65×33挤出机进行试验，结果也不稳定，最后试验SJ80×33挤出机可以长期在25m/min下稳定生产。

2、挤出机机头的型式

A、支架机头：

这种模头的最大缺点就是如果前边的压缩段的压力太小的话，缝合线部分强度不够，合流线有时消除的就不太好。

从而必须有足够高的压力使这些分离的料流再融合。

这要求具有相对高强度的结构，因此模头的整体重量很高。

这种模头一般多用于PVC管材的挤出。

易产生合模线。

B、篮式机头：

篮式模头不受物料黏度变化的影响，加工范围广,用于挤出HDPE,LDPE,PP。

模头压力低，挤出量高，熔体温度低；熔体经过两次换向,均质性好；无论管径大小，都有稳定的产品质量；对于各种物料都有稳定的加工特性。

易产生熔流痕。

C、螺旋机头：

机械应力和热应力较低，制品有良好地机械强度；结构坚固，故适合高粘度材料的挤出，对所加工材料适应性低。

但模头的装拆和操作简便；芯棒上易钻孔，故易采用内冷系统。

由于其相对复杂的结构，这种类型模头对原料的改变较敏感。

即使是粘度和流变特性的细小变化都会引起螺旋体中流动情况的改变，管径的变化也有相似的影响。

因此，要设计好螺旋的几何形状，使模头具有尽可能宽的加工范围，以适应不同的材料和挤出量。

对于PE-RT原料建议采用螺旋机头。

支架机头不能用于生产PE-RT管材，除了支架机头自身固有的问题外，支架机头生产出的管材密实度不够，在相同的外径和壁厚下，管材的单位米重都比篮式机头和螺旋机头生产出的轻，这样的话管材的长期静液压性能得不到保证，易爆管。

篮式机头可以用于生产PE-RT管材，例如佛山巴顿菲尔辛辛那提塑料设备有限公司生产的PE-RT高速生产线配置的就是篮式机头。

但笔者认为最好不选用篮式机头，因为该机头结构复杂，不符合快进快出的原则，尤其是该机头中的网叠部分，极易造成原料降解，同时不同牌号PE-RT原料的粘度不同，当使用大粘度的原料时阻力增加，管胚不稳定，生产控制难度大。

例如LGSP980就不宜用于篮式机头生产，而且机头清理较难，但SKDX800用于篮式机头是没有问题的。

螺旋机头在结构上相对于篮式来讲要简单的多，熔体所经过的流道比较简单直接，符合快进快出的原则，但熔压过高，因此在设计螺旋体时应优化，螺旋体是螺旋机头的核心。

高熔压可以解决原料的粘度问题，使挤出更顺畅，管胚更稳定，管材质量更可靠。

笔者曾经使用过上海金湖生产的小螺旋机头，该机头在设计上较完美，对于加工不同牌号的PE-RT原料稳定性高。

无论是篮式机头还是螺旋机头，芯模口模的尺寸至关重要。

只有芯模口模的尺寸把握好，才能充分发挥巴鲁斯效应。

巴鲁斯效应控制不好的话，会造成管胚不稳定，真空达不到，管胚在定径套入口处易抖动。

拉伸比在机头的设计中是一个重要参数，一般PE-RT材料为1.1～1.5。

3、真空定径系统的型式

高速生产中真空定径起了决定性的作用，这一步如果选择不当，会直接导致高速生产失败。

我们从以下几个方面分析：

A、真空定径机的冷却方式：

由于高速生产速度过快，因此必须冷却迅速，定型快，冷却均匀。

要达到这个要求必须采用水浴式冷却方式，而且水温必须经过冷水机的控制。

一般速度在20m/min～30m/min之间，水温必须≤10℃；速度在15m/min～18m/min之间，水温必须≤15℃。

冷却水应尽量减少气泡，尤其在管胚刚进入定径套时，真空箱冷却水进口更应防止气泡的产生。

水质必须纯净无异物，软化程度高。

B、定径套：

定径套应采用水帘碟片组合浸润强冷式定径套。

这种定径套是由水帘式定径套和碟片式定径套组合而成，同时增加了强制进水量、强制进水装置以及改变进水部位，使冷却水第一时间“冲洗”定径筒将管材强冷预定型，故障时也不卡管，又确保冷却均匀和冷却效果好；将长方形碟片改制成6mm宽的碟环，碟环的作用是：

一是保证管材周围冷却水畅通；二是辅助定型；三是消除管材表面“湍流水”而造成的气泡；四是消除管材表面周围的“高温圈”，使热交换充分。

下面是两种高速定径套的示意图：

以上两种定径套在实际生产中均可以达到20m/min～30m/min的速度。

随着生产速度的加快，定径套的尺寸会越来越大，否则难以保证管材的外径标准尺寸，以dn20为例经验数值如下表：

项目

速度≤10m/min

15m/min～18m/min

20m/min～30m/min

定径套内径（mm）

Φ21.0～Φ21.1

Φ21.3～Φ21.4

Φ21.7～Φ21.8

速度越快，管材外表面会积聚大量静电荷，极易将水中的气泡吸附到管材外表面，这样会造成管材外表面水点或凹坑，这时碟片的作用就显现出来了，它会刮掉管材外表面的气泡，就不会造成管材外表面水点或凹坑，但是冷却水的气泡必须控制，水中气泡过多的话，碟片也无法完全去除，也可以将真空箱中的尼龙滚轮改为刮水碟片。

碟片需要定期测量尺寸，当超标时应更换新碟片。

4、牵引机的型式

牵引机应选择皮带式牵引机，最好不使用平皮带，因为平皮带使用时间过长后会磨出槽，造成速度波动，管材行走不平稳，引起壁厚波动和单边尺寸过大，应使用由耐磨橡胶制成的V型皮带。

不得使用履带式牵引机，因为履带式的胶块会将管材外表面压出波浪。

三、结束语

PE-RT的高速生产促进了PE-RT地暖管的发展，同时地暖行业的发展推动了PE-RT高速生产的研究。

相信在不久的将来会出现更快的高速生产方式。