管材生产工艺培训.docx
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管材生产工艺培训
员工培训工作计划
培训目的：
为了加快实施人才培养，建设高素质的员工队伍，培养和造就大批优秀人才和合格的员工，适应新形势下的发展需要，我们确定了培训工作的总体思路。
指导思想：
以提高员工综合素质和履行岗位职责能力为宗旨，实施素质、技能培训方略，突出重点，注重实效，为集团的持续稳定发展提供人力支持和人才保证。
工作目标：
全面提高员工的职业道德素质、专业技术水平和岗位工作能力，按照培训工作的总体要求，从部门实际出发，提高员工队伍整体素质。
为实现上述工作目标，打造一批一人多能、一职多能的高素质人才队伍，特制订出以下培训计划：
第一方案：
部门内部培训
培训范围：
PE大管车间、PE小管车间
培训对象：
班组长、调整工及辅助工。
培训人数：
每批培训人数按总培训人数的1/10进行轮换培训。
培训时间：
每月培训4天，在每周六下午14：
00—16：
00进行。
培训内容：
《PE管材生产部生产管理规定》、《塑料的基础知识》、《聚乙烯（PE）燃气管标准》、《聚烯烃管材挤出成型工艺》、《安全操作规程》、《挤出设备工作原理》、《生产操作规程》、《管材长出现的不正常現象及解决办法》、《塑料管道系统的术语》根据培训具体情况来确定培训时间的长短。
详细培训内容下附：
PE管材生产部生产管理规定（略）
塑料基础知识
塑料主要是以石油或原始材料制得的一类高分子材料。
塑料管道是塑料重要的应用领域之一。
塑料管道最初出现在20世纪30年代。
迄今为止，塑料管道已被国内外广泛地应用于城市供水、城市排水、建筑给水、建筑排水、热水供应、供热采暖、建筑雨水排水、城市燃气、农业排灌、化工流体输送以及电线、电缆护套管等领域。
一、按照塑料材料的品种分类
最通常的分类方法是按照制造管道的塑料材料的品种分类：
按受热呈现的基本行为，塑料可分为热固性塑料和热塑性塑料两大类，热固性塑料管是指因受热或在其它条件下能固化成不熔不溶性物料的塑料材料。
热固性塑料管的主要品种有玻璃钢管，也包括交联聚乙烯管等。
热塑性塑料是指在特定温度范围内，能反复加热软化和冷却硬化的塑料。
绝大多数的塑料管道都是热塑性塑料管道。
热塑性塑料管道使用量最大的三个品种为：
聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、和聚炳烯（PP）。
其它如：
丙烯腈--丁二烯—苯乙烯共聚物（ABS）、聚丁烯（PB）、氯化聚氯乙烯（CPVC）、乙酸--丁酸纤维素（CAB）缩醛树脂、聚四氟乙烯（PTFE）、尼龙（PA）、聚碳酸酯（PC）、聚偏二氟乙烯（PVDE）、苯乙烯橡胶（SR）等均可用于制作用途各异的管道。
二、聚乙烯
1933年英国ICI公司首先发现了聚乙烯。
发展至今聚乙烯（PE）是由多种工艺方法生产的，具有多种特性及多种用途的系列品种树脂，已占世界合成树脂产量的三分之一，居第一位。
生产聚乙烯的原料乙烯可从原油、轻油的裂解分离中制得。
聚乙烯的分类方法随着时间的发展有变化，而且各个国家也不尽相同。
但总体上来说，目前有两种分类方法：
1、密度分类
通常根据密度可将聚乙烯分为低密度聚乙烯（密度为0.910-0.925g/cm3，简称LDPE），中密度聚乙烯（密度为0.926-0.940g/cm3，简称MDPE），高密度聚乙烯（密度为0.941-0.965g/cm3，简称HDPE）。
LDPE通常为乙烯单体的聚物，HDPE可为均聚物或与少量的丙烯、丁烯或己烯等单位的共聚物，MDPE乙烯与少量a-烯烃如丙烯、1-丁烯或1-辛烯的共聚物，与乙烯共聚的a-烯烃的用量和共聚物的密度密切相关。
分子的主链中平均每1000个碳原子引入20个甲基之链或13个乙基链，便可制得密度为0.93g/cm3得MDPE相应的1-丁烯的用量约为5%。
LLDPE为乙烯单体与a-烯烃的共聚物，含有5%～20%的a-烯烃，1-丁烯、1-已烯或1-辛烯等LDPE、LLDPE和HDPE之间的结构和性能差别见表2-6。
各类聚乙烯的制造工艺见表2-7。
表2-6 聚乙烯密度与性能的关系
品种
低密度聚乙烯
中密度聚乙烯
高密度聚乙烯
密度/（g/cm3）
0.91 0.92 0.93 0.94 0.95 0.96
结晶度/%
65 75 85 95
结晶熔点/℃
108～126 126～135 126～130 136
相对硬度
1 2 3 4
软化温度/℃
105 118 124 127
拉伸强度/MPa
14.4 17.5 24.5 33.5
冲击强度（缺口）/（kl/m2）
54 27 21 18
表2-7 聚乙烯的制造工艺
品种
工 艺
LDPE
HDPE
LLDPE
管式法，高压釜法，气相法，溶液法，浆液法
汽相流化床法，中压溶液法，搅拌釜浆液法
低压气相法，溶液法，浆液法，高压法
2、结构分类
根据结构等因素进行分类。
将分子为线形，有一定数量无规分布之链的较低密度的聚乙烯称为LLDPE（密度为0.910～0.925g/cm3），以及将平均相对分子质量大于200万或平均相对分子质量在100～600万之间的称为超高分子量聚乙烯（UHMWPE）。
还有VLDPE和ULDPE （密度为0.914～0.86g/cm3）等等。
许多新设计的聚乙烯生产装置能生产密度为0.91～0.96g/cm3的聚乙烯，即包括HDPE（含MDPE）和LLDPE，称为全密度聚乙烯（HDPE/LLDPE）装置。
目前，世界上有五家聚乙烯的工艺具有代表性，美国联合碳化物公司（UCC）的气相流化床技术、英国石油化学公司（BP）的气相流化床技术、杜邦公司（Dupont）溶液法工艺技术，美国道化学公司（Dow）的低压溶液法技术和日本三井油化的淤浆法工艺技术。
前四种工艺均可生产全密度聚乙烯，最后一种是生产HDPE，
对聚乙烯树脂影响较大的基本参数主要有三个：
分子量、分子量分布（MFD）和结晶度。
熔体流动速率在一定程度上反映了分子量的大小，对于聚乙烯树脂，熔体流动速率的测定温度为190℃，标准负荷条件有三类：
2.16kg、5.0kg、21.6kg。
对于一种树脂，MFRT2.16/MFR2.16的值称熔流比。
熔流比在工业上常用来衡量分子量分布的宽度。
分子量分布描述了聚合物分子链的长度及质量，如果所有的链都接近相样的长度和质量，就称分布窄，反之称分布宽。
结晶度的高低常用密度来衡量。
因此，聚乙烯树脂的三个基本指标为密度，熔体流动速率和分子量分布（熔流比）。
但最常用的为密度和熔体流动速率。
3、聚乙烯管材的类型与发展
聚乙烯管的使用已有近半个世纪的历史。
最初是水管，后来发展到燃气领域；最初使用低密度聚乙烯（LDPE），继之是高密度聚乙烯（HDPE）和中密度聚乙烯（MDPE）。
中、高密度聚乙烯较低密度聚乙烯增强了钢度和承压能力，因此是聚乙烯管道的主导材料，到目前为止，已商业化的已有三代产品。
第一代聚乙烯管材级树脂共聚单体含量相当低，为了提高性能，不得不同过提高分子量来补偿。
该种类性的第一个产品50年代后期在欧洲有Hoechst公司首先商业化，密度约为0.95g/cm3。
继之，又出现了一些类似的树脂。
由于人们认识到由这些材料挤出的聚乙烯管道在进行长期静液压实验时，可出现脆性破裂（20℃时约在100000h左右发生，80℃时约在10～100h左右发生）。
因此开始对该种类型树脂进行改进，降低密度。
自60年代后期70年代早期，绝大多数的聚乙烯管材材料都是通过Ziegler法生产，非常类似。
同时，采用Phillps法也制造出了类似树脂。
由于共聚单体含量仍然偏低，80℃时回归曲线的拐点（脆性破坏发生点）通常在几百小时到几千小时之间。
按照后来ISO统一分类这类树脂具有的所谓的PE63级材料的性能最小要求强度（MRS）通常为6.3MPa，因而通常认为这类树脂是PE63等级第一代树脂是高密度聚乙烯。
第二代树脂即为目前的PE80材料，是在第一代树脂基础之上，提高了共聚单体含量。
考虑到20℃时长期静液压强度（MPS）的要求，因而只能做到一定限度。
实际上，密度下限位于0.938g/cm3附近，但通过该方法以及大的改进了聚乙烯管材级树脂的耐环境应力开裂（ESCR）性能。
因此同时可以稍微降低分子量，继而提高了树脂的流动性，已利于加工。
采用Ziegler法和Phllips法均可生产该类树脂。
由于使用异丁烷的Phillps的环式反应器的制造商，通常采用己烯作为共聚单体，因此改善ESCR的效果较Ziegler法更加成功。
Ziegler法大多数情况下是采用丁烯做共聚单体。
第二代树脂是MDPE或HDPE。
它的主要缺点是进一步提高ESCR性能，就会较大的损失材料的耐压能力，从而降低使用该材料挤出管子的压力等级。
另一方面，如果想进一步提高压力等级，则增大了20℃时在50年（要求寿命）前发生脆性破坏的可能性，很难实现。
第三代树脂为PE100，出现在80年代末，最早由比利时Solvay公司生产。
90年代，其他一些制造商纷纷推出了自己的PE100产品。
现在，已有多家制造商制造PE100树脂。
PE100具有双峰型分子量分布，共聚单体优先位于较长分子链上，这使第三代聚乙烯管树脂具有较高的密度和刚度，20℃，50年蠕变抵抗能力高；同时又保持了较好的ESCR性能。
典型的PE100材料是通过bimodalZiegler法制造的，密度约为0.950g/cm3左右MI50.5～0.15g/10min。
PE100的出现，为聚乙烯管道开辟了更为广阔的应用空间，主要表现在可以达到更高的使用压力，适用口径扩大，可以更好地采用各种高效的施工方法。
技术进步不断为材料等级的提高提供可能性，已有PE112开发成功的报道。
对未来加改性的聚乙烯来说，有研究者认为PE140等级为理论极限。
PE125等级可通过交联聚乙烯获得；有实验研究表明，双轴取向的聚乙烯管材可以达到PE250等级。
前面所介绍ISOPE管材分类中的PE32、PE40通常是低密度聚乙烯或线性低密度聚乙烯，强度较低，因此，一般采用这类材料生产小口径（110mm以下）的管材，通常用于灌溉或临时性管线。
4、聚乙烯管材料的性能要求
50年寿命要求的聚乙烯压力管材料的性能要求主要有下列四点。
（1）、有明确的等级命名 材料的等级命名（PE100、PE80、PE63）应由独立的实验室确定。
（2）、良好的耐应力开裂性 目前通行的是切口管实验方法（NPT），指标见表2-8。
在材料研究中，长期以来习惯于采用弯曲条带的Bell法评价聚乙烯树脂耐环境应力开裂性能ESCR（参见表2-8）测试方法为ASTMD1693（或GB/T1842）
除NPT外，现已设计出多种评价聚乙烯管材性能的断裂力学方法，这些方法对于认识、评价、开发管材具有重要的作用。
表2-8聚乙烯压力管材料的耐应力开裂要求
材料
试 样
试验压力
要 求
试验方法
PE63
公称外径110mm 或125mm的管材
0.64MPa
不破裂
不渗漏
ISO13479—
1996
PE80
0.80MPa
PE100
0.92MPa
（3）根据材料的具体用途，应满足相关标准的要求（见表2-9、表2-10、表2-11）。
表2-9 聚乙烯给水管材料的基本性能要求（GB/T13663—2000）
项 目
要 求
材料等级
PE63、PE80、PE100
碳黑含量（质量）%
2.5±0.5
碳黑分散
≤等级3
颜料分散
≤等级3
氧化诱导时间（200℃）/min
≥20
熔体流动速率（5kg，190℃），g/10min
与产品标称值的偏差不应超过±25%
表2-10 GB15558.1——2003中燃气管的特性
特 性
单 位
要 求
试 验 方 法
密度
水分含量
挥发分含量
碳黑含量
热稳定性（200℃）
耐环境开裂（100℃，100%，F50）
耐气体组分（80℃，2MPa）
长期静液压强度（20℃、50年，95%）
kg/m3
mg/kg
mg/kg
%
min
h
h
MPa
≥930（基础树脂）
≤300
≤350
2～2.5
>20
≥1000
≥30
≥20
GB1033
GB6283
GB15558.1
GB13021
GB/T17391
GB1842
GB15558.1
GB15558.1
表2-11 ISO4437—1997中PE燃气管原料的特性
特性
单位
要求
试验方法
常规密度
熔体质量流动速率
热稳定性（200℃）
挤出时挥发分含量
水分含量
碳黑含量
碳黑扩散
颜料扩散
耐气体组分（80℃，2MPa）
RCP（PS），dn≥250mm
RCP（S4），e≥15mm
耐慢速裂纹增长
en>5mm
80℃
0.8MPaPE80
0.92MPaPE100
PE复合料的分级
耐候性（非黑色）
E≥3.5GJ/m2
kg/m3
min
mg/kg
mg/kg
%
等级
等级
h
MPa
h
PE80
100PE
≥930
与产品标称值的偏差不应超过±20%
>20
≤350
≤300
2～2.5
≤3
≤3
≥20
FS试验中的临界压力应大于或等于系统最大工作压力乘以1.5；S4试验中的临界压力乘以2.4
≥165
8.00～9.99
10.00～11.19
热稳定性
HS（165h/80℃）
断裂伸长率
ISO1183、ISO1872/1
ISO1133
ISO/TR10837
附录A
ASTMD4019
ISO6964
ISO11420
ISO13949
附录B
ISO13478、ISO13477
ISO13479
ISO12162
附录C
ISO/TR10837
ISO1167
ISO6259/3
要满足相关产品标准对材料的要求，也应使采用该材料生产出的管材满足标准对产品的性能要求。
输送饮用水的管道，要考虑卫生性。
非压力用的结构壁管材料要求较低（表2-12）。
欧洲PE100+协会对PE100材料的要求较上各标准的要求高（表2-13）。
（4）、良好的加工性与焊接性能 加工性不仅与材料有关，而且与加工设备和采用的加工工艺有关。
特别是PE100材料的加工，对加工设备有特殊要求。
挤出成性的管材要具有良好的焊接性。
表2-12聚乙烯结构壁管材料要求（prEN13476.1—1999）
性质
要求
试验 参数
试验方法
参数
数值
耐内液压
耐内液压
熔体流动速率
热稳定性，OIT
标准密度
试验期间无破坏
试验期间无破坏
≤1.6g/10min
≥20min
≥930
试验温度
环向应力
状态调节时间
试验周期
试验温度
环向应力
状态调节时间
试验周期
温度
载荷
温度
80℃
3.5MPa
1h
165h
80℃
3.2MPa
1h
1000h
190℃
5kg
200℃
EN921
EN921
ISO1133
EN728
ISO1183
Kg/m3
表2-13 PE100+协会对 PE100材料的要求
性 质
试验方法
ISO标准
PE100+协会要求
蠕变破坏强度
应力开裂抵抗
快速裂纹扩展
压力试验（20℃，12.4MPa）
切口管压力试验（80℃，9.2bar
S4试验（0℃）
≥100h
≥165h
P≥MOP/2.4
≥200h
≥500h
≥10bar
由材料生产企业给出的一种PE80（MDPE）和一种PE100（HDPE）管材料（黑色）性能数据见表2-14。
性能
单位
试验方法
典型值
PE80
PE100
聚合物数据
密度（不退火）
密度（退火）
MFR190℃/5.0kg
熔点
Kg/m3
Kg/m3
g/10min
℃
ISO1183
ISO1872/1
ISO1133
ISO1628—3
947
949
0.85
280
126
957
959
0.22
≥360
130
力学性质
拉伸屈服应力
拉伸屈服应变
弯曲模量
断裂伸长率
简支梁缺口冲击强度（23℃）
简支梁缺口冲击强度（-30℃）
MPa
%
MPa
%
kj/m2
kj/m2
ISO527
ISO527
ISO178
ISO527
ISO179/1
ISO179/1
≥19
9
750
>600
>17
>5
≥23
9
1100
>600
>23
>11
其他性质
氧化诱导期（210℃）
碳黑含量
碳黑分散
水分含量
维卡软化点
线性热膨胀
比热熔
ESCR（bell法）
min
%
%
℃
℃ˉ1
J（g•℃）
h
ISO/TR10837
ISO6964
ISO11420
ISO306A
ASTMD696
（20～60℃）
ASTMD169370B
≥20
2.3
≤3
≤0.03
116
1.8х10-4
1.9
>1000
≥20
2.3
≤3
≤0.03
116
1.8х10-4
1.9
>1000
电性质
介电强度
体积电阻率
表面电阻率
介电常数
介电损耗角正切值
kV/mm
Ωm
Ω
BS2782：
201B
BS2782：
230A
BS2782：
231B
BS2067（1～20MHz）
BS2067（1～20MHz）
>20
>1013
>1015
2.6
3х10-4
>20
>1013
>1015
2.6
3х10-4
管材原料的选用，应根据应用领域，依据相关标准和具体应用的要求确定。
具体需要考虑原料路线，颜色，等级（如PE80‘PE100），密度高低（中密度、高密度），加工的适应性，施工方法的适应性等。
有关标准对聚乙烯材料等级和颜色的要求见表2-15。
标准
燃气管
给水管
灌溉管
结构壁管
ISO4437-1997
GB15558.1-2003
ISO4427-1996
GB/T13663-2000
ISO/DIS
8779-1999
PrEN13476.1-1999
材料等级
PE80
PE100
相当于PE80
PE32
PE40
PE63
PE80
PE100
PE63
PE80
PE100
PE32
PE40
PE63
PE80
相当于PE63
颜色
黄色
黑色（加黄色色条）
黄色
黑色（加黄色色条）
蓝色
黑色
黑色（加蓝色色条）
蓝色
黑色
黑色（加蓝色色条）
黑色
黑色
密度对于材料的性能，如刚性和韧性的影响是相互矛盾。
因此，对于选用高密度（HDPE）或中密度（MDPE）聚乙烯管材料，主要应该视其用途和使用条件。
如承受外压管，显然密度稍大一点为宜。
对于低压聚乙烯（小于0.4MPa）燃气管的应用，目前使用较多的是MDPE主要是因为MDPE具有较好的长期强度，耐慢速裂纹增长的能力强，而且便于管道压扁阻气，进行抢修。
管道的应用始于20世纪40年代，最初用做电话线导管和矿井用无压排水（采用低密聚依稀管）。
20世纪50年代中期，聚乙烯用于给水（开始采用高密度聚乙烯管）。
20世纪60年代中期开始采用聚乙烯管输配天然气（采用中高密度聚乙烯管）。
目前聚乙烯管材以成为在PVC-U管之后，世界上消费量第二大的塑料管道品种。
广泛用于燃气输送、给水、排水、排污、农业灌溉、油田、矿山、化工及邮电通讯等领域。
目前，世界上聚乙烯管材年消费量在150万吨以上，而且增长速度很快。
5、聚乙烯管道的类别
聚乙烯管可分为实壁管和结构壁管两类。
实壁管既可用作压力管，也用作非压力管。
经常按照聚乙烯材料的特征对聚乙烯实壁管进行分类。
根据树脂的密度分习惯上按照聚乙烯树脂的密度将聚乙烯管分为低密度及线型低密度聚乙烯（LDPE及LLDPE）管（密度为0.910-0.925g/cm3）中密度聚乙烯（MDPE）管（密度为0.926-0.940g/cm3）和高密度聚乙烯（HDPE）管（密度为0.941-0.965g/cm3）.
根据材料的长期静液压强度等级分类：
目前ISO标准组织，根据聚乙烯管材预测长期静液压强度的置信下限σLPL（20℃，50年，97.5%），对管材及其原料进行了分类和命名，有PE32、PE40、PE63、PE80和PE100五个等级。
输送燃气应采用PE80和PE100等级的中或高密度聚乙烯管；给水通常采用PE63、PE80和PE100等级的中或高密度聚乙烯，但PE63已逐渐趋于淘汰；PE32和PE40等级的低密度聚乙烯管或线型低密度聚乙烯管通常用于灌溉。
根据用途不同，聚乙烯管道应着有不同的颜色。
典型的为水管蓝色，燃气管黄色或黑管上加有相应颜色的色条。
一般根据标准，对于使用寿命长，性能要求高的压力管应用领域，如燃气管、市政给水管等，要求采用具有明确等级证明的混配料（已含有必要助剂和颜色的聚乙烯粒料）。
6、聚乙烯管道的应用领域
聚乙烯管用做压力管优势明显。
聚乙烯给水管公称压力在1.6MPa以下，聚乙烯燃气管公称压力在1.0MPa以下。
聚乙烯管道在世界各国燃气管道上的广泛应用，已成为管道领域“以塑代钢”最为引人注目的成就。
如英国煤气公司每年新铺设的干管中，聚乙烯管道占95%，支管中聚乙烯管占90%。
1988年，在慕尼黑召开的国际煤联（IGU）配气委员会会议，一致认为，采用聚乙烯（PE）为原料的埋地燃气管道，质量可靠，运行安全，维护简便，费用经济。
非压力管道主要有套管（可采用聚乙烯实壁管和波纹管）和排水/排污管（可采用聚乙烯螺旋缠绕管、波纹管和实壁管）两类。
7、聚乙烯管的特性
聚乙烯管比较圆满地解决了传统的两大难题：
腐蚀和接头泄露。
聚乙烯管的主要优点体现在以下：
A、耐腐蚀
B、熔接接头不泄露 聚乙烯管道主要采用熔接连接（热熔连接和电熔连接），本质上保证接口材质、结
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