何本才 薛志峰 余建虹 譚冬春 譚嘉銘

摘要：通過分析PE-RT原材料特性和常見冷卻方式，對比冷卻效果，浸泡式真空箱配新型定徑套的冷卻方式更適合PE-RT地暖管的高速生產。

關鍵詞：PE-RT管材；高速生產；浸泡式真空定型冷卻方式

1 PE-RT原材料特性及應用領域

耐熱聚乙烯(PE-RT)問世于上世紀90年代，是乙烯辛烯共聚的中密度聚乙烯。近幾年又有了新的發(fā)展，研發(fā)出乙烯己烯共聚的高密度II型耐熱聚乙烯(PE-RT II型)，材料具有PE100級特性，又具有更卓越的性能：具有優(yōu)良的長期靜液壓強度；可熔接性，可采用所有的熔接方法；材料抗沖擊強度性極好；柔韌性好；長期蠕變性能好；具有比傳統(tǒng)高密度聚乙烯更良好的耐高溫和耐低溫性能，最高設計溫度為80℃，最低溫度-40℃；適用于各種高溫流體的輸送。例如集中供熱、建筑內冷熱水、溫泉水、石油輸送以及化學流體輸送等苛刻的領域，適用于工業(yè)用及民用建筑冷熱水管路系統(tǒng)、飲用水系統(tǒng)、熱力預埋管、地面輻射采暖系統(tǒng)以及高溫地源熱泵系統(tǒng)等，尤其在北方應用于城鎮(zhèn)供熱系統(tǒng)二次管網PE-RT II型預制直埋保溫管。PE-RT管應用廣泛，在管道企業(yè)的生產中遇到了不少的問題，其中高速生產的冷卻方式就是本文討論的主題。

2 PE-RT管高速生產的必要性

地暖管行業(yè)的市場也出現低利潤與競爭激烈的現狀，各企業(yè)不斷推出新品和改善產品外觀及質量以增強自身競爭能力，同時通過自動化高效高速生產來提高生產效率、降低生產成本，增強企業(yè)的生存能力。因此，PE-RT地暖管的高速生產成為各企業(yè)的必選途徑。

3 PE-RT管材生產中常見的問題及原因分析

在PE-RT地暖管的生產環(huán)節(jié)中產品的生產效率、質量合格率、材料利用率成為生產技術管理的關鍵監(jiān)控點。其中地暖管的外觀和尺寸質量問題成為高速高效生產的控制難點，常見問題和原因如下：

3.1 外徑尺寸波動

表現形式是管外徑在不同的管段的平均外徑測量值相差較大，部分管段外徑尺寸偏小、不合格。這種外徑偏小的情況對于熱熔承插焊接的地暖管是很忌諱的，容易出現熔接不牢，后期泄露，造成較大損失。根本原因之一是真空箱內真空度波動不穩(wěn)定，直接原因是水環(huán)內的冷卻水流量偏小導致管胚冷卻不夠和過渡拉伸，從而導致定徑套入口泄漏真空，出現斷斷續(xù)續(xù)的外徑大小不一致。另一個直接原因是真空箱的水位過高淹沒真空泵吸氣口，真空泵吸水太多，不能正常工作，真空度下降，因此出現持續(xù)管的外徑偏小。

3.2 縱向壁厚波動，內壁波紋

表現形式是管內壁呈現明顯波紋、手感凹凸不平。根本原因是熔胚不穩(wěn)定。直接原因有真空箱冷卻方式不合適、擠出機供料不穩(wěn)定、牽引速度不穩(wěn)定、定徑套內孔不同心等。在實際生產中因冷卻方式、冷卻效果所產生的問題經常不容易發(fā)現或不受到重視。

3.3 外表面凹凸不平

表現形式是管外壁手感凹凸不平，目測凹陷點分布不均。根本原因是熔胚遭受冷卻水的噴射，留下了痕跡。直接原因有在真空箱內冷卻水噴射熔胚、噴淋水未細化、水環(huán)內氣泡侵蝕熔胚等。噴淋冷卻方式更容易造成管外表面凹凸不平。

4 PE-RT管材生產通常采用的冷卻方式及效果

上述問題中因冷卻效果不均勻、方式不合適成為主要集中原因。為了分析冷卻方式及其效果，先介紹管材成型的兩種真空箱和三種定徑套。

4.1 浸泡式真空箱

真空箱內沒有噴淋頭，管材浸泡于水面以下。優(yōu)點是熔胚冷卻均勻性好、穩(wěn)定性好；缺點是只適應于dn20-dn32小口徑管。

4.2 噴淋式真空箱

真空箱內有均勻布置的噴淋頭，管材置于托輪之上。優(yōu)點是適應于各種大小口徑的管材，缺點是噴流頭易堵塞造成冷卻不均、對高速生產中未定型的熔胚外表面產生噴射痕跡。

4.3 定徑套的類型

參見表1。

4.4 通過實際生產對比6種冷卻方式及效果

參見表2。

5 PE-RT地暖管高速生產的最佳冷卻方式分析

PE-RT地暖管的高速高質量的穩(wěn)定生產成為管道企業(yè)的追求目標，隨著第一代和第二代擠出機逐漸退役，更先進的生產裝備成為滿足生產企業(yè)需求的首選。先進裝備的重要特征就是高效高產穩(wěn)定性好，特別對于小口徑管材的高速高效穩(wěn)定生產更加能夠體現設備制造水平和生產工藝水平。設備的關鍵部件除了保證塑化質量、穩(wěn)定供料的擠出機和保證穩(wěn)定牽引的牽引機外，最為關鍵的部件就是真空定型箱和定徑套。這兩個裝置都是管胚的冷卻定型裝置，對管材的外觀和尺寸影響最直接。

定徑套的尺寸和真空箱的真空度影響管材外徑、不圓度，也影響管材外觀質量和壁厚均勻性。因此，定徑套的冷卻效果好和摩擦阻力小成為定徑套的重要設計要求。加強冷卻效果主要是通過加大定徑套的內外冷卻水流量。而降低摩擦阻力一般采取減少接觸面，如采用碟片，減少定徑套與管胚的接觸長度。另外減少摩擦阻力的方式是定徑套加密封水環(huán)結構，使定徑套內表面與管胚之間形成一層均勻水膜，水膜起到潤滑減小摩擦阻力的作用。

上述三種定徑套中水簾銅套式定徑套一般用于噴淋式真空定徑系統(tǒng)，管胚與銅套接觸面積大、摩擦阻力大，適合低速生產，用于快速生產壁厚波動較大，所生產管材表面易劃傷。水環(huán)式銅套碟片復合定徑套一般用于浸泡式真空定徑系統(tǒng)，定徑套設在真空箱前面的密封水環(huán)玻璃筒內，單獨恒溫預冷，流量壓力穩(wěn)定，冷卻效果好，管胚與定徑套內孔之間形成水膜潤滑，摩擦阻力小，適合高速生產，管材表面光亮、尺寸穩(wěn)定。據了解目前PE-RT國內某設備廠家采用該種定徑套搭配浸泡式真空箱，其正常穩(wěn)定生產速度已達40m/min。水環(huán)式碟片定徑套結構一般用于噴淋式真空箱，定徑套設在真空箱前面的密封水環(huán)玻璃筒內，該種定徑套摩擦力小，但由于噴淋系統(tǒng)的噴射原因，因而外觀質量一般，一般適合中等速度，20-25m/min，管材表面經常出現凹凸不平的情況。

6 結論

三種定徑套及兩種真空箱冷卻方式中浸泡式真空箱與水環(huán)式銅套碟片復合定徑套的搭配最適合PE-RT地暖管的高速生產。