HDPE内衬管材生产技术难题及解决办法

张云爱

(天津森普管材有限公司，天津 300270)

PE内衬管实际就是壁厚很薄的PE（聚乙烯），一般SDR值（径厚比：外径/壁厚）在50～80，是非开挖管道修复的主要材料，施工单位将PE内衬管材通过“等径”或“压U”工艺将内衬管材穿入原有旧管道里面后，再将PE内衬管材复圆，PE内衬管材紧紧贴紧原有钢管、水泥管或石油管道，PE内衬管材起到防腐及密封作用，钢管起到承压作用，原来几近不能用的管道，通过该工艺非开挖修复，又能恢复使用，实现了刚塑复合的完美结合，既快速施工，由大大降低了安装总费用，目前该工程市场广阔，既有社会效益，又有经济效益，但是PE内衬管材的生产技术难度较大，普通的保温管生产线产品质量不能达到质量要求，只能利用PE管材挤出线，进行一定模具改造，同时，提高生产技术水平，总结经验，才能在保证产品质量的基础上，大大降低废品率，降低生产成本，目前，国内能成熟生产内衬修复用的HDPE管材的厂家不很少，现将PE内衬管材生产过程中遇到的主要难题和解决办法总结一下。

HDPE内衬管材生产中存在的主要技术难题主要包括外径控制难度大、壁厚控制难、管材表面不合格、牵引打滑、管材断裂生产率不合格等问题，现将以上问题分析解决如下：

1 外径控制

HDPE内衬管材外径要求很高，如果管材外径太大，穿入钢管或水泥管内部后，PE内衬管打不开，存在皱褶，不能紧紧贴紧原有管道内壁；如果PE内衬管材外径太小，穿入原有钢管或水泥管后，PE内衬管与钢管或水泥管之间存在间隙，一方面不能贴紧原有管道，而且造成PE内衬管单独承压，最终会造成PE管材破裂，造成工程不合格。但是由于PE内衬管材壁厚太薄，生产过程中由于水温、真空度极难控制，造成外径控制难度大。预防和解决措施如下：

（1）PE挤出生产线真空箱水温控制仪必须灵敏能使用，生产过程中的进、排水系统阀门不能随意调节，确保冷却水水温波动不能超过±2℃。

（2）所有喷淋水嘴必须喷淋正常，不能存在喷嘴堵塞，不喷水的情况，生产准备时，检查清理喷水水嘴。

（3）定径套内径尺寸参考表1。

表1 定径套内径尺寸参考表

小口径管材纵向线速度较大，定径套收缩率适当要大，长度可稍短些。大口径管材牵引速度慢，在真空箱时间长，定径套收缩率要小些，定径套长度要长一些，这样生产时PE内衬管材对真空度、水温的波动影响要小一些，管材外径要稳定些。另外，管材外径主要靠定径套保证，不能靠真空度，真空度不能太大或太小，一般0.015～0.04 MPa。真空度太大管材容易抽破，真空度太小管材表面光滑。

管材生产圆周（外径）控制具有滞后性，等完全冷却圆周或外径定型后，需要几个小时，有时会造成严重不合格品或废品，本人在大量数据总结分析以及所学理论，形成如下圆周或外径计算公式，利用该公式，可提前预知或测算真空槽后面圆周应该多大，管材完全冷却后，管材外径或圆周一定合格，公式如下：

P—主机产量单位，kg/h；

DN—管材公称外径，mm；

L—生产线冷却系数，针对每条线由基本固定的冷却系数，PE315线L约为6×10-4，PE630线L约为3.8×10-4；

C—从管材在真空箱圆周直到管材完全冷却下来后，管材圆周收缩量，mm。

每个厂家生产线冷却系数只要带入一个规格，就可推算出冷却系数为多少，其他规格直接使用该冷却系数即可。

2 PE内衬管材壁厚控制

PE管材壁厚控制难度也大，因为管材壁厚薄，口模间隙大，存在拉伸比较大，既有料坯下流垂影响，又存在拉伸过程中，管材不均匀拉伸造成管材壁厚偏差大，预防和解决措施如下：

（1）口模间隙上比下大4%即可，不能太大，也不能太小，薄壁管材下流垂影响较轻，料坯出口模的温度必须均匀±5℃，料坯的温度必须用手持红外线测温枪检测，可执行温度调壁厚方案。

（2）如果管材某一点壁厚略薄，可将该方向口模温度适当提高，如果管材某处壁厚略厚，可将该方向口模适当降低。

3 管材表面不合格情况

管材表面不合格情况见表2。

表2 管材表面不合格情况表

4 牵引机打滑

PE内衬管材在生产过程中，由于管材壁厚太薄，牵引机牵引生产时，压力太大就会将管材压扁，造成牵引打滑，牵引停止，无法生产，牵引太小，牵引机履带压紧管材力度不够造成打滑。因此牵引机最好是伦茨伺服系统（相当于车辆的四驱），每个履带都有独立的转动牵引电机，单独升降。另外，牵引机的气缸主、被压开关、电磁阀调整灵敏，正常。调整气缸主、被压，使履带压紧管材的主压-被压=0.2 MPa，被压 0.2～0.4 MPa。

管材表面不能有水，管材生产过程，不能顶到设备，切割过程顺畅，不能有卡顿，牵引机气缸压缩空气里面不能有水。

5 PE内衬管材内在性能：断裂伸长率不够（＜500%）

内衬管材的断裂伸长率指标特别重要，因为管材在施工过程中，“等径”和“压U”工艺将管材形状改变的时候，存在管材本体一定程度的收缩或拉伸，管材断裂伸长率过低，会造成管材屈服破裂。因此，确保管材断裂伸长率是一关键指标，当然管材的老化性能、拉伸强度也很重要，但断裂伸长率指标在生产过程中因生产工艺不同差别很大,造成断裂伸长率不高的原因主要是有以下几点。

（1）料坯的拉伸比过大，拉伸发生在高弹态。HDPE材质在不同温度下有三种形态：玻璃态、高弹态、黏流态，如果拉伸发生在高弹态，在生产过程中，就会发生分子纵向取向，存在生产过程中分子链预拉伸（提前拉伸过）现象，在PE内衬管施工使用过程中，断裂伸长率就达不到要求。解决办法：①选择芯棒时，芯棒略大于管材外径即可，选择口模时，口模和芯棒间隙不要超过管材壁厚的2倍；②定径套离口模距离保持一定距离。不能太近，保持一定拉伸距离；③出口模的料坯温度必须高于180℃以上，确保料坯拉薄发生在黏流态，发生在进入定径套冷却之前。

（2）在真空定径过程真空过大，外径靠大真空拉伸保证时，分子链同样存在拉伸，在“等径”施工时，也会因断裂生产率不够而造成破裂。解决措施确保定径套内径尺寸合适（定径套收缩率符合要求），不能靠大真空拉伸起来的外径。真空度不宜大于4 MPa。

（3）真空箱水嘴堵塞，喷嘴喷水过少或不喷水，冷却不理想，造成管材结晶度低，必要时保证梯度冷却，确保结晶度，从而确保断裂拉伸率和拉伸强度。

6 PE内衬管材屈服强度、拉伸强度不合格

PE内衬管材力学性能指标必须合格：屈服强度＞20 MPa、拉伸强度＞18 MPa，因为在PE内衬管材压“U”工艺和“缩径”工艺内衬非开挖穿插修复时，管材在拖拉时必须承受一定的拉力，有时一段修复长度很长时，甚至要承受很大拉力。如果不能承受相应拉力，在牵引时会造成管材拉断，从而造成工程严重后果甚至于失败。因此，生产所需原料配方必须符合相应要求，选用主料时，必须选用PE100级原材料，原料必须洁净，不能添加任何回收料，也不能含有其他任何杂质，国内原料如上海石化YGH041或YGH041T、天津石化PN049、齐鲁石化DGDB2480，国外原料如：北欧化工HE3490等。另外生产过程添加黑色母时必须混合均匀，色母料必须选用管道专用，甚至于薄膜级黑色母料，添加量＜2%，炭黑分散必须＜3级。生产温度与工艺，必须确保塑化效果好。只有这样，才能确保管材本体屈服强度、拉伸强度强度高，达到施工要求。

7 PE内衬管材的耐开裂应力能力

PE内衬管材在压“U”工艺和“缩径”工艺内衬非开挖牵引穿插修复时，原有管道内壁对管材的外壁会造成不同程度的纵向划伤，有些情况下甚至于非常严重。尽管原有管道内壁修复时，施工单位会采取一切措施，降低对PE内衬管材的划伤，确保划伤深度不得超过管材壁厚的10%，划伤面积不超过一定要求，但是管材在使用过程中，有可能小小的划伤，会造成管材的破裂，造成工程的彻底失败，给客户造成不可挽回的损失。因此在原材料选用和原料配方、以及生产工艺设定时，必须确保管材塑化良好，PE管材内分子链的各向同性，决不能造成各向异性；分子交联度不能降低；不能造成因剪切高温造成分子链断裂或低分子析出，造成分子量分布不合理。另外，目前国内外也有专门的抗划痕专用原料，如PN-049RC、YGH041RC就是理想的专用料。

总之，PE内衬管材的质量要求不同于普通PE管材，生产过程不仅仅要求的设备硬件不一样，生产工艺和质量要求也不一样，必须理论联系实际，不断总结，才能在确保管材质量满足要求的前提下，不断降低生产成本。才能满足非开挖管道修复的特殊质量要求，确保实现公司利益与社会利益的共同提高。

[1] GB/T13663—2000 给水用聚乙烯管材标准．

[2] GB15558—2015 燃气用埋地聚乙烯管道系统．

[3] ISO4437-1：燃气用塑料管道系统聚乙烯（PE）第1部：总则，2014.

[4] ISO4437-2：燃气用塑料管道系统聚乙烯（PE）第2部：管材，2014.