PE-RT管材的技術(shù)特性及熱熔接工藝分析

1、.PE-RT管材的技術(shù)特性及熱熔接工藝分析武漢金牛經(jīng)濟(jì)發(fā)展有限公司 涂向群姜國俊程彥摘 要：本文通過PE-RT管材的基本技術(shù)性能的描述及熱熔接工藝的分析，突出了PE-RT作為一種耐熱型承壓管材特別是在地面輻射采暖工程應(yīng)用上具有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。關(guān)鍵詞：PE-RT；技術(shù)特性；熱熔接工藝前言自從塑料承壓管道問世以來，各種類型材料的塑料承壓管道不斷在工業(yè)領(lǐng)域和人們生活中得到廣泛應(yīng)用和發(fā)展，聚烯烴類的有：聚丙烯、聚乙烯、聚丁烯、聚氯乙烯、氯化聚乙烯等。近幾年來它們作為室內(nèi)給水管特別是熱水輸送和采暖管，在我國建筑領(lǐng)域已占據(jù)了重要地位。人們對(duì)這些不同種類管道的技術(shù)特征都有不同程度的認(rèn)識(shí)。它們?cè)趯?shí)際工程應(yīng)用中也有

2、不同的優(yōu)勢(shì)和異同點(diǎn)。在這里主要談?wù)勀蜔峋垡蚁┕懿牡募夹g(shù)特性和加工特性，并對(duì)其熱熔接工藝予以分析。1 耐熱聚乙烯材料1.1分子結(jié)構(gòu)特征耐熱聚乙烯屬于中密度聚乙烯，英文名稱縮寫為PE-RT（Polyethylene with Raised Temperature resistance），它是由乙烯單體和1-辛烯單體共聚而成的，很顯然辛烯與乙烯單體共聚時(shí)具有能形成較長支鏈的烯類單體，支鏈上含有六個(gè)碳原子（C），其聚合反應(yīng)如下：一個(gè)和幾個(gè)共聚單元上帶有的6C長支鏈，使得這種半結(jié)晶材料的結(jié)晶也有足夠的“鏈段”數(shù)目，分子鏈之間無需引入活性交聯(lián)分子，晶格間支鏈化程度非常高。分子鏈之間以及長支鏈之間互相無序纏

3、繞，形成了“立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)”，這種特殊結(jié)構(gòu)的形成使材料的力學(xué)性能及抵抗外應(yīng)力作用的蠕變性能大大提高，提高了其熱穩(wěn)定性、長期靜液壓強(qiáng)度、抗慢速裂紋增長（SCG）和快速裂紋擴(kuò)張（RCP）性能。1.2 PE-RT與非耐熱聚乙烯通過分子設(shè)計(jì)技術(shù)，并采用茂金屬催化劑的新型合成工藝是合成PE80級(jí)以上承壓管道材料的先進(jìn)工業(yè)技術(shù)特征之一。PE-RT也屬于PE80級(jí)，其工作溫度范圍可提高到80以上，并能保證50年的使用壽命，當(dāng)然其必須通過國際權(quán)威獨(dú)立試驗(yàn)室進(jìn)行認(rèn)證的，滿足德國標(biāo)準(zhǔn)DIN 4721和DIN16883的要求。PE-RT耐熱性的提高主要得益于所用的共聚單體是1-辛烯而不是1-丁烯、1-己烯等，這樣優(yōu)化

4、了支鏈的密度和微觀晶體結(jié)構(gòu)，達(dá)到了與交聯(lián)聚乙烯同樣的耐溫性能。2 PE-RT成型加工特性PE-RT屬中密度聚乙烯，作為耐熱聚乙烯，它在生產(chǎn)加工過程中無需交聯(lián)，克服了交聯(lián)聚乙烯生產(chǎn)工藝的復(fù)雜性、交聯(lián)度控制不穩(wěn)定性，使得整個(gè)管材絕對(duì)的均質(zhì)，質(zhì)量穩(wěn)定。但PE-RT的加工溫度范圍不是很寬，其熔體溫度一般控制在190左右，管材生產(chǎn)時(shí)若溫度過高，其熔體強(qiáng)度低，會(huì)影響其成型的穩(wěn)定性。管件的注塑成型一樣應(yīng)采取低溫低壓機(jī)理，要求冷卻必須均勻。因其熱傳導(dǎo)系數(shù)是聚丙烯、聚丁烯的2倍，成型收縮率及成型后收縮率都比聚丙烯大。交聯(lián)聚乙烯交聯(lián)度的大小決定了交聯(lián)聚乙烯的長期靜液壓強(qiáng)度，即其使用壽命。一般交聯(lián)聚乙烯的交聯(lián)度必須

5、達(dá)到65以上，這樣交聯(lián)結(jié)構(gòu)的形成是通過交聯(lián)劑（過氧化物、乙烯基三甲氧硅烷）在一定的溫度和壓力下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)聚乙烯支鏈的相互交聯(lián)而成，其加工的難度大且可變因素多，交聯(lián)度不易控制。PE-RT對(duì)加工設(shè)備的適用性較強(qiáng)，一般聚烯烴單螺桿擠出機(jī)均可完成PE-RT的成型加工，根據(jù)PE-RT的材料特性進(jìn)行工藝參數(shù)的設(shè)定和調(diào)整即可。2.1PE-RT成型工藝參數(shù)設(shè)置（參考）機(jī) 筒 溫 度 模 頭 溫 度 水 溫 機(jī)頭壓力MPa17017518018518218218118118120035.134.530.216.22.2擠出溫度擠出溫度與原料的材質(zhì)、熔融指數(shù)MFR和所加工管材的管徑大小直接相關(guān)。從加料端至

6、擠出機(jī)端機(jī)筒溫度控制在160200范圍內(nèi)，機(jī)頭溫度在170200，熔體溫度一般不得超過200。3 熱熔焊接按工藝分析（以承插式為例）3.1PERT材質(zhì)熱熔性能PERT是乙烯1-辛烯共聚的中密度聚乙烯，它的熱性能指標(biāo)如下：表1材質(zhì)熔體流動(dòng)速率MFR（g/10min）密度g/cm3維卡軟化點(diǎn) 熔點(diǎn)Tm熱傳導(dǎo)系數(shù)Wt/m.kPE-RT0.850.941124.5134.50.403.2熱熔焊接工藝參數(shù)設(shè)定焊接工藝要素有三個(gè)：溫度、壓力、時(shí)間。3.2.1焊接溫度確定：要考慮材質(zhì)的性質(zhì)及焊接處的質(zhì)量；3.2.2PE-RT和其它中密度聚乙烯一樣是屬部分結(jié)晶性熱塑性塑料，因此它的熱焊接溫度應(yīng)在熔融溫度Tm或

7、材料粘流態(tài)轉(zhuǎn)化溫度Tf之上，在此溫度下塑料才能熔融流動(dòng)，塑料大分子才能相互擴(kuò)散和纏繞。通常聚乙烯、PP-R承插式熱熔溫度為260±10，因此PERT熔融焊接也應(yīng)在此范圍內(nèi)進(jìn)行，但實(shí)際實(shí)驗(yàn)時(shí)差異較大，PERT在260下進(jìn)行焊接會(huì)出現(xiàn)粘模頭現(xiàn)象。3.2.3另外焊接溫度受制于：a.焊接接頭處卷邊高度；b.樹脂熔體對(duì)工具的粘附；c.樹脂材料的熱氧化破壞，焊接溫度太高會(huì)產(chǎn)生熱氧破壞，析出揮發(fā)物（CO、不飽和烴等），焊接強(qiáng)度反而要降低。3.2.4加熱時(shí)間：是焊接過程中重要參數(shù)；3.2.5它與加熱工具一起，決定了焊件內(nèi)的溫度分布及產(chǎn)生工藝缺陷可能性及焊件形狀結(jié)構(gòu)。加熱時(shí)間太短，塑料件表面還未熔融，

8、焊件時(shí)困難、壓力要大、焊件接觸面牢度不夠；加熱時(shí)間太長，由于溫度的傳導(dǎo)、輻射，整個(gè)管材都軟化了，在承插焊接時(shí)就不能進(jìn)行。3.2.6加熱時(shí)間長短還取決于材質(zhì)的熱傳導(dǎo)系數(shù)；PE-RT熱傳導(dǎo)系數(shù)為0.4，而PP-R塑料熱傳導(dǎo)系數(shù)為0.23，因此PE-RT升溫時(shí)間、冷卻時(shí)間要比PP-R短些。3.3轉(zhuǎn)化時(shí)間：是指管材、管件表面被熔化后，迅速離開模具，然后將插口端迅速插入承口端的時(shí)間，這一過程應(yīng)盡可能短。3.4冷卻時(shí)間：當(dāng)管材插入管件承接處后，讓其自然冷卻到環(huán)境溫度的時(shí)間。它取決于環(huán)境溫度高低。下面推薦PERT承插式熱熔連接時(shí)間，見表2（熱熔溫度為210±10）表2管外徑mm加熱時(shí)間s最長加工時(shí)

9、間s最短冷卻時(shí)間min16642208422510523211643.3PERT承插式熱熔連接步驟3.3.1承插式熱熔設(shè)備;3.3.1.1帶控溫可調(diào)裝置的加熱器（手動(dòng)焊接）3.3.1.2承插口加溫的模頭（各種規(guī)格一套）3.3.1.3 大口徑連接時(shí)采用機(jī)械裝置，它可保證接頭直線度，連接前可使承插口復(fù)原。3.3.2承插式熱熔連接步驟（見承插式熱熔連接示意圖1）3.3.2.1準(zhǔn)備工作：a檢查帶控溫裝置的加熱器或機(jī)械焊接裝置是否滿足工作要求；b安裝與管材、管件規(guī)格一致的模頭于加熱板上；c設(shè)定加熱板溫度至焊接溫度（PERT為210±10）d用酒精或軟紙擦拭加熱板表面。（注意不要?jiǎng)潅鸓TFE防粘

10、層）3.3.3焊接：焊接按焊接工藝參數(shù)操作，必要時(shí)根據(jù)天氣、環(huán)境溫度變化作適當(dāng)調(diào)整。a用干凈布清除管材及管件接觸面的污漬；b將加熱工具加熱到熔接溫度；（通常熔接溫度為210±10）c插口管末端應(yīng)切割平整，與中心軸垂直，用筆在承口和插口上做適當(dāng)標(biāo)記，以利連接定位，必要時(shí)須對(duì)承口和插口進(jìn)行整圓處理或?qū)Σ蹇诠苓B接端刮削。d用加熱工具將管材、管件的插口、承口的表面熔化；e將模具及加熱器迅速移開，這一過程應(yīng)盡可能短；f將插口端迅速插入承口端，在達(dá)到連接強(qiáng)度之前，應(yīng)將接頭固定；g讓其接頭自然冷卻至環(huán)境溫度。3.4注意事項(xiàng)：3.4.1注意工作環(huán)境：工作場(chǎng)地有大風(fēng)，會(huì)對(duì)熔接質(zhì)量有影響，因它會(huì)冷卻加熱

11、板，導(dǎo)致不均勻溫度分布。3.4.2將插口端插入承口端時(shí)，外力使用要均勻，不然管子會(huì)不直，影響接頭使用壽命及強(qiáng)度。3.4.3注意管材與管件的熔體流動(dòng)速率差異不能太大，不然不能得到最佳連接強(qiáng)度。MFR間差值盡可能小。（0.51.0g/10min）圖1 承插式連接示意圖3.5承插熱熔接頭質(zhì)量檢驗(yàn)方式3.5.1用目測(cè)檢查：a承口件和插口件是否對(duì)正；b承口件和插口件之間擠出熔融材料在整個(gè)外圓周上是否均一致；c剝開接觸面，觀察焊接區(qū)有無雜質(zhì)、縮孔、裂紋或其它外傷；d觀察有否由于熔接溫度過高、焊接壓力過大造成的管壁塌陷，卷邊過大或形狀不正確現(xiàn)象。3.5.2用實(shí)驗(yàn)方法來驗(yàn)證管接頭處焊接牢度：a把焊接好的管材作靜液壓試驗(yàn)；有否出現(xiàn)破裂、滲漏現(xiàn)象；b工地上，在施工完畢后進(jìn)行通水打壓試驗(yàn)，一般冷水管試驗(yàn)壓力為管道系統(tǒng)工作壓力1.5倍，熱水管試驗(yàn)壓力為管道系統(tǒng)工作壓力2倍，看整個(gè)管焊接處有否破裂、滲漏現(xiàn)象發(fā)生。4 PE-RT采暖管的工程應(yīng)用優(yōu)勢(shì)4.1 良好的熱穩(wěn)定性和長期靜液壓強(qiáng)度，在地面輻射采暖和熱水系統(tǒng)中可保證50年的使用壽命。金牛PE-RT管材管件工程典型應(yīng)用實(shí)例：山東地區(qū)德州華語學(xué)校20萬m2山東地區(qū)威海西峽口高檔別墅小區(qū)10萬m2內(nèi)蒙古 阿拉善左旗體育場(chǎng)5萬m24.2 PE-RT管材具有很好的柔韌性，其彈性模量低、彎曲半