聚乙烯（PE）双壁波纹管生产技术及常见质量问题的缘由剖析

一、PE双壁波纹管概述  

1、定义 ：所谓PE双壁波管是为了在节省原材料而不致使管材的环刚度下降的前提下，对管材截面进行优化设计的一种内壁光滑平整、外壁为梯形或弧形波纹状肋内外壁波纹间为中空、采用挤出成型工艺制成的管材。因为其主要原材料为聚乙烯（PE），故简称为PE双壁波纹管。

2、PE双壁波纹管的优点 ：

① 节约原材料，用同样的原材料做同一外径的管材时，波纹管可经比实壁管节省30%以上的原材料；

② 质量轻，比重小于铸铁管和水泥管的50%；

③ 安装便捷、施工进度快，以传统水泥管相比，采用PE波纹管可以提高3倍以上安装进度。

④ PE双壁波纹管采用柔性连接，密封性能好；

⑤生产成本低，综合经济性能优越。

3、PE双壁波纹管的应用领域 ：

①市政工程，用于建筑物的地下排水管、排污管、输水管、通风管等；

②电器电信工程，作为电力电缆、光缆、通讯信号电缆的保护管；

③工业，由于聚乙烯材料具有优良的耐酸、碱及耐腐蚀能力，结构壁管可用于化工、医药、环保等行业的给水和排水管道；

④农业、园林工程，用于农田、果园、茶园以及林带排灌，可节水70％，节约用电13.9％，也可用于农村灌溉；

⑤道路工程，可用作铁路、高速公路、高尔夫球场、足球场等的渗、排水管；

⑥矿场，用作矿井的通风、送风管、排水管。

二、产品性能与国家标准

1、 国家标准摘要及解析

      国家标准GB/T 19472.1《埋地用聚乙烯(PE)结构壁管道系统 第1部分聚乙烯双壁波纹管材》（本标准第二部分是各种缠绕类结构壁管，和双壁波纹管无关）这句话规定了波纹管的使用条件，若超出这个使用范围则标准将不一定能够适用，应按照使用环境具体分析。如今年在福州有一个用于涵洞的工程，波纹管并不是埋在地下的，而是置于涵洞中，涵洞中在雨季会充满水，因此产品为水下使用，在设计时就要考虑到浮力。

2、产品性能

       波纹管的三大主要性能指标为环刚度、耐冲击性能、环柔性。

l  环刚度

环刚度代表管材抗外压的能力，单位为kN/m2，环刚度的数值越大，则管材抗外压能力越强，相应的管材的壁厚也越厚。

l  耐冲击性能

使用落锤冲击的方法，在0±1℃环境下，真实冲击率（TIR）≤10%（可以理解为10个允许破1个，但是并不完全等同）。影响耐冲击性能的因素与影响环刚度的类似。

l  环柔性

环柔性检测设备与环刚度相同，但是压缩量更大，试样在垂直方向外径变形量为原外径的30%时立即卸荷，观察试样的内壁是否保持圆滑，有无反向弯曲，是否破裂，两壁是否脱开。环柔性反映的是管材耐形变的能力。  除了环刚度、环柔性、耐冲击性能之外，国家标准还对蠕变比率（反映波纹管在外力负载下变形后的蠕变情况，影响产品的使用寿命）和烘箱试验（反映波纹管内外壁结合强度是否足够，结构稳定性如何）有要求。

三、PE双壁波纹管的原材料  

1、 原料的组成 ：PE双壁波纹管的原材料一般由聚乙烯、增强性功能母料和颜料等组成。如果原材料潮湿，为了提高生产效率，可添加适当的消泡剂。

2、 对原材料性能的要求 ：如何生产出一根低成本，高品质的波纹管，很大程度上取决于对原材料的选择和配方的搭配。

1) 对聚乙烯（PE）性能的一般要求有熔体流动速率（MFR）、氧化诱导时间（OIT）和密度等。熔体流动速率的大小反映了分子量的大小，一般来说，熔体流动速率大一点的材料有利于加工成型，并可提高生产效率。但也不能过大，过大对环刚度的影响较大，选用0.8-1.5g/10min(190℃，5kg）之间为宜。氧化诱导时间决定了氧化破坏的时间，对于要求使用50周年的波纹管来说，控制好原材料的氧化诱导时间是能否保证50年使用寿命的关键。GB/T19472.1-2004中明确规定，波纹管的原材料的氧化诱导时间应≥20min（200℃）。对中、高密度聚乙烯来说，可通过改变密度来调整其性能。因为我们知道密度相对低的聚乙烯可延长其脆性破坏的时间。如图1所示。

图1

2) 功能母料的选择也很关键，目前尚无有关排水管道专用功能母料的国家标准，各厂家的产品的性能不尽一致。选用功能母料时应当充分考虑其分散性、偶联性和对聚乙烯改性的程度。     

3) 配方是否合理也决定着产品的质量。一些厂家为降低成本，无限制的增加功能母料，这样的产品既无法保证产品的质量，也失去了长远的发展和核心竞争的能力。典型的合理配方如下表：

表2 

四、成型原理    

1、成型机 ：波纹管成型机是生产波纹管的关键设备，关系到管材的质量和产量。双壁波纹管的成型方式也多种多样，并且不同于其它管材的成型设备。  

按模块装配方式可分为：立式和卧式（水平式）两种 ，立式成型装置可使模块上下开合，并且占地面积小、结构紧凑，但模块更换较困难，特别是大口径模块的更换；水平式（又称为卧式）成型装置可使模块水平开合（通常只有大口径的成型设备），占地面积较大，但更换模块比立式方便。而且模块内设计了冷却水循环通道，以水作为冷却介质，大幅度提高了生产的速度。

按定型方式可分为：气压定型和真空定型两种 ，目前部分厂家采用气压定型法设备，也就是将压缩空气通过机头模芯支座上的筋条和固定在模芯上的螺塞加到外层管坯内腔，使管坯紧贴在模块上，形成波峰。这种设备生产出来的制品可以是任意截面，还可以提高波纹管的质量，减少凹凸波纹宽度上有厚度误差，并且减少废品，还大大简化了制品内冷却设备的结构和机头结构。但是压缩空气的波动使管材的波峰不尽一致，产品的外观较难控制。    

2、成型模块 ：波纹管的成型模具主要就是模块，它决定着管材的基本结构和尺寸。随着成型方式的不同，以及模块运动轨迹的不同，模块的结构也有所不一样。目前大多生产线是通过模块抽真空将料坯吸附在模具内表上，模块上就必须有抽真空用的通道。成型模块的结构直接决定着管材的环刚度。结构如图3所示：

图3

五、工艺流程图

图4 双壁波纹管生产工艺流程图

六、开机过程中的注意事项

①挤出机启动之前必须检查各区段温度是否正常，如发现异常，必须待处理完毕后方能启动挤出机，以免损坏螺杆等部件或喷料伤人；

②各开机条件具备后启动主机，刚启动主机时必须将熔体压力控制在一定范围内，以免料温过高而喷料伤人；

③挤出时要观察主机电流和压力，如果电流和压力过大，必须先检查、排除故障后才能开机，以免损坏设备；

④随时监测主电机、减速箱的温度和声音，如有异常，及时报告设备管理人员，确定是否停机；

⑤水套的材质较软，更换规格时不能与金属物相撞，处理损伤处时不能用800目以下的砂纸打磨；

⑥成型机正常运转时要随时观察所有轴承及附件的完好情况，如有损坏或异常要及时更换和处理；

⑦成型机的润滑系统要随时保证运行正常，否则必须立即停止成型机；

⑧成型机的移动轨道要保持清洁；

⑨每次更换模块时必须清理干净；

⑩每次更换模块时必须检查所有的销子和定位槽是否完好，如有异常情况时要处理好后才能安装；

⑪模块的转运、安装、拆卸要格外小心，严禁损伤任何部位；

⑫上下模块（卧式为左右模块）不能压得太紧，以防将模块压变形或成型机主电机过载；

⑬真空泵要定期清理过滤网和泵腔内的水垢，以免影响真空度或损坏电机。

七、PE双壁波纹管常见问题

     PE双壁波纹管的使用规模越来越广，施工需求量增大，市场上许多质量低质的PE双壁波纹管也混入其间，牟取暴利，不会专业人员底子无法分辩，对客户形成很大的丢失。为使客户选购时不被遮盖，以下小编为我们具体介绍PE双壁波纹管常见缺点的缘由剖析:

　　1、内壁不平坦

　　PE双壁波纹管内壁不平坦通常由真空度偏小、水套温度过高、内层过薄等导致。真空度偏小应当查看内层真空管路是不是疏通，真空泵是不是作业正常等。水套温度过高通常是由于冷却水的水温过高或冷却水的流量过小导致，可通过这两个方面的调整来处理。

　　2、扩口不良。扩口不良可分为以下几种状况：

　　a、内层被吹破缘由通常有内层冲气气压过大；原材料耐性欠好；内层过薄；扩口放气发动晚或扩口放气管路不晓畅；原材料内有杂质；物料塑化不良等。

　　b、扩口内外层未贴好若是这种表象发生在始端，则由于内层冲气发动较晚或相应段的气压过小；若是发生在结尾，则由于内层冲气提前结束或扩口放气提前结束，又或许由于相应段的气压过小；若是从头到尾都没有贴好，则有可能是原材料的功用或温度的缘由。

　　c、扩口不完整扩口的结尾不管怎样调整都无法贴上，缘由通常是内层冲气提前结束了，扩口放气提前结束了。

    d、扩口前端的内层有凹限引起这种现象的原因一般是内层冲气过早启动；水套与在型模块的中线偏离（成型机与水套不对中）；内层壁厚偏薄；内层真空过早停止。

    e、扩口末端内层堆料，这种现象往往会导致扩口往里面凹。其原因是扩口末端内层料过厚；成型机在此段的降速的量过大；之前几段的内层冲气过大；内层的料温过高致料坯过软；外层的料坯在此段过厚。

    f、扩口末端的内层有凹限其原因一般是扩口后的第一个波和第二个波内的气压过小；扩口后的第一个波和第二个波所对应的内层壁厚过厚；内层真空度较小或内层真空启动过晚；原材料的韧性差等。

    3、内层有划痕

　  通常由于料温过高致使内层口模上粘有糊料；料内有杂质；水套上有划伤；内层口模有划伤等。

  4、外壁有小孔

    其缘由是物料内有杂质；某区段温度失控致物料烧糊，糊料时而被带出；为了进步管材功用而参加的有些如功用母料、消泡剂等的分散性欠好，或许说与根底树脂的相容性欠好。

　  5、管材的波峰歪斜 由成型机速度过快冷却欠好、正常冲气气压过小导致。

　  6、管材的重量不稳定一般是因为原材料的性能不稳定或下料段的温度波动过大。

　  7、管材曲折 缘由是外层的偏壁严峻或水套与成型机的对中性未调好。

　  8、轴向上波峰的厚度不一致  正常冲气过大、口模的空隙过大等导致。

    9、内壁不平整。内壁不平整一般由真空度偏小、水套温度过高、内层过薄等引起。真空度偏小应当检查内层真空管路是否畅通，真空泵是否工作正常等。水套温度过高一般是因为冷却水的水温过高或冷却水的流量过小引起，可通过这两个方面的调整来解决。

    10、内层有划痕

    一般因为料温过高致使内层口模上粘有糊料；料内有杂质；水套上有划伤；内层口模有划伤等。

    11、外壁有小孔

    原因是物料内有杂质；某区段温度失控致物料烧糊，糊料时而被带出；为了提高管材性能而加入的部分如功能母料、消泡剂等的分散性不好，或者说与基础树脂（PE）的相容性不好。

    12、管材冷却后脆性大这是一个比较普遍存在的现象，主要是原材料的性能过差所致，比如填充料的比例过大，消泡剂的质量差，原材料内的水分含量超标等。

    13、环刚度提不高环刚度的大小和材料的性能、管材的直径、波峰的设计等有关。一般来说只能通过调整原材料的性能来改善。