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寧波康潤擠出機(jī)械科技有限公司 、康潤機(jī)械科技（江蘇)有限公司 徐新 、周志創(chuàng)
如今，采用塑料管代替?zhèn)鹘y(tǒng)管材是不可抗拒的趨勢。本文闡述了塑料管材應(yīng)用的幾大領(lǐng)域，并著重介紹了寧波康潤機(jī)械科技有限公司針對HDPE管材生產(chǎn)所開發(fā)的設(shè)備，包括擠出機(jī)、模具、定徑裝置、牽引和切割設(shè)備，以及控制系統(tǒng)等。
根據(jù)各國的歷史經(jīng)驗(yàn)，在現(xiàn)代化的過程中，用塑料管代替?zhèn)鹘y(tǒng)管材是不可抗拒的趨勢。即使在已經(jīng)建成密布管網(wǎng)的發(fā)達(dá)國家，塑料管的應(yīng)用量仍然在逐步增長。我國的塑料管市場也正面臨一個(gè)歷史性的大發(fā)展機(jī)遇，在《國家化學(xué)建材產(chǎn)業(yè)“十五”計(jì)劃和2015發(fā)展規(guī)劃綱要》中，明確提出了“十五”期間及今后15年內(nèi)加快推廣化學(xué)建材，限制淘汰落后產(chǎn)品的計(jì)劃和目標(biāo)，推廣應(yīng)用塑料管道。
塑料管材類型及應(yīng)用
1.塑料給水和輸氣用管材
給水用聚乙烯管材，主要應(yīng)用在建筑以外的城鄉(xiāng)給水、建筑內(nèi)的給冷水領(lǐng)域，以及農(nóng)業(yè)灌溉用輸配水管網(wǎng)。按我國的新國標(biāo)ＧＢ/Ｔ13663-2000，該類管材的直徑范圍為16~3000mm。輸氣用聚乙烯管材專門應(yīng)用于埋地燃?xì)廨斉渚W(wǎng)，按我國現(xiàn)行國標(biāo)ＧＢ15558.1-1995和ＧＢ15558.2-1995，其直徑范圍為20~630mm，最大壓力為0.4MPa.
聚乙烯管有獨(dú)特的柔韌性，其斷裂伸長率一般超過500％，彎曲半徑可以小到管直徑的20~25倍，還有優(yōu)良的耐刮傷痕的能力。因此鋪設(shè)時(shí)容易移動(dòng)、彎曲和穿插，對管道基礎(chǔ)的適應(yīng)能力強(qiáng)。一方面，聚乙烯管鋪設(shè)對于管基的要求較低可以節(jié)約費(fèi)用；另一方面，其鋪設(shè)后管基發(fā)生不均勻沉降和錯(cuò)位時(shí)也不容易損壞，這使得聚乙烯管最適宜于有地震危險(xiǎn)的地區(qū)。另外，還可以采用聚乙烯管做襯管的方法來修復(fù)舊的城市給水或排水管。
一般來說，小直徑的聚乙烯管道以長盤管形式供貨，較大直徑的柔韌管材可在地面上連接好后，再鋪在挖好的溝內(nèi)。
2.塑料埋地用排水、排污管材
塑料埋地排水管屬于“柔性管”，在正確設(shè)計(jì)和施工下，塑料埋地排水管和周圍土壤共同承受負(fù)載，因此不需要和剛性的混凝土排水管一樣的強(qiáng)度和剛度，就可以保證滿足埋地使用中的力學(xué)性能的要求。在水力特性方面，塑料管光滑的內(nèi)壁使其對于液體流動(dòng)的阻力明顯小于混凝土管。實(shí)踐證明，在同樣的坡度下，采用直徑較小的塑料埋地排水管就可以達(dá)到要求的流量；在同樣的直徑下，采用塑料埋地排水管可以減少坡度（減少了鋪設(shè)工程量）。在密封性方面，相對于混凝土排水管，塑料管的連接比較可靠。在耐腐蝕方面，塑料埋地排水管也遠(yuǎn)勝于金屬管和混凝土管，同時(shí)其抗磨損性能也很好。
在安裝方面，塑料埋地排水管的優(yōu)點(diǎn)尤其明顯：質(zhì)量輕、長度大（接頭少）、對于管溝和基礎(chǔ)的要求低（混凝土管一般需要做混凝土管道基礎(chǔ)）、連接方便且施工快捷（混凝土管的連接處需要養(yǎng)護(hù)）。在城市擁擠地區(qū)和地質(zhì)惡劣地區(qū)（如地下水位高、地基松軟），塑料埋地排水管在安裝方面的優(yōu)點(diǎn)常常更明顯。在綜合經(jīng)濟(jì)性方面，塑料埋地排水管的優(yōu)勢正在被越來越多的用戶所認(rèn)識(shí)。盡管塑料埋地排水管管材的價(jià)格比混凝土管高，但其總工程造價(jià)常常低于傳統(tǒng)的混凝土排水管。
鑒于相較于傳統(tǒng)埋地排水管（如混凝土、金屬管）的明顯優(yōu)越性，塑料埋地排水管在國外已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，在我國的塑料管材市場中，發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮念I(lǐng)域也是埋地排水管，因?yàn)槌鞘薪ㄔO(shè)需要一個(gè)龐大的排水排污管道系統(tǒng)，不光生活排水、工業(yè)排水要進(jìn)入這個(gè)管系，體量更大的雨水也有很大部分需要通過這個(gè)排水系統(tǒng)收集和輸送。特別是3S聚丙烯（PP)超靜音排水管材生產(chǎn)線，采用全電腦控制三層共擠的生產(chǎn)工藝，內(nèi)、外層原材料均為環(huán)保型耐沖擊共聚丙烯樹脂，中間層是特殊降噪吸聲材料，具有良好靜音性能，耐化學(xué)腐蝕性能，耐高溫性能，深受廣大用戶的認(rèn)可和信賴。
性能特點(diǎn)：
1、靜音效果優(yōu)異：通過高密度的特殊分子結(jié)構(gòu)材料來吸收聲波的能量，靜音效果明顯優(yōu)于其他管道。2、超強(qiáng)的耐化學(xué)腐蝕性。3、優(yōu)異的耐高溫型。4、良好的抗沖擊性能。5、先進(jìn)的柔性連接方法。6、施工速度快：管道安裝、拆卸與維修非常方便。7、使用壽命長：正常使用可達(dá)50年以上，且無需日常維護(hù)。8、環(huán)保材料。9、具有輕質(zhì)、無毒、阻燃、耐老化等優(yōu)點(diǎn)。
3.光纜護(hù)套管
當(dāng)前光纜網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)高潮，帶來了世界范圍的塑料光纜護(hù)套管的發(fā)展機(jī)遇。光纜護(hù)套管有多種類別，其中最有發(fā)展前途的是各種柔韌、大長度且內(nèi)壁有永久預(yù)潤滑的高密度聚乙烯（HDPE）管——“硅芯管（CILICORE）”。
硅芯管是共擠出的雙壁管，其主體外層為高密度聚乙烯，內(nèi)層為薄層含硅塑料——硅芯層（0.5~2mm）。硅芯管的內(nèi)直徑一般為25~50mm，厚度為2~5mm毫米，長度可達(dá)1000~5000m。硅芯管一般被做成各種顏色，還常加有標(biāo)志色條，以便用戶分辨。
硅芯管的主要優(yōu)點(diǎn)在于：能夠在鋪設(shè)后用“氣吹法”穿入光纜，且一次穿入的光纜長度可達(dá)上千米，護(hù)套管和光纜都可以在此長度下沒有接頭。其鋪設(shè)的效率高、成本低，可以先進(jìn)行鋪設(shè)，在需要時(shí)穿入光纜，也可以更新光纜。憑借這些優(yōu)點(diǎn)，硅芯管迅速發(fā)展成為全球光纜護(hù)套的主體。
在我國，最先成功應(yīng)用硅芯管是在高速公路，而更大的市場是全國通信網(wǎng)絡(luò)用的長途光纜。鑒于保密性和可靠性的考慮，我國在國防建設(shè)中也大量投資建設(shè)光纖通信網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)大量應(yīng)用了硅芯管。針對這種現(xiàn)狀，寧波康潤機(jī)械科技有限公司（以下簡稱“康潤機(jī)械”）開發(fā)了硅芯管與梅花管生產(chǎn)線，并已投放市場。
康潤機(jī)械的HDPE管材擠出生產(chǎn)技術(shù)
1.擠出機(jī)
HDPE管材的生產(chǎn)，是將HDPE在擠出機(jī)料筒內(nèi)熔融塑化，然后通過模頭成型管坯，這要求擠出機(jī)能快速而充分地將樹脂熔融，同時(shí)熔體溫度要盡可能均勻，才能確保熔體流量的恒定。平穩(wěn)流動(dòng)的熔體通過模頭分散，形成沿圓周方向均勻、壁厚同一且在整個(gè)長度方向一致的管材。為此，擠出機(jī)的螺桿長徑比要求為L/D>30：1，最具代表性的L/D為36：1~42：1。擠出機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率要大，減速箱采用高轉(zhuǎn)矩、低噪音的配置，擠出料筒采用開槽強(qiáng)制加料輸送系統(tǒng)，使其在優(yōu)化生產(chǎn)率下有較大的可調(diào)性，保證了管材的均勻。在此過程中，穩(wěn)定可靠的電氣控制和精確的機(jī)筒加熱冷卻控制精度是保證HDPE熔體均勻的關(guān)鍵。
螺桿是擠出機(jī)的心臟，各種類型的螺桿都可適用于PE管材的擠出，但要得到產(chǎn)量高、熔體均勻并且擠出穩(wěn)定的螺桿，其設(shè)計(jì)上必須使螺桿混煉效果好，避免過高的剪切力使聚合物發(fā)生剪切損傷或熔融過熱而降低樹脂的性能?？禎櫃C(jī)械設(shè)計(jì)生產(chǎn)了采用屏障式螺棱、帶混煉頭的雙階式螺桿，該螺桿具有物料輸送能力強(qiáng)、混煉效果好且熔體擠出均勻穩(wěn)定的特點(diǎn)；而對于大口徑的管材生產(chǎn)，最好采用多機(jī)共擠極術(shù)，以節(jié)省能源、提高產(chǎn)量，并使用自動(dòng)換網(wǎng)裝置來過濾細(xì)化已塑化的熔融物，進(jìn)一步提高管材性能?？禎櫃C(jī)械用于HDPE管材的擠出生產(chǎn)線配置如表所示。
表 康潤機(jī)械用于聚烯烴管材的擠出生產(chǎn)線配置
康潤KR系列多層共擠復(fù)合管材擠出生產(chǎn)線 康潤機(jī)械中空模具內(nèi)部超強(qiáng)冷卻三層共擠模具
康潤機(jī)械多層復(fù)合共擠管材 康潤機(jī)械多層復(fù)合共擠3SPP超靜音管材擠出生產(chǎn)線
2. 擠出模具
HDPE管材擠出模頭可以采用支架式模頭、篩板式模頭和螺旋式模頭等。在選擇模具型式時(shí)，需考慮熔體流經(jīng)的整個(gè)區(qū)域，避免發(fā)生掛料現(xiàn)象或流速不等而導(dǎo)致停留時(shí)間過長。若熔體在高溫下停留時(shí)間過長，熔體將發(fā)生氧化降解引起性能下降，降解以后樹脂可能發(fā)生周期性斷裂，沿模頭表面拖括形成管材表面缺陷。
對于大口徑的厚壁管材，采用支架式模頭是不適宜的。通過支架以后的熔體往往由于各種原因在匯合時(shí)不能緊密融合在一起，形成接縫處強(qiáng)度減弱，故一般推薦使用篩板式模頭或螺旋式模頭。
康潤機(jī)械為高產(chǎn)量的單螺桿擠出機(jī)配備的聚烯烴管模具為新型螺旋式結(jié)構(gòu)?；谠谠O(shè)計(jì)制造螺旋分配器方面的多年經(jīng)驗(yàn)，該公司采用其特有的縮放技術(shù)來確保機(jī)頭均勻的壁厚分配且不受管徑尺寸影響。這種技術(shù)專為最佳的管材成型及優(yōu)良的產(chǎn)品質(zhì)量而設(shè)計(jì)，具有其他類型聚烯烴管材擠出模頭難以比擬的優(yōu)點(diǎn)。該公司還可提供特殊模具，用于標(biāo)準(zhǔn)模具無法生產(chǎn)的管材，為客戶制定詳細(xì)的解決方案，以滿足其市場需求，提高市場占有率。
康潤機(jī)械的多履帶牽引機(jī) 康潤機(jī)械系列大口徑無屑切割機(jī)
康潤機(jī)械的新型螺旋式模頭的主要特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：
（1）可根據(jù)客戶要求提供單螺旋分配器、雙螺旋分配器及多螺旋分配器模具，用于生產(chǎn)單層、雙層及多層結(jié)構(gòu)的管材，并且可生產(chǎn)雙色及多種顏色的管材，提高性能，節(jié)省成本。
（2）有優(yōu)良的自潔性能，便于模具的清理，加工過程中滯料和制品原料的更換對管材的影響極小，提高了工作效率，節(jié)省了成本。
（3）通過模頭后，熔體合理的星型圓周分布使管材具有極其穩(wěn)定的尺寸公差。
（4）具有組合式結(jié)構(gòu)，通過過渡器的調(diào)整，模具合理地實(shí)現(xiàn)了管材口徑的大范圍過渡，并因此使得模具投資更加經(jīng)濟(jì)。
（5）可形成分層的管材結(jié)構(gòu)，保證了管材的強(qiáng)度。
（6）帶有可移動(dòng)的模具小車，安裝與拆卸簡便，清模、換模和組裝變得更加容易。
（7）模具對物料的適應(yīng)性更強(qiáng)，可用于各種熱塑性材料，包括：PE80、PE100、PP-R、PP-H、ABS和ABS/PC混合料等。
（8）大容量的順暢流道可確保管材內(nèi)應(yīng)力的充分釋放。
（9）管材的內(nèi)外表面光滑無劃痕。
（10）無論管徑大小，都能保證擁有穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量。
（11）采用了高品質(zhì)的陶瓷加熱器或鑄鋁加熱器，使用壽命長。
3. 定徑要求
HDPE是高結(jié)晶性聚合物，成型收縮率在2%~4%，熔融管坯從模頭擠出以后通過定徑筒，在冷卻過程中需精確控制其尺寸。該過程既可采用真空定徑法又可采用內(nèi)壓定徑法，它們均要求熔融管坯通過定徑筒以后，迅速冷卻定徑，以保證管材精確的外徑和橢圓度要求。特別是對于大口徑厚壁管材，厚壁管坯由于自重而易下塌造成壁厚不均勻，且散熱困難，外徑難以控制。因此，冷卻定徑顯得十分重要。
康潤機(jī)械設(shè)計(jì)的HDPE擠出生產(chǎn)線均采用真空定徑法，一般是將9m或12m長的真空定徑水箱分融成幾個(gè)真空冷卻室，以滿足幾個(gè)冷卻階段對真空度的不同要求。在第一真空室外裝有定徑筒，其真空度應(yīng)調(diào)節(jié)到擠出管坯貼吸到定徑筒上。各個(gè)真空室的真空度可任意控制，以適應(yīng)不同冷卻階段對管徑的要求。該生產(chǎn)線還配備可變徑定徑套，以便于PE管材的生產(chǎn)，提高成品率。
為了克服擠出管坯與定徑筒間的摩擦阻力并避免熔體粘附在定徑筒上，保證管材表面外觀的良好，定徑筒前端采用了水環(huán)冷卻和水膜式冷卻潤滑的結(jié)構(gòu)，以水流為潤滑介質(zhì)，保證了在一定長度的定徑筒內(nèi)，管材能得到均勻的冷卻與潤滑，同時(shí)在箱體內(nèi)還加裝了幾道定徑環(huán)，以彌補(bǔ)修復(fù)管材的橢圓度。
對大口徑厚壁的HDPE管材進(jìn)行迅速均勻的冷卻是困難的，雖然通過真空冷卻定徑以后，管材表面已冷卻固化，但管材仍處于熔融狀態(tài)，熔融熱量迅速傳遞至管材表面，還未固化的熔融內(nèi)層極易在管材的自重下下垂，造成管材壁厚的不均勻和較大向的橢圓度。因此，冷卻水箱采用噴淋式冷卻系統(tǒng)，保持較低而恒定的進(jìn)水溫度和較高的水壓，使水呈霧狀迅速噴淋至管材四周，均勻帶走熱量。定徑控制主要取決于擠出速度和冷卻能力之間的平衡，若水溫經(jīng)常變化，要求操作者不斷高速操作工藝條件是難以保證穩(wěn)定的高質(zhì)量生產(chǎn)的，因此，恒定的冷卻水溫度顯得十分重要。
就冷卻水箱而言，為保持穩(wěn)定的生產(chǎn)，冷卻水量及水溫的自動(dòng)控制是必須的，康潤機(jī)械的真空定型水箱至少有兩套水位、水溫自動(dòng)控制裝置，并且有相應(yīng)的手動(dòng)控制裝置，以確保管材的正常生產(chǎn)。康潤機(jī)械公司有管材在線可變徑定徑套發(fā)明專利技術(shù)和管材分水器冷去技術(shù)發(fā)明專利技術(shù)，詳見發(fā)明專利證書。
4. 牽引與切割
HDPE擠出生產(chǎn)線通過強(qiáng)制牽引來克服管材通過定徑筒與各冷卻水箱的密封墊所產(chǎn)生的摩擦力。牽引速度的穩(wěn)定性決定了管材的壁厚均勻性，康潤機(jī)械的PE管材牽引機(jī)均采用履帶式牽引，根據(jù)規(guī)格不同采用雙履帶、三履帶或多履帶的牽引。牽引速度為無級(jí)變速，并通過PLC程序與主機(jī)實(shí)現(xiàn)同步調(diào)速，同時(shí)具有自動(dòng)增厚裝置，使每根管材的兩個(gè)端面壁厚比中間壁厚稍厚，確保管材聯(lián)接處的強(qiáng)度要求。
切割機(jī)一般采用自動(dòng)定長切割，小于Φ1600mm 的管徑采用無屑切割，大口徑采用行星切割機(jī)，以確保管材端面的平整。
5. 生產(chǎn)控制系統(tǒng)
康潤機(jī)械的HDPE生產(chǎn)線采用自行設(shè)計(jì)的微電腦控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)直觀方便，采用人機(jī)對話，方便實(shí)現(xiàn)其工藝條件控制和調(diào)節(jié)。擠出機(jī)轉(zhuǎn)速與牽引可實(shí)現(xiàn)同步調(diào)速，保證了穩(wěn)定的生產(chǎn)工藝與生產(chǎn)質(zhì)量。其硬件系統(tǒng)由德國西門子公司提供，軟件采用歐洲先進(jìn)技術(shù)，由康潤機(jī)械自行開發(fā)。該控制系統(tǒng)為可編程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，具有10.4寸液晶顯示、中文菜單和薄膜開關(guān)操作面板，帶有熔體壓力計(jì)熔體溫度測量裝置，其溫度控制為模塊化PID自整定。在此配置下，可實(shí)現(xiàn)的指令有：主機(jī)、輔機(jī)同步控制；自動(dòng)開機(jī)預(yù)熱；可編程預(yù)設(shè)各級(jí)報(bào)警；自動(dòng)溫度及過載保護(hù)；口令設(shè)置進(jìn)入。
此外，該生產(chǎn)線均可加配管材外徑及壁厚的超聲波自動(dòng)檢測和控制系統(tǒng)，以及自動(dòng)稱量加料系統(tǒng)。
除了HDPE管材生產(chǎn)設(shè)備之外，康潤機(jī)械還可提供多種PP管材生產(chǎn)線，PVC/PVCM/CPVC/UPVC管材生產(chǎn)線，如PE雙壁波紋管、農(nóng)田滴灌用PE管生產(chǎn)線、PA11汽車剎車用管 生產(chǎn)線、MPP電力管材生產(chǎn)線、ＣＰＶＣ管材生產(chǎn)線、PE梅花型管生產(chǎn)線、 PERT管材生產(chǎn)線、PP棒材生產(chǎn)線等。
公司2015年克拉管設(shè)備以及高速波紋管生產(chǎn)線賣的特別好，設(shè)備供不應(yīng)求。為了新產(chǎn)品的大力推向市場，康潤機(jī)械公司先后在哈薩克斯坦、印度、埃及、土耳其、沙特、俄羅斯、迪拜等國家參展，大力推廣康潤機(jī)械新產(chǎn)品。
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