聚乙烯管成型工艺优化方案

聚乙烯管一般多为乳白色，是一种柔韧而无毒的塑料管，应用在食用水、化工液体、农业排灌和城市排污等管路中；在电气工业中用来做各种线路的绝缘护套管等。

由于所用原料密度的不同，可生产出多种性能不同的聚乙烯管，如低密度聚乙烯管、高密度聚乙烯管和线型低密度聚乙烯管等；另外还有一些特殊性能聚乙烯管，如钙塑聚乙烯管、两种以上原料挤出成型的复合聚乙烯管及能承受一定压力的输气聚乙烯管等。

1.聚乙烯管性能与用途

聚乙烯塑料管具有质轻、无毒、表面光滑、韧性好、耐磨、耐腐蚀和可以卷绕等优点。另外，这种管可以生产出任意长度，安装施工较方便，价格又比较便宜。所以，在城市供水、排水、农业排灌、建筑、矿山、油田和电信等领域得到广泛应用。

聚乙烯塑料管中，以高密度聚乙烯（HDPE）管应用最多，应用如下：

1）城市供水。由于HDPE塑料管具有无毒、低温性能好、可卷绕任意长度、接头少、施工安装方便、对水锤击有较好的适应性等优点，很受用户欢迎。

2）HDPE管可以挤出成型大直径管，用于城市、工厂和矿山排水管。

3）交联高密度聚乙烯管耐高温、耐老化、耐环境应力开裂性能优良。用于热水输送管及在地板采暖工程中应用。

4）HDPE管和玻璃纤维增强塑料管耐高压，用于油田输油、集气和注水管等。

5）由于聚乙烯管具有耐磨、耐腐蚀和液体压力损失小等优点，可用HDPE管代替金属管，用于钻探工程供水管和滤水管等。

6）1-丁烯共聚的高密度聚乙烯管，具有质轻、耐腐蚀、可取任意长度、韧性好可以卷绕、运输和安装施工方便、气密性优良。所以，做煤气输送管比较理想。与金属管比较，工程投资少、成本低、施工安装方便、接头少，维修也方便，煤气的漏失量极小。

2.原料

用挤出机挤出成型聚乙烯管材，应用较多的材料是低密度聚乙烯（LDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）和线型低密度聚乙烯（LLDPE）树脂。通常这三种树脂的熔体流动速率MFR值要求：LDPE为0.3～3.0g/10min，HDPE为0.1～0.5g/10min、LLDPE为0.3～2.0g/10min。挤出聚乙烯管材也有选用超出这个熔体流动速率值的树脂，但挤出成型管材的难度会增加。聚乙烯管材挤出成型用原料，国内部分生产厂及产品牌号见表1-16和表1-28，可供应用时选择参考。

3.设备

聚乙烯管挤出成型生产采用如图6-1所示的设备布置生产线。主机为单螺杆挤出机，辅机有成型模具、冷却定形套、冷却水箱、牵引机、切割机和成品卷取存放装置。成型模具多采用图6-7所示的结构型式。

4.工艺

聚乙烯树脂挤出成型管材，一般都是用粒料直接投入挤出机的机筒内，塑化原料呈熔融态，从成型模具中挤出成型管坯，经冷却定形成为制品。

高密度聚乙烯挤出成型管材时，机筒温度从加料段至均化段分别是100～130℃、140～160℃、-170～190℃；成型模具温度为170～200℃（从进料口至口模温度逐渐升高）。

低密度聚乙烯和线型低密度聚乙烯挤出成型管材时，机筒温度从加料段至均化段分别是90～120℃、130～150℃、160～185℃；成型模具温度为160～190℃（温度从模具的进料口至口模处逐渐升高）。

牵伸比为1.1～1.5。

5.聚乙烯管挤出成型注意事项

1）挤出成型PE饮水用管时，原料选择应符合标准GB 9687—1988的规定。

2）高密度聚乙烯（HDPE）管挤出成型时，工艺温度控制要高于低密度聚乙烯（LDPE）管挤出成型时的工艺温度，这种方法成型的HDPE管表面比较光滑；但注意温度也不能过高，过高的机筒温度使熔料温度偏高，这会使制品成型困难，成型制品表面易出现麻纹。

3）螺杆工作转速应控制在最高转速的2/3左右较适宜；螺杆工作时不需要冷却降温。

4）聚乙烯管成型时，管坯的定径方式应以真空定径方式为主，这样成型的管材操作方便、废料少、内应力也较小。但大直径PE管生产定径应采用压缩空气内压法定径较好。压缩空气压力控制在0.02～0.05MPa范围内。

5）牵引机的牵引管材速度要能无级调速，要与管坯从模具口挤出速度匹配；运行速度平稳；调速要能较精确控制，平稳升降速。一般牵引速度比管坯从模具口挤出速度快些，控制在1%～10%速比范围内。

6）为了提高管制品的表观质量和工作强度，注意：低密度聚乙烯管坯应采用缓慢降温方法，冷却水温控制不应过低；高密度聚乙烯管坯应采用迅速冷却降温的方法，冷却定形后要充分冷却降温；冷却水槽比聚氯乙烯管坯降温用水槽长。

7）管制品盘绕直径值最小应大于管直径的18倍，盘绕速度略快于牵引速度。

6.聚乙烯管挤出成型应用举例

（1）聚乙烯给水管 聚乙烯给水管是以聚乙烯树脂为主要原料，经挤出机挤出成型的管材。标准GB/T 13663—2000规定，聚乙烯给水管应选用PE63、PE80和PE100材料制造，材料的命名和分级数见表6-19，对材料的基本性能要求见表6-20（材料是以高密度聚乙烯为基础材料，加入一定比例的抗氧剂、紫外线稳定剂和颜料制造而成的粒料）。国内上海石油化学分公司产三人牌双峰聚乙烯，牌号YGH051T（MFR=0.5g/10min、密度为0.956g/cm³）即为PE80黑色给水压力管挤出成型用料，YGH041T（MFR=0.4g/10min、密度0.959g/cm³）为PE100黑色给水压力管挤出成型用料。这两种材料也可用挤出成型输气管。

表6-19 材料的命名

表6-20 材料的基本性能要求

①仅适用于黑色管材料。

②仅适用于蓝色管材料。

③仅适用于混配料。

1）设备。聚乙烯给水管挤出成型，一般多采用通用型单螺杆挤出机。挤出机的规格选择和其他塑料管挤出成一样，也是按制品管的直径参照表5-36选择螺杆直径。螺杆结构为渐变型或突变型，长径比为（25～30）∶1，压缩比为3～4。

管坯成型模具结构如图6-7所示。大直径管挤出成型采用图6-9所示的微孔篮式模具结构。模具体内熔料腔压缩比取2～5，芯轴收缩角取45°～60°之间，口模处芯轴的平直段长度按管材直径大小决定，一般取30～300mm之间（管直径小取小值，管直径大取大值）。模具熔料流经的空腔内表面的表面粗糙度Ra应不大于0.32μm。

从成型模具口模处挤出的管坯，采用图6-17所示结构型真空外径定形套为管坯降温定形。由于PE管壁厚尺寸较大，则其冷却定形降温时间较长。需要为管降温的水箱就比较长，一般在18m左右，可采用3个6m长的短水箱组合而成。第一节水箱为真空喷淋式水箱，后两节为普通喷淋水箱。

2）工艺。挤出机机筒温度（从加料段至均化段）分别是100～120℃、120～140℃、140～160℃、160～180℃、180～190℃。挤出机筒熔态料温度为200～205℃。

成型模具温度（从进料端至口模处）分别是170～180℃、175～185℃、180～190℃、190～205℃。

3）质量。

①用PE63、PE80和PE100等级材料成型的管材，公称压力p_N=2σ_s/（SDR-1）（注：式中σ_s=MRS/C、当水温为20℃时C值为1.25；SDR=管公称外径d_n/管公称壁厚e_n），采用表6-21中设计应力而确定的公称外径与壁厚应分别符合表6-22～表6-24的规定。

②当PE管输水温度为30℃时，最大工作压力应是p_N×0.87（MPa）；温度为40℃时，最大工作压力应是p_N×0.74（MPa）。

③供水管应为蓝色或黑色、黑色管表面应有至少三条纵向蓝色色条；地上管道必须是黑色。

④管外表面应清洁、光滑，不允许有气泡、明显划痕、凹陷、杂质、颜色不均等缺陷。管端平面切割平整，并与管轴线垂直。

⑤管长度为6m、9m、12m，也可供需双方商定。长度偏差+0.4%～-0.2%。

表6-21 不同等级材料设计应力的最大允许值

（2）聚乙烯燃气管 聚乙烯燃气管是指用于煤气和天然气输送的PE管。这种管具有优良的耐环境应力性，其耐应力开裂值（F₅₀）不低于5000h；有良好的焊接性，耐化学腐蚀，有一定的抗芳烃侵蚀能力，刚柔适度，还有特别好的抗蠕变性能。所以，用聚乙烯燃气管代替钢管，在燃气输送管路中应用，开始受到广大用户重视。PE燃气管与钢管比较，有使用寿命长（在-60～60℃范围内使用，时间可达50年以上）、质地轻、施工方便快捷等优点。但应用时要注意，尽量不与汽油、苯等接触，它对这些有机溶剂的侵蚀耐受能力较差。

表6-22 PE63级聚乙烯管材公称压力和规格尺寸

（续）

表6-23 PE80级聚乙烯管材公称压力和规格尺寸

表6-24 PE100级聚乙烯管材公称压力和规格尺寸

1）原料选择。聚乙烯燃气管挤出成型用原料主要是中密度聚乙烯（MDPE）和高密度聚乙烯（HDPE）。标准GB 15558.1—2003规定，用于挤出成型燃气管PE树脂的性能见表6-25。上海石化乙烯厂生产的PE燃气管成型专用料性能见表6-26。

表6-25 PE燃气管专用树脂的性能

表6-26 上海石化乙烯厂生产的PE燃气管成型专用料YG055树脂性能

聚乙烯树脂出厂前都加入抗氧剂和光稳定剂等辅助料。在特殊环境中工作的燃气管还应注意，必要时应在树脂内加入比例不超过1%的抗静电剂和紫外线吸收剂，以满足聚乙烯燃气管对特殊工作环境的适应性。为了降低燃气管的生产成本和改进管材的一些性能，在成型管材的树脂中也可加入比例不超过1%的轻质碳酸钙和炭黑，细度要求在3μm（400目）左右。表1-16中的上海石化公司产三人牌双峰高密度聚乙烯YGH051T、YGM091T树脂为燃气管用树脂，可供应用参考。

2）设备。聚乙烯燃气管用PE专用树脂挤出成型，所需要的设备和生产工艺顺序与普通聚乙烯管挤出成型用生产工艺顺序完全相似，不同之处只是设备中的一些零部件结构和尺寸有些变化。

挤出机的螺杆为等距不等深渐变型，长径比较大[长径比在（30～33）∶1]。为了提高原料的塑化质量，在螺杆的加料段和塑化段及塑化段和均化段之间过渡处，有一段（约2～3个螺纹）为不等距螺纹，结构如图5-21所示。

机筒的加料段应开有纵向沟槽，这是为了使进入机筒的原料能被转动的螺杆顺利的推进前移。为了能使料斗中原料连续不断地供给机筒，要求此处还应有循环冷却水降温。

聚乙烯燃气管成型用模具结构最好选用筛孔式结构。支架式分流锥工作时，熔料汇合处易产生接缝痕和应力。

聚乙烯燃气管挤塑从模具口挤出的管坯，应采用真空内压定径方法冷却定径。降温定径的管坯采用真空喷淋方式为管体降温，然后再进入另一个水槽中，为管体用循环水继续降温。生产较小直径PE燃气管时，用2个各长6m的水槽即能满足管体冷却降温的要求；如果生产较大直径（大于100mm的管材）管时，为了使管体得到充分冷却降温，固化定形，冷却水槽的总长度应不少于18m。

管材的牵引设备、切割设备及制品处理方式与PE管生产时选用设备方法相同。

3）工艺。由于聚乙烯燃气管的原料在挤出机中的塑化熔融，是采用大长径比的螺杆，所以，这种挤出机的挤塑部分机筒比较长。这样，机筒的加热段也就比普通PE管挤塑用机筒的加热段多。机筒的各段工艺温度范围参考值如下。

从机筒的进料口开始向机筒的出料端温度逐渐升高，具体温度范围分布：1区120～160℃，2区160～180℃，3区185～195℃，4区190～200℃，5区200～210℃，6区210～215℃。模具温度为210～220℃。

4）质量。聚乙烯燃气管的质量要求应符合GB 15558.1—2003燃气用埋地聚乙烯管材所规定的性能指标。

（3）聚乙烯硅芯管 聚乙烯硅芯管是一种复合管，它是用高密度聚乙烯挤出成型聚乙烯硅芯管的外层；用高密度聚乙烯粉料掺混一定比例摩擦因数小的硅烷类润滑剂，挤出成型聚乙烯硅芯管的内层。这种复合管的内壁摩擦因数很小（仅为0.08～0.15），由于这种管的内表面润滑性能非常好，目前多用这种复合管做通信光缆套管。

聚乙烯硅芯管的力学性能像高密度聚乙烯管一样，具有韧性好、可以任意弯曲、耐水性好、防锈蚀、寿命长、内管壁光滑、摩擦因数很小等优点，用于光缆套管时，施工安装既方便又快捷。

1）原料选择。聚乙烯硅芯复合管分内外层，表面还有一条色标线。外层成型用高密度聚乙烯，选用密度为0.954g/cm³，熔体流动速率为0.1～0.5g/10min HDPE料（可选用扬子石化公司产6100M HDPE、MFR=0.14g/10min）。聚乙烯硅芯管的内层料，可用HDPE粉料，掺入一定比例硅烷类润滑，或用硅胶混合物及固体润滑剂等挤出成型。色标线用料，可用一般挤塑级高密度聚乙烯和色母料。

大庆石化公司生产的硅芯管挤出成型专用料物理性能指标见表6-27。

表6-27 硅芯管用料物理性能

2）设备。聚乙烯硅芯管的挤出成型工艺顺序与聚乙烯管的挤出成型工艺顺序基本相似，不同之处：由于这种管需要有三种料熔融复合成型，则三种料的塑化需要由三台挤出机来完成，然后把三种性能不同的熔融塑化料挤入一个复合管的成型模具中成型管。具体工艺顺序排列如下。

聚乙烯硅芯管挤出成型用设备与聚乙烯管挤出成型用设备相同。只是三种料挤出塑化用三台挤出机的规格和螺杆结构各有特点。

聚乙烯硅芯管的外层用料多，要选用较大规格的挤出机；内层用料少，应选用较小规格的挤出机；而色标线用料极少，所以，就应选用挤出机系列中最小规格的挤出机。

假如聚乙烯硅芯管的外层用料采用螺杆直径为ϕ90mm，长径比为33∶1的渐变型螺杆（最好选用分离型BM螺杆），则硅芯管的内层用料塑化就应选用螺杆直径为ϕ45mm，长径比为28∶1的螺杆；而色标线用料塑化可选用螺杆直径为ϕ20mm挤塑HDPE料通用型螺杆。常用内、外层料塑化用挤出机机组组合规格有ϕ50/ϕ42、ϕ40/ϕ33、ϕ32/ϕ26等。

3）工艺。聚乙烯硅芯管挤出成型时，由于复合管用料的不同，则三台挤出机对挤出原料的塑化工艺温度也就各有不同。硅芯管外层和色标线用料是高密度聚乙烯，挤塑这两种原料的挤出机机筒各段温度控制与普通高密度聚乙烯管的挤出工艺温度控制相同。聚乙烯硅芯管的内衬管由于HDPE树脂掺有硅烷类润滑剂，则其挤出机机筒各段工艺温度的控制略有差别。

机筒的加料段温度为100～125℃，塑化段为135～160℃，均化段温度为170～185℃。成型硅芯复合管用模具温度为175～190℃。

4）聚乙烯硅芯管挤出成型注意事项。

①聚乙烯硅芯管的内外层和色标线用HDPE树脂成型时，选用料的熔体流动速率应相接近或相同。三台挤出机挤出熔料的流速应相同，这样，有利于三台挤出机同时挤出进入复合管模具中的三种熔融料接触界面的混熔。

②复合管成型模具中熔料流道腔工作面应光滑平整，无零件间的装配凸台或平面结合缝隙；各零件的制造和装配精度要求高。

③为了保证复合管内壁的光滑，保证制品内表面的最低摩擦因数，注意模具中的芯轴外圆工作面加工精度和光滑程度要严格控制，表面粗糙度值Ra应不大于0.32μm。

④成型后的复合管应缓慢降温，水槽中冷却水的温度控制在12～16℃范围内。

⑤牵引速度和管坯的挤出速度相匹配，把挤出成型复合管的牵引速度控制在10m/min以内。

（4）聚乙烯复合管 聚乙烯复合管是指用两种不同密度的聚乙烯树脂，分别同时用两台挤出机熔融塑化，然后同时把熔融料挤入一个能成型复合管的模具内，成型的管材即为聚乙烯复合管。这种复合管可用多种塑料挤出复合。这里只介绍用高密度聚乙烯和低密度聚乙烯料复合成型的管材。

这种由高密度聚乙烯和低密度聚乙烯熔料复合成型的管材，兼有两种原料的特性，它的耐压性和抗腐蚀能力都比普通聚乙烯管好。在工矿企业中，可用这种复合管代替钢管，用于油、煤气等有腐蚀性介质的输送管或矿井通风用管路等。

1）原料。聚乙烯复合管的成型，一般是管的内层用低密度聚乙烯料成型，管的外层用高密度聚乙烯料成型。两种不同密度聚乙烯树脂的选择要注意：为使两种熔融料在复合管成型模具内流速接近一致，促使两种熔料的结合面能较好的混溶，要求选择两种树脂的熔体流动速率（MFR）接近些。一般选取低密度聚乙烯树脂的熔体流动速率为2～7g/10min，高密度聚乙烯树脂的熔体流动速率为3～8g/10min。用这样的原料成型的复合管，两种熔融料能较牢固地结合接触面，管材成型后不容易脱皮、分层，管材的质量较有保证。

2）设备。聚乙烯复合管挤出成型时的生产工艺顺序及其使用设备与普通聚乙烯管挤出成型时的生产工艺顺序及其使用设备很相似。不同之处只是多了一台单螺杆挤出机和复合管成型用模具。

聚乙烯复合管挤出成型生产工艺顺序：

聚乙烯复合管用料挤出机为两台，分别用来挤塑熔融LDPE料和HDPE料。这两台挤出机中螺杆的结构都是采用挤塑普通聚乙烯料常用型螺杆结构。螺杆直径由复合管中两层管用料量的大小来决定，一般是挤塑低密度聚乙烯用螺杆直径比挤塑高密度聚乙烯用螺杆直径略大些。

复合管成型用模具结构示意图，如图6-35所示。这种模具的结构型式是按挤塑两种原料用单螺杆挤出机的垂直布置所设计的。

3）工艺。聚乙烯复合管挤塑成型时的挤出机工艺温度条件没什么特殊要求，基本和低密度聚乙烯、高密度聚乙烯挤塑成型管材工艺条件相同。低密度聚乙烯挤塑用挤出机上机筒各段温度：加料段为100～140℃，塑化段为140～160℃，均化段为140～160℃。

高密度聚乙烯挤塑用挤出机上机筒各段温度：加料段为100～140℃，塑化段为150～170℃，均化段为160～180℃。

图6-35 两种不同原料复合成型管用模具结构

1—低密度聚乙烯料挤塑用挤出机 2—LDPE熔融料流动空腔 3—HDPE熔料流动空腔 4—复合管成型口模 5—分流锥 6—高密度聚乙烯料挤塑用挤出机

复合管成型用模具温度：180～200℃。

管坯定径冷却采用内压法，压缩空气的压力控制在0.05～0.07MPa范围内。

（5）农业用聚乙烯滴灌管 农业用聚乙烯滴灌管，按其应用场合工作条件的不同，可分为两种类型。一种聚乙烯滴灌管应用时埋在地表面下，而另一种聚乙烯滴灌管应用时铺在地表面上。埋在地下的滴灌管，为了提高其抗压强度，外表成波纹形。两种滴灌管的管体壁上，都布有无数渗水孔。

聚乙烯滴灌管在农业生产中应用，具有防旱、延缓水分蒸发、保护土壤湿度的作用。埋在地表面下的滴灌管，当雨水过多时，还可使水渗入管内，起到雨天防涝的作用。

1）原料。农业用聚乙烯滴灌管挤出成型用原料，要按滴灌管应用的场合条件来决定。用于地表面上的滴灌管成型，可用任何一种聚乙烯挤出成型，一般用低密度聚乙烯挤出成型应用较多；也可用线型低密度聚乙烯和高密度聚乙烯混合（混合比例4∶1）应用。但这种管材成型用料中，要加入一定比例的抗氧剂、光稳定剂和炭黑。以延缓这种在地面大气环境中工作管材的使用时间，增强其抗老化能力。

埋于地下的聚乙烯滴灌管挤出成型多用熔体流动速率MFR=0.5～3g/10min、低密度聚乙烯树脂。也可用低密度聚乙烯与线型低密度聚乙烯，两种原料共混（混合比例为LDPE/LLDP=80/20）后挤出成型。

2）设备。农业用聚乙烯滴灌管挤出成型生产工艺顺序及使用设备与普通聚乙烯管挤出成型生产的工艺顺序和使用设备完全相同，可参照6.4.3节相关内容选择。对于埋入地下的波纹形滴灌管的生产成型，只是把原挤出聚乙烯管坯的定径冷却部分，改用专用的波纹形定径冷却模具，结构如图6-27所示。

图6-27中的波纹形定形模具兼有牵引冷却定形波纹管的功能。它是由80个塑料（聚酰胺注射成型制品）上下模具组合成波纹空腔，当管坯从成型模具口挤出后，即进入波纹形腔模具内，被牵引向前运行；由于管内通有压缩空气，而把管坯吹胀、紧贴在波纹形腔壁上成型波纹管。不断平稳运行的波纹模具被冷风降温、使波纹管降温定形。

低密度聚乙烯滴灌管成型用设备结构参数如下所示（仅供参考）：

①采用等距不等深渐变型螺杆结构，直径为ϕ65mm，螺杆长径比为20∶1，压缩比为2.5。

②管坯成型用模具结构与挤塑成型普通PE管用模具结构相同，压缩比为5.6，芯轴平直段长度与直径比为3.57，口模内径ϕ42mm，芯轴平直部分外径ϕ34mm。

③牵引速比为5.5，拉伸比为2.5，管坯吹胀比为1.84。成型管外径为62mm、内径为60mm。

3）低密度聚乙烯滴灌管挤出成型工艺。单螺杆挤出机上机筒各段加热温度：加料段为90～100℃，塑化段为110～130℃，均化段为140～150℃。(www.xing528.com)

管坯成型模具温度：100～130℃。

波纹形模具夹的牵引速比为5～6，拉伸比为2～3，压缩空气压力0.015MPa左右，管坯吹胀比为1.5～2。

挤出操作注意事项如下：

①注意挤塑成型用工艺温度的平稳，不允许有较大的温度波动差。

②吹胀管坯用气堵不允许漏气。

③熔料挤出速度要平稳，吹胀管坯用气压要稳定，牵引运行速度应平稳，保证有较固定的牵伸比。

（6）聚乙烯双壁波纹管 聚乙烯双壁波纹管的结构型式和聚氯乙烯双壁波纹管的结构形式完全相同，如图6-25所示。6.4.1节的“5.硬质聚氯乙烯管挤出成型实例”中的“（7）波纹管”实例介绍的是用一种PVC料、采用一台单螺杆挤出机挤塑成型PVC双壁波纹管；而本例所介绍的聚乙烯双壁波纹管是用两种牌号高密度聚乙烯料，采用两台单螺杆挤出机，分别塑化两种料，成型波纹管的内外层。螺杆结构和其他PE料挤塑成型用螺杆结构相同；成型模具结构示意图如图6-36所示。吹胀成型波纹管外形用设备结构如图6-27所示。

图6-36 双壁波纹管坯成型模具

1—连接法兰 2—模具体 3—分流锥固定板 4—进气管 5—调节螺钉 6—调节螺钉 7—芯模 8—外层芯模 9—口模 10—连接颈 11—进水管 12—分流锥

1）原料。波纹管内层料选取5000S（MFR=0.9g/10min，密度为0.954g/cm³，扬子石化公司产），波纹外层用料选PH150（MFR=0.13g/10min、密度为0.943g/cm³、韩国现代石油化学公司产）。

2）工艺。内层料挤塑工艺温度，由进料段开始，至出料端分别是175～185℃、200～210℃、195～205℃、180～190℃、180～190℃。

外层成型波纹形料挤塑工艺温度，由进料段开始、至出料端分别是155～165℃、170～180℃、175～185℃、155～165℃、155～165℃。

（7）交联聚乙烯管 交联聚乙烯管（英文缩写代号PE-X）是以聚乙烯为主要原料，在高能射线或化学引发剂的作用下，使聚乙烯大分子之间产生交联键。把聚乙烯的线型结构经交联转变为网状结构，改变了聚乙烯的性能后成型的管材。交联聚乙烯的热强度、耐热性、热老化性、耐环境应力开裂能力、电绝缘性、耐油性及抗蠕变性等，均优于聚乙烯管材。

交联聚乙烯管的软化点高达200℃，可在-75～140℃条件下长期使用；用于热水输送管路中，既清洁又无毒，不腐蚀，承压能力最高可达2MPa。

1）交联聚乙烯生产方式。工业上常用的交联聚乙烯方法，有辐射交联聚乙烯、过氧化物交联聚乙烯和硅烷交联聚乙烯。目前，交联聚乙烯管成型应用较多的方法是硅烷交联成型聚乙烯管。因为硅烷交联与前两种方法比较，具有设备投资少、生产效率高、成本低、工艺简单、不受产品形状、尺寸限制等优点。

2）硅烷交联聚乙烯管成型特点。硅烷交联方法成型交联聚乙烯管，成型工艺中主要有聚乙烯-硅烷熔融接枝反应和硅烷接枝聚乙烯的水解缩合反应。聚乙烯-硅烷接枝反应是在挤出机中挤塑原料呈熔融态过程中得到；硅烷接枝聚乙烯的水解缩合反应是在交联罐中完成。

硅烷接枝和管子成型工艺可分为一步法和两步法。一步法成型工艺需要专用反应型挤出机，对挤出反应中的工艺条件和操作控制要求比较严格。这种生产交联聚乙烯管方法适合于大型企业生产应用。两步法成型硅烷交联聚乙烯管，是在专业厂把原料组合、反应接枝后挤出造粒，然后由普通塑料制品厂用挤塑聚烯烃料通用型挤出机挤塑成型管材。这种方法成型硅烷交联聚乙烯管，成本要高些。

3）硅烷交联聚乙烯管生产工艺顺序。硅烷交联聚乙烯管成型生产工艺顺序安排分两步法和一步法工艺流程。

①两步法。

硅烷交联聚乙烯管成型采用两步法，是先用两台挤出机分别生产出聚乙烯硅烷接枝料（A）和催化母料（B）。然后按质量份数A料用95份、B料用5份的比例掺混均匀（注意这两种料必须干燥，不宜长时间存放），料混合温度约80℃。把混合均匀料直接投入挤出机中熔融、成型。

②一步法。

硅烷交联聚乙烯管成型采用一步法，是把聚乙烯、硅烷交联剂、过氧化物、催化剂和抗氧剂等一起混合，加入到同一台挤出机中，将接枝聚合、成型、交联各工序一次完成生产。一步法生产的交联聚乙烯管制品的交联度比两步法有所提高。

4）硅烷交联聚乙烯管成型用料选择。硅烷交联聚乙烯管成型用料配方方案有多种。下面分别举出一步法和两步法生产硅烷交联聚乙烯管用料配方例，供应用时参考。

①一步法成型硅烷交联聚乙烯管用料配方。主料聚乙烯用高密度聚乙烯HDPE（密度为0.95g/cm³左右，熔体流动速率MFR=7g/10min）100份（质量份，后同），接枝单体乙烯基三乙氧基硅烷（VTES）1.8份，引发剂过氧化二异丙苯（DCP）1.5份，催化剂二月桂酸二丁基锡0.1份，抗氧剂（1010）0.2份，抗氧剂硫代二丙酸二月桂酯（DLTP）0.3份，为提高熔融料的流动性，适当加入些流动改性剂。

②两步法成型硅烷交联聚乙烯管用料配方。

a.接枝料（A）配方。主料聚乙烯采用低密度聚乙烯LDPE（密度为0.919g/cm³，熔体流动速率MFR=0.3g/10min）100份，接枝单体乙烯基三乙氧基硅烷（VTES）2份，引发剂过氧化二异丙苯（DCP）0.15份。

b.催化母料（B）配方。主料聚乙烯采用低密度聚乙烯LDPE（密度为0.919g/cm³，熔体流动速率MFR=0.3g/10min）100份，引发剂过氧化二异丙苯（DCP）0.25份，催化剂二月桂酸二丁基锡2.5份。

5）设备条件。两步法成型硅烷交联聚乙烯管工序中的造粒用挤出机，可选用同向旋转双螺杆挤出机（规格：螺杆直径ϕ57mm，中心距48mm，工作转速30～40r/min）。

原料的挤塑熔融、成型管坯可用挤塑聚烯烃料通用型单螺杆挤出机，工作难度比挤塑低密度聚乙烯管工艺控制要大些。

一步法成型硅烷交联聚乙烯管，需要用专用反应型挤出机。反应型挤出机挤塑成型硅烷交联聚乙烯管，工作时它既要把原料熔融塑化，还要把聚乙烯接枝硅烷。反应型挤出机中螺杆的结构要求：螺杆的长径比较大，一般在30左右；加料段适当加长，均化段螺纹不能太深，螺纹的工作面要尽量光滑，使熔料运行通畅、阻力小，不能对原料运行产生阻滞现象；均化段要求不宜过深是为防止对接枝物有过大剪切而提高交联。

生产实践中证明，专用反应型挤出机的螺杆的螺纹部分，应分出四段功能段，即加料段、塑化段、均化段和反应段（也可叫接枝段）。这四段螺纹的特点：加料段比普通型螺杆的加料段长，压缩比相对比普通螺杆略大些，均化段的螺纹槽比普通螺杆的均化段螺纹槽深些，而最后的反应段螺纹槽要更深些。这样的螺杆结构是为了让熔融反应略减压挤出。螺杆的塑化段应采用分离螺纹，还可设混炼元件，以加速原料在机筒内的熔融。机筒的加料段内壁应开有纵向沟槽，来增加原料的运行摩擦力，方便固体原料在此段的输送，向前运行。

反应段在均化段后面，既要把螺纹槽稍作加深，还要有足够的长度。螺纹槽加深，既能使熔料减压，又能使反应更均匀；减压的熔料又降低了剪切速率，而使熔料由于剪切速率的降低而不易升温，避免了熔料的热分解；反应段的加长是为了反应完全，也增加了熔料在反应段的停留时间。

管成型用模具采用直通式模具结构。成型的管坯采用真空冷却定径方式。定形后的管材采用水喷淋方式为管材继续降温。

交联反应罐结构与交联反应采取的方法有关。结构形式可分为管内热水循环交联、蒸汽交联、浸热水交联和蒸汽-热水组合式交联。蒸汽交联是用电阻加热水箱内的水，产生蒸汽交联。蒸汽-热水组合式交联是管的内、外壁都能与水充分接触，并处于蒸汽包围中，这种交联效果较好，效率也高，能耗最低。交联罐内温度由控温系统自动控制，水箱内水能够自动补充。

南京橡塑机械厂现在能生产PE-X管专用挤出机，规格有SJ65型和SJ90型，螺杆的长径比L/D=30。

6）硅烷交联聚乙烯管成型工艺。

a.硅烷交联聚乙烯管成型两步法工艺温度。造粒用挤出机工艺温度控制，是指同向旋转双螺杆挤出机，当工作转速为35r/min，螺杆直径为57mm时，机筒的温度控制（由进料口至出料口）大致可分为5段温度区，即160～180℃，180～195℃，190～195℃，190～200℃，180～190℃。

原料由挤塑聚烯烃类料用普通型单螺杆挤出机时，机筒的工艺温度控制，可参照低密度聚乙烯管挤出成型工艺温度。

b.硅烷交联聚乙烯管成型一步法工艺温度。硅烷交联聚乙烯管成型，采用一步法生产时，需要用专用反应型挤出机，机筒的加热工艺温度（由进料口至出料口）段，大致可分为三段：即加料段为150～170℃，塑化段为180～200℃，均化和交联段为210～220℃。

c.交联反应罐工艺温度。交联反应罐内温度控制范围为65～95℃，交联聚乙烯管在罐内水解缩合交联过程中，需要适当的温度和湿度；交联反应时间由管材的壁厚决定，一般每毫米需时间不少于2h。

7）硅烷交联聚乙烯管挤出成型注意事项。

①一步法成型交联聚乙烯管时，用原料的含水量不允许超过0.0002%，所以，树脂在投入挤出机前要进行干燥处理。

②两步法成型交联聚乙烯管用接枝料和催化母料，不许长时间贮存；两种料在80℃左右温度中混合后应立即投入挤出机中生产。

③生产用各种原料的用料量，按配方规定比例、精确计量。

④一步法成型硅烷交联聚乙烯管时，原料在专用反应型挤出机内挤塑熔融，停留时间要严格控制在1.5～3min范围内。停留时间过长，会造成聚乙烯在挤出机中产生预交联，而使熔料挤出困难，无法成型管坯。时间过短，熔料在挤出机中反应不充分，使交联聚乙烯管的交联度不够，管材的工作寿命降低，性能也有所改变。

（8）交联聚乙烯热收缩管 交联聚乙烯热收缩管是把聚乙烯经过交联改性后，再将其扩张定形的一种制品。应用时，把这种管再加热在一定的温度条件下，它具有加热收缩的特性。

利用交联聚乙烯热收缩管的加热收缩特点，把这种管用来做电线电缆的接头保护套，电气仪表的绝缘保护套，石油化工管道的接头保护套管。另外，还可做球杆、鱼竿手柄的包覆套管等。应用时，把这种塑料管套在需要的保护处，经加热后，这种管就紧密包覆在应用处，非常方便，而且还安全可靠。

1）原料。交联聚乙烯热收缩管是采用硅烷交联聚乙烯生产成型，主要原料是用低密度聚乙烯（一般密度≥0.918g/cm³、熔体流动速率MFR=1.5～3g/10min）。硅烷可以用乙烯基三甲氧基硅烷（VTMS）、乙烯基三乙氧基硅烷（VTES）、乙烯基三（2-甲氧基乙氧基）硅烷（VTMES）以及3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（VMMS）等，其中以VTMS水解速度最快。硅烷在配方中的用量，一般控制在1%～3%。用量过多，制品表面起霜、强度下降；用量偏少、接枝不均匀，需要增大DCP的用量或提高反应温度，即增加原料在机筒中的交联度。

硅烷交联聚乙烯热缩管成型用料配方举例如下，可供应用时参考。

①通用型硅烷交联聚乙烯热收缩管用料配方。低密度聚乙烯LDPE（密度0.922g/cm³，熔体流动速率MFR=2g/10min）100份，过氧化二异丙苯（DCP）0.03份，乙烯基三乙氧基硅烷（VTES）2份，二月桂酸二丁基锡（DBTL）0.125份，抗氧剂10100.13份，抗氧剂硫代二丙酸（DSTP）0.25份，润滑剂和紫外线吸收剂适量。

②硅烷交联聚乙烯热收缩电缆护套管用料配方。低密度聚乙烯LDPE（密度0.922g/cm³，熔体流动速率MFR=2g/10min）100份，过氧化二异丙苯（DCP）0.05份，乙烯基三乙氧基硅烷（VTES）2份，二月桂酸二丁基锡（DBTL）0.13份，抗氧剂10100.1份，抗氧剂硫代二丙酸（DSTP）0.35份，炭黑2.6份，润滑剂和紫外线吸收剂适量，三氧化二锑（Sb₂O₃）适量。

③硅烷交联聚乙烯阻燃型热收缩管用料配方。低密度聚乙烯LDPE（密度0.922g/cm³，熔体流动速率MFR=2g/10min）100份，乙烯基三乙氧基硅烷（VTES）2份，过氧化二异丙苯（DCP）0.04份，二月桂酸二丁基锡（DBTL）0.13份，抗氧剂10100.13份，抗氧剂硫代二丙酸（DSTP）0.25份，十溴二苯醚（FR-10）3份，六溴环十二烷（HBCD）7份，三氧化二锑（Sb₂O₃）4份，润滑剂和紫外线吸收剂适量。

2）工艺。硅烷交联聚乙烯热收缩管的成型生产工艺条件与硅烷交联聚乙烯管的成型生产工艺条件完全相同。不同之处只是在硅烷交联聚乙烯管挤出成型交联工序之后，再续加一道扩管工序，即可完成此种管的生产。

硅烷交联聚乙烯热收缩管的生产工艺顺序及挤出成型中各种工艺参数条件可完全按照硅烷交联聚乙烯管成型时各工艺参数条件生产。

硅烷交联聚乙烯热收缩管的扩管定型工序，是在聚乙烯挤出成型，再经交联成为交联聚乙烯管后进行。这种管的扩管定形生产工艺比较简单。如果是采用间断式扩管定形方式，只要把管加热至软化点温度，然后把扩张杆用钢丝牵引进入管内（一般扩张杆直径是被扩管直径的两倍左右），则管被比自己内径大的扩张杆胀大。此时，把管冷却定形。然后把扩张杆从被扩塑料管内拉出，完成了管的扩张定形。间断式扩管装置如图6-37所示。

如果扩管生产工艺需要连续进行，可按图6-38所示的方式扩管。生产时，被扩管在密闭器内被加热软化（这里要注意控制被扩管的内外压力平衡）后进入定径套内，而定径套内径比被扩管外径尺寸大（一般大一倍左右），则管内压缩空气把管吹胀（定径套开有排气口），紧贴在定径套内壁面上；定径套内通有循环冷却水，把吹胀的塑料管冷却定形，完成

图6-37 间断式扩管装置

1—牵引加热钢丝束 2—塑料管 3—扩张杆

图6-38 连续式扩管装置

1—塑料管 2—定径套入口部位 3—定径套 4—扩径后塑料管

目前，国内还没有硅烷交联聚乙烯热收缩管的质量标准。表6-28中是部分企业生产交联聚乙烯热收缩管的规格尺寸，可供生产参考。表6-29列出日本产聚乙烯热收缩管性能。

表6-28 交联聚乙烯热收缩管规格

表6-29 交联聚乙烯热收缩管的一般性能

（9）低密度聚乙烯管 低密度聚乙烯管的刚性、耐压性与高密度聚乙烯管比较，都比较差，所以不宜作为承压管使用，一般多用于农业排灌管、电器绝缘护套管或小直径饮用水管等。

1）原料选择。原料密度为0.920～0.922g/cm³，熔体流动速率为0.2～2g/10min。如中国石化广州石油化工公司的DG-DB2463BK-3和中国石油大庆石化公司的21A（D2022）。

2）工艺温度。机筒温度（从加料段至均化段）为90～100℃、100～140℃、140～160℃。成型模具温度为140～160℃。

3）低密度聚乙烯管成型及使用注意事项。

①输液管的工作温度不宜超过45℃。

②管的质量应符合标准QB/T 1930—2006的规定。饮用水管的卫生指标应符合标准GB9687—1988的规定。

③挤塑低密度聚乙烯时螺杆可不用降温冷却。

④成型后的管坯要缓慢冷却降温，以避免管材表面无光泽，产生应力集中及管内壁出现竹节状等质量问题。

（10）聚乙烯铝塑复合管 在国内，聚乙烯铝塑复合管是近几年才开始用于采暖和供水的。它是一种由塑料经挤出机塑化挤出后，与铝管（或铝合金管）复合成为一体的新型管材。由于这种复合管是用铝片与塑料复合成型（结构如图6-39所示），所以它具有两种材料的综合性能，耐腐蚀、无毒、刚柔适中、质轻、可弯可直，但圆周几何形状不变，耐高压、耐高温，而且保温性好，可在-50～110℃介质环境中长期工作而不变质、不变形。

复合管中的聚乙烯塑料层是高密度聚乙烯或交联高密度聚乙烯（交联高密度聚乙烯树脂成型复合管适用于高温、高压场合）。复合管中的铝管用铝片或锰铝合金片，经缠绕成管形后焊接成型。铝管的缠绕焊接成型方法有两种：一种是由铝片缠绕成搭接焊缝，用超声波焊机焊接；另一种是由铝片缠绕成对接焊缝，用惰性气体或激光焊接。目前，铝片焊接管规格见表6-30。

图6-39 铝塑复合管的结构组成

1—铝管 2—粘接料层 3—聚乙烯塑料层

表6-30 铝片焊接管规格

1）搭接式焊接铝管的复合成型工艺顺序。铝片搭接成管形式如图6-40所示。

图6-40 铝片卷管后的焊接形式

a）搭接式 b）对接式

1，3—聚乙烯层 2—铝管

搭接焊铝管复合铝塑管工艺顺序如图6-41所示。

图6-41 搭接焊缝铝塑复合管成型工艺顺序

工艺顺序中的虚线框为复合铝塑管用成型模具内完成组合管的顺序。铝塑管复合成型模具结构示意如图6-42所示。

图6-42 铝塑管复合成型模具结构示意

1—管内层PE熔料输入孔 2—复合管内层PE熔料用模具 3—铝片成型管装置 4—焊机 5—复合管外层PE熔料用模具 6—管外层PE熔料输入孔 7—热熔黏胶输入孔

搭接式铝塑复合管成型工艺顺序方法主要依靠成型模具。从图6-42中可以看出，模具体有4个进料孔，分别与两台挤塑PE熔料的挤出机和一台挤出热熔黏胶料的挤出机相通。铝塑管在模具内的成型工作顺序如下。先把进入模具内的铝带管搭缝用超声焊机焊牢，成型铝管，然后把热熔黏胶涂覆在铝管的内壁上，再把PE熔料涂覆在铝管内壁的黏胶层外，成型铝管内壁PE塑料层。随着涂覆好铝管的内壁塑料层管向模具口方向的移动，又将铝管外层黏胶和PE熔料顺次分别涂覆在铝管的外壁表面，然后移动推出模具口，经冷却定形成为铝塑复合管。

2）对接焊缝铝塑复合管成型工艺顺序。铝片对接焊缝成管形式如图6-43所示。

对接铝管的加工与搭接铝管焊缝成型铝塑管的不同之处：先把PE料用挤出机挤塑成型铝塑复合管的内管，经冷却定形后，外圆涂覆黏胶剂，然后把铝片卷绕在PE塑料管的外圆上，再用激光焊焊牢铝片对接缝（注意，铝片管缠绕在内层PE塑料管外圆时，尺寸要比PE塑料管外圆略大些），铝缝焊完后再缩管，使其与PE内管接触牢固。按此方法在铝管外圆上涂覆黏胶层和PE熔料层，则成型铝塑复合管。

图6-43 对接焊缝铝塑复合管成型工艺顺序

3）铝塑复合管质量。铝塑复合管的质量要求应符合国家城镇建设行业标准《铝塑复合压力管（搭接管）》（CJ/T 108—1999）的具体规定。铝塑复合管的规格尺寸规定见表6-31。铝塑复合管的工作温度及工作压力规定见表6-32。

表6-31 铝塑复合管基本结构尺寸 （单位：mm）

①可根据用户需要，由供需双方商定其他系列规格。

表6-32 铝塑复合管的环境温度、工作温度及工作压力

（11）矿用聚乙烯管

1）原料。聚乙烯管代替钢管用在煤矿井下，作排水、风管和瓦斯抽放管等，耐腐蚀、质量轻、方便安装。为了使其具有阻燃和抗静电等安全性能，在聚乙烯树脂中还需加入阻燃剂和抗静电剂等辅助料。矿用聚乙烯管成型用料配方组合实例（仅供参考）如下：

低密度聚乙烯（LDPE，MFR=2g/10min，密度0.912g/cm³）40份，线型低密度聚乙烯（LLDPE、MFR=1g/10min、密度0.92g/cm³）60份，抗静电剂（HZ—1）0.6份，阻燃剂（Sb₂O₃）适量，2—稳定剂（UV—531）1份，轻质碳酸钙（CaCO₃细度3μm）5份，炭黑适量。

2）设备。聚乙烯矿用管挤出成型和普通聚乙烯管挤出成型用挤出机相同，只需用通用型单螺杆挤出机挤出成型管材。由于矿用聚乙烯管成型用料是由主、辅料多个品种组成，这些材料需先经混合，挤出造料后才能挤出成型管材。具体生产工艺顺序：把矿用PE管配方中各种主、辅料按比例要求计量→掺混加入混合机内→挤出造粒→挤出成型管坯→冷却定形→牵引→成品卷盘。

主要设备：高速混合机一台，单螺杆挤出机一台，挤出造粒机一台。

3）工艺。挤出成型管材机筒工艺温度，从加料段至均化段分别是115～125℃、130～155℃、150～170℃。

成型模具温度：165～175℃。

低密度聚乙烯和线型低密度聚乙烯共混改性矿用管性能技术指标要求见表6-33。

表6-33 LDPE/LLDPE共混改性矿用管性能指标