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稳态PP-R覆铝管材生产设备及工艺技术概述

摘  要：本文经过对稳态PP-R覆铝管材生产设备及工艺步骤介绍，说明在满足关键工艺控制点要求情况下进行工艺改善，实现生产设备国产化。
关键词：稳态PP-R覆铝管材；生产工艺；国产化设备；推广应用
一、稳态PP-R覆铝管发展及前景分析：
1、国际稳态PP-R覆铝管情况
一九九五年，PP-R管在欧洲市场销售量为1.8万吨，而到一九九九年，PP-R管在欧洲销售量巳达6.2万吨，每十二个月销量以平均60%速度递增。值得注意是，一九九四年，德国市场上90%PP-R管为全塑PP-R管，而到一九九九年，德国市场上65%PP-R管均为稳态PP-R覆铝管（包铝管），它代表了国际市场PP-R管发展轨迹：PP-R管应用量增加极其迅猛，最初由全塑PP-R管为主，后转向以稳态PP-R覆铝管为主，这种现象是否是中国PP-R管发展趋势呢？稳态PP-R覆铝管在国际上拓展迅猛成因是什幺呢？
据分析稳态PP-R覆铝管在国际上拓展迅猛成因可从两个方面叙述：
（1）技术原因
稳态PP-R覆铝管技术特点突出表现在：
①膨胀系数小，刚性增强，明装完全不变形；
②不渗氧、卫生性；
③抗紫外线能力强；
④热熔连接，密封性好；
⑤耐压性能好。
（2）成本原因：
稳态PP-R覆铝管比全塑PP-R管成本高多少呢？
制作成本上升15%，一个能够接收价格上升幅度。在欧洲，稳态PP-R覆铝管售价比全塑PP-R管高70%-100%，这是由价格斜率所自然形成价格比。
技术优化，赢利增大，确保了国际上稳态PP-R覆铝管流行肯定性。
2、中国稳态PP-R覆铝管情况
PP-R管作为新型化学建材有很多优点，应用十分广泛，但也存在缺点：
①线形膨胀系数大，轻易热胀冷缩，明装易变形，影响美观；
②抗紫外线能力差，在阳光照射下易降解老化，户外明装会降低使用寿命；
③抗高温蠕变性较弱，设计温度不高于80℃，常年使用温度不高于70℃，限制了PP-R管应用范围。
德国是PP-R管起源地，其技术研究处于世界领先水平，现在有两种复合技术来处理PP-R管这些缺点：①采取玻纤技术进行材料复合，但技术不成熟，管材抗冲击性能差，弱于PP-R管，实用性不大；
②采取PP-R管和铝直接粘合组成五层塑铝复合管，兼具金属管道和塑料管道优点，实用性强，技术成熟。
上海爱康和德国洁水企业、德国HSM企业进行了技术交流，引进PP-R塑铝复合技术，成为中国最早采取稳态复合技术生产塑铝稳态管企业之一。上海爱康稳态PP-R覆铝管内管参考ISO 15874标准生产，经过高温复合技术将PP-R和合金铝有机结合，组成稳态PP-R覆铝管，其含有膨胀系数小，明装不变形、不渗氧、抗紫外线辐射等特点。该产品经过专用工具剥去塑铝复合层后，使管材管件实现同质热熔连接，防渗漏性能可靠，而且在高温状态下能保持良好状态，使用寿命完全可达50年以上，在实际应用中显示出独有优势。
上海爱康企业经过对德国生产技术和生产工艺消化改善，研制成塑铝稳态管专用成型设备，所生产出来产品完全达成德国产品质量水平，产品已经过了国家建材测试中心检测。
二、上海爱康稳态PP-R覆铝管生产线技术特点：
1、采取高效单螺杆挤出机，确保挤出高质、高效；篮式复合机头不受物料粘度改变影响，模头压力低，在高挤出量下仍保持低熔体温度；采取多级真空定径及优化喷淋设计，确保管材快速均匀冷却；低噪声，强力吸屑切割系统；
2、自动控制系统直接采取微电脑控制，系统直观方便，采取人机对话，方便实现其工艺条件控制和调整。外覆挤出和牵引实现同时调速，确保生产工艺稳定和生产质量。整个系统充足融入了最新、最优系统设计理念；
3、PP-R塑铝包覆设备是本条生产线最有特色部分，它将机械滚压成型技术、气动控制技术和正确动态控温技术充足结合在一起，包覆铝设备可开可停，同一条生产线一线两用，既可生产PP-R铝塑管，也可生产全塑PP-R管，最低经济投入带来最大市场产出；
4、包覆铝设备实现了全过程自动化控制，无级调温，高精密加热粘接机电系统确保了粘接强度，成型系统出无需调整即可生产多规格管材，操作十分简便。
附：PP-R铝塑管生产线生产设备配置：
1.TFE1-60-30B单螺杆挤出机
2台
2.TFE1-30-25单螺杆挤出机
2台
（注：1台用于色标线挤出机，1台用于涂胶）

3.TFG共挤机头
1台
4.TFV63真空定径箱（不锈钢制作）
1台
5.SC63喷淋冷却箱（不锈钢制作）
2台
6.风筒式吹干设置
1套
7.铝盘放卷架（双工位）
1台
8.铝包覆成型机
1台
9.铝表面加热装置
1套
10.涂胶膜头
1套
11.外管模头
1套
12.涂胶抽闲装置
1台
13.TFE1-63牵引装置
1套
14.TFE1-63切割装置
1套
15.翻转架
1台
16.切口磨光装置
1套
17.西门子PLC控制系统
1套

三、稳态PP-R覆铝管生产工艺：
1、稳态PP-R覆铝管材挤出生产工艺步骤图：
内管挤出
内管真空定型
内管冷却喷淋
内管表面烘干
内管表面覆铝
铝带加热成型
铝管表面加热
铝管表面涂胶
外挤出包覆
外敷层喷淋冷却
牵引
定长切割
落料

2、控制关键点
2.1 主机加工温度
主机加工温度和原料材质、熔融指数MFR和所加工管材内管管径大小直接相关。从加料端至挤出机筒温度控制在160℃～220℃范围内，机头温度在190℃～220℃，熔体温度控制在220±10℃。
2.2 螺杆转速
螺杆转速取决于挤出机螺杆直径大小和所加工管材规格，通常控制在30～100转/分以内。
2.3 真空定径（工艺控制点）
真空压力通常取决于所加工内管管材规格大小及设备真空箱大小。PP-R管胚从模头挤出，经由定径套进入真空箱，管材外径、壁厚、表面质量初步定型。真空箱真空度通常控制在0.01～0.07Mpa范围内。
2.4 冷却
PP-R管胚从熔融状态转为固体，需要释放出大量热，所以冷却效果好坏直接关系到生产效率高低、产品质量稳定性。挤管机组采取双水箱沉醉式冷却或三级梯度水箱喷淋式冷却，水箱温度通常保持在15～35℃左右。
2.5外涂胶:（控制点）
采取挤出涂胶法在复合好铝基管外涂一层粘胶（PP热熔胶或高温PE热熔胶），外涂挤出机温度高低应进行正确控制，以控制上胶粘度和均匀性。
2.6 外挤出包覆:（控制点）
在牵引机作用下，外涂胶完成管材经过挤出设备（外覆模头）在管外层再包覆一层塑料（PP-R或PE），挤出机外包覆温度应得以正确控制，确保产品外观质量。
3故障处理
3.1  外覆粘接不牢，外胶没包好
处理方法：
a要使管材表面全部有胶，吸胶真空要好；
b提升铝带温度，开启扁平加热枪；
3.2  铝管表面起棱（凸起）
（1）没有粘牢
处理方法：
a首先看凸起部位发生在哪一道成型轮上，然后对应在哪道成型轮后看铝管包覆情况，拨开铝和管胚看经过成型轮后粘接情况，如发觉管胚和铝带之间有挤出熔料，则说明温度过高，合适减小加热此处风枪温度，如发觉此处没有粘接好，则应增加此处温度或提升此处压力，调整压轮螺杆，从侧面看轮和铝管间隙；
b铝带复胶质量有问题，如胶膜折痕、胶和铝箔间有气泡、胶膜成块、部分无胶、局部剥离强度不够。
（2）成型轮位置不对
处理方法：压轮上调、压轮下调。
3.3  铝管表面划伤：
（1）外覆表面暗伤条纹
处理方法：
a 外覆口模有杂质，应给予清理口模；
b 因铝带和内管未粘牢，涂胶残留在外覆口模，应清理外覆口模；
c 调整外覆挤出量。
（2）外覆表面明伤
处理方法：
a 水箱托轮有异物毛刺；
b 密封水箱硅胶皮或冷却水布里有异物杂质。
四、综述：
伴随中国经济快速发展及城市建设需求，尤其是环境保护及“绿色”工程质量标准实施，稳态PP-R覆铝管以其优异物理性能及化学性能正快速占领化学建材管材市场，国外稳态PP-R覆铝管研究和生产已经有多年成熟经验和体系，中国则于多年来才开始兴起，在其生产工艺、质量控制、工程应用等方面有很多问题有待提升和完善。所以，大力进行这方面研究和开发意义重大。

稳态PP-R覆铝管结构图
1、系统运行安全、可靠
柔韧性好，易于弯曲；抗冲击，耐慢速裂纹开裂能力；
冬季低温情况下安全运输、施工。
2、操作便捷，零风险修复

3、应用范围
a、城镇自来水管网系统。
b、可置换水泥管、铸铁管和钢管。
c、工业原料输送管道。
d、园林绿化供水管网。
e、污水排放用管材。
f、矿砂、泥浆输送。
g、农用浇灌管道。

稳态PP-R覆铝管技术特征及工程应用
本文经过对稳态PP-R覆铝管技术特征概述，并从产品结构设计科学性出发，叙述了稳态PP-R覆铝管工程应用价值关键所在。
关键词：稳态PP-R覆铝管材；技术特征；工程应用
 1、产品概述：
复合管，通常指管材由两层或两层以上热塑性塑料和一层嵌入金属层组成多层管材。稳态PP-R覆铝管是一个由PP-R管和合金铝层组成复合管，德国称为PP-R稳态复合管、PP-R增强管或PP-R包铝管。稳态PP-R覆铝管将PP-R塑料和金属有机地结合，同时兼具塑料管柔韧性和金属管刚性，经过一体化铝层达成稳定机械性能，含有更高强度和愈加好耐高温性能。
上海爱康新型建材率先在中国引进德国稳态PP-R覆铝管（Stable  static  pipes）生产技术，在PP-R管基础上采取热熔粘合技术将PP-R和合金铝在高温下有机粘合，外覆PP-R（或PE）保护层生产出上海爱康稳态PP-R覆铝管。稳态PP-R覆铝管含有聚丙烯—胶—铝—胶—聚丙烯五层结构，其中间铝层起加强作用。以德国为首欧洲国家广泛将其用于给水、采暖、中央空调等领域，上海爱康企业率先引进此项技术，在中国尚属首家。
稳态PP-R覆铝管是一个新型冷热水用复合管材，现在尚没有对应国际标准和国家标准，包含德国洁水企业在内全部稳态PP-R覆铝管生产厂家全部在实施本身企业标准（符合德国SKZ机构检测供热和给水复合管条令）。我企业在消化吸收国外优异稳态PP-R覆铝管技术基础上制订了稳态PP-R覆铝管企业标准Q/ILQT04-，上海爱康稳态PP-R覆铝管严格根据此标准组织生产、检验、交付使用。
附：产品结构图：

 2、技术性能特点：
稳态PP-R覆铝管融PP-R管和金属管优点于一体，同时含有PP-R管卫生性、密封性和金属管刚性，形成独特优于通常塑料管尤其属性，含有线性膨胀系数小、不渗氧、抗紫外线、高强度、高耐温性等极佳物理性能。
2.1 线性膨胀系数小：
稳态PP-R覆铝管线性膨胀系数是一般PP－R管1/5（一般PP-R管为0.15 mm/m K），靠近于金属管，管道无显著热胀冷缩。在工程安装时，对于水平安装长度小于40米明敷管道，无需考虑管道变形问题；对于水平安装长度大于40米明敷管道，应考虑采取预防管道温度变形技术方法；对于立管采取刚性安装。在高温热水、暖通领域、户外明装管道应用上优势显著。
实践证实：稳态PP-R覆铝管经过长久冷热循环试验后，管材无任何变形或异样现象，充足说明稳态PP-R覆铝管含有稳定耐高温性能。
2.2 不渗氧、卫生性：
因为稳态PP-R覆铝管在PP-R内管外表面覆裹了合金铝箔，给塑料“穿”上了一层金属铠甲，完全隔绝外部空气，保持管道系统内部流体介质不被氧渗透和光线射入，从而抑制了藻类细菌生长，确保了水质。当稳态PP-R覆铝管用于中央空调系统、采暖系统时，可预防金属设备氧化、腐蚀。
2.3  抗紫外线：
稳态PP-R覆铝管在铝层外，再覆一层灰色PP-R或黑色PE保护层。铝层可有效阻隔紫外线，灰色PP-R能够保护铝层杜绝氧化，黑色PE对紫外线进行有效吸收和屏蔽，给管材提供一道紫外线保护屏障。管材可用于户外安装及明装管道，无需考虑防紫外线方法，使用寿命更长，是太阳能、热能系统户外施工理想选择。
2.4 抗压强度高，耐温性好：
和其它管材相比，稳态PP-R覆铝管承压性能好，在长久强度方面，含有一定金属特征，因为加入了金属层，增加了管材刚性，降低了管材蠕变性，从而增强了管材抗压强度和耐温性能。在工程应用中可按使用设计系数C=1.25标准选择管材。
2.5 热熔连接，不渗漏：
稳态PP-R覆铝管仍然采取热熔连接方法，连接前用专用卷削工具剥去外覆铝塑复合层，然后和同材质PP-R管件进行热熔连接，确保了管材和管件一体化，连接部位无渗漏之忧。
3、稳态PP-R覆铝管和一般PP-R铝塑管比较
3.1 稳态PP-R覆铝管含有成熟应用经验：
稳态PP-R覆铝管参考德国塑料中心（SKZ）标准、德国气体和水领域协会（DVGW）技术条令（W542-1997、DVGW/MP52）生产，德国班宁格尔企业、洁水企业、HSM企业等世界著名塑料管道制造企业，在欧洲生产和应用该项产品有近十年历史，是欧洲国家在给水、采暖领域领先产品。
一般PP-R铝塑管管将外层壁厚加厚，采取热熔连接，属于中国独创，但没有对应国际（ISO）或其它优异国家（如DIN）、中国（GB）等相关标准支持，西方发达国家未有此项产品利用依据和对应工程应用经验。
在国外，供水、采暖管道系统通常采取“并联”形式，一般稳态PP-R覆铝管在应用中，分水器和用水器具（如水龙头、散热器）连接管道上没有接头，管道两端采取压紧式机械接头联接，管道安全性有保障、接头能够检修，但没有热熔连接先例。
3.2 稳态PP-R覆铝管结构合理，稳定性高：
给水管从力学角度分析，管道径向应力分布，由内向外，从大到小，越到外壁环向应力越小，即管道内壁应力最大，管外壁最小（零）。
稳态PP-R覆铝管内管完全符合ISO/DIS 15874-1999中管系列S标准尺寸要求，起关键承压作用。合金铝层靠近管外壁，承受应力较低，是功效层——既降低PP-R管膨胀系数，又提升了PP-R管抗蠕变性能，结构合理，稳定性高。
一般PP-R铝塑管是由交联聚乙烯材料、聚丙烯材料和铝材三种杨氏模量相差很大材料组成多层管，在承受内压时，厚度方向管环应力分布是不等值，和全塑管不一样，不能用标准尺寸比SDR值大小来表征管材承受载荷能力；不能用管系列S来选择管材，确定管材壁厚。一般铝塑管宜适合采取压紧式机械连接方法。假如采取热熔连接，轻易出现“分层”现象，抗压强度降低，稳定性差，国外发达国家尚无此先例。
3.3 连接可靠，安全度高：
暖气片采暖热水循环应用，热媒水呈碱性，对合金铝箔腐蚀性很强，工程应用中，管材铝层不许可接触循环热水。
稳态PP-R覆铝管采取热熔连接，连接前，用专用工具剥去管材外覆塑铝复合层，内管尺寸符合标准管系列要求，热熔方法和PP-R一样，铝层完全不接触热媒水，接头牢靠，安全度高，操作方便，不易渗漏。
一般PP-R铝塑管在中间，在热熔连接前，在管材端面加盖封帽，依靠帽内橡胶圈密封以预防水渗透而腐蚀铝箔，这种密封方法是不可靠，一旦铝箔接触水即腐蚀，关键结构层将遭到破坏，可能会出现爆管现象，管道系统安全性得不到确保。
因为一般PP-R铝塑管内铝层导热系数高，热熔焊接时，热量沿轴向传输，在不一样环境、管长条件下，熔融时间差异很大，不易掌握。
在全国各地使用稳态PP-R覆铝管工程中，还没发生一例因管材连接渗漏质量事故
3.4 稳态PP-R覆铝管不缩径，管道系统阻力小:
稳态PP-R覆铝管和管配件采取承插式热熔连接，不需要任何辅件，连接处不缩径，能够按正常程序进行水力计算，管网在使用过程中不易产生水堵。
一般PP-R铝塑管热熔前需在管端加盖封帽，连接处缩径，每个接点形成水阻，管网运行中，流量降低，达不到设计要求。以dn20管为例，流通面积降低27.8%，管路流通能力大大降低，管路系统局部阻力将是正常情况下2倍以上，在一样水泵及管路系统条件下，采暖系统运行效率将大大降低，采暖效果将得不到确保。假如采取加大管材口径，投资成本提升；假如采取较高运行压力，长久运行费用将大大提升。
3.5 抗紫外线性能优:
稳态PP-R覆铝管外层铝层或黑色PE层可有效阻隔紫外线，给管材提供一道紫外线保护屏障，确保承压层——内管不受紫外线辐射降解。
一般PP-R铝塑管外层（结构层）易受紫外线降解，抗紫外线能力弱，使用寿命达不到设计要求。
在武汉市自来水企业抄收到户，一户一表改造工程中大量采取黑色稳态PP-R覆铝管，经过近十二个月运行，管材无任何热胀冷缩变形、变色降解现象发生。
3.6 环境保护性：
    在生产使用过程中产生废弃稳态PP-R覆铝管经过卷削处理，内管可回收利用，不会对环境造成污染，而一般PP-R铝塑管则不易做到此点。
综合以上六个方面综合比较，稳态PP-R覆铝管在采暖、给水方面应用含有没有可比拟优越性，是工程领域应用首选管材。
 4、稳态PP-R覆铝管优势应用领域：
4.1 热水、中央空调、暖气片采暖；
4.2 室内外明装管道；
4.3 户外管网系统，如太阳能管网系统等。
稳态PP-R覆铝管用途广泛，为处理实际工程利用问题，可作为专用管材、化工用管材、建筑用管材等，另一个关键利用是地表饮用水输送，水可经过管道系统从部分受到污染地方经过，如受到过多化肥污染场所等，铝层可预防污染源渗透，保护饮用水不受污染。
同时，用户也可享受到稳态PP-R覆铝管带来其它好处，如：
（1）隔绝任何对健康有影响有害物质；
（2）直接和水接触内管卫生无毒、密封性好、不会形成水苔；
（3）含有良好声音绝缘性能，使水流带来噪音变小。

5、工程应用实例

6、结论：
稳态PP-R覆铝管是一个性能优异复合管材，经过大量工程实际利用，得到了多种行业用户一致认同。伴随管道技术不停完善和提升，稳态PP-R覆铝管将在各个领域得到愈加广泛应用。