谈PVC-U管材的生产工艺控制.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 29 日 作者简介：李海涛（1977），男，汉族，青海海东人，本科学历，助理工程师，塑料加工类，专科石油化工，本科会计。-176-谈 PVC-U 管材的生产工艺控制 李海涛 新疆天业股份有限公司佳美分公司，新疆 石河子 832000 摘要：摘要：PVC-U 管材的全称为硬聚氯乙烯管材，其制造原料主要是聚氯乙烯树脂，辅助的原料还有填充剂以及稳定剂等等。将有关原料充分搅拌，搅拌，加热，最终制成符合要求的硬质 PVC 管材。无论是从外形上还是从构造上来说，PVC-U 管都有很多品种，比如普通的有夹心泡沫管，空心管，多孔管，实壁管，消音螺旋管等。由于 PVC-U管品种繁多，在各个领域都有更多的使用，因而其产品的质量就变得尤为突出。本文首先从 PVC-U 管生产工艺过程出发，然后对其成型工艺参数，PVC-U 管的工艺条件及控制措施进行了详细的阐述，对其出现的主要问题进行了分析，并对如何改善其产品的品质进行了初步的探讨，为今后的工程建设提供了更多的保障。关键词：关键词：PVC 管材；管材质量；生产工艺 中图分类号：中图分类号：TQ325.3 0 引言 PVC-U 管材是一种常见的管道材料，广泛应用于建筑、给水、排水、化工等领域。在 PVC-U 管材的生产过程中，生产工艺控制起着至关重要的作用，它直接影响着管材的质量、性能和可靠性。生产工艺控制是指通过控制生产工艺参数和操作条件，确保 PVC-U 管材的制造过程能够达到既定的要求和标准。这些工艺参数包括原料的选择和配比、混合搅拌、挤出成型、冷却和固化等环节。合理的生产工艺控制可以有效地改善管材的物理性能、化学性能和外观质量。PVC-U管材的生产工艺控制对于确保管材质量和性能至关重要。合理选择原料、控制混合搅拌过程、精确控制挤出成型参数以及适当的冷却和固化过程，可以提高管材的质量、性能和可靠性，满足各种工程应用的需求。1 国内外 PVC-U 管件的管材的生产工艺发展情况及趋势 在国内，PVC-U 管道的制造始于上个世纪 80 年代末。那个时候的注射机，大部分都是用配方粉末做原料，所有的模具都是通过大浇口直接进胶的方法来进行的。原材料根据公式称重，加到高混合器中，高混到 130 后再转入低混，低混温度降至 60 以下放出。靠人工一袋袋投入到注塑机料斗中，早期生产工艺相对简陋；其塑化效果差，产品的外观和内在质量都不太稳定。另外，在连续的加工过程中，由于螺旋管的磨损，粉末不易被挤出，从而影响到了正常的生产。前期 PVC-U 管材生产存在着大量的粉尘污染，需要大量的工人和劳动力，工艺粗糙粗糙，生产效率低下等问题。经过二十余年的研发，目前对原材料基本都是先制粒，这样不但可以确保配料中的各类原材料得到更好的揉和，而且还能提高后续产品的塑化作用。另外，颗粒还容易进行集中喂料，容易在漏斗内放料，达到了制造流程的自动控制，同时，由于原料及注射成型技术的稳定性，可以大大改善制品的品质。我国一些企业已经在一定程度上达到了自动化水平，特别是近年来，随着我国劳动力价格的上涨，对管道制造的自动化需求越来越大。事实上，在 20 世纪七八十年代，欧美等先进国家就已经开始实施管道生产的自动化，从原材料的投入，生产，检验，包装，入库到出库，除了检验和包装外，基本上实现了无人化操作。国外管件生产自动化主要表现在，配方原料必须经过专业厂家造粒，通过专门的原料罐车送至管件生产厂家。通过高压泵将原材料送入大型贮料箱，并经中央进料管道送入各注射机料仓。将所制造出来的管状制品，一部分是从机器上自动落到注射机下面的传送带上，一部分是用机器人放在注射机旁边的传送带上，在传送带的出口处装有一个大的圆盘，然后工作人员就可以将它们集中地打包。因为进口原材料在出厂之前都要进行严格的检验，以确保其品质和品质的稳定性，所以在对其进行的检验时，仅在转盘上进行了随机取样，工作人员只是对其进行了归类、贴上标记，而对于每个箱子的数量，则采用了一种电子秤来中国科技期刊数据库 工业 A-177-称重，即把包装盒放在电子秤上，到达装箱后再进行密封，并贴上标记。将已完成的商品堆放于专门的货盘中，并通过货梯将其送至立体仓储的进口位置，并将商品的商品名称录入到指定的货位中。2 PVC-U 管材生产工艺流程 一般 PVC-U 管的制造过程相对较为简便，它的制造方法是采用 SG-5 型 PVC 树脂作为原料，按照生产需要辅助添加稳定剂填充剂等一系列添加剂，然后通过机械装置加热、搅拌、混合，让它们完全融合在一起，然后按照 PVC-U 管生产原料的状况和生产目的，选择合适的挤压装置进行加工。PVC-U 管的生产工艺很多，但在特定的生产工艺中，最常用的生产方法就是用粉末作为原材料进行挤压，这样就可以提高产品的产量。在采用该方法进行加工时，需要特别关注以下几个方面：第一，粉末制造方式与采用原料造粒后进行挤出生产的方法不同，它没有将搅拌剪切工序包含在内，所以需要使用双螺杆挤出装置对粉末材料进行一次性挤压，从而提高其剪切增塑性能。其次，由于粒料的紧实率较粉状物料要大得多，所以在制作时很可能会发生热量传递不均衡等一系列问题，所以施工时一定要按照原料的状况对加工温度进行适当的控制。在塑料挤出行业与 PVC 挤出相关的技术文献中，有关锥形双螺杆挤出机工艺温度设定和控制，基本有两种思路：一种是低温工艺，温度设定大致在 165-175左右；一种是常温工艺，温度设定大致在 175-185左右；在温度设定趋势上，有前高中低后高的“马鞍型”工艺，也有“阶梯型”流程模型，即从前端向后逐级提升。各种 PVC-U 管产品中，也存在着将螺旋管工作温度设定为 200或更高的超高温过程。采用上述方法并不一定都能得到合格的产品，但是有些方法虽然不一定能够达到标准，但是有些方法可以制造出相同的品质标准。为此，需要全面、系统地分析与研究各种工艺温度的优劣，从而做到由浅入深，从中提取出一种科学合理的工艺温度设置方法，从而能够有效地引导生产。事实上，国内挤压机业在多年的发展中，不管是从螺旋机构的压力分布，或是外部加热的能量分配，都为 PVC-U 塑料的良好均匀塑化创造了有利的条件。3 PVC-U管材的生产工艺控制与质量问题思考 3.1 混料与捏合 混料与捏合很容易被忽视。一般谈到捏合工艺，认为只要控制捏合温度即可。而在混合和揉和中，最主要的就是要使材料的分布更加均匀，同时也要让挥发性的物质更加完全地散发出来。如果材料分布不均，则会导致挤压制品的质量不稳定；由于易挥发物质的不完全蒸发，在挤压过程中极易出现汽泡及起皱现象，从而严重地降低了制品的质量。在 PVC-U 管制造过程中，配料的品质对成品的品质有很大的影响，搅拌的目标就是让不同种类的材料进行充分的搅拌，并且可以在某种程度上增塑并去除其中的水份。由于混合时间、干混料的视密度以及在高速搅拌机上的投料速度等都会影响到混合速度，因此，通常推荐的混合速度为 115-135，而对于高速混合机来说，混合时间为8-10min，如果原料含有大量的水份，则需要适当升高出料的温度，但是要避免由于高温引起的结块和分解。在低速搅拌机上，出液温度通常低于 45。对于干混物料，其视密度要达到 0.60-0.65 克/毫升，而高速搅拌设备的进料量应该被控制在其体积的 50-70%（比如对于一个高混腔体积 800L 的高速搅拌设备来说，其进料量应该在 200 公斤到 280 公斤左右，最好是 240 公斤左右）。此外，在高速搅拌机上，挥发性有机物容易发生冷凝，大量冷凝时会与 PVC 树脂粉、轻质碳酸钙、炭黑等物质发生团聚。为了提高产品的品质，在生产过程中，必须对原料的挥发性进行精确地调控，同时要保持搅拌头上的通气孔，防止“晶点”的生成，同时要将高比例的原料加入到 45 度以内，然后再经过40-60 目的筛分，从而达到提高产品品质的目的。3.2 螺旋线降温 在制造 PVC-U 管时，其熔融物的粘度很大，而且流动率很低，因此，要想有效地避免螺杆因摩擦引起的温升现象，进而造成螺杆的粘料分解等不利结果，就必须在制造 PVC 管的时候，适时地将螺杆的温度降下来，确保材料的塑化度，确保管内壁的光滑，从而提升管的内外壁的品质。此外，通常情况下，螺旋机的工作温度应保持在 80-100范围内，要防止因低温引起的压力升高而使 PVC-U 管的产能降低，甚至可能出现材料挤压不畅而损坏螺旋轴承等意外事件。所以中国科技期刊数据库 工业 A-178-螺杆冷却的方式十分重要。3.3 温度控制 PVC-U 管加工工艺十分复杂，是多个因素综合作用的结果，其中一个参数的变化就会引起制品的品质变化，而温度就是最主要的一个。在制造工艺中，如果温度太低，PVC-U 管很难完全塑性，所制成的管在外观、硬度等指标上都不能令人满意，在经过分流器支架之后，会有较大的接缝，在实际使用中，在受到内部和外部的应力作用下，接头处很可能会发生裂缝，从而导致损坏，从而对建设项目的建设和后期的使用质量产生影响。反之，在制作时，若温度太高，PVC 树脂原料就会有熔融分解的情况，并且还会产生变色、烧灼的问题，这就导致了接下来的生产中断。所以，工作人员必须按照生产规范等，对生产温度进行适当的调控，确保管道的加工合理。为了实现挤压过程的最佳化，必须认识和把握成型过程温度的确定标准。大规模的产品试验表明，可以将下列三种情况用作比较：（1）聚氯乙烯的耐热性能：聚氯乙烯是一种温敏高分子，在 100左右，PVC 就会发生分解，150左右则会加快分解速度。相反，在 160时，PVC 的玻璃化状态从高弹态转变为粘性状态。所以不能用单一 PVC树脂对其进行处理，而需要加入耐热稳定剂以提高其耐热性能。然而，普通 PVC 树脂在 180，30 分钟和200，20 分钟下进行稳定剂的测定。所以 PVC 树脂的塑化期和时效都不能超出此区间。（2）塑化度，亦称凝胶化程度，是 PVC 树脂中产品的结晶性和一次颗粒融合的指标。许多研究及试验数据显示：未经改性的 PVC-U 塑化度在 60%-65%时，也就是原始颗粒还没有充分塑化而只有很大一部分熔融状态下，冲击韧性最好，在 60%的塑性状态下，拉伸强度达到了最大值；当熔体的温度在 150以下时，塑化度为零；低于 190的熔融条件下，可以清楚地看到原始颗粒的存在，其塑化程度小于 45%；当熔融温度约200时，主要颗粒边界基本消失，只有少量原始颗粒出现，塑性达 70%；当熔融温度高于 200时，所得到的原始颗粒基本可塑，其塑化率大于 80%。（3）与 CPE 共混体系的加工温度：PVC 产品都是通过添加 CPE 进行共混、增韧，但 CPE 的使用温区相对较窄，经过多次实验证实，在 190与 200时，PVC产品的显微组织结构有很大差异。在 190下，该改性剂颗粒在 PVC 基体上已形成一层网络状，具有较强的耐撞增韧作用；200时，PVC 原始颗粒全部熔化，网络状组织变为球状，并在 PVC 中弥散，使 PVC 的耐撞性大大降低。从上述讨论中可以看到：使用 CPE 对 PVC进行改性处理的技术要求很高。而聚氯乙烯为“不定性”高分子，其老化过程除受温度影响外，还与其老化的过程密切相关。随着温度的升高，材料的降解速度加快，而随着温度的降低，材料的分解速度加快。为了避免高温熔融物在机器中滞留太久而导致的分解，螺旋管熔融物的温度最好是 180-185。在此基础上，将熔融物的熔融温度控制在 190-200之间，使熔融物在达到理想塑性的瞬间，立即从模具中挤出，从而达到理想的塑性条件，而不会因为高温而发生裂解。3.4 原材料检查方面 在管道的制造过程中，只能在确保原材料的品质符合设计需求的前提下，选择管道制造公司所选择的树脂材料，要求管材生产企业选用的树脂材料中，这样可以确保所使用的树脂材料可以进行管道的制造工作。此外，在原材料的选取上，也要让管道制造厂商对原材料进行试验检测，主要包括两部分，首先是进场前的检验，由检验人员利用专门的仪器来进行这项工作，如果发现原料的品质有问题，就要进行替换。其次，对于储存材料的测试，主要是对原材料的水分、稳定性等多项进行测试，如果储存的品质达不到管道的使用需求，那么就必须进行材料的更换，以保证整个系统的正常运转与发展。3.5 降温和定长过程中的张力控制 真空冷却定型是在冷却水喷淋冷却下，利用真空泵产生的负压将管坯外表面吸引到定直径套的内壁上进 行 冷 却 成 形，通 常 真 空 定 形 的 真 空 度 为0.02-0.05MPa，水的温度通常为 235，为了获得最好的降温作用，真空箱内的喷射水应该呈现出雾状。为了确保管材的外表质量，在实际操作中必须对真空和热水温度进行严格的控制，如果真空程度低，管道的直径就会变得很小；相反，如果负压较高，管道直径较大，则会产生抽气，如果温度太低，则会引起骤冷，使管道变脆；如果水的温度太高，就无法很好的降温，造成管道的变形。中国科技期刊数据库 工业 A-179-参考文献 1葛长喜.化工企业高能耗生产工艺过程节能降耗技术措施分析J.大众标准化,2022(06):178-180.2尤宏宇.浅析 PVC 生产工艺节能降耗途径J.化工管理,2019(20):175-176.3刘军.关于 PVC 生产工艺节能降耗的几点设想J.化工管理,2016(20):247.4钟县楼.PVC-U 管材生产工艺与质量提升探究J.低碳世界,2019,9(06):324-325.5赵建华.PVC-U 管材生产工艺与质量问题分析J.石化技术,2018,25(10):238.