PPR管材擠出機(jī)對擠出成形質(zhì)量缺陷及解決對策 PP-R (Poly Propylene Random) 管，即無規(guī)共聚聚丙烯管，是當(dāng)今發(fā)達(dá)國家普遍采用的新型水管材料。PP-R 管道在歐洲已有 10 多年的使用經(jīng)驗(yàn)，由于其優(yōu)良的性能，近幾年來其*遙遙于其他塑料水管材料。
我國的 PP-R 管材生產(chǎn)及應(yīng)用也有幾年的時(shí)間，隨著國家大力推廣應(yīng)用化學(xué)建材，我國化學(xué)建材進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段，其中的新型塑料管的發(fā)展再次出現(xiàn)新的高潮，目前國內(nèi)在建筑冷熱水與采暖中幾乎都是采用 PVC-C、PE-X、鋁塑管和 PP-R 管，并逐步向 PP-R 管過渡。PP-R 管是當(dāng)今生產(chǎn)和應(yīng)用的熱點(diǎn)之一。PP-R 管的特點(diǎn)逐步被我國管道工程界認(rèn)同，PP-R 管除具有一般塑料管質(zhì)量輕、耐腐蝕、強(qiáng)度高、不結(jié)垢、使用壽命長等通用優(yōu)點(diǎn)外，還具有清潔和無毒、較好的低溫抗沖擊性能、長期耐熱和耐壓性、良好的保溫和節(jié)能性能，是真正的綠色環(huán)保建材產(chǎn)品，還具有系統(tǒng)連接和安裝方便、管件連接牢固，且是*性的連接等特點(diǎn)。加之PP-R 管具有優(yōu)良的性能價(jià)格比，因而使其從各種新型輸水管材中脫穎而出，短短幾年時(shí)間發(fā)展十分迅速，應(yīng)用十分廣泛。
我國已正式制訂并頒布了 GB/ T18742.2 -20002《冷熱水用聚丙烯管道系統(tǒng)》的國家標(biāo)準(zhǔn)，并于 2003 年1月1日正式實(shí)施。該標(biāo)準(zhǔn)正式實(shí)施后，我們根據(jù)《冷熱水用聚丙烯管道系統(tǒng)第 2 部分:管材》國家標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求，對市場的 PP-R管進(jìn)行了一次全面監(jiān)督檢查，檢查結(jié)果，總體上PP-R 管材的質(zhì)量雖較以往已有不同程度的提高，但是通過抽查生產(chǎn)企業(yè)和經(jīng)銷企業(yè)的產(chǎn)品總合格率為 70 %左右，其中經(jīng)銷企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量合格率僅為 50 %，說明目前市場上銷售的不合格PP-R 管材比例仍然相當(dāng)高，同時(shí)檢查發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量問題是多種多樣的。2006r年浙江省化學(xué)建材協(xié)會委托國家化學(xué)建材質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心對浙江省部分管材市場進(jìn)行的產(chǎn)品抽檢結(jié)果日前揭曉，塑料管材產(chǎn)品的質(zhì)量狀況觸目驚心。聚丙烯PP-R管抽檢合格率僅10%。
現(xiàn)簡要分析一下，影響PPR管材質(zhì)量的各種因素：
1、PP-R 管材生產(chǎn)原料
PP-R 原料其化學(xué)名稱為 :丙烯-乙烯無規(guī)共聚物，由丙烯和乙烯的混合氣體進(jìn)行共聚合，所得到主鏈中無規(guī)分布丙烯和乙烯鏈段的共聚物。質(zhì)量良好的 PP-R 原料，應(yīng)符合 GB/ T1888742.1標(biāo)準(zhǔn)要求，有zui小必須強(qiáng)度 SMR 保證值。質(zhì)量較好的PP-R原料主要來自Borealis和Hostalen等公司，所提供的原料有SMR保證值，并且對原料的性能與管子性能間關(guān)系有較深入的研究，特別是乙烯含量對管子整體性能的影響。目前市場上PP-R料的牌號較雜，性能參差不齊，使用上也有很大的差別，有些牌號的PP-R料不太適合用于熱水管和壓力管，加土某些企業(yè)的宣傳不太切合實(shí)際，極易在幣場上造成混亂。
2、PP-R管外觀質(zhì)量問題及其分析
按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，合格的PP-R管材外觀應(yīng)做到:色澤應(yīng)基本一致;內(nèi)外表ICI應(yīng)光滑、平整，無凹陷、氣泡和其它影響性能的表面缺陷;不應(yīng)含有可見雜質(zhì)。
國家標(biāo)準(zhǔn)對管材外觀質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，雖然僅僅是簡單的文字定性描述，但是其所有的定性指標(biāo)，均能體現(xiàn)管材重要的內(nèi)在質(zhì)量。管材外觀合格與否，與產(chǎn)品的原料和加工工藝密切相關(guān)，因此管材的外觀質(zhì)量不僅影響管材的美觀，而日_影響管材的物理和化學(xué)性能，往往決定管材的整體質(zhì)量。所以管材的外觀檢驗(yàn)是十分重要的，可以“由表及里”初步判斷產(chǎn)品的整體質(zhì)量。
2.1 外觀色澤
國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定合格的PP-R管材外觀色澤應(yīng)基本一致。關(guān)于管材的外觀色澤質(zhì)量要求，標(biāo)準(zhǔn)只是簡單原則的規(guī)定，但是我們在日常檢驗(yàn)中PP-R管材外觀色澤出現(xiàn)的問題是多種多樣的，有的管材局部變色或表面有斑點(diǎn)，外觀色澤不能做到均勻一致;有的表面暗淡無光或外表面有光亮透明的塊狀。所有局部變色、表面有斑點(diǎn)、表面暗淡無光、表面有光亮透明的塊狀等外觀色澤不合格的管材，其物理力學(xué)性能指標(biāo)大都達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，在使用過程中容易破裂。另有少數(shù)管材雖然外觀光澤明亮或彩色鮮艷，但是這類管材多為偽劣產(chǎn)品，其各項(xiàng)性能指標(biāo)與國家標(biāo)準(zhǔn)要求相差更遠(yuǎn)。
2.1.1局部變色，以致外觀色澤不均勻一致
(1)成因。PP-R管材是由PP-R樹脂經(jīng)擠出機(jī)擠出成型而成。擠出機(jī)的作用能使PP-R樹脂從晶體塑化到高彈態(tài)，進(jìn)而再塑化到熔融粘流態(tài)這一過程中，如果PP-R原料在擠出成型時(shí)所受到熱量和壓力不當(dāng)，會使原料狀態(tài)變化時(shí)發(fā)生分子構(gòu)型改變。過高塑化溫度破壞PP-R的分子結(jié)構(gòu)并產(chǎn)生分解變色。同時(shí)擠出速度過快，在機(jī)筒內(nèi)產(chǎn)生較高的摩擦熱，使物料溫度升高而分解變色。
(2)防治措施。鑒于PP-R樹脂的特殊性能，要求PP-R管材擠出加工過程中，應(yīng)避免塑化溫度過高和擠出速度過快，引起PP-R樹脂分子結(jié)構(gòu)的改變。因此對于生產(chǎn)PP-R管材的擠出機(jī)螺桿的設(shè)計(jì)要求采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)模型，使其有良好的低溫塑化能力和*擠出速度。要求螺桿的結(jié)構(gòu)能滿足PP-R物料能在較低的溫度和*擠出速度下擠出，并保證塑化質(zhì)量而不降低擠出量。用于生產(chǎn)PP-R塑料管的擠出機(jī)的螺桿料筒要用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)模型計(jì)算的確定各段壓力分布、熔融速率，使其有良好的低溫塑化能力。
2.1.2表面斑點(diǎn)，以致外觀色澤不均勻一致
(1)成因。造成管材表面斑點(diǎn)的原因，有可能是由加工原料引起的，也可能是由擠出工藝的缺陷引起的。生產(chǎn)管材的PP-R樹脂原料中如有水分，可能導(dǎo)致擠出成型管材表面形成斑點(diǎn)。 管材在擠出成型加土過程中采用真空槽式定徑時(shí)，水槽中的管子上如有氣泡，也會導(dǎo)致擠出成型管材表面形成斑點(diǎn)。
(2)防治措施。去除原料中的水分或消除水槽中管子上的氣泡。為確保水槽管子上無氣泡，必須做到:防止水槽的循環(huán)泵產(chǎn)生氣蝕，水槽中的水面保持在水口以上，增加水槽中水的循環(huán)量。
2.1.3表面暗淡無光
(1)成因。此類問題的產(chǎn)生原因，可能來自原料，也可能由于加工工藝參數(shù)不合適。 生產(chǎn)管材的原料中有水分，可能導(dǎo)致管材表面暗淡無光。 擠出加工熔體溫度不合適，擠出機(jī)擠出的熔融物料不均勻，定徑套過短，口模成型段過短等都可能導(dǎo)致管材表面暗淡無光。
(2)防治措施。去除原料中的水分或調(diào)整管材加工的工藝參數(shù)。
其中調(diào)整管材加工的工藝參數(shù)包括:選擇合適的熔體溫度，改善擠出機(jī)擠出的熔融物料的均勻性，使用長定徑套，增加口模成型段的長度。
2.1.4有光亮透明的塊狀
(1)成因。機(jī)頭溫度過高和冷卻不足。
(2)防治措施。降低機(jī)頭溫度和冷卻水開大。
2.1.5光澤明亮或彩色鮮艷
正規(guī)的PP-R管材應(yīng)是灰色或其它顏色的亞光。但我們在市場抽檢中發(fā)現(xiàn)有少數(shù)PP-R管材外觀光澤明亮或彩色鮮艷，這類管材是典型偽劣產(chǎn)品，這類管材不是采用PP-R樹脂生產(chǎn)加土的。這類偽劣產(chǎn)品與正規(guī)PP-R相比還具有其它一些顯著特征:其密度略大，落地聲比較清脆，手感更光滑。
這類偽PP-R管的危害很大，使用壽命僅為1至5年，而真PP-R管使用壽命均在50年以上。
2.2表面缺陷
按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，合格的PP-R管材內(nèi)外表面應(yīng)光滑、平整，無凹陷、氣泡和其它影響性能的表面缺陷。我們在日常檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)PP-R管材表面缺陷也是多種多樣的，其中有表面粗糙面不光滑、表面出現(xiàn)氣泡和斑點(diǎn)凹坑。
管材表面缺陷，常常影響管材的力學(xué)性能，從而在管道工程中留下隱患。如有的管材面有凹陷和氣泡，在高溫高壓使用條件下，就會在凹陷和氣泡處產(chǎn)生應(yīng)力集中，引起管道的破裂。
2.2.1表面粗糙不光滑
(1)成因。PP-R管材在擠出加工過程中，在高溫下擠出的管坯，需經(jīng)真空定徑槽的真空定型以及用恰當(dāng)冷卻手段和溫度及時(shí)冷卻定型，方能得到外觀質(zhì)量優(yōu)良的產(chǎn)品。管材的冷卻定型操作，主要是控制真空度和冷卻速度兩個(gè)參數(shù)。真空定型的真空度控制的確當(dāng)與否，將直接影響管材的表面質(zhì)量，真空度太高使管材表面粗糙;冷卻速度過快易在管材內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致管材表面粗糙。
另外，PP-R樹脂原料中的含有水分也會導(dǎo)致管材內(nèi)外表面粗糙。
(2)防治措施。將真空定徑槽的真空度和冷卻速度調(diào)整控制到*狀態(tài)。
去除PP-R樹脂原料中的水分。
2.2.2表面出現(xiàn)氣泡
(1)成因。擠出成型溫度對管材制品的質(zhì)量和產(chǎn)量均有十分重要的影響。溫度過高，聚合物分解，表面產(chǎn)生氣泡。
原料中含有水分，可能導(dǎo)致熔體中出現(xiàn)氣泡，導(dǎo)致管材表面出現(xiàn)氣泡。
(2)防治措施。正確控制管材的擠出成型溫度;去除PP-R樹脂原料中的水分。
2.2.3表ICI出現(xiàn)斑點(diǎn)凹坑
(1)成因。高溫下擠出的管坯，冷卻成型時(shí)冷卻速度對制品的性能有一定的影響，冷卻過快易在管材內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，并降低外觀質(zhì)量。冷卻水流量過大，管子表面就會粗糙，生斑點(diǎn)凹坑。原料中含有水分，可能導(dǎo)致管材內(nèi)壁出現(xiàn)凹坑。
(2>防治措施。
將真空定徑槽的冷卻速度調(diào)整控制到*狀態(tài)。除樹脂原料中的水分
3、 不透光性質(zhì)量問題及其分析......
按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，合格的PP-R管材，應(yīng)是*不透光。在PP-R管材的不透光性檢測中發(fā)現(xiàn)有的管材出現(xiàn)輕微透光或半透光。
檢測所發(fā)現(xiàn)的輕微透光或半透光管材，經(jīng)進(jìn)一步檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該類管材均為偽劣產(chǎn)品，其管材的樹脂成分均為雜牌PP-R樹脂，這類情況大都是由于少數(shù)企業(yè)，為追求高額利潤，降低成本，不惜選用低能PP-R樹脂或其它材料冒充PP-R原料。這類管材的所有物理力學(xué)和化學(xué)性能指標(biāo)以及系統(tǒng)適應(yīng)性均遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，若在工程中使用，其危害是不言而喻的。
4、 規(guī)格及尺寸質(zhì)量問題及其分析......
國家標(biāo)準(zhǔn)對PP-R管材的公稱外徑、平均外徑以及與管系列S對應(yīng)的壁厚做了具體規(guī)定。管材的規(guī)格和尺寸指標(biāo)是管材的重要質(zhì)量指標(biāo)。我們在對PP-R管材的規(guī)格和尺寸的檢驗(yàn)中，管材公稱外徑、平均外徑及壁厚不合格的情況均有發(fā)生。公稱外徑、平均外徑的合格與否將影響管材的應(yīng)用和施工質(zhì)量，規(guī)格和尺寸指標(biāo)不合格的管材不能與管件很好連接，同時(shí)可能降低連接處的耐壓強(qiáng)度，留下管道破裂和滲漏的隱患。壁厚的質(zhì)量也將影響管材的物理力學(xué)性能。
(1)成因
PP-R管材在擠出成型加土過程中，在真空定型時(shí)，其真空度控制的恰當(dāng)與否，將直接影響管材的尺寸精度。真空度太低，對管坯的吸附力不足，管坯容易變形，而使管材公稱外徑、平均外徑和壁厚產(chǎn)生誤差。
擠出和牽引速度直接影響管材的壁厚、尺寸公差。擠出和牽引速度過快，造成管材壁厚負(fù)誤差，擠出和牽引速度太慢，造成管材壁厚正誤差。
(2)防治措施
將真空定型的真空度調(diào)整并穩(wěn)定在*值，真空度的控制與真空槽的密封程度及真空泵性能密切相關(guān)。
控制消除擠出成型系統(tǒng)的不穩(wěn)定性因素，確保擠出和牽引速度的恒定。
5、 物理性能和化學(xué)性能質(zhì)量問題及其分析
國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定PP-R管材的物理力學(xué)性能和化學(xué)性能指標(biāo):包括縱向回縮率、簡支梁沖擊試驗(yàn)、液凈壓試驗(yàn)、熔體質(zhì)量流動速率、凈液壓狀態(tài)下熱穩(wěn)定性試驗(yàn)。 我們在對PP-R管材的物理力學(xué)性能和化學(xué)性能檢驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)有些管材在進(jìn)行液凈壓試驗(yàn)時(shí)產(chǎn)生破裂和滲漏。液凈壓試驗(yàn)項(xiàng)目是PP-R管材關(guān)鍵的物理力學(xué)性能指標(biāo)，它直接影響管材的使用性能和壽命。
(1)成因
液凈壓試驗(yàn)不合格的主要原因，既有管材的原料不符合標(biāo)準(zhǔn)要求造成的，也有擠出成型的加工設(shè)備和加工工藝參數(shù)不規(guī)范造成的。
原料問題造成進(jìn)行液凈壓試驗(yàn)時(shí)產(chǎn)生破裂和滲漏的原因有：(1)按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，生產(chǎn)PP-R管材應(yīng)使用符合GB/T1888742. 1標(biāo)準(zhǔn)要求的正規(guī)PP-R樹脂，原料應(yīng)有zui小必須強(qiáng)度SMR保證值。但是有些PP-R管材使用質(zhì)量不符要求的雜牌PP-R樹脂，這類PP-R樹脂分子鏈中的支鏈太多，缺少SMR數(shù)據(jù)，用其生產(chǎn)的管材耐高溫性能差;(2)雖采用符合GB/T1888742. 1要求的正規(guī)PP-R樹脂，但由于生產(chǎn)管理混亂，生產(chǎn)過程中混進(jìn)了雜質(zhì)或水分，以致管材表面存在可見雜質(zhì)或氣泡，在可見雜質(zhì)或氣泡處會產(chǎn)生應(yīng)力集中，為此造成管材的液凈壓試驗(yàn)不合格。
擠出成型的加工設(shè)備和加工工藝參數(shù)不規(guī)范造成的管材表面有斑點(diǎn)凹坑和氣泡缺陷(本文前面己經(jīng)提及)，同樣在管材表面有斑點(diǎn)凹坑等缺陷處，也會產(chǎn)生應(yīng)力集中，造成管材的液凈壓試驗(yàn)不合格。
(2)防治措施
使用符合GB/T1888742. 1標(biāo)準(zhǔn)要求的正規(guī)PP-R樹脂，加強(qiáng)管理防止原料混進(jìn)雜質(zhì)或水分。使用符合要求的擠出成型的加工設(shè)備和加工工藝參數(shù)，防止管材表面產(chǎn)生斑點(diǎn)凹坑和氣泡缺陷。
