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耐热聚乙烯(PE-RT )管材性能与加工工艺的探索

2020-08-06 15:24:36   来源:浙塑网   打印

    耐热聚乙烯作为塑料类管材,其与钢管、铁管等传统金属管材相比,不仅具有良好的稳定性、耐腐蚀性以及连接可靠性,同时还具有节能、不结垢、安装简单和施工方便的特点,能够满足地板采暖系统内部管道的各方面要求。由此可见,未来耐热聚乙烯管材在城市采暖工程中的广泛应用已经 成为必然趋势,而对于耐热聚乙烯管材性能与加工工艺的研 究,也是非常必要且具有现实意义的。
    1 耐热聚乙烯耐热聚乙烯又称 PE-R(Polyethylene of raised temperature resistance),是一种由乙烯单体与辛烯单体经过茂金属催化聚 合而成的非交联聚乙烯材料,属于可控制的支链分布结构, 通常被用于制作地热管材或冷热水供水管道[1]。从材料结构 上来看,由于乙烯单体与辛烯单体在聚合时均能够形成较长 的支链,且支链上存在6个碳原子C (支链长为6C),因此耐 热聚乙烯材料的链段数目会比较多,支链化程度也非常高, 很容易在长支链相互缠绕的状态下形成立体网状结构,与聚 乙烯材料的常规结构相比,立体网状结构的材料具有更好的 力学性能,能够有效提高自身对外应力的抵抗能力,而耐热 聚乙烯材料也因此具备了良好的热稳定性以及抗裂纹能力。
    2 耐热聚乙烯(PE-RT)管材性能特点2.1 柔韧性受结构特点的影响,耐热聚乙烯管材通常都具有着很 高的柔韧度,不仅能够轻易进行弯曲、盘卷,弯曲半径小最 高可达管外径的5倍,同时在弯曲状态下,其外部应力也能 够被分散到管材的各个部位上,基本不会出现应力集中的情 况。凭借这一特点,耐热聚乙烯管材在地热采暖系统建设中 的铺设十分简单、方便,施工人员只需按照管道线路长度要 求及管材质量要求准备足够的耐热聚乙烯管材即可,而无需 考虑管道线路转弯、管道衔接等问题,能够极大地提高管道 铺设施工效率。另外,由于耐热聚乙烯管材能够长期保持弯 曲、盘卷状态而不会损坏,因此铺设时对于管材的使用量也 会大大减少,管材浪费现象很少出现,这对于施工成本控制 有着很大的帮助。
    2.2 长期热稳定性耐热聚乙烯管材作为地热供暖管道的常用管材,其经常 会用于输送热水,因此长期热稳定性是非常好的。常规管材 在长期接触热水且处于高温环境的情况下,通常都会出现热 老化现象,具体可表现为拉伸屈服强度下降、断裂标称应变 就降低,这样就很容易导致管道损坏。而耐热聚乙烯管材即 使处于100T左右的高温环境下上千小时,其断裂标称应变 也能够保持在较高水平,拉伸屈服强度则会有所增加,这正 是耐热聚乙烯管材具有长期热稳定性的表现。
    2.3 散热性耐热聚乙烯管材不仅具有良好的长期热稳定性,能够作 为热水长期运输管道,同时还拥有较强的散热性,能够将管 道内部的热量迅速传递到外部空间,从而实现室内有效供暖, 而这也正是耐热聚乙烯管材能够用于地面供暖系统的重要原 因之一。管材散热性能主要由材料导热系数决定,当前常见 聚乙烯塑料管材的导热系数一般在0.15 wt/m-k~0.25 wt/m-k, 而耐热聚乙烯管材的导热系数则可以达到0.4 wt/m-k,这意味 着在同等条件下,耐热聚乙烯管材内热水的散热速度要远快 于交联聚乙烯管材等其他同类管材,如果应用到地面采暖系 统中,室内采暖效果必然会大大提升[2]。
    2.4 可回收性从加工过程上来看,耐热聚乙烯管材的加工流程虽然比 较复杂,但并未添加任何有毒助剂,同时无论是聚乙烯单体 还是辛烯单体、茂金属催化剂,都属于无毒害物质,这使得 耐热聚乙烯管材具有良好的可回收性,在废弃后仍可以回收 加工并进行再利用,不仅不会对环境造成污染,同时还可以 实现资源的有效节约。
    2.5 熔体强度高熔体强度是指聚合物在熔融状态下支持自身质量的能 力,是决定材料加工成型的关键因素,如果材料熔体强度过 低,那么加工时就很可能在高速牵引状态下变形,而耐热聚 乙烯管材的熔体强度通常在0.2 N ~ 0.25 N,与其他同类管 材相比较高,基本能够满足加工时的高速牵引生产需求,管 材加工后的尺寸也比较稳定。
    3 耐热聚乙烯(PE-RT)管材的加工工艺3.1 加工工艺原理与流程耐热聚乙烯管材的加工通常会先以中密度聚乙烯单体 与辛烯单体为材料,加入茂金属作为催化剂将二者聚合,形 成特殊的线型中密度乙烯共聚物,之后加入一定剂量的助 剂,就可以将乙烯共聚物塑化,并在模具中挤出圆形断面的 热塑性加热管,得到加热管后按照设计标准尺寸将其放入相 应的定径套中洒水冷却,就可以得到成型的耐热聚乙烯管 材。从加工流程上来看,耐热聚乙烯管材的加工可以大致分 为原料添加、挤出、真空定径、喷淋冷却、高速牵引、切割 和质检几个步骤,在质检阶段,如管材尺寸规格、质量性能 均符合相关标准要求,可以将其盘卷打包入库,如质检不合 格,则应将管材粉碎并作为回制料加入到原料之中。
    3.2 原料选用耐热聚乙烯管材的原料生产技术难度较高,其产品主要包 括美国陶氏、韩国SK、欧洲道达尔等,不同品牌的产品在整 体质量上并不存在太大差异,加工时可以根据实际情况进行选 择,但在原料的物理性能控制上,需要重点关注熔融指数、密 度、拉伸屈服度、拉伸断裂应力、断裂伸长率、导热系数和热 膨胀系数等几项指标,并按照相关标准对原料的多项物理性能指标参数进行严格把关。例如原料密度通常应在0.93以上,导 热系数与热膨胀系数分别应稳定保持在0.4 wt/m-k, 1.85 10-4/Ko

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