一种pe管材生产加工的提速方法
阅读说明：本技术 一种pe管材生产加工的提速方法 (Speed-up method for PE pipe production and processing ) 是由 谷新剑 李挺 洪伟武 金红蕾 霍福磊 于 2021-07-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种PE管材生产加工的提速方法,它先确定PE管的生产过程,再测试PE管材成品的相关性能与其生产速度之间的关系,具体为：先保持挤出机的口芯模间隙不变,测定PE管材成品的断裂伸长率与管材生产速度之间的关系曲线,再设定一系列n个不同的生产速度,每一个固定不变的生产速度下均测定PE管材成品的断裂伸长率与口芯模间隙之间的关系曲线,将n个生产速度下总计拟合得到的n个线性方程整合在一起,可得到断裂伸长率y与口芯模间隙的距离x之间的粗略关系公式,最终再确定口芯模间隙的距离x和生产速度v之间的关系。本发明的方法能测试PE管的性能与其生产速度之间的关系,这方便从生产工艺上进行调整,使PE管材在生产中得到提速。(The invention discloses a speed-up method for PE pipe production and processing, which comprises the steps of firstly determining the production process of a PE pipe, and then testing the relation between the relevant performance of a finished PE pipe and the production speed of the finished PE pipe, and specifically comprises the following steps: keeping the gap between the mouth core mold of the extruder unchanged, measuring a relation curve between the elongation at break of the finished PE pipe product and the production speed of the pipe product, setting a series of n different production speeds, measuring the relation curve between the elongation at break of the finished PE pipe product and the gap between the mouth core mold at each fixed production speed, integrating n linear equations obtained by fitting the n production speeds in total to obtain a rough relation formula between the elongation at break y and the distance x between the mouth core mold gaps, and finally determining the relation between the distance x between the mouth core mold gaps and the production speed v. The method of the invention can test the relation between the performance of the PE pipe and the production speed thereof, which is convenient for adjustment from the production process, and the PE pipe is accelerated in production.)
技术领域
本发明涉及一种PE管材生产加工的提速方法。
背景技术
PE管是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂管材，由于PE管具有无毒、无味、无臭、良好的耐寒、耐热性和化学稳定性、较高的刚醒和韧性，以及机械性能好、安装方便等诸多优点，被厂泛的用于建筑给、排水、埋地排水管、输气管及电讯工程等领域。
PE给水管材在生产上提速后，会面临管材相关性能下降的情况，比如断裂伸长率下降、纵向回缩率升高等等。为了使管材在提速过程中，不失去本该有的性能，从生产工艺上进行调整，寻找性能、速度、工艺改进三者之间的关系和规律。
发明内容
针对现有技术存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种PE管材生产加工的提速方法。
所述的一种PE管材生产加工的提速方法，其特征在于包括，
一、PE给水管材的生产：
将制备PE管的各种原材料混合均匀，然后投入到挤出机中，通过所述挤出机内的螺杆将混合料推入到挤出模头，所述挤出模头包括芯模及套设在芯模外侧的口模，PE管坯经所述挤出模头的口芯模之间间隙的环形流道挤出后，真空冷却定型，由引出机引出成型的PE管材，切割，得到PE管材成品；
二、测试PE管材成品的相关性能与其生产中的操作参数之间的对应关系
S1：测定PE管材成品的断裂伸长率与管材生产速度之间的关系曲线
按照步骤一的方法进行PE管的生产，PE管的生产速度即为PE管坯的挤出速度，保持所述口芯模间隙不变的条件下，在不同的生产速度v下分别生产PE管，并对得到的PE管材成品分别测定断裂伸长率y，根据其生产速度v和断裂伸长率y进行曲线拟合，得到如公式1所示的线性方程：
公式1：y＝av+b，a,b均是常数；
S2：测定PE管材成品的断裂伸长率与口芯模间隙之间的关系曲线
首先，设定一系列n个不同的生产速度，每一个固定不变的生产速度下均测定PE管材成品的断裂伸长率与口芯模间隙之间的关系曲线；
其中，第1个设定的生产速度保持不变下，在调控不同的口芯模间隙的距离x下分别生产PE管，并对得到的PE管材成品分别测定断裂伸长率y，根据其口芯模间隙的距离x和断裂伸长率y进行曲线拟合，得到第1个固定生产速度下拟合的线性方程：y＝a1x+b1，a1,b1均是常数；
以此类推，能够得到第n个固定生产速度下拟合的线性方程：y＝anx+bn，an,bn均是常数；
将上述n个生产速度下总计拟合得到的n个线性方程整合在一起，可得到断裂伸长率y与口芯模间隙的距离x之间的粗略关系公式，如公式2所示：
公式2：y＝Ax+B，其中A表示(a1，……，an)中的最小值与最大值之间的数值范围，B表示(b1，……，bn)中的最小值与最大值之间的数值范围；
S3：确定口芯模间隙的距离x和生产速度v之间的关系
将步骤S1所得公式1与步骤S2所得公式2进行整合，可得口芯模间隙的距离x和生产速度v之间的粗略关系公式，如公式3所示：
公式3：x＝(a/A)*v+(b-B)/A，
根据公式3能够看出，在保持PE管材成品的断裂伸长率不变情况下，当对PE管进行生产提速时，口芯模间隙的距离x应该调整在多少范围内。
所述的一种PE管材生产加工的提速方法，其特征在于步骤一种，PE给水管材的生产步骤具体为：将制备PE管的各种原材料加入到混料机中，在60～80℃温度下混合均匀得到混合料，然后将混合料投入到挤出机中，通过所述挤出机内的螺杆将混合料推入到挤出模头，所述挤出模头包括芯模及套设在芯模外侧的口模，口模与芯模之间构成用于挤出PE管坯的模口环流流道，PE管坯经所述挤出模头的模口环流流道挤出后，采用真空冷却定径法对管材进行冷却定型，由引出机引出成型的PE管材，再经切割机根据要求的长度切断，得到PE管材成品。
所述的一种PE管材生产加工的提速方法，其特征在于挤出机挤出的各区温度如下：
机筒温度：一区，160-165℃；二区，155-160℃；三区155-160℃；四区155-158℃；
模具温度：一区，155-160℃；二区，165-170℃；三区165-170℃；四区180-200℃。
所述的一种PE管材生产加工的提速方法，其特征在于真空冷却定型的真空度为-0.02～-0.04MPa，冷却温度为20-30℃。
所述的一种PE管材生产加工的提速方法，其特征在于步骤一的步骤S1或S2中，PE管的生产速度在10-16m/min范围内。
所述的一种PE管材生产加工的提速方法，其特征在于步骤一PE给水管材的生产中，口模内径为48mm，芯模外径在34-37mm范围内；步骤二的步骤S2中，口芯模间隙的距离x控制在11～14mm范围内。
本发明取得的有益效果是：
1、本发明的方法能够很好的测试PE管材成品的相关性能与其生产中的操作参数之间的对应关系，通过实验我们发现，当生产速度(v)提速1m/min时，要使断裂伸长率(y)不变，需增大口芯模间隙的距离(x)的数值。在保证PE管材成品的相关性能不变的情况下，PE管的生产速度(v)与口芯模间隙的距离(x)存在着一定的规律关系，这方便从生产工艺上进行调整，使PE管材在生产中得到提速。
2、本发明PE给水管材的提速方法应用于dn20～dn63的给水管材规格，根据挤出工艺的通性，同样适用于PP-R管材，PE-RT管材等等。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1：
在本发明实施例1中，PE给水管材的生产步骤具体为：
将制备PE管的各种原材料加入到混料机中，在70℃温度下混合均匀得到混合料，然后将混合料投入到挤出机中，通过所述挤出机内的螺杆将混合料推入到挤出模头，所述挤出模头包括芯模及套设在芯模外侧的口模，口模与芯模之间构成用于挤出PE管坯的模口环流流道，PE管坯经所述挤出模头的模口环流流道挤出后，采用真空冷却定径法对管材进行冷却定型，由引出机引出成型的PE管材，再经切割机根据要求的长度切断，得到PE管材成品。
PE管的生产速度即为PE管坯的挤出速度。
其中，挤出机挤出的各区温度如下：
机筒温度：一区，160℃；二区，158℃；三区158℃；四区156℃；
模具温度：一区，158℃；二区，168℃；三区168℃；四区190℃。
真空冷却定型的真空度为-0.03MPa，冷却温度为25℃。
在PE管的生产过程中，PE管坯经所述挤出模头的模口环流流道挤出后，采用真空冷却定径法对管材进行冷却定型，在这个过程中，因为牵引机的牵引和挤出机的挤出，管坯呈圆台状被进行拉伸，管材的内径、外径均慢慢变小。在一定的挤出量及牵引速度范围内，即使牵引速度发生一定的改变，且挤出模头的口模规格和芯模规格怎么发生改变，最终生产得到的PE管成品的壁厚和外径均仍然是不变的，但是会对PE管成品的断裂伸长率产生影响。
例如，生产规格为dn32×en3.0的PE管产品过程中，设定好牵引速度为15.30m/min，挤出量为设备固定值，无论口芯模间隙为14mm、13mm、12mm还是11mm，管材经过真空冷却定径之后，其壁厚和外径均不发生变化。
实施例2：
PE给水管材的具体生产步骤同实施例1，制备PE管的各种原材料混合为原料A(原料A为吉林石化PE100原料，牌号GC100S)。使用原料A，PE管成品的规格为dn32×en3.0试验。
S1：测定PE管材成品的断裂伸长率与管材生产速度之间的关系曲线
保持所述口芯模间隙不变的条件下(具体限定口模内径为48mm，芯模外径在34mm，口芯模间隙的距离x控制在14mm)，在不同的生产速度v下分别生产PE管，并对得到的PE管材成品分别测定断裂伸长率y，生产速度v与PE管材成品的断裂伸长率y之间的对应关系结果见表1。
表1原料A不同生产速度与管材相关性能结果
管材序号
生产速度m/min
断裂伸长率平均值％
1#
11.40
629.40
2#
12.47
609.73
3#
13.16
601.13
4#
14.35
554.70
5#
15.30
546.63
根据表1结果，其生产速度v和断裂伸长率y进行曲线拟合，得到如公式I所示的线性方程：
公式I：y＝-21.22v+871.32。
S2：测定PE管材成品的断裂伸长率与口芯模间隙之间的关系曲线
首先，设定一系列n个不同的生产速度，每一个固定不变的生产速度下均测定PE管材成品的断裂伸长率与口芯模间隙之间的关系曲线。具体在本实施例中，选取11.40、13.16、15.30三个速度进行口芯模间隙调整，此次配置的模具尺寸为48/34、48/35、48/36、48/37，以上尺寸均为口模尺寸/芯模尺寸，单位为mm。
表2速度15.30m/min下原料A不同口芯模配置与管材相关性能结果
根据表2口芯模间隙的距离x和断裂伸长率y进行曲线拟合，得到第1个固定生产速度(15.30m/min)下拟合的线性方程，如公式II所示：
公式II：y＝-28.88x+950.91。
表3速度13.16m/min下原料A不同口芯模配置与管材相关性能结果
根据表3口芯模间隙的距离x和断裂伸长率y进行曲线拟合，得到第2个固定生产速度(13.16m/min)下拟合的线性方程，如公式III所示：
公式III：
表4速度11.40m/min下原料A不同口芯模配置与管材相关性能结果
根据表4口芯模间隙的距离x和断裂伸长率y进行曲线拟合，得到第3个固定生产速度(11.40m/min)下拟合的线性方程，如公式IV所示：
公式IV：
综合上述公式II、III、IV可得到口芯模间隙距离(x)和断裂伸长率(y)的粗略公式IIV：
公式IIV：y＝(-28.88～-13.96)x+(950.91～824.84)。
将公式IIV和公式I进行整合，可得到口芯模间隙距离(x)和生产速度(v)的粗略公式IIIV：
公式IIIV：
两式整合，可得：x＝(0.73～1.52)v+(2.76～-3.33)。
由公式IIIV可得，当生产速度(v)提速1m/min时，要使断裂伸长率(y)不变，需增大口芯模间隙距离(x)0.73～1.52mm。
实施例3：
PE给水管材的具体生产步骤同实施例1，制备PE管的各种原材料混合为原料B(原料B为抚顺石化PE100原料，牌号CRP100N)。使用原料B，PE管成品的规格为dn32×en3.0试验。
S1：测定PE管材成品的断裂伸长率与管材生产速度之间的关系曲线
保持所述口芯模间隙不变的条件下(具体限定口模内径为48mm，芯模外径在34mm，口芯模间隙的距离x控制在14mm)，在不同的生产速度v下分别生产PE管，并对得到的PE管材成品分别测定断裂伸长率y，生产速度v与PE管材成品的断裂伸长率y之间的对应关系结果见表5。
表5原料B不同生产速度与管材相关性能结果
根据表5结果，其生产速度v和断裂伸长率y进行曲线拟合，得到如公式1所示的线性方程：
公式1：y＝-9.82v+758.50。
S2：测定PE管材成品的断裂伸长率与口芯模间隙之间的关系曲线
首先，设定一系列n个不同的生产速度，每一个固定不变的生产速度下均测定PE管材成品的断裂伸长率与口芯模间隙之间的关系曲线。具体在本实施例中，选取11.21、13.10、15.06三个速度进行口芯模间隙调整，此次配置的模具尺寸为48/34、48/35、48/36、48/37，以上尺寸均为口模尺寸/芯模尺寸，单位为mm。
表6速度15.06m/min下原料B不同口芯模配置与管材相关性能结果
根据表6口芯模间隙的距离x和断裂伸长率y进行曲线拟合，得到第1个固定生产速度(15.06m/min)下拟合的线性方程，如公式2所示：
公式2：y＝-6.18x+697.79。
表7速度13.10m/min下原料A不同口芯模配置与管材相关性能结果
根据表7口芯模间隙的距离x和断裂伸长率y进行曲线拟合，得到第1个固定生产速度(13.10m/min)下拟合的线性方程，如公式3所示：
公式3：
表8速度11.21m/min下原料A不同口芯模配置与管材相关性能结果
根据表8口芯模间隙的距离x和断裂伸长率y进行曲线拟合，得到第1个固定生产速度(11.21m/min)下拟合的线性方程，如公式4所示：
公式4：
综合上述公式2、3、4可得到口芯模间隙距离(x)和断裂伸长率(y)的粗略公式5。
公式5：y＝(-9.74～-6.18)x+(777.31～697.79)。
将公式5和公式1进行整合，可得到口芯模间隙距离(x)和生产速度(v)的粗略公式6。
公式6：
两式整合，可得：x＝(1.01～1.59)v+(1.93～-9.82)。
由公式6可得，当生产速度(v)提速1m/min时，要使断裂伸长率(y)不变，需增大口芯模间隙距离(x)1.01～1.59mm。
实施例4：
PE给水管材的具体生产步骤同实施例1，制备PE管的各种原材料混合为原料A。使用原料A，PE管成品的规格为dn32×en3.0试验。
表9原料A不同生产速度与不同模具搭配的管材相关性能结果
序号
模具
生产速度(m/min)
断裂伸长率(％)
1#
48/36.5
17.53
553.32
2#
48/36.5
18.5
542.32
3#
48/36
18.03
560.64
4#
48/36
18.99
543.72
从表9中可以看出，当将口芯模配套从(48mm/36.5mm)变为(48mm/36mm)的时候，试验组1#和3#以及2#和4#的断裂伸长率基本持平。同时可以对比出，试验组3#相对1#提速0.5m/min，其口芯模间距增大0.52mm；同理，试验组4#相对2#提速0.49m/min，其口芯模间距增大0.52mm。即每提速1m/min，口芯模间距增大1.04mm，落在实施例2所得结果的区间内。
综上所述，根据实施例2和实施例3的实验结果，无论是使用原料A还是原料B，我们发现当生产速度(v)提速1m/min时，要使断裂伸长率(y)不变，需增大口芯模间隙距离(x)的数值存在交集：
因此，在生产过程当中，基于出模膨胀稳定的前提下，无论是使用原料A还是原料B，生产速度(v)提速1m/min时，要使断裂伸长率(y)不变，需增大口芯模间隙距离(x)只要在1.01mm～1.52mm即可。
本说明书所述的内容仅仅是对发明构思实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式。
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