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聚乙烯管材行业发展历程及应用研究
日期:[2019-7-30 11:27:50]   共阅[170]次

  聚乙烯管材行业发展历程及应用研究:

  聚乙烯材料的应用非常广阔,管材领域只是聚乙烯应用领域中其中一个重要方面。由于HDPE和LDPE物理性能上存在差异,所以两种材料在管材应用领域上各有不同:低密度聚乙烯(LDPE)具有良好的柔韧性。但是,抗压耐压强度较低,所以只能用于低压力小直径的管材,它经常被制作成盘管而用于农村改水和一些非长期使用的场合。而高压聚乙烯材料由于具有较好的抗压性能,所以HDPE广泛应用于压力管领域(比如给水、供气、城市排水等)。70年代末,欧美某些化学企业也相继推出了新型的聚乙烯材料MDPE,MDPE的应用尚在推广阶段,这几种材料在给水管领域的应用比例如下:

  在塑料管行业发展的前期,聚乙烯压力管材的使用是远小于聚氯乙烯,其主要原因是受到成本的约束,在早期,聚乙烯管材料主要是PE63,高性能、高强度的超高分子量聚乙烯管材尚未开发成功,而使用PE63以下的管材料,在同样的压力和直径下,聚乙烯管的管壁比聚氯乙烯管厚一倍以上。所以其制造成本远比PVC高,而且只能用在低压下小直径领域。同样是直径Φ200,同样是1Mpa压力等级,PE63管材壁厚是18。2毫米,而UPVC的管材壁厚是8。7毫米,也就是说,PE63的管材重量是UPVC管材的1。42倍,所以在制造材料成本上,PE63与UPVC相比,在材料成本上无法抗衡。

聚乙烯管

  随着HDPE新材料、新技术的出现,这种成本(重量)上的差异发生了很大的变化,随着第二代聚乙烯管材料(相当于PE80)和第三代聚乙烯管材料(相当于PE100)的出现,在同样直径Φ200同样压力等级及条件下,相同长度的PE的聚乙烯管材重量只是UPVC管材的0。93。所以,第二代和第三代的聚乙烯管材料不仅显著地提高了PE的最小要求强度,而且也提高了抗环境应力开裂性能,而且具有显著的抗裂缝快速增长能力,更重要的是在同样使和压力下可以减少壁厚,增加输送截面,(例如在10巴压力下输送水,Φ200直径的PE100聚乙烯管比Φ20PE80的聚乙烯管壁厚可以减少33%,输送截面增加16%)。而在同样壁厚下增加所用的压力,提高输送能力(例如:在同样壁厚下输送天然气,使用PE100的聚乙烯管输送压力可以达到10巴,用PE80聚乙烯管输送压力只能达到4巴),随着聚乙烯技术的改进、经济效益是显著的,最近有报道说,第四代聚乙烯管材料PE125已经开发成功,由此可以预测,更大直径,更具经济性的聚乙烯压力管道更具有广阔的使用领域。

  聚乙烯管材(PE管材)生产线包括挤出主机,管材模头定型装置、定型模具、冷却装置、牵引装置、切割装置、收集装置等部分。联塑机器在聚乙烯管材挤出领域,一直以高速生产高品质的管材为发展方向,对Φ250mm以下的管材生产技术而言,生产速度和生产稳定性显得非常重要,而对Φ250mm以上规格的管材生产技术来说,质量的保证和生产的稳定性和设备的可靠性是最重要的,纵观目前国内企业对大口径(Φ630以上)高压力等级(壁厚较大)的聚乙烯管材的生产技术尚处在起步阶段,对很多企业来说,以高速生产高品质的大口径聚乙烯管材无疑是一个最新的课题。

  聚乙烯管材挤出生产线的重要核心之一,就是挤出机。对于聚乙烯管材的加工,最广泛使用的主机都是单螺杆挤出机。单螺杆挤出机是一种已有几十年发展历史的机种,对国内很多企业来说,单螺杆挤出机设计还是运用传统的设计理论为依据,因此,这类型的单螺杆挤出机存在以下缺陷:低扭矩、低挤出量;高混炼与稳定挤出相冲突。高产量依赖于大直径的螺杆。因此,传统的单螺杆挤出机只能满足PE63以下材料的加工,由于挤出量的限制,生产大口径高压力等级的PE管材比较困难,如果生产Φ400、PN0。8的PE管材,使用传统的机型,必须选择螺杆直径Φ200MM以上的单螺杆主机,这样就增加了设备的加工难度,更重要的是产量/功率的比例就显是太低、耗能太大。

  因此,为了达到最佳的熔体质量与制品质量,不断提高生产效率,高品质的单螺杆挤出机必须满足下列的要求:高扭矩、以保证高挤出量。合理的螺杆直径,极高的挤出量。理想的混炼效果,稳定的高挤出量。严格控制剪切作用,以获得理想的物料温度,防止由于降解与交联导致材料性能的变化。较大的加工适应性:在较小机型在达到较高的挤出量,只有使用斜度沟槽衬套的挤出机才能实现。这种挤出机配置了一个具有特殊结构的加料衬套,内孔表面具有多条带有斜度沟槽,沟槽的数目和深度同样会影响挤出机的产量,在沟槽的外壳布置一个螺旋环形槽的冷却系统,以实现对喂料区域的温度控制并且与相邻的高温机筒区相隔离。这种结构大大提高效率,因此,在这种系统里,决定整台挤出生产线产量的不是系统的反压,也不是简单加料段的螺槽深度,而是相互配合的输送效率。

  为了更好地提高主螺杆的塑化效率,联塑机器首先倡导了一种简称为"双阶式螺杆"。双阶式螺杆的基本原理就是把两根单独的螺杆所配合而产生的优点结合起来,在这种双阶式螺杆结构中,物料的塑化不全依赖在压缩比的大小,剪切的大小上,而主要体现在物料的混合以及相互的热交换上。

  因此,特殊的斜沟槽加料衬套和双阶式螺杆的相互结合,体现了一种全新理念的单螺杆机型,这种机型的优点如下:突破传统的产能概念可以实现小螺杆高产能的目标,有效地合理控制物料所受的剪切,完成其塑化,提高了挤出机的加工适应性、真正达到一机多用,一杆多用的效果。对于双阶式螺杆系统而言,螺杆机筒的材质应与传统的氮化钢材质有所改进,提高螺杆的抗韧抗弯强度,提高机筒螺杆的滑动效率,材料及工艺处理的方法有两种:一是采用双金属材料;二是采用合金主体烧结特殊合金材料。

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