蘇州市萬年通管業(yè)有限公司

PE-RT II管技術(shù)特性及其保溫管施工工藝分析

摘 要：本文通過PE-RT II管材的基本技術(shù)性能的描述及熱熔焊接工藝的分析，突出了PE-RT II作為一種耐熱型承壓管材，尤其在北方應(yīng)用于城鎮(zhèn)供熱系統(tǒng)二次管網(wǎng)-pe-rt II型耐熱聚乙烯預(yù)制直埋保溫復(fù)合管。

關(guān)鍵詞：PE-RT II；技術(shù)特性；熱熔焊接工藝

前言

自從塑料承壓管道問世以來，各種類型材料的塑料承壓管道不斷在工業(yè)領(lǐng)域和人們生活中得到廣泛應(yīng)用和發(fā)展，聚烯烴類的有：聚丙烯、聚乙烯、聚丁烯、聚氯乙烯、氯化聚乙烯等。近幾年來它們作為室內(nèi)給水管特別是熱水輸送和采暖管，在我國建筑領(lǐng)域已占據(jù)了重要地位。人們對(duì)這些不同種類管道的技術(shù)特征都有不同程度的認(rèn)識(shí)。它們?cè)趯?shí)際工程應(yīng)用中也有不同的優(yōu)勢(shì)和異同點(diǎn)。在這里主要談?wù)勀蜔峋垡蚁┕懿牡募夹g(shù)特性和加工特性，并對(duì)其熱熔接工藝予以分析。

1 耐熱聚乙烯材料

1.1分子結(jié)構(gòu)特征

 PE-RT II型管材，由高密度（hdpe）聚乙烯與乙烯共聚而成的。PE-RT II型管材料抗沖擊、耐開裂、耐劃傷強(qiáng)度性較好，且柔韌性和長期蠕變性能好，具有良好的耐低溫（-40℃）和高溫性能。

PE-RT II管按其共聚單體不同分為三種：

 1.乙烯與辛烯共聚-耐熱聚乙烯(C2 C8)；

 2.乙烯和己烯共聚-耐熱聚乙烯(C2 C6)以；

 3.乙烯和丁烯共聚的耐熱聚乙烯(C2 C4)。

二型耐熱聚乙烯（PE-RT II）無需交聯(lián)即具有優(yōu)良的長期靜液壓強(qiáng)度；具有可焊接性，并可采用所有的熔接方法；PE-RT II材料抗沖擊、耐開裂強(qiáng)度性較好，且柔韌性和長期蠕變性能好，具有與傳統(tǒng)高密度聚乙烯相同的良好的耐低溫 (-40℃)性能，長期工作的較低工作溫度為-30℃，并能耐高溫。

1.2 PE-RT II與非耐熱聚乙烯

通過分子設(shè)計(jì)技術(shù)，并采用茂金屬催化劑的新型合成工藝是合成PE80級(jí)以上承壓管道材料的先進(jìn)工業(yè)技術(shù)特征之一。PE-RT II也屬于PE80級(jí)，其工作溫度范圍可提高到80℃以上，并能保證50年的使用壽命，當(dāng)然其必須通過全部有地位單獨(dú)試驗(yàn)室進(jìn)行認(rèn)證的。PE-RT II耐熱性的提高主要得益于所用的共聚單體是1-辛烯而不是1-丁烯、1-己烯等，這樣優(yōu)化了支鏈的密度和微觀晶體結(jié)構(gòu)，達(dá)到了與交聯(lián)聚乙烯同樣的耐溫性能。

2 PE-RT II成型加工特性

PE-RT II屬高密度聚乙烯，作為耐熱聚乙烯，它在生產(chǎn)加工過程中無需交聯(lián)，克服了交聯(lián)聚乙烯生產(chǎn)工藝的復(fù)雜性、交聯(lián)度控制不穩(wěn)定性，使得整個(gè)管材的均質(zhì)，質(zhì)量穩(wěn)定。但PE-RT II的加工溫度范圍不是很寬，其熔體溫度一般控制在190℃左右，管材生產(chǎn)時(shí)若溫度過高，其熔體強(qiáng)度低，會(huì)影響其成型的穩(wěn)定性。管件的注塑成型一樣應(yīng)采取低溫低壓機(jī)理，要求冷卻必須均勻。因其熱傳導(dǎo)系數(shù)是聚丙烯、聚丁烯的2倍，成型收縮率及成型后收縮率都比聚丙烯大。交聯(lián)聚乙烯交聯(lián)度的大小決定了交聯(lián)聚乙烯的長期靜液壓強(qiáng)度，即其使用壽命。一般交聯(lián)聚乙烯的交聯(lián)度必須達(dá)到65％以上，這樣交聯(lián)結(jié)構(gòu)的形成是通過交聯(lián)劑（過氧化物、乙烯基三甲氧硅烷）在一定的溫度和壓力下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)聚乙烯支鏈的相互交聯(lián)而成，其加工的難度大且可變因素多，交聯(lián)度不易控制。PE-RT II對(duì)加工設(shè)備的適用性較強(qiáng)，一般聚烯烴單螺桿擠出機(jī)均可完成PE-RT II的成型加工，根據(jù)PE-RT II的材料特性進(jìn)行工藝參數(shù)的設(shè)定和調(diào)整即可。

2.1 PE-RT II成型工藝參數(shù)設(shè)置（參考）

機(jī) 筒 溫 度 ℃ 模 頭 溫 度 ℃ 水 溫 ℃ 機(jī)頭壓力MPa

Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅰ Ⅱ Ⅲ

170 175 180 185 182 182 181 181 181 200 35.1 34.5 30.2 16.2

2.2 擠出溫度

擠出溫度與原料的材質(zhì)、熔融指數(shù)MFR和所加工管材的管徑大小直接相關(guān)。從加料端至擠出機(jī)端機(jī)筒溫度控制在160℃～200℃范圍內(nèi)，機(jī)頭溫度在170℃～200℃，熔體溫度一般不得超過200℃。

3 熱熔焊接按工藝分析（以承插式為例）

3.1 PE－RT II材質(zhì)熱熔性能

PE－RT II是高密度聚乙烯，它的熱性能指標(biāo)如下：

表1

材質(zhì) 熔體流動(dòng)速率MFR（g/10min） 密度

g/cm3 維卡軟化點(diǎn) ℃ 熔點(diǎn)

Tm℃ 熱傳導(dǎo)系數(shù)Wt/m.k

PE-RT  II0.85 0.941 124.5 134.5 0.40

3.2 熱熔焊接工藝參數(shù)設(shè)定

焊接工藝要素有三個(gè)：溫度、壓力、時(shí)間。

3.2.1 焊接溫度確定：要考慮材質(zhì)的性質(zhì)及焊接處的質(zhì)量；

3.2.2 PE-RT和其它中密度聚乙烯一樣是屬部分結(jié)晶性熱塑性塑料，因此它的熱焊接溫度應(yīng)在熔融溫度Tm或材料粘流態(tài)轉(zhuǎn)化溫度Tf之上，在此溫度下塑料才能熔融流動(dòng)，塑料大分子才能相互擴(kuò)散和纏繞。通常聚乙烯、PP-R承插式熱熔溫度為260℃?10℃，因此PE－RT II熔融焊接也應(yīng)在此范圍內(nèi)進(jìn)行，但實(shí)際實(shí)驗(yàn)時(shí)差異較大，PE－RT II在260℃下進(jìn)行焊接會(huì)出現(xiàn)粘模頭現(xiàn)象。

3.2.3 另外焊接溫度受制于：a.焊接接頭處卷邊高度；b.樹脂熔體對(duì)工具的粘附；c.樹脂材料的熱氧化破壞，焊接溫度太高會(huì)產(chǎn)生熱氧破壞，析出揮發(fā)物（CO、不飽和烴等），焊接強(qiáng)度反而要降低。

3.2.4 加熱時(shí)間：是焊接過程中重要參數(shù)；

3.2.5 它與加熱工具一起，決定了焊件內(nèi)的溫度分布及產(chǎn)生工藝缺陷可能性及焊件形狀結(jié)構(gòu)。加熱時(shí)間太短，塑料件表面還未熔融，焊件時(shí)困難、壓力要大、焊件接觸面牢度不夠；加熱時(shí)間太長，由于溫度的傳導(dǎo)、輻射，整個(gè)管材都軟化了，在承插焊接時(shí)就不能進(jìn)行。

3.2.6 加熱時(shí)間長短還取決于材質(zhì)的熱傳導(dǎo)系數(shù)；PE-RT II熱傳導(dǎo)系數(shù)為0.4，而PP-R塑料熱傳導(dǎo)系數(shù)為0.23，因此PE-RT II升溫時(shí)

間、冷卻時(shí)間要比PP-R短些。

3.3 轉(zhuǎn)化時(shí)間：是指管材、管件表面被熔化后，迅速離開模具，然后將插口端迅速插入承口端的時(shí)間，這一過程應(yīng)盡可能短。

3.4 冷卻時(shí)間：當(dāng)管材插入管件承接處后，讓其自然冷卻到環(huán)境溫度的時(shí)間。它取決于環(huán)境溫度高低。

下面推薦PE－RT II承插式熱熔連接時(shí)間，見表2（熱熔溫度為210?10℃）

表2

管外徑

mm 加熱時(shí)間

s 較長加工時(shí)間

s 較短冷卻時(shí)間min

16 6 4 2

20 8 4 2

25 10 5 2

32 11 6 4

3.3 PE－RT II承插式熱熔連接步驟

3.3.1 承插式熱熔設(shè)備;

3.3.1.1 帶控溫可調(diào)裝置的加熱器（手動(dòng)焊接）

3.3.1.2 承插口加溫的模頭（各種規(guī)格一套）

3.3.1.3 大口徑連接時(shí)采用機(jī)械裝置，它可保證接頭直線度，連接前可使承插口復(fù)原。

3.3.2 承插式熱熔連接步驟

3.3.2.1 準(zhǔn)備工作：

a 檢查帶控溫裝置的加熱器或機(jī)械焊接裝置是否滿足工作要求；

b 安裝與管材、管件規(guī)格一致的模頭于加熱板上；

c 設(shè)定加熱板溫度至焊接溫度（PE－RT II為210?10℃）

d 用酒精或軟紙擦拭加熱板表面。（注意不要?jiǎng)潅鸓TFE防粘層）

3.3.3 焊接：焊接按焊接工藝參數(shù)操作，必要時(shí)根據(jù)天氣、環(huán)境溫度變化作適當(dāng)調(diào)整。

a 用干凈布清除管材及管件接觸面的污漬；

b 將加熱工具加熱到熔接溫度；（通常熔接溫度為210?10℃）

c 插口管末端應(yīng)切割平整，與中心軸垂直，用筆在承口和插口上做適當(dāng)標(biāo)記，以利連接定位，必要時(shí)須對(duì)承口和插口進(jìn)行整圓處理或?qū)Σ蹇诠苓B接端刮削。

d 用加熱工具將管材、管件的插口、承口的表面熔化；

e 將模具及加熱器迅速移開，這一過程應(yīng)盡可能短；

f 將插口端迅速插入承口端，在達(dá)到連接強(qiáng)度之前，應(yīng)將接頭固定；

g 讓其接頭自然冷卻至環(huán)境溫度。

3.4 注意事項(xiàng)：

3.4.1 注意工作環(huán)境：工作場地有大風(fēng)，會(huì)對(duì)熔接質(zhì)量有影響，因它會(huì)冷卻加熱板，導(dǎo)致不均勻溫度分布。

3.4.2 將插口端插入承口端時(shí)，外力使用要均勻，不然管子會(huì)不直，影響接頭使用壽命及強(qiáng)度。

3.4.3 注意管材與管件的熔體流動(dòng)速率差異不能太大，不然不能得到較佳連接強(qiáng)度。MFR間差值盡可能小。（0.5－1.0g/10min）

3.5 承插熱熔接頭質(zhì)量檢驗(yàn)方式

3.5.1 用目測檢查：

a 承口件和插口件是否對(duì)正；

b 承口件和插口件之間擠出熔融材料在整個(gè)外圓周上是否均一致；

c 剝開接觸面，觀察焊接區(qū)有無雜質(zhì)、縮孔、裂紋或其它外傷；

d 觀察有否由于熔接溫度過高、焊接壓力過大造成的管壁塌陷，卷邊過大或形狀不正確現(xiàn)象。

3.5.2 用實(shí)驗(yàn)方法來驗(yàn)證管接頭處焊接牢度：

a 把焊接好的管材作靜液壓試驗(yàn)；有

否出現(xiàn)破裂、滲漏現(xiàn)象；

b 工地上，在施工完畢后進(jìn)行通水打壓試驗(yàn)，一般冷水管試驗(yàn)壓力為管道系統(tǒng)工作壓力1.5倍，熱水管試驗(yàn)壓力為管道系統(tǒng)工作壓力2倍，看整個(gè)管焊接處有否破裂、滲漏現(xiàn)象發(fā)生。

3.6 PE－RT II對(duì)接式熱熔連接步驟

3.6.1熱熔對(duì)接工藝連接pe-rt II型管施工時(shí)應(yīng)注意以下步驟：

a. 材料準(zhǔn)備：將pe-rt II型管道或pe-rt II型管件置于平坦位置，放于對(duì)接機(jī)上，留足10-20mm的切削余量。

b. 機(jī)器夾具夾緊：根據(jù)所焊制的管材、管件選擇合適的卡瓦夾具，夾緊管材，為切削做好準(zhǔn)備。

c.切削刨刀：切削所焊pe-rt II型管段、管件端面雜質(zhì)和氧化層，保證兩對(duì)接端面平整、光潔、無雜質(zhì)。

d.平行對(duì)中：pe-rt II型管兩頭焊管段端面要完全對(duì)中，錯(cuò)邊越小越好，錯(cuò)邊不能超過壁厚的10%。否則，將影響對(duì)接質(zhì)量。

e.燙板加熱：對(duì)接溫度一般在200-220℃之間為宜，跟環(huán)境溫度成反比，冬季調(diào)至220?c，夏天調(diào)至200?c；加熱板加熱時(shí)間冬夏有別，以兩端面熔融長度為不低于管材壁厚的2/10為佳。

f. 燙板切換：將加熱板迅速拿開，瞬間讓兩熱融端面相粘并適度加壓，為保證熔融對(duì)接質(zhì)量，切換周期越短越好。

g.熔融對(duì)接：是焊接的關(guān)鍵，對(duì)接過程應(yīng)始終處于熔融壓力下進(jìn)行，卷邊寬度以2-4mm為宜。

h.保壓冷卻：在保持對(duì)接壓力不變，讓接口緩慢冷卻，冷卻時(shí)間長短以手摸卷邊生硬，感覺不到熱為準(zhǔn)。再松開卡瓦，移開對(duì)接機(jī)，重新準(zhǔn)備下一接口連接。

3.6.2PE-RT II型管安裝

a.安裝前檢驗(yàn)管槽是否達(dá)到安裝要求，然后查看pe-rt II型管道外觀有無明顯凹陷、裂痕、擦傷、劃傷，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量隱患及時(shí)更換。

b.在pe-rt II型管道彎頭、三通、漸縮接頭等處均用商砼設(shè)置混凝土支礅，法蘭閥門用磚砌支礅加固。

c.PE-RT II型管與金屬管道、閥門、補(bǔ)償器或等，必須采用鋼塑過渡接頭或pe-rt II型法蘭套連接。

d.在pe-rt II型管路隆起部位或上坡地段均應(yīng)設(shè)置排氣閥，以減小氣、水混壓對(duì)管道的沖擊。管道與排氣閥口徑比例設(shè)計(jì)為1:8。

e.正常條件下PE-RT II型管材埋地敷設(shè)采用“無補(bǔ)償法”敷設(shè).

3.6.3土方回填夯實(shí)

管道安裝敷設(shè)完畢，待隱蔽工程驗(yàn)收后，應(yīng)立即回填，回填時(shí)應(yīng)符合下列規(guī)定：

a. 防止槽內(nèi)積水造成管道漂浮，如有積水，應(yīng)想辦法排盡。

b.對(duì)石方、土石混合地段的管槽回填時(shí)，應(yīng)先裝運(yùn)粘土或砂土回填至管頂200-300mm，夯實(shí)后再回填其它雜土。

c.回填必須從管兩側(cè)同時(shí)回填，回填一層夯實(shí)一層。

 d.管道試壓前，一般情況下回填土不宜少于500mm。

e.管道試壓后的大面積回填，宜在管道內(nèi)充滿水的情況下進(jìn)行，管道敷設(shè)后不宜長時(shí)間處于空管狀態(tài)。

4 PE-RT II采暖管的工程應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

4.1 良好的熱穩(wěn)定性和長期靜液壓強(qiáng)度，工業(yè)用及民用建筑冷熱水管路系統(tǒng)、飲用水系統(tǒng)、熱力預(yù)埋管、地面輻射采暖系統(tǒng)以及高溫地源熱泵系統(tǒng)等，尤其在北方應(yīng)用于城鎮(zhèn)供熱系統(tǒng)二次管網(wǎng)-pe-rt II型耐熱聚乙烯預(yù)制直埋保溫復(fù)合管。萬年通PE-RT II管材管件工程典型應(yīng)用實(shí)例：

①河北唐山豐百小區(qū)和匯通花園二級(jí)管網(wǎng)改造項(xiàng)目263萬 

②寧夏銀川 濱河新區(qū)中小學(xué)項(xiàng)目 40萬

③廣東臺(tái)山別墅區(qū)溫泉項(xiàng)目 392萬

4.2 PE-RT II管材具有很好的柔韌性，其彈性模量低、彎曲半徑�。�R=5D），易盤卷和彎曲，不易回彈，彎曲部分的應(yīng)力可以很快松弛，避免使用過程中，由于應(yīng)力集中而引起管材強(qiáng)度的減小。

4.3 抗沖擊性能好，安全性高，低溫脆裂溫度達(dá)到-70℃，施工時(shí)不受環(huán)境溫度變化限制，較具耐低溫性能，且施工操作簡單方便，可修復(fù)性強(qiáng)。

4.4 連接方便，可采用機(jī)械連接和同質(zhì)熱熔連接、電熔連接承插熱熔焊接、熱熔對(duì)接等，安全可靠，可修復(fù)性強(qiáng)，優(yōu)于PEX管。