聚丙烯管成型工艺大全

聚丙烯管是以聚丙烯树脂为主要原料，采用单螺杆挤出机挤出成型。聚丙烯塑料管具有质轻、无毒、耐酸、耐化学物质腐蚀等特点，与聚乙烯管比较，其坚韧性、耐热性能和耐环境应力开裂性能比聚乙烯管好，一般可在不大于110℃低负荷条件下长时间应用。

聚丙烯管主要应用在给水、排水、农田灌溉和各种化工液体、气体的输送管及热交换管、太阳能加热器管等。

1.聚丙烯管挤出成型工艺

①原料选择。挤塑聚丙烯管用树脂，要求其熔体流动速率在0.2～3g/10min范围内。生产时可参照表1-52按管材用途选择PP管挤出成型用料牌号。

②聚丙烯管挤出成型生产工艺顺序：PP料开袋检查质量→挤出机把原料熔融塑化→模具成型管坯→真空定径套为管坯降温定径→真空喷淋为管材降温→管材继续冷却降温→牵引管材运行→切割或盘卷→检查管材质量→管材包装入库。

③设备选择。用普通型单螺杆挤出机。螺杆结构为等螺纹距不等深渐变型，长径为（20～30）∶1，压缩比为（2.5～4）∶1。

成型模具结构多为直通式，芯轴定形平直部分长L=（2～5）D（D为管材的直径，直径小时取大值，管材直径大时取小值）。定径套的内径d=D/（1-δ）（D为管材直径，δ为管材收缩率，一般δ=2.7%～4.7%）。

④PP料挤出成型管用工艺温度。机筒加料段150～165℃，塑化段170～180℃，均化段190～220℃。成型管用模具温度190～220℃。

2.聚丙烯管挤出成型注意事项

聚丙烯管的挤出成型生产质量与下列条件影响有关，生产要注意适当地控制。

①为改进聚丙烯管的耐老化性能，要求聚丙烯树脂在聚合过程中要添加抗氧剂，在室外应用的聚丙烯管用树脂中还应添加紫外线吸收剂。

②注意PP树脂熔融温度（170℃左右）控制，应平稳、波动小。

③管坯成型采用内压法定径时，压缩空气的压力控制在0.02～0.05MPa范围内；采用真空定径时，一般取真空度在-0.09～-0.06MPa范围内。

④注意管坯挤出成型模具口时的速度和牵引速度的关系，一般牵引机牵引冷却定形后的管材速度比管坯挤出模具口时的速度快1%～5%。

⑤PP管的挤出成型应尽量采用真空定径方法。采用这种生产定径方式管材成型质量较有保证。定径套长约是管材直径的4倍（小直径管取值大些，大直径管材取值小些）。

3.聚丙烯管挤出成型实例

（1）聚丙烯给水管 聚丙烯给水管是指人们日常生活中使用的饮用水管，它的挤出成型工艺如下：

1）原料。挤塑聚丙烯水管应选用熔体流动速率MFR=0.2～0.4g/min的原料。如中国石油盘锦乙烯有限公司生产的R240、抚顺石油化工公司生产的D60P等PP树脂牌号，均可挤出成型PP供水管。

2）设备。与6.4.4节“1.聚丙烯管挤出成型工艺”设备条件相同。

3）工艺。与6.4.4节“1.聚丙烯管挤出成型工艺”工艺条件相同。

4）质量。聚丙烯给水管的质量要求应符合标准GB 1929—2006的规定。

（2）改性聚丙烯给水管 改性聚丙烯是指将聚丙烯树脂通过物理或化学的方法，使其性能发生预期的变化，或赋予材料新的功能而得到的树脂。用改性聚丙烯为主要原料所生产的管材为改性聚丙烯管。这种改性聚丙烯管材除了具有聚丙烯管材的耐酸、耐碱、耐化学腐蚀、耐热性能较好外，还具有耐低温冲击性、耐老化性和耐光性能。

改性聚丙烯管材的用途和普通聚丙烯管材用途相同，用于给水、化工液体和气体的输送，农业用排灌、热交换管和太阳能热交换器管等，但其各项性能指标优于普通聚丙烯管。

1）原料。改性聚丙烯管应选用熔体流动速率为0.2～0.5 g/10min的PP树脂为主要原料，改性高聚物辅助料应与聚丙烯树脂相容性好，并能弥补聚丙烯树脂的某些不足，一般多用低密度聚乙烯树脂、乙丙橡胶和聚丁二烯橡胶及热塑性弹性体等。参考应用配方如下：

配方一（质量份）：

聚丙烯树脂（PP） 100 四季戊四醇酯（抗氧剂1010） 0.5

低密度聚乙烯树脂（LDPE）15 硫代二丙酸二月桂酯（DLTP） 0.5

碳酸钙（CaCO₃） 30

配方二（质量份）：

聚丙烯树脂（PP） 100 四季戊四醇酯（抗氧剂1010） 0.5

聚丁二烯橡胶（BR）15硫代二丙酸二月桂酯（DLTP） 0.5

碳酸钙（CaCO₃） 25 炭黑 0.5

2）原料配混造粒。从改性聚丙烯用料组合配方中知道，由于配方中辅助料聚丁二烯橡胶与其他种辅助料（LDPE、CaCO₃等）的性能有较大差别，所以，原料的配混造粒工作应分两次分别进行，具体生产工艺顺序如下：

改性聚丙烯管成型用料的准备。首先把聚丙烯树脂、低密度聚乙烯和其他助剂按用料配方条件计量，在混合机中均匀混合。将聚丁二烯橡胶在开炼机上塑炼成片，然后切粒，按配方要求，把聚丁二烯均匀粒料计量后加入聚丙烯混合料中再混合均匀。把混合料投入挤出机混炼造粒。这种混合粒料即可挤塑成型改性聚丙烯管。

改性聚丙烯管用于输送饮用水时，其成型用料性能要求见表6-34。

表6-34 给水管专用料的性能

3）设备与工艺。采用单螺杆挤出机挤塑成型改性聚丙烯管时，对螺杆的结构无特殊要求，可用挤塑普通聚丙烯树脂用螺杆。机筒各段工艺温度：加料段为140～160℃，塑化段为170～190℃，均化段为190～210℃。成型模具温度为210～230℃。

4）应用参考实例

①原料组合配方。聚丙烯粒料（C4220，北京燕山石化有限公司产，熔体流动速率0.3～0.4g/10min）100份，乙烯-醋酸乙烯粒料（E/VAC法国阿托公司产，熔体流动速率1g/10min）3份，EPDM粒料（兰州石化公司产，熔体流动速率0.14g/10min）3份，接枝共聚物粒料（熔体流动速率0.9～1.5g/10min）4.5份，碳酸钙（CaCO₃）5份，另外还有抗氧剂、光稳定剂、硬脂酸钙等辅助料可酌情适量加入。

②改性聚丙烯给水管挤出成型工艺及操作注意事项。

a.把主料聚丙烯和辅助料按配方要求计量后掺混在一起，用混合机搅拌均匀。

b.原料混合均匀后用挤出机混炼塑化（熔料温度在200～215℃之间）熔融后挤出造粒。

c.改性聚丙烯给水管的挤出成型应选用螺杆长径比大于30∶1的分离型（BM）螺杆结构，挤出成型PP管时的熔料温度在190～220℃范围内。

5）改性聚丙烯管质量。改性聚丙烯管的质量要求与普通聚丙烯管的质量要求相同，各项性能指标和规格尺寸应符合标准GB 1929—2006的规定。

聚丙烯管用于饮用水输水管时，其制品应符合标准GB 9688—1988规定的卫生性能指标要求，见表6-35。输送水温度应不超过95℃。

管材的外观质量要求，内外壁应光滑、平整，不允许有气泡、裂纹、分解变色线及较明显的沟槽、凹陷坑和杂质等现象。管材标准长为4m。

表6-35 给水（饮用水）用聚丙烯管的卫生理化指标（GB 9688—1988）

（3）无规共聚聚丙烯管 聚丙烯按照其分子中—CH₃基团在空间排列情况，可分为等规聚丙烯和无规聚丙烯。无规共聚聚丙烯是以共聚聚丙烯为基体，经乙烯改性而成的一种树脂，是继均聚聚丙烯（PP-H）和嵌段共聚聚丙烯（PP-B）之后开发的一种新型树脂，简称PP-R。(www.xing528.com)

1）无规共聚聚丙烯树脂性能。无规共聚聚丙烯树脂，国内已经能够生产，但性能指标和生产条件还需加强完善。生产PP-R管材用原料性能，应达到表6-36性能指标要求。不同牌号的聚丙烯树脂性能比较见表6-37。

表6-36 无规共聚聚丙烯树脂性能

表6-37 不同牌号的聚丙烯树脂性能比较

用无规共聚聚丙烯树脂挤出成型的管材，除了具有聚丙烯管材的质量轻、无毒、耐腐蚀和较高的强度外，还有耐低温抗冲击性好、在高温条件的环向应力比其他种聚丙烯管材有更好的稳定性。在60℃、1.25MPa工作条件下，使用寿命可达50年以上。具有用于热水输送时保温效果好、管内壁光滑、液体流动阻力小等特点。但是，由于树脂的熔体流动速率低，熔料的黏性较大，这给树脂熔融后成型管材加工带来一定的难度。

2）无规共聚聚丙烯管成型用树脂条件。无规共聚聚丙烯树脂挤出成型管材用料，应选用乙烯含量为3%左右（质量）的无规共聚聚丙烯树脂，为颗粒状，密度在0.89～0.91g/cm³范围内，相对分子质量较大，熔体流动速率（MFR）小于0.5g/10min。树脂的性能参数值应符合表6-36中的条件。

3）无规共聚聚丙烯管挤出成型用设备条件。无规共聚聚丙烯管的挤塑成型工艺路线与普通聚丙烯管的挤塑成型工艺路线相同。都是采用单螺杆通用型挤出机。原料经挤塑熔融后从成型模具中挤出成型，然后用真空定径方法降温定形，经过充分喷淋水对管材降温后，按规定长度切割。由此完成无规共聚聚丙烯管的挤塑成型生产工作。

由于无规共聚聚丙烯树脂的导热性较低，相对分子质量大，熔体流动速率低，即其树脂熔融态黏度较高，则其在挤塑过程中从晶体到高弹态，再到熔融黏流态，需要的热量会较多，即用电功率消耗较大；原料形态的转化过程对设备的结构要求也就有些特殊之处。

①螺杆结构。螺杆结构为等螺距不等深渐变型，长径比大于30∶1，一般取长径比为33∶1。螺杆的均化段处设有屏障型混炼段；螺杆体内钻有中心孔，能通冷却水，以方便对螺杆的工作温度控制，保证进料段原料能顺利被螺杆螺旋推进前移。

②机筒结构。机筒内孔工作面与普通机筒内孔工作面不同之处是进料段处开有均匀分布在圆周上的纵向沟槽，用以增加厚料与机筒内表面的摩擦力，提高原料进入机筒后向前输送的能力。纵向沟槽深度范围为1～3mm，长度值约是机筒内径的3～4倍。

③成型管用模具结构。无规共聚聚丙烯管成型应采用篮式或螺旋式结构成型模具（篮式结构模具如图6-9所示），熔料流道空腔不宜过大，压缩比在2.5∶1左右，定形段平直部分长度比普通聚丙烯管成型用定形段平直部分长度值大些，口模内径要比定径套内径略大些。注意芯轴的收缩角也不可过大。

④真空定径套和冷却水箱结构。无规共聚聚丙烯管坯用真空定径套长度比普通聚丙烯管坯的真空定径套的长度值大，具体长度应按管材直径大小来决定：比如，生产管的直径为30mm时，真空定径套的长度应不小于350mm。真空定径套内的真空度控制在-0.09～-0.06MPa范围内。真空套内的冷却循环水，温度应可调控，水温一般控制在35℃左右。喷淋水箱的长度比普通聚丙烯管冷却降温定形用水箱长：生产管直径为30mm时，喷淋水箱的长度应不小于6m；生产管直径为50mm时，喷淋水箱长度应不小于12m。喷淋水箱可分几段，这样对冷却水的温度控制也较方便。无规共聚聚丙烯管挤出成型生产线上，喷淋水箱长度最长可达30m。

喷淋水箱中的循环水温度，一般控制在17℃左右。各段水箱中的水温控制，从管坯定径后进入喷淋水箱开始，逐渐降低。

真空定径套的内径应比成型管材的外径尺寸略大些，但比成型模具中的口模内径略小些。

目前，国内生产无规共聚聚丙烯管挤出机生产线多数为引进设备，自动化程度高，用计算机设定、记录及控制；加料口处装有电子秤计量，定径套后部设有远红外测量装置，测量管材的直径和壁厚尺寸，并可通过计算机设定、记录和修正管材尺寸的误差。

4）无规共聚聚丙烯管挤出成型工艺及操作条件。

①挤出机的机筒温度控制各区段分别是：一区185～200℃，二区200～220℃，三区220～240℃，四区225～250℃，五区230～250℃。

成型管用模具温度控制在210～240℃范围内（此温度控制时，螺杆的工作转速在30～45r/min范围内）。

②挤出成型模具的管坯温度还很高，如果出现管坯外径表面料与定径套进口处黏附现象时，定径套前应设置冷却水环套，循环水的温度可调。此处水温控制应以管坯降温至不粘模具为准。

③操作时注意管材的牵引速度与管坯挤出成型模具口的速度匹配；牵引速度偏快，管坯在真空定径套内降温定型不充分，会出现拉伸定向的现象，影响环应力，导致管材工作时耐压能力下降。

④冷却水槽中喷淋水温控制在15～18℃范围内。水温过高，制品形成结晶颗粒大，则抗冲击性能下降；水温过低，管材定形后会产生较高的内应力，影响管材质量。

⑤生产中产生的废品料经粉碎、干燥和清洁处理后可直接在生产中掺入原料中应用。但掺混料量不应过大，以不超过7%为适宜，避免影响管材质量。

5）无规共聚聚丙烯管应用特点。无规共聚聚丙烯管应用在各种建筑工业中，用于输送冷热水时的最高使用温度可达95℃，长期使用温度为70℃；在工业生产中，可用于输送油和各种腐蚀性液体；在人们日常生活中，用做饮用水和农业灌溉中管路，无毒、不污染环境。使用寿命可达50年以上。

无规共聚聚丙烯管应用特点如下。

①PP-R管体轻、无毒、耐腐蚀、强度好、不污染环境、使用时间长。

②PP-R管与普通金属管比较，不锈蚀、耐磨损、不结垢、耐酸碱。

③PP-R管输送液体阻力小，输送热水保温性能好，可节省能源。

④PP-R管生产工艺与PE交联聚乙烯管生产工艺比较，生产设备比较简单，对生产环境无污染，操作也较容易，螺杆长期使用不用清洗。

⑤PP-R管路安装方法简单，采用同一种材料进行热熔接，安全可靠，方便快捷，应用工作可靠，密封性好。

6）冷、热水用聚丙烯管质量应符合标准GB/T 18742.2—2002的规定。

（4）高抗冲聚丙烯农田灌溉管 高抗冲聚丙烯农田灌溉管是一种质量轻、无毒、无锈蚀、耐高温而且又价廉的塑料管。在农田灌溉应用输水时，既可以承受较高的送水压力（承受压力最高可达0.5MPa），又可承受一定的冲击载荷，是一种耐低温、耐老化性能较好，同时还具有一定的韧性和刚性，适合于农田灌溉用的管材。

1）高抗冲聚丙烯管挤出成型用料配方与混配造粒。

①原料配方（质量份）。

例1 聚丙烯粉料（熔体流动速率0.5～1g/10min）100份，高密度聚乙烯（HDPE，熔体流动速率1g/10min，挤出级）15份，顺丁橡胶15份，2-（2′-羟基-3′，5′-二叔丁基苯基）-5-氯代苯并三唑（UV-327）0.3份，抗氧剂（124）0.3份，炭黑0.4份，苯甲酸钠0.5份。

例2 聚丙烯粉料（熔体流动速率0.2～0.5g/10min）100份，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物（SBS）20份，碳酸钙（CaCO₃，800目）15份，抗氧剂（124）0.5份，光稳定剂（UV-327）0.3份，炭黑及其他助剂适量。

②原料配混造粒。原料配混造粒生产工艺顺序如下。

原料的配混造粒生产方法如下。

a.把PP树脂和其他助剂按配方要求分别计量后加入捏合机中，捏合搅拌30min以上，原料混合均匀。

b.选用等距不等深渐变型螺杆，长径比为18∶1，压缩比为3∶1的单螺杆挤出机，机筒加热升温至（55±5）℃，用以挤塑胶条熔融、挤出后切粒（进入正常切粒后，机筒停止加热）。

c.把a和b中处理过后的原料计量，掺混在一起，混合搅拌均匀后投入挤出机混炼塑化，挤出条状料入水冷却，再除水、风干、切粒。

如果按配方例2原料配混造粒，应先把碳酸钙在混合机中预热搅拌至80℃，然后加入表面处理剂再搅拌5min，达到表面处理剂熔融与CaCO₃均匀混合，再加入PP、SBS，使其在（55±5）℃条件下混合搅拌3～4min，最后加入其他辅助料，并混合搅拌均匀。待混合料降温至40℃后投入挤出机内混炼熔融、挤出切粒。

高抗冲聚丙烯挤出成型管材用料中不同SBS掺入量对聚丙烯共混物的性能影响见表6-38。

表6-38 PP树脂中不同SBS掺入量对聚丙烯共混物的性能影响

2）高抗冲聚丙烯管挤出成型。

①设备选择。采用单螺杆通用型挤出机。螺杆结构为等距不等深渐变型，长径比L/D≥20∶1，压缩比为3∶1；辅机牵引速度在0.3～2m/min范围内。

②机筒工艺温度。加料段140～160℃，塑化段170～190℃，均化段190～210℃。

成型模具温度190～210℃。