高密度聚乙烯(HDPE)外護管主要用于預制直埋保溫管道的外護防腐，具有強度高、韌性好、抗老化、耐環境應力開裂且與保溫層(硬質聚氨酯泡沫)有良好的結合性等優點[1、2]。隨著我國北方冬季供熱地區使用預制直埋保溫管道，高密度聚乙烯外護管的生產技術和產業規模得到飛速發展。由于高密度聚乙烯外護管生產工藝相對簡單，因此生產廠家較多，但質量良莠不齊，主要存在以下問題：聚乙烯外護管壁薄、密度低、抗壓強度不達標，易導致保溫層損壞；無電暈處理等工藝，外護管與保溫層粘結強度低、整體性差。本文對高密度聚乙烯外護管的加工工藝及質量影響因素進行探討。
1 生產設備及加工工藝
① 生產設備
高密度聚乙烯外護管的主要生產設備包括塑料擠出機、牽引機、空氣壓縮機和封氣機。塑料擠出機進行聚乙烯等多種熱塑性塑料制品或半成品的加工。牽引機將高密度聚乙烯外護管由塑料擠出機機頭勻速引出，形成成品。空氣壓縮機和封氣機使高密度聚乙烯外護管內部保持一定的氣壓，便于定型。
② 加工工藝
高密度聚乙烯外護管加工工藝采用塑料擠出機將聚乙烯擠出成型。擠出成型一般分為塑化、口模成型、固化定性3個階段。原料經過預處理后，通過上料裝置進入塑料擠出機料斗中，在合理的機筒加熱溫度、螺桿轉速下，將原料均勻塑化擠出。熔融的原料與事先加裝封氣機和電暈裝置的引管在定徑套內粘接牢固后，用牽引機將其勻速引出，形成高溫管坯。高溫管坯在冷卻水槽中進行冷卻時，采用空氣壓縮機向管內充氣，并用封氣機封閉管端保持管內氣壓。成品外護管根據長度要求截成管段。擠出成型可連續化、自動化生產，生產效率高，產品質量穩定[3]。
2 技術標準
高密度聚乙烯外護管產品標準為CJ/T 114—2000《高密度聚乙烯外護管聚氨酯泡沫塑料預制直埋保溫管》。各項性能指標及實驗方法執行標準見表1。
表1 各項性能指標及實驗方法執行標準
3 產品質量的影響因素
3.1 原料配方
高密度聚乙烯外護管的生產原料由基礎聚乙烯樹脂與抗氧化劑、穩定劑等助劑混合而成。經過研究，以單位質量聚乙烯顆粒為基準，得到以下配方：牌號2480聚乙烯顆粒質量為1000kg，抗氧化劑1010質量為0.2kg，抗氧化劑DLTP質量為0.2kg，硬脂酸鈣質量為0.3kg，炭黑質量為30kg。
3.2 產品質量的影響因素
① 原料的預處理時間
聚乙烯為非吸水性材料，通常水分相當低。當原料中含有吸濕性顏料(如炭黑)時，原料含水量增大。水分不僅導致管材內外表面粗糙，還可能導致氣泡出現。生產中我們采用塑料混煉機，對原料進行加溫干燥。塑料混煉機每次處理原料30kg，原料的預處理時間對產品質量的影響見表2。
表2 原料的預處理時間對產品質量的影響
隨著原料預處理時間的延長，產品質量得到改善。這是由于隨著預處理時間延長，一方面可使碳黑分散均勻，另一方面可使原料干燥失水。但預處理時間過長時，隨著原料溫度的增加，聚乙烯易降解，對產品的機械性能產生不利的影響，因此預處理時間不宜超過20min。
② 擠出成型溫度
擠出成型溫度包括進料口溫度、機筒加熱溫度、機頭加熱溫度、口模加熱溫度。合理的擠出成型溫度是使原料塑化和促使塑料熔體流動的必要條件，決定著擠出成型過程中原料塑化質量。通常擠出機的溫度由機身的加料段到擠出段逐漸升高，原料從固態逐漸熔融，由玻璃態轉變為黏流態。口模加熱溫度比機頭加熱溫度略高。
擠出成型溫度過低，塑化不好；溫度過高，聚合物易降解。筆者設計了3種擠出成型溫度控制體系，見表3。各種溫度控制體系對產品質量的影響見表4。
③ 冷卻點設置
在擠出成型過程中，高溫管坯的冷卻定型應配合合適的冷卻方式和適宜的冷卻水溫。冷卻不及時，管坯就會在自身重力的作用下或牽引機夾緊壓力作用下變形。定型和冷卻往往是同時進行的。冷卻過快，易在管材內部產生應力，并降低外觀質量。當冷卻水溫為20℃時，冷卻點設置對ф400mm外護管的外觀質量影響見表5。對于ф400mm外護管，設置5個冷卻點時，產品外觀質量較好。對于其他規格的外護管，應根據其管徑、壁厚和擠出速度合理設置冷卻點。
表5 冷卻點設置對ф400mm外護管外觀質量的影響
④ 牽引速度
牽引機對管材的擠出成型起到牽引拉伸作用，是塑料擠出的關鍵設備。主要由機架、滑座、牽弓臂、升降機構、傳動機構等部分組成。
牽引速度直接影響產品壁厚、尺寸公差、性能及外觀質量，應與擠出速度相匹配。在冷卻水溫不變時，牽引速度提高，管坯在定徑套、冷卻水槽中停留的時間縮短，經過冷卻定型后的產品內部會殘留較多熱量，易在表面形成劃痕。牽引速度降低，管材壁厚變大，易導致表面粗糙。
⑤ 電暈處理
電暈處理設備主要由電暈處理電源、電暈處理電極組成。電暈處理外電極可采用鋁質或不銹鋼質等不易腐蝕的金屬板材。電暈處理內電極可采用不易腐蝕的導體，設計成各種可浮于內管壁并均勻分布的環體。電暈技術是利用高壓特制電極，在電極之間產生高壓局部放電即電暈放電，使中性的聚乙烯表面具有一定的極性。在高壓電場中，空氣被電離成正負帶電微粒并加速撞擊管材表面，進而改變聚乙烯表面性能。管材在高能粒子的撞擊下，產生活性游離基，這些活性游離基以共價鍵的形式相互結合，從而形成分子之間的交聯。管材的分子結構由線性分子結構變成三維網狀結構，伴隨氣體放電，可將聚乙烯氧化，促使其表層形成極性。隨著電暈電壓的提高，聚乙烯外護管的表面張力不斷降低，與保溫層的粘接能力隨之增強。
