1、PPR 管材挤出成形质量缺陷及解决对策PP-R (Poly Propylene Random) 管，即无规共聚聚丙烯管，是当今发达国家普遍采用的新型水管材料。PP-R 管道在欧洲已有 10 多年的使用经验，由于其优良的性能，近几年来其市场占有率遥遥领先于其他塑料水管材料。我国的 PP-R 管材生产及应用也有几年的时间，随着国家大力推广应用化学建材，我国化学建材进入了产业化发展阶段，其中的新型塑料管的发展再次出现新的高潮，目前国内在建筑冷热水与采暖中几乎都是采用 PVC-C、PE-X 、铝塑管和 PP-R 管，并逐步向 PP-R 管过渡。PP-R 管是当今生产和应用的热点之一。PP-R 管的特点
2、逐步被我国管道工程界认同，PP-R 管除具有一般塑料管质量轻、耐腐蚀、强度高、不结垢、使用寿命长等通用优点外，还具有清洁和无毒、较好的低温抗冲击性能、长期耐热和耐压性、良好的保温和节能性能，是真正的绿色环保建材产品，还具有系统连接和安装方便、管件连接牢固，且是永久性的连接等特点。加之 PP-R 管具有优良的性能价格比，因而使其从各种新型输水管材中脱颖而出，短短几年时间发展十分迅速，应用十分广泛。我国目前有 300 多家 PP-R 管材生产厂，现有建材市场 PP-R 管材多种多样，由于各种原因，PP-R 管的质量问题还比较突出，致使 PP-R 管的优点和特点不能充分体现，影响了管道工程的使用功能
3、，也给相应的工程质量埋下了安全隐患。我国已正式制订并颁布了 GB/ T18742.2 -20002冷热水用聚丙烯管道系统的国家标准，并于 2003 年 1 月 1 日正式实施。该标准正式实施后，我们根据冷热水用聚丙烯管道系统第 2 部分:管材国家标准的技术要求，对市场的 PP-R 管进行了一次全面监督检查，检查结果，总体上 PP-R 管材的质量虽较以往已有不同程度的提高，但是通过抽查生产企业和经销企业的产品总合格率为 70 %左右，其中经销企业的产品质量合格率仅为 50 %，说明目前市场上销售- 1 -的不合格 PP-R 管材比例仍然相当高，同时检查发现的质量问题是多种多样的。2006r 年浙
4、江省化学建材协会委托国家化学建材质量监督检验中心对浙江省部分管材市场进行的产品抽检结果日前揭晓，塑料管材产品的质量状况触目惊心。聚丙烯 PP-R 管抽检合格率仅 10%。- 2 -现简要分析一下，影响 PPR 管材质量的各种因素：1、PP-R 管材生产原料PP-R 原料其化学名称为 : 丙烯- 乙烯无规共聚物，由丙烯和乙烯的混合气体进行共聚合，所得到主链中无规分布丙烯和乙烯链段的共聚物。质量良好的 PP-R 原料，应符合 GB/ T1888742.1 标准要求，有最小必须强度 SMR 保证值。质量较好的 PP-R 原料主要来自 Borealis 和 Hostalen 等公司，所提供的原料有SM
5、R 保证值，并且对原料的性能与管子性能间关系有较深入的研究，特别是乙烯含量对管子整体性能的影响。目前市场上 PP-R 料的牌号较杂，性能参差不齐，使用上也有很大的差别，有些牌号的 PP-R 料不太适合用于热水管和压力管，加土某些企业的宣传不太切合实际，极易在币场上造成混乱。2、PP-R 管外观质量问题及其分析按照国家标准规定，合格的 PP-R 管材外观应做到 :色泽应基本一致; 内外表ICI 应光滑、平整，无凹陷、气泡和其它影响性能的表面缺陷;不应含有可见杂质。国家标准对管材外观质量标准，虽然仅仅是简单的文字定性描述，但是其所有的定性指标，均能体现管材重要的内在质量。管材外观合格与否，与产品的
6、原料和加工工艺密切相关，因此管材的外观质量不仅影响管材的美观，而且影响管材的物理和化学性能，往往决定管材的整体质量。所以管材的外观检验是十分重要的，可以“由表及里” 初步判断产品的整体质量。2.1 外观色泽国家标准规定合格的 PP-R 管材外观色泽应基本一致。关于管材的外观色泽质量要求，标准只是简单原则的规定，但是我们在日常检验中 PP-R 管材外观色泽出现的问题是多种多样的，有的管材局部变色或表面有斑点，外观色泽不- 3 -能做到均匀一致;有的表面暗淡无光或外表面有光亮透明的块状。所有局部变色、表面有斑点、表面暗淡无光、表面有光亮透明的块状等外观色泽不合格的管材，其物理力学性能指标大都达不到
7、标准要求，在使用过程中容易破裂。另有少数管材虽然外观光泽明亮或彩色鲜艳，但是这类管材多为伪劣产品，其各项性能指标与国家标准要求相差更远。2.1.1 局部变色，以致外观色泽不均匀一致(1)成因。PP-R 管材是由 PP-R 树脂经挤出机挤出成型而成。挤出机的作用能使 PP-R 树脂从晶体塑化到高弹态，进而再塑化到熔融粘流态这一过程中，如果 PP-R 原料在挤出成型时所受到热量和压力不当，会使原料状态变化时发生分子构型改变。过高塑化温度破坏 PP-R 的分子结构并产生分解变色。同时挤出速度过快，在机筒内产生较高的摩擦热，使物料温度升高而分解变色。(2)防治措施。鉴于 PP-R 树脂的特殊性能，要求
8、 PP-R 管材挤出加工过程中，应避免塑化温度过高和挤出速度过快，引起 PP-R 树脂分子结构的改变。因此对于生产 PP-R 管材的挤出机螺杆的设计要求采用先进的计算机模型，使其有良好的低温塑化能力和最佳挤出速度。要求螺杆的结构能满足 PP-R 物料能在较低的温度和最佳挤出速度下挤出，并保证塑化质量而不降低挤出量。用于生产 PP-R 塑料管的挤出机的螺杆料筒要用先进的计算机模型精确计算的确定各段压力分布、熔融速率，使其有良好的低温塑化能力。2.1.2 表面斑点，以致外观色泽不均匀一致(1)成因。造成管材表面斑点的原因，有可能是由加工原料引起的，也可能是由挤出工艺的缺陷引起的。生产管材的 PP-
9、R 树脂原料中如有水分，可能导致挤出成型管材表面形成斑点。- 4 -管材在挤出成型加土过程中采用真空槽式定径时，水槽中的管子上如有气泡，也会导致挤出成型管材表面形成斑点。(2)防治措施。去除原料中的水分或消除水槽中管子上的气泡。为确保水槽管子上无气泡，必须做到:防止水槽的循环泵产生气蚀，水槽中的水面保持在水口以上，增加水槽中水的循环量。2.1.3 表面暗淡无光(1)成因。此类问题的产生原因，可能来自原料，也可能由于加工工艺参数不合适。生产管材的原料中有水分，可能导致管材表面暗淡无光。挤出加工熔体温度不合适，挤出机挤出的熔融物料不均匀，定径套过短，口模成型段过短等都可能导致管材表面暗淡无光。(2
10、)防治措施。去除原料中的水分或调整管材加工的工艺参数。其中调整管材加工的工艺参数包括:选择合适的熔体温度，改善挤出机挤出的熔融物料的均匀性，使用长定径套，增加口模成型段的长度。2.1.4 有光亮透明的块状(1)成因。机头温度过高和冷却不足。(2)防治措施。降低机头温度和冷却水开大。2.1.5 光泽明亮或彩色鲜艳正规的 PP-R 管材应是灰色或其它颜色的亚光。但我们在市场抽检中发现有少数 PP-R 管材外观光泽明亮或彩色鲜艳，这类管材是典型伪劣产品，这类管材不是采用 PP-R 树脂生产加土的。这类伪劣产品与正规 PP-R 相比还具有其它一些显著特征:其密度略大，落地声比较清脆，手感更光滑。这类伪
11、 PP-R 管的危害很大，使用寿命仅为 1 至 5 年，而真 PP-R 管使用寿- 5 -命均在 50 年以上。2.2 表面缺陷按照国家标准规定，合格的 PP-R 管材内外表面应光滑、平整，无凹陷、气泡和其它影响性能的表面缺陷。我们在日常检验中发现 PP-R 管材表面缺陷也是多种多样的，其中有表面粗糙面不光滑、表面出现气泡和斑点凹坑。管材表面缺陷，常常影响管材的力学性能，从而在管道工程中留下隐患。如有的管材面有凹陷和气泡，在高温高压使用条件下，就会在凹陷和气泡处产生应力集中，引起管道的破裂。2.2.1 表面粗糙不光滑(1)成因。PP-R 管材在挤出加工过程中，在高温下挤出的管坯，需经真空定径槽
12、的真空定型以及用恰当冷却手段和温度及时冷却定型，方能得到外观质量优良的产品。管材的冷却定型操作，主要是控制真空度和冷却速度两个参数。真空定型的真空度控制的确当与否，将直接影响管材的表面质量，真空度太高使管材表面粗糙;冷却速度过快易在管材内部产生应力，导致管材表面粗糙。另外，PP-R 树脂原料中的含有水分也会导致管材内外表面粗糙。(2)防治措施。将真空定径槽的真空度和冷却速度调整控制到最佳状态。去除 PP-R 树脂原料中的水分。2.2.2 表面出现气泡(1)成因。挤出成型温度对管材制品的质量和产量均有十分重要的影响。温度过高，聚合物分解，表面产生气泡。原料中含有水分，可能导致熔体中出现气泡，导致
13、管材表面出现气泡。(2)防治措施。正确控制管材的挤出成型温度; 去除 PP-R 树脂原料中的水分。- 6 -2.2.3 表 ICI 出现斑点凹坑(1)成因。高温下挤出的管坯，冷却成型时冷却速度对制品的性能有一定的影响，冷却过快易在管材内部产生应力，并降低外观质量。冷却水流量过大，管子表面就会粗糙，生斑点凹坑。原料中含有水分，可能导致管材内壁出现凹坑。(2)防治措施。将真空定径槽的冷却速度调整控制到最佳状态。除树脂原料中的水分3、 不透光性质量问题及其分析按照国家标准规定，合格的 PP-R 管材，应是完全不透光。在 PP-R 管材的不透光性检测中发现有的管材出现轻微透光或半透光。检测所发现的轻微
14、透光或半透光管材，经进一步检验发现该类管材均为伪劣产品，其管材的树脂成分均为杂牌 PP-R 树脂，这类情况大都是由于少数企业，为追求高额利润，降低成本，不惜选用低能 PP-R 树脂或其它材料冒充 PP-R 原料。这类管材的所有物理力学和化学性能指标以及系统适应性均远远不能满足标准要求，若在工程中使用，其危害是不言而喻的。4、 规格及尺寸质量问题及其分析.国家标准对 PP-R 管材的公称外径、平均外径以及与管系列 S 对应的壁厚做了具体规定。管材的规格和尺寸指标是管材的重要质量指标。我们在对 PP-R 管材的规格和尺寸的检验中，管材公称外径、平均外径及壁厚不合格的情况均有发生。公称外径、平均外径
15、的合格与否将影响管材的应用和施工质量，规格和尺寸指标不合格的管材不能与管件很好连接，同时可能降低连接处的耐压强度，留下管道破裂和渗漏的隐患。壁厚的质量也将影响管材- 7 -的物理力学性能。(1)成因PP-R 管材在挤出成型加土过程中，在真空定型时，其真空度控制的恰当与否，将直接影响管材的尺寸精度。真空度太低，对管坯的吸附力不足，管坯容易变形，而使管材公称外径、平均外径和壁厚产生误差。挤出和牵引速度直接影响管材的壁厚、尺寸公差。挤出和牵引速度过快，造成管材壁厚负误差，挤出和牵引速度太慢，造成管材壁厚正误差。(2)防治措施将真空定型的真空度调整并稳定在最佳值，真空度的控制与真空槽的密封程度及真空泵
16、性能密切相关。控制消除挤出成型系统的不稳定性因素，确保挤出和牵引速度的精确恒定。5、 物理性能和化学性能质量问题及其分析.国家标准规定 PP-R 管材的物理力学性能和化学性能指标 :包括纵向回缩率、简支梁冲击试验、液净压试验、熔体质量流动速率、净液压状态下热稳定性试验。我们在对 PP-R 管材的物理力学性能和化学性能检验中，发现有些管材在进行液净压试验时产生破裂和渗漏。液净压试验项目是 PP-R 管材关键的物理力学性能指标，它直接影响管材的使用性能和寿命。(1)成因液净压试验不合格的主要原因，既有管材的原料不符合标准要求造成的，也有挤出成型的加工设备和加工工艺参数不规范造成的。原料问题造成进行
17、液净压试验时产生破裂和渗漏的原因有：(1)按国家标准规定，生产 PP-R 管材应使用符合 GB/T1888742. 1 标准要求的正规 PP-R 树脂，- 8 -原料应有最小必须强度 SMR 保证值。但是有些 PP-R 管材使用质量不符要求的杂牌 PP-R 树脂，这类 PP-R 树脂分子链中的支链太多，缺少 SMR 数据，用其生产的管材耐高温性能差;(2)虽采用符合 GB/T1888742. 1 要求的正规 PP-R 树脂，但由于生产管理混乱，生产过程中混进了杂质或水分，以致管材表面存在可见杂质或气泡，在可见杂质或气泡处会产生应力集中，为此造成管材的液净压试验不合格。挤出成型的加工设备和加工工艺参数不规范造成的管材表面有斑点凹坑和气泡缺陷(本文前面己经提及)，同样在管材表面有斑点凹坑等缺陷处，也会产生应力集中，造成管材的液净压试验不合格。(2)防治措施使用符合 GB/T1888742. 1 标准要求的正规 PP-R 树脂，加强管理防止原料混进杂质或水分。使用符合要求的挤出成型的加工设备和加工工艺参数，防止管材表面产生斑点凹坑和气泡缺陷。
