一、背景与意义

聚乙烯（PE）管材因具有耐腐蚀性强、柔韧性好、使用寿命长（50年以上）、重量轻、安装便捷及低碳等特点，广泛应用于给水、燃气输送、农业灌溉、工业流体输送等领域。随着下游行业对管材性能（如耐压性、抗冲击性、长期稳定性）和生产效率要求的提升，传统生产工艺逐渐暴露出能耗高、质量波动大、成本控制难等问题。因此，通过系统性改进与优化生产工艺，对提高PE管材的综合性能、降低生产成本、加大市场竞争力具有重要意义。

二、传统PE管材生产工艺痛点分析

当前主流的PE管材生产采用“原料预处理→挤出成型→冷却定型→牵引→切割→检验”的流程，核心环节为单/双螺杆挤出机塑化挤出与模具定型。主要问题包括：

原料适应性差：对回收料或不同密度（LDPE/HDPE/MDPE）混合料的塑化均匀性不足，易导致管材内部结构缺陷（如气泡、分层）。

塑化不充分：传统挤出机温度控制精度低（±5℃以上），熔体温度波动大，易引发局部过热（降解）或欠塑化（分子链未充分解缠），影响管材力学性能（如抗冲击强度下降）。

冷却效率低：依赖单一水冷（喷淋或浸泡），冷却速度不均（管材外壁快、内壁慢），导致内应力集中，易引发后续使用中的变形或开裂。

质量控制被动：在线检测依赖人工抽检（如壁厚、椭圆度），实时反馈能力弱，缺陷（如壁厚不均）需停机调整，影响效率。

三、生产工艺改进与优化方向

（一）原料预处理优化：提升塑化均匀性与配方兼容性

原料分级与干燥：

对新料（如LLDPE、HDPE）与回收料（如破碎料、造粒料）按密度、熔融指数（MI）分类，避免不同牌号原料直接混合导致的塑化不均；

原料干燥处理（尤其是回收料）：采用真空干燥机（温度60~80℃，湿度≤0.02%），避免水分在挤出过程中产生气泡。

预混工艺改进：

添加色母粒等功能助剂时，采用高速混合机（转速≥1000rpm）预混3~5分钟，确保添加剂分散均匀；

对回收料占比高的配方（如≤30%），增加“密炼预塑化”步骤（通过双辊开炼机或小型挤出机预熔融），改善其与新料的相容性。

（二）挤出成型优化：精准控温与有效塑化

挤出机选型与改造：

优先选用平行同向双螺杆挤出机（长径比L/D≥32:1），其强制进料与高剪切特性可提升塑化效率（比单螺杆节能10%~15%），尤其适合高填充（如回收料）或高粘度（如MDPE）原料；

若采用单螺杆挤出机，优化螺杆结构（如增加屏障段、混炼头），延长熔体停留时间并提升分散性。

温度控制精细化：

分区控温（机筒分为加料段、压缩段、均化段，模具独立控温），每区温度误差控制在±2℃以内（通过PID智能温控系统+热电偶实时监测）；

根据原料类型调整温度梯度：例如HDPE（熔点130~137℃）均化段温度建议180~200℃，LDPE（熔点105~115℃）均化段温度建议160~180℃，避免过热降解（分子量下降）或欠塑化（熔体强度不足）。

熔体压力与流速稳定：

安装熔体压力传感器（靠近模具入口），实时监控压力波动（目标范围±5bar），结合变频器调节螺杆转速（避免因喂料不均导致的压力骤变）；

模具设计优化：采用“螺旋式分流梭+渐变压缩比流道”结构，确保熔体均匀分布至管材各部位（减少壁厚偏差）。

（三）牵引与切割优化：尺寸精度与自动化

牵引机智能控制：

采用伺服电机驱动的履带式牵引机，通过编码器实时监测管材运行速度（精度±0.1m/min），并与挤出机螺杆转速联动调节（保持恒定的拉伸比，通常1.0~1.2倍）；

牵引压力自适应调整（根据管材壁厚变化动态补偿），避免因牵引力过大导致的管材椭圆度过标或内层结构破坏。

自动切割系统：

配置激光测径仪+PLC控制系统，在线检测管材外径与壁厚，联动切割锯（圆盘锯或行星锯）按设定长度（如6m、9m）精准切割（误差≤±2mm）；

切割时同步喷水冷却锯片，减少管材切口毛刺（提升端面平整度，便于后续连接）。

（四）在线检测与质量控制强化

实时监测系统：

安装在线壁厚测量仪（如激光测厚仪或电磁感应式传感器），每米检测一次壁厚分布，数据反馈至PLC自动调整牵引速度或模具间隙；

增加椭圆度检测（通过视觉传感器或机械测径轮），结合牵引力调节保证圆形度（偏差≤1%）。

缺陷预警与追溯：

集成颜色识别（检测表面杂质）、气泡监测（红外传感器）等功能，异常时自动停机并标记缺陷位置；

通过二维码/RFID记录每根管材的生产参数（原料批次、温度曲线、冷却时间等），实现全流程质量追溯。