聚烯烃管道挤出成型工艺控制及常见问题处理（打造挤出成型高手）

编者注：作为热塑性弹性体行业技术服务人员，如果要服务好热塑性弹性体密封条挤出或者线缆挤出客户，我认为这篇文章写的非常精彩，基本上囊挂了挤出所要注意的所有事项，如果读懂这篇文章，再加上了解不同的热塑性弹性体，比如TPV(pp/epdm）、TPE（pp/sebs）、TPEE、TPU等材料不同加工性能，我想服务好客户那将是小Kiss。稍微欠缺对挤出模具的叙述，不过能读到这样的技术文章已经谢天谢地了，非常感谢原作者！

第一部分 塑料挤出的基本原理

塑料加工业是一项综合性很强的技术型产业。它涉及到高分子化学，高分子物理，界面理论，塑料机械，塑料加工模具，配方设计原理及工艺控制等方面。挤出理论主要研究塑料在挤出机内的运动情况与变化规律。挤出机中塑料在一定外力作用下，于不同温度范围内出现的高聚物的三种物理状态，与螺杆结构，塑料性能，加工条件之间的关系。从而进行合理工艺控制。以达到提高塑料制品产量与质量的目的。塑料高分子材料，在恒定的压力下受热时，于不同温度范围内，出现玻璃态，高弹态，粘流态三种物理状态。一般塑料的成型温度在粘流温度以上。

第二部分 聚烯烃管道挤出成型工艺控制

挤出成型工艺的控制参数包括成型温度，挤出机工作压力，螺杆转速，挤出速度和牵引速度，加料速度，冷却定型等。

1．原材料的预处理

聚烯烃是非吸水性材料，通常水分含量很低，可以满足挤出的需要，但当聚烯烃含吸水性颜料，如炭黑时，对湿度敏感。另外，在使用回料及填充料时，含水量会增大。水分不但导致管材内外表面粗糙，而且可能导致熔体中出现气泡。通常应对原料进行预处理。一般采用干燥处理，也可加相应的具有除湿功能的助剂。如消泡剂等。PE的干温度一般在60-90度。在此温度下，产量可提高10%--25%。

2．温度控制

挤出成型温度是促使成型物料塑化和塑料熔体流动的必要条件。对物料的塑化及制品的质量和产量有着十分重要的影响。塑料挤出理论温度窗口是在粘流温度和降解温度之间。对于聚烯烃来说温度范围较宽。通常在熔点以上，280度以下均可加工。要正确控制挤出成型温度，必先了解被加工物料的承温限度与其物理性能的相互关系。找出其特点和规律，才能选择一个较佳的温度范围进行挤出成型。因此，在各段温度设定应考虑以下几个方面：一是聚合物本身的性能，如熔点，分子量大小和分布，熔体指数等。其次考虑设备的性能。有的设备，进料段的温度对主机电流的影响很大。再次，通过观察管模头挤出管坯表面是否光滑。有无气泡等现象来判断。

挤出温度包括加热器的设定温度和熔体温度。加热温度是指外加热器所提供的温度。熔体温度是指螺杆前段与机头连接间物料的温度。

机筒温度分布，从喂料区到模头可能是平坦分布，递增分布，递减分布及混合分布。主要取决于材料物点和挤出机的结构。

机头设置温度，为了获得较好的外观及力学性能，以及减小熔体出口膨胀，一般控制机身温度较低，机头温度较高。机头温度偏高，可使物料顺利进入模具，但挤出物的形状稳定性差，收缩率增加。机头温度低，则物料塑料不良，熔体粘度大，机头压力上升。虽然这样会使制品太得较密实，后收缩率小，产品形状稳定性好，但是加工较困难，离模膨胀较大，产品表面粗糙。还会导致挤出机背压增加，设备负荷大，功率消耗也随之增加。

模设置温度，口模和芯模的温度对管子表面光洁度有影响，在一定的范围内，口模与芯模温度高，管子表面光洁度高。通常来讲，口模出口的温度不应超过220度，机头入口的熔体温度为200度，机头入口和出口熔体温差不应超过20度。因为熔体与金属间较高的温度差将导致鲨鱼皮现象。过高的熔体温度导致口模积料。但具体要根据实际情况决定。

熔体温度是指在螺杆未端测得的熔体实际温度，因而是因变量。主要决定于螺杆转速和机筒设置温度。聚乙烯管材挤出的熔体温度上限一般规定为230度。一般控制在200度左右为佳。聚丙烯管材挤出的熔体温度上限一般为240度。熔体温度不宜过高。一般考虑物料的降解，同时温度过高也会使管材定型困难。

3．压力控制

挤出过程中最重要的压力参数是熔体压力，即机头压力，一般来讲，增加熔体压力，将降低挤出机产量，而使制品密实度增加，有利于提高制品质量。但压力过大，会带来安全问题。熔体压力大小与原料性能，螺杆结构，螺杆转速，工艺温度，过滤网的目数，多孔板等因素有关。熔体压力通常控制在10-30MPa之间。

4．真空定型

真空定型主要控制真空度和冷却速度两个参数。通常在满足管材外观质量的前提下，真空度应尽可能低，这样管材内应力小，产品在存放过程中变形小。

5．冷却

聚乙烯管材挤出成型中冷却水温要求一般较低，通常在20度以下，在生产PPR管材时，第一段温度可以稍高，后段较低，从而形成温度梯度。调节冷却水流量也是相当重要的。流量过大，管材表面粗糙，产生斑点凹坑。流量过小，管材表面产生亮斑易拉断，如分布不均匀，管材壁厚不均，或椭圆。

6．螺杆转速与挤出速度

螺杆转速是控制挤出速率，产量和制品质量的重工参数。单螺杆挤出机的转速增加，产量提高。剪切速率增加，熔体表观粘度下降。有利于物料的均化。同时由于塑化良好，使分子间的作用力增大，机械强度提高。但螺杆转速过高，电机负载过大，熔体压力过高，剪切速率过高，离模澎胀加大，表面变坏，且挤出量不稳。

7．牵引速度

牵引速度直接影响产品壁厚，尺寸公差，性能及外观，牵引速度比须稳定，且牵引速度与管材挤出速度相匹配。牵引速度与挤出线速度的比值反映出制品可能发生的取向程度，该比值称为拉伸比，其数值必须等于或大于1.牵引速度增加，冷却定型的温度条件不变时，牵引速度快，则制品在定径套，冷却水槽中停留的时间也就比较短，经过冷却定型后的制品内部还会残余较多热量，这些热量会使制品在牵引过程中已经形成的取向结构发生解取向，从而引起制品取向程度降低。牵引速度越快，管材壁厚越薄，冷却后的制品其长度方向的收缩率也越大。牵引速度越慢，管材壁厚越厚，越容易导致口模与定径套之间积料。破坏正常挤出生产。因此，挤出成型中挤出速度与牵引速度必须很好控制。

8．管材的在线质量控制与后处理

聚烯烃属结晶聚合物，刚下线管材的性能与管材制品交付使用时的尺寸和性能时有差距的。主要原因有，一，聚烯烃熔体冷却过程中要发生结晶作用，结晶度及晶型与温度及热历史，放置的时间有关。第二，刚下线管材的温度通常高于常温。第三，刚下线的管材内应力较大。为了达到性能及尺寸的稳定性，一般的聚乙烯管材应下线放置24小时，聚丙烯管材需放置48小时后，可依照相应的标准进行性能测试。

第三节 聚烯烃管材生产中常见问题与处理

聚烯烃熔体具有粘弹性。在加工中常出现两种现象，即离模澎胀和熔体破裂。在此，不详细列解。下面列出管材生产中常见的异常情况及产生原因和处理方法。

①表面暗淡无光

产生原因：

1．原料水分

2．熔体温度不合适

3．挤出机挤出的熔融物料不均匀

4．定径套过短

5．口模成型段过短

推荐解决方法：

1．原料预处理

2．调整温度

3．增加背压，用较细的过滤网，设计适宜的螺杆结构

4．加长定径套

5．加长口模成型段。

②表面斑点

产生原因：

1．原料中有水分

2．水槽中的管子上有气泡

推荐解决方法：

1．干燥原料

2．消除气泡。调整工艺温度。

③外表面呈现光亮透明的块状（俗称眼晴）

产生原因：

1．机头温度过高

2．冷却水太小或不足，或不均匀

推荐解决方法：

1．降低机头温度

2．冷却水开大或清理定径套

管材光滑外表面规则的斑纹 管材趋向粘附定径套 加大冷却水流量清理水路或降速

管材外表面深的波纹 定径套口模没对中 对中，保持定径箱与口模在同一轴线

④内表面粗糙

产生原因：

1． 原料潮湿

2． 芯模温度低

3． 口模与芯模间隙过大。

4． 口模定型段太短

推荐解决方法：

1． 原料烘干，或预处理

2． 提高温度或延长保温时间

3． 换芯模

4． 换定型段较长的口模

⑤管内壁波纹状

产生原因：

1． 挤出机产量变化，下料不稳

2． 牵引打滑

3． 管材冷却不均

推荐解决方法：

1． 降低螺杆喂料区温度。

2． 调节牵引气压。

3． 调节水路

⑥管内壁有凹坑

产生原因：

1． 原料水分大

2． 填充料分散性差未塑化，杂质

推荐解决方法：

1． 原料预热干燥

2． 换料，调节温度，清洁原料

⑦管内壁有焦粒

产生原因：

1． 挤出机机头与口模内壁不干净

2． 局部温度过高

3． 口模积料严重（内积料，在电缆行业会形成凸起）

推荐解决方法：

1． 清模

2． 检查热电偶是否正常。

3． 清模，适当降低口模温度

⑧外径或壁厚随时变化

产生原因：

1． 挤出速度变化

2． 牵引速度发生变化或打滑

3． 下料不稳（回料粒径不均）

4． 熔体的不稳定性

5． 冷却不均

推荐解决方法：

1． 检查牵引机

2． 适当提高压力

3． 原料过筛或造粒

4． 提高料温，降低线速度，增加模口间隙

5． 清理水路

⑨管材壁厚不均

产生原因：

1． 口模没对中

2． 口模温度不均

3． 牵引机，定径套，口模没对中

4． 定径套与口模距离太远

推荐解决方法：

1． 调节口模同心

2． 调节温度

3． 保持在同一轴线上

4． 拉近距离

⑩熔接缝不良

产生原因：

1． 口模成型段太短

2． 熔融温度低

3． 模头中塑料分散

4． 机头机结构不合理

推荐解决方法：

1． 使用较长的口模成型段

2． 提高料温

3． 清理模头

4． 更换或改造

⑪管材过早损坏穿孔

产生原因：

1． 水泡

2． 气泡

3． 杂质

4． 颜料或填充料分散不良

推荐解决方法：

1． 干燥原料

2． 除湿或降低温度

3． 清洁原料或用过滤网

4． 调节温度或更换原料

⑫管材过早损坏脆性破坏

产生原因：

1． 料温低

2． 温度过高，原料分解

推荐解决方法：

1． 提高料温

2． 清理模具，降低温度

⑬管材开裂

产生原因：

1． 机头温度低，挤出速度快

2． 冷却水太大

推荐解决方法：

1． 升温，降速

2． 减小冷却水流量

⑭管材圆度不好，弯曲

产生原因：

1． 口模，芯模中心位置不正

2． 机头温度四周不均

3． 冷却水离口模太近

4． 冷却水喷淋力度过大

5． 冷却水喷淋太小

6． 水位过高

7． 牵引机压力过大

推荐解决方法：

1． 调整同心

2． 调节温度

3． 调整冷却水位置

4． 调节喷头角度

5． 清理水路

6． 排水

7． 调节气压