塑料管材用原料及模具设计1.ppt

北京化工大学 北京化工大学 塑料管材用原料及模具设计和成型技术进展 苑会林 北京化工大学材料科学与工程学院 目 录 （一）管材应用市场分析 （二）管材材料的分级 （三）管材系列划分及应用 （四）管材材料 （五）管材加工技术进展 塑料管道的发展趋势 应用越来越广 城市供水、排水、建筑给排水、热水供应、供热采暖、城市燃气、化工流体输送、电线电缆护套管 使用量越来越多 其中聚烯烃塑料管在最近10年来增长最快，年增长率在10％以上 （一）管材应用市场分析 （二）管材材料的分级 确定管材料等级的ISO体系 ISO/TC138 长期耐内压蠕变实验ISO 9080 用于承压输送水管热塑性塑料材料的分类 整体体系以及安全系数ISO12162 用于地板加热采暖的热塑料塑料的质量要求DIN4626 管道安全性的保证 材料 模具和设备 加工成型技术 塑料管道的管道级原材料的等级分类 热塑性管材材料的评价－－ISO体系 适用范围： 除北美部分国家外的美洲 欧洲全部著名的树脂生产商 我国塑料管材标准化的基础和方向 热塑性管材料的ISO等级划分 ISO等级划分是对挤出成型的管材做长期耐内压蠕变试验，按照ISO 9080的方法来获取在20℃、50年时间、97.5%置信下限（LCL）的预测下限（LPL）。 根据LPL或LCL确定材料的最低要求的静液压强度（MRS）。MRS以MPa为单位，将其乘以10则可得到材料的等级数。 表1. LCL与MRS及材料分级数之间的关系（ISO 12162） 表2.管材料的等级命名 迅速发展的塑料管 PP-R管 PE管 PEX管 铝塑复合管 表2管材料的等级命名 （三）管材系列划分及应用 环应力的概念 管系列S 应管系列S用场合分类 名词术语 dn 公称外径，mm dem 平均外径，mm en 公称壁厚，mm SDR，标准尺寸比，SDR=Dn/en S 管系列，S=(SDR-1)/2 Scalc 计算管系列，S=σD/PD 环应力的概念 管材受力分析 环应力σt 轴向力σa 径向力σr 环应力计算 环应力分析σt 轴应力计算 轴应力分析σa 径向力计算 径向力分析σr ISO方程 σ 环向应力，MPa P 管内介质压力,MPa D 管外经，mm e 管壁厚，mm dm 平均管径，mm dm=D-e SDR=D/e 管系列S的概念 S=(SDR-1)/2=dm/(2e) 管系列S的选择 由工作压力P确定管材环应力σ 根据工作压力、温度和设计使用寿命，从寿命图上查出相应的应力 设计应力σS=MRS/C C 安全系数 Scalc的确定 Scalc= σS/P 输送热介质的塑料类管材使用条件级别 （四）塑料管道用材料 聚乙烯（PE)管材料的类型与发展 聚丙烯（PP)管材料的类型与发展 氯化聚氯乙烯（PVC-C）管材料 聚丁烯（PB-1)管材料 交联聚乙烯管（PE-X）材料 ⑴ 聚乙烯管材的类型 LDPE HDPE LLDPEmLLDPE MDPE UHMWPE PE-(HD)X, PE-(MD)X 聚乙烯管材料等级分类 LDPE 分为PE32和PE40 只用于低压供水和灌溉管线等 MDPE、HDPE 聚乙烯压力管的主导材料 聚乙烯管材料等级分类 低密度聚乙烯管材料在等级分类中分为PE32和PE40，只用于低压供水和灌溉管线等。 中、高密度聚乙烯较低密度聚乙烯增强了刚度和承压能力，因此是聚乙烯压力管的主导材料。 聚乙烯管材料一代产品（均聚产品） 是50年代～70年代用齐格勒纳塔催化剂生产的均聚产品。 这类树脂在20℃的脆性破坏发生点约在10万小时，而在80℃的脆性破坏发生点通常在几百小时到几千小时之间 按照ISO的等级分类定为PE 63级材料。 聚乙烯管材料二代产品 共聚产品（ MDPE和HDPE） 目前大量使用的由丁烯－1或己烯－1与乙烯共聚得到的乙烯共聚物，按照ISO的等级分类定为PE 80级材料。通过共聚合，极大地提高了聚乙烯管材级树脂的耐环境应力开裂（ESCR）性能。 在一定程度上损失了材料的耐压强度，即韧性提高、强度下降。 聚乙烯管材料三代产品 均聚产品（PE 100） PE 100树脂未采用共聚聚合的方法来提高ESCR性能，而是通过提高聚乙烯的聚合度和共聚合来获得优秀的ESCR性能和更高的耐压强度，即韧性提高、强度也提高。 聚合度的提高带来的问题是加工性能差，但是通过双峰聚合聚入了一定比例的低分子改善了加工性能。 PE 100聚乙烯管材料的出现，可以满足更高压力管材的要求并能制造口径较大的管材。 PE80和PE100的比较 未来的聚乙烯管材等级 未来的聚乙烯将会向着PE 112和PE 140的目标接近。 通过交联可以获得PE