PE-RT II管技术特性及其保温管施工工艺分析

PE-RT II管技术特性及其保温管施工工艺分析

摘 要：本文通过PE-RT II管材的基本技术性能的描述及热熔焊接工艺的分析，突出了PE-RT II作为一种耐热型承压管材，尤其在北方应用于城镇供热系统二次管网-pe-rt II型耐热聚乙烯预制直埋保温复合管。

关键词：PE-RT II；技术特性；热熔焊接工艺

前言

自从塑料承压管道问世以来，各种类型材料的塑料承压管道不断在工业领域和人们生活中得到广泛应用和发展，聚烯烃类的有：聚丙烯、聚乙烯、聚丁烯、聚氯乙烯、氯化聚乙烯等。近几年来它们作为室内给水管特别是热水输送和采暖管，在我国建筑领域已占据了重要地位。人们对这些不同种类管道的技术特征都有不同程度的认识。它们在实际工程应用中也有不同的优势和异同点。在这里主要谈谈耐热聚乙烯管材的技术特性和加工特性，并对其热熔接工艺予以分析。

1 耐热聚乙烯材料

1.1分子结构特征

 PE-RT II型管材，由高密度（hdpe）聚乙烯与乙烯共聚而成的。PE-RT II型管材料抗冲击、耐开裂、耐划伤强度性较好，且柔韧性和长期蠕变性能好，具有良好的耐低温（-40℃）和高温性能。

PE-RT II管按其共聚单体不同分为三种：

 1.乙烯与辛烯共聚-耐热聚乙烯(C2 C8)；

 2.乙烯和己烯共聚-耐热聚乙烯(C2 C6)以；

 3.乙烯和丁烯共聚的耐热聚乙烯(C2 C4)。

二型耐热聚乙烯（PE-RT II）无需交联即具有优良的长期静液压强度；具有可焊接性，并可采用所有的熔接方法；PE-RT II材料抗冲击、耐开裂强度性较好，且柔韧性和长期蠕变性能好，具有与传统高密度聚乙烯相同的良好的耐低温 (-40℃)性能，长期工作的较低工作温度为-30℃，并能耐高温。

1.2 PE-RT II与非耐热聚乙烯

通过分子设计技术，并采用茂金属催化剂的新型合成工艺是合成PE80级以上承压管道材料的先进工业技术特征之一。PE-RT II也属于PE80级，其工作温度范围可提高到80℃以上，并能保证50年的使用寿命，当然其必须通过全部有地位单独试验室进行认证的。PE-RT II耐热性的提高主要得益于所用的共聚单体是1-辛烯而不是1-丁烯、1-己烯等，这样优化了支链的密度和微观晶体结构，达到了与交联聚乙烯同样的耐温性能。

2 PE-RT II成型加工特性

PE-RT II属高密度聚乙烯，作为耐热聚乙烯，它在生产加工过程中无需交联，克服了交联聚乙烯生产工艺的复杂性、交联度控制不稳定性，使得整个管材的均质，质量稳定。但PE-RT II的加工温度范围不是很宽，其熔体温度一般控制在190℃左右，管材生产时若温度过高，其熔体强度低，会影响其成型的稳定性。管件的注塑成型一样应采取低温低压机理，要求冷却必须均匀。因其热传导系数是聚丙烯、聚丁烯的2倍，成型收缩率及成型后收缩率都比聚丙烯大。交联聚乙烯交联度的大小决定了交联聚乙烯的长期静液压强度，即其使用寿命。一般交联聚乙烯的交联度必须达到65％以上，这样交联结构的形成是通过交联剂（过氧化物、乙烯基三甲氧硅烷）在一定的温度和压力下发生化学反应，实现聚乙烯支链的相互交联而成，其加工的难度大且可变因素多，交联度不易控制。PE-RT II对加工设备的适用性较强，一般聚烯烴单螺杆挤出机均可完成PE-RT II的成型加工，根据PE-RT II的材料特性进行工艺参数的设定和调整即可。

2.1 PE-RT II成型工艺参数设置（参考）

机 筒 温 度 ℃ 模 头 温 度 ℃ 水 温 ℃ 机头压力MPa

Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅰ Ⅱ Ⅲ

170 175 180 185 182 182 181 181 181 200 35.1 34.5 30.2 16.2

2.2 挤出温度

挤出温度与原料的材质、熔融指数MFR和所加工管材的管径大小直接相关。从加料端至挤出机端机筒温度控制在160℃～200℃范围内，机头温度在170℃～200℃，熔体温度一般不得超过200℃。

3 热熔焊接按工艺分析（以承插式为例）

3.1 PE－RT II材质热熔性能

PE－RT II是高密度聚乙烯，它的热性能指标如下：

表1

材质 熔体流动速率MFR（g/10min） 密度

g/cm3 维卡软化点 ℃ 熔点

Tm℃ 热传导系数Wt/m.k

PE-RT  II0.85 0.941 124.5 134.5 0.40

3.2 热熔焊接工艺参数设定

焊接工艺要素有三个：温度、压力、时间。

3.2.1 焊接温度确定：要考虑材质的性质及焊接处的质量；

3.2.2 PE-RT和其它中密度聚乙烯一样是属部分结晶性热塑性塑料，因此它的热焊接温度应在熔融温度Tm或材料粘流态转化温度Tf之上，在此温度下塑料才能熔融流动，塑料大分子才能相互扩散和缠绕。通常聚乙烯、PP-R承插式热熔温度为260℃�10℃，因此PE－RT II熔融焊接也应在此范围内进行，但实际实验时差异较大，PE－RT II在260℃下进行焊接会出现粘模头现象。

3.2.3 另外焊接温度受制于：a.焊接接头处卷边高度；b.树脂熔体对工具的粘附；c.树脂材料的热氧化破坏，焊接温度太高会产生热氧破坏，析出挥发物（CO、不饱和烴等），焊接强度反而要降低。

3.2.4 加热时间：是焊接过程中重要参数；

3.2.5 它与加热工具一起，决定了焊件内的温度分布及产生工艺缺陷可能性及焊件形状结构。加热时间太短，塑料件表面还未熔融，焊件时困难、压力要大、焊件接触面牢度不够；加热时间太长，由于温度的传导、辐射，整个管材都软化了，在承插焊接时就不能进行。

3.2.6 加热时间长短还取决于材质的热传导系数；PE-RT II热传导系数为0.4，而PP-R塑料热传导系数为0.23，因此PE-RT II升温时

间、冷却时间要比PP-R短些。

3.3 转化时间：是指管材、管件表面被熔化后，迅速离开模具，然后将插口端迅速插入承口端的时间，这一过程应尽可能短。

3.4 冷却时间：当管材插入管件承接处后，让其自然冷却到环境温度的时间。它取决于环境温度高低。

下面推荐PE－RT II承插式热熔连接时间，见表2（热熔温度为210�10℃）

表2

管外径

mm 加热时间

s 较长加工时间

s 较短冷却时间min

16 6 4 2

20 8 4 2

25 10 5 2

32 11 6 4

3.3 PE－RT II承插式热熔连接步骤

3.3.1 承插式热熔设备;

3.3.1.1 带控温可调装置的加热器（手动焊接）

3.3.1.2 承插口加温的模头（各种规格一套）

3.3.1.3 大口径连接时采用机械装置，它可保证接头直线度，连接前可使承插口复原。

3.3.2 承插式热熔连接步骤

3.3.2.1 准备工作：

a 检查带控温装置的加热器或机械焊接装置是否满足工作要求；

b 安装与管材、管件规格一致的模头于加热板上；

c 设定加热板温度至焊接温度（PE－RT II为210�10℃）

d 用酒精或软纸擦拭加热板表面。（注意不要划伤PTFE防粘层）

3.3.3 焊接：焊接按焊接工艺参数操作，必要时根据天气、环境温度变化作适当调整。

a 用干净布清除管材及管件接触面的污渍；

b 将加热工具加热到熔接温度；（通常熔接温度为210�10℃）

c 插口管末端应切割平整，与中心轴垂直，用笔在承口和插口上做适当标记，以利连接定位，必要时须对承口和插口进行整圆处理或对插口管连接端刮削。

d 用加热工具将管材、管件的插口、承口的表面熔化；

e 将模具及加热器迅速移开，这一过程应尽可能短；

f 将插口端迅速插入承口端，在达到连接强度之前，应将接头固定；

g 让其接头自然冷却至环境温度。

3.4 注意事项：

3.4.1 注意工作环境：工作场地有大风，会对熔接质量有影响，因它会冷却加热板，导致不均匀温度分布。

3.4.2 将插口端插入承口端时，外力使用要均匀，不然管子会不直，影响接头使用寿命及强度。

3.4.3 注意管材与管件的熔体流动速率差异不能太大，不然不能得到较佳连接强度。MFR间差值尽可能小。（0.5－1.0g/10min）

3.5 承插热熔接头质量检验方式

3.5.1 用目测检查：

a 承口件和插口件是否对正；

b 承口件和插口件之间挤出熔融材料在整个外圆周上是否均一致；

c 剥开接触面，观察焊接区有无杂质、缩孔、裂纹或其它外伤；

d 观察有否由于熔接温度过高、焊接压力过大造成的管壁塌陷，卷边过大或形状不正确现象。

3.5.2 用实验方法来验证管接头处焊接牢度：

a 把焊接好的管材作静液压试验；有

否出现破裂、渗漏现象；

b 工地上，在施工完毕后进行通水打压试验，一般冷水管试验压力为管道系统工作压力1.5倍，热水管试验压力为管道系统工作压力2倍，看整个管焊接处有否破裂、渗漏现象发生。

3.6 PE－RT II对接式热熔连接步骤

3.6.1热熔对接工艺连接pe-rt II型管施工时应注意以下步骤：

a. 材料准备：将pe-rt II型管道或pe-rt II型管件置于平坦位置，放于对接机上，留足10-20mm的切削余量。

b. 机器夹具夹紧：根据所焊制的管材、管件选择合适的卡瓦夹具，夹紧管材，为切削做好准备。

c.切削刨刀：切削所焊pe-rt II型管段、管件端面杂质和氧化层，保证两对接端面平整、光洁、无杂质。

d.平行对中：pe-rt II型管两头焊管段端面要完全对中，错边越小越好，错边不能超过壁厚的10%。否则，将影响对接质量。

e.烫板加热：对接温度一般在200-220℃之间为宜，跟环境温度成反比，冬季调至220�c，夏天调至200�c；加热板加热时间冬夏有别，以两端面熔融长度为不低于管材壁厚的2/10为佳。

f. 烫板切换：将加热板迅速拿开，瞬间让两热融端面相粘并适度加压，为保证熔融对接质量，切换周期越短越好。

g.熔融对接：是焊接的关键，对接过程应始终处于熔融压力下进行，卷边宽度以2-4mm为宜。

h.保压冷却：在保持对接压力不变，让接口缓慢冷却，冷却时间长短以手摸卷边生硬，感觉不到热为准。再松开卡瓦，移开对接机，重新准备下一接口连接。

3.6.2PE-RT II型管安装

a.安装前检验管槽是否达到安装要求，然后查看pe-rt II型管道外观有无明显凹陷、裂痕、擦伤、划伤，发现质量隐患及时更换。

b.在pe-rt II型管道弯头、三通、渐缩接头等处均用商砼设置混凝土支礅，法兰阀门用砖砌支礅加固。

c.PE-RT II型管与金属管道、阀门、补偿器或等，必须采用钢塑过渡接头或pe-rt II型法兰套连接。

d.在pe-rt II型管路隆起部位或上坡地段均应设置排气阀，以减小气、水混压对管道的冲击。管道与排气阀口径比例设计为1:8。

e.正常条件下PE-RT II型管材埋地敷设采用“无补偿法”敷设.

3.6.3土方回填夯实

管道安装敷设完毕，待隐蔽工程验收后，应立即回填，回填时应符合下列规定：

a. 防止槽内积水造成管道漂浮，如有积水，应想办法排尽。

b.对石方、土石混合地段的管槽回填时，应先装运粘土或砂土回填至管顶200-300mm，夯实后再回填其它杂土。

c.回填必须从管两侧同时回填，回填一层夯实一层。

 d.管道试压前，一般情况下回填土不宜少于500mm。

e.管道试压后的大面积回填，宜在管道内充满水的情况下进行，管道敷设后不宜长时间处于空管状态。

4 PE-RT II采暖管的工程应用优势

4.1 良好的热稳定性和长期静液压强度，工业用及民用建筑冷热水管路系统、饮用水系统、热力预埋管、地面辐射采暖系统以及高温地源热泵系统等，尤其在北方应用于城镇供热系统二次管网-pe-rt II型耐热聚乙烯预制直埋保温复合管。万年通PE-RT II管材管件工程典型应用实例：

①河北唐山丰百小区和汇通花园二级管网改造项目263万 

②宁夏银川 滨河新区中小学项目 40万

③广东台山别墅区温泉项目 392万

4.2 PE-RT II管材具有很好的柔韧性，其弹性模量低、弯曲半径小（R=5D），易盘卷和弯曲，不易回弹，弯曲部分的应力可以很快松弛，避免使用过程中，由于应力集中而引起管材强度的减小。

4.3 抗冲击性能好，安全性高，低温脆裂温度达到-70℃，施工时不受环境温度变化限制，较具耐低温性能，且施工操作简单方便，可修复性强。

4.4 连接方便，可采用机械连接和同质热熔连接、电熔连接承插热熔焊接、热熔对接等，安全可靠，可修复性强，优于PEX管。