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摘要预制直埋保温管在我国推广应用已有几十年的历史, 形成了较完善的保温结构和一整套科学的设计理论和计算方法。预制直埋保温道技术是一项多学科综合技术，涉及材料、传热、力学、工艺、岩土学和设计、制造、施工、运行管理等诸多方面。近几年，直埋式保温管道在施工现场多次出现外护管破裂现象，冬季施工时尤为突出。为解决和预防这一问题，对能够影响这种现象的诸多因素逐个分析，以求找出解决问题的方法。
关键词 高密度聚乙烯挤出成型应力
中图分类号： TE867文献标识码： A
Abstract:Tube in the existing on domestic application of decades of history of prefabricated directly buried insulating, formed the design theory and calculation method of heat preservation structure more perfect and a set of scientific. Prefabricated directly buried insulating technology is a multidisciplinary integrated technology, involved in many aspects of materials, heat transfer, process, mechanical, geotechnical and design, manufacturing, construction, operation management etc.. In recent years, many in the construction site directly buried insulating pipe pipe rupture phenomenon, especially in winter construction. To prevent and resolve this problem, many factors can influence the analysis one by one to this phenomenon, in order to find a solution to the problem.
Keywords: high density polyethylene extrusion stress
中圖分类号：TU995.3文献标示码：C
1 外护管用原材料的发展
聚乙烯材料（PE）的发展可分为三代：第一代，相当于现在的PE63以下等级的PE管材料；第二代，相当于现在的PE80级管材料；第三代，20世纪80年代出现了被称为“ 第三代管材料”，国际上不少大型石油化工企业已经使用的PE100级管材料。现在开发出第四代PE125管材料, 已在某些领域开始使用。2012年，国家质量监督检验检疫总局颁布了国家标准，《高密度聚乙烯外护管硬质聚氨酯泡沫塑料预制直埋保温管及管件》（GB/T 29047—2012）（2012-12-31发布，2013-09-01实施），要求外护管应使用高密度聚乙烯树脂制造，高密度聚乙烯树脂应采用PE80级或更高级别的原料。
2 外护管挤出成型工艺影响因素
外护管主要采用负压定径技术生产，影响因素主要有挤出成型工艺和主要成型设备两方面。工艺参数包括温度、挤出速率、牵引速率；成型设备主要由挤出机、主体模具、负压定径舱、定径装置、二次冷却系统、牵引装置组成。
2. 1PE管定径工艺
PE管定径工艺分为负压定径和正压定径。负压定径和正压定径的区别在于使用气压不同，负压定径是在定径舱中制造低于大气压的环境，使塑性状态的PE管材在负压下紧贴定径装置成型；正压定径是在定径装置中通入高压空气迫使塑性PE管材紧贴定径装置而成型。与正压定径工艺相比，负压定径工艺的优点为: ①PE管材直径容易控制,成品合格率高； ②PE原材料浪费小；③安全性高； ④成品管材的力学性能好。
2.2工艺参数
主要工艺参数为温度、挤出速率、牵引速率。对于整个生产过程来说, 3个参数是互相影响的。
（1）温度
包括料筒温度、机头温度和冷却温度。温度是影响塑化及管材成型质量的主要因素，料筒和机头温度过高导致塑料老化甚至炭化，而温度过低使原料塑化不充分，成品管管壁上会留有尚未塑化的PE颗粒。冷却温度对于PE管材的直径和外护管内应力影响很大，不同冷却温度会造成同批成品管直径不同和内应力大小不同。因此控制冷却温度，尤其是冬天挤出成型时更应该引起大家的注意。
（2）挤出速率
挤出速率主要取决于挤出机螺杆转速。提高螺杆转速可以提高产量，但转速过快，会导致塑化质量下降，成品管材拉伸强度不合格，而且影响与牵引速率的配合。应根据管径和所处地域的环境温度适当调整螺杆转速，使原料充分塑化,保证管材的质量。
（3）牵引速率
牵引速率用来调整管材的壁厚,一般牵引速率比挤出速率稍快一些。由于大管径PE管的直径及质量大，需要适当调节牵引速率，以免在生产过程中发生管材爆裂。
2.3 生产设备
2.3.1挤出机
挤出机包括挤出螺杆、机筒、加料系统、加热和冷却系统等。挤出机单位时间挤出量直接影响到整条生产线的生产能力，挤出机对PE原料的塑化能力也直接影响产品的质量。
2.3.2主体模具
主体模具的作用是使挤出机挤出来的PE熔融物均匀地通过整个模具断面，使PE熔融物形成连续的管材。目前，广泛采用的模具为筛篮式模具，这种模具可使PE料的流动速率达到预期值，同时还具有阻力小、产量高、结构紧凑、连接合理、更换方便等特点。
为了保证良好的塑化温度，在口模外壁和芯模内壁设置了不同功率的电加热片。为了随时调整模具的温度避免PE物料发生炭化，在每组电热片上预留热电偶插座，根据热电偶反馈的温度信号控制电热片温度。
2.3.3负压定径舱
在设计负压定径舱时应选用功率较高的真空泵，来弥补舱体密封不严的缺陷。定径舱内设有密集的高效喷淋设备，冷却水从PE管坯的四周均匀喷洒在PE管坯表面，使PE管坯尽可能快地冷却、定径。在实际生产中不可避免地会从外界进入一些杂质到水中,为了喷淋设备的工作稳定并减少维护工作量，在水泵前端设置过滤单元，避免杂质堵塞管道和喷头，延长设备使用寿命。为了引管的方便和易操作，在舱的底部加设一套纵向行进装置,使舱体在水平轴向可以移动。
2.3.4定径装置
定径装置主要控制PE管坯的最初直径，考虑到PE管属于柔性材料，温度对其收缩膨胀影响较大，在制造定径装置时应适当增大定径装置的内径。
2.3.5二次冷却系统
由于管坯在负压定径舱出口处温度仍不能降到室温，即没有完成最终定径，要对管材进行二次冷却。冷却水温度和流量是设计喷淋设备的主要参数。在水温的控制上采用冷却循环水为主和自来水为辅的混用方式，当经冷却塔冷却后的循环水水温过高时温控电磁阀打开，自来水进入循环水系统，使循环水温度降低，当水温达到系统要求后温控电磁阀自动关闭。喷淋方式采用多点喷射，使PE管坯各点均匀冷却。喷嘴的出口压力应使水成雾状均匀喷洒在管坯表面。
关键词 高密度聚乙烯挤出成型应力
中图分类号： TE867文献标识码： A
Abstract:Tube in the existing on domestic application of decades of history of prefabricated directly buried insulating, formed the design theory and calculation method of heat preservation structure more perfect and a set of scientific. Prefabricated directly buried insulating technology is a multidisciplinary integrated technology, involved in many aspects of materials, heat transfer, process, mechanical, geotechnical and design, manufacturing, construction, operation management etc.. In recent years, many in the construction site directly buried insulating pipe pipe rupture phenomenon, especially in winter construction. To prevent and resolve this problem, many factors can influence the analysis one by one to this phenomenon, in order to find a solution to the problem.
Keywords: high density polyethylene extrusion stress
中圖分类号：TU995.3文献标示码：C
1 外护管用原材料的发展
聚乙烯材料（PE）的发展可分为三代：第一代，相当于现在的PE63以下等级的PE管材料；第二代，相当于现在的PE80级管材料；第三代，20世纪80年代出现了被称为“ 第三代管材料”，国际上不少大型石油化工企业已经使用的PE100级管材料。现在开发出第四代PE125管材料, 已在某些领域开始使用。2012年，国家质量监督检验检疫总局颁布了国家标准，《高密度聚乙烯外护管硬质聚氨酯泡沫塑料预制直埋保温管及管件》（GB/T 29047—2012）（2012-12-31发布，2013-09-01实施），要求外护管应使用高密度聚乙烯树脂制造，高密度聚乙烯树脂应采用PE80级或更高级别的原料。
2 外护管挤出成型工艺影响因素
外护管主要采用负压定径技术生产，影响因素主要有挤出成型工艺和主要成型设备两方面。工艺参数包括温度、挤出速率、牵引速率；成型设备主要由挤出机、主体模具、负压定径舱、定径装置、二次冷却系统、牵引装置组成。
2. 1PE管定径工艺
PE管定径工艺分为负压定径和正压定径。负压定径和正压定径的区别在于使用气压不同，负压定径是在定径舱中制造低于大气压的环境，使塑性状态的PE管材在负压下紧贴定径装置成型；正压定径是在定径装置中通入高压空气迫使塑性PE管材紧贴定径装置而成型。与正压定径工艺相比，负压定径工艺的优点为: ①PE管材直径容易控制,成品合格率高； ②PE原材料浪费小；③安全性高； ④成品管材的力学性能好。
2.2工艺参数
主要工艺参数为温度、挤出速率、牵引速率。对于整个生产过程来说, 3个参数是互相影响的。
（1）温度
包括料筒温度、机头温度和冷却温度。温度是影响塑化及管材成型质量的主要因素，料筒和机头温度过高导致塑料老化甚至炭化，而温度过低使原料塑化不充分，成品管管壁上会留有尚未塑化的PE颗粒。冷却温度对于PE管材的直径和外护管内应力影响很大，不同冷却温度会造成同批成品管直径不同和内应力大小不同。因此控制冷却温度，尤其是冬天挤出成型时更应该引起大家的注意。
（2）挤出速率
挤出速率主要取决于挤出机螺杆转速。提高螺杆转速可以提高产量，但转速过快，会导致塑化质量下降，成品管材拉伸强度不合格，而且影响与牵引速率的配合。应根据管径和所处地域的环境温度适当调整螺杆转速，使原料充分塑化,保证管材的质量。
（3）牵引速率
牵引速率用来调整管材的壁厚,一般牵引速率比挤出速率稍快一些。由于大管径PE管的直径及质量大，需要适当调节牵引速率，以免在生产过程中发生管材爆裂。
2.3 生产设备
2.3.1挤出机
挤出机包括挤出螺杆、机筒、加料系统、加热和冷却系统等。挤出机单位时间挤出量直接影响到整条生产线的生产能力，挤出机对PE原料的塑化能力也直接影响产品的质量。
2.3.2主体模具
主体模具的作用是使挤出机挤出来的PE熔融物均匀地通过整个模具断面，使PE熔融物形成连续的管材。目前，广泛采用的模具为筛篮式模具，这种模具可使PE料的流动速率达到预期值，同时还具有阻力小、产量高、结构紧凑、连接合理、更换方便等特点。
为了保证良好的塑化温度，在口模外壁和芯模内壁设置了不同功率的电加热片。为了随时调整模具的温度避免PE物料发生炭化，在每组电热片上预留热电偶插座，根据热电偶反馈的温度信号控制电热片温度。
2.3.3负压定径舱
在设计负压定径舱时应选用功率较高的真空泵，来弥补舱体密封不严的缺陷。定径舱内设有密集的高效喷淋设备，冷却水从PE管坯的四周均匀喷洒在PE管坯表面，使PE管坯尽可能快地冷却、定径。在实际生产中不可避免地会从外界进入一些杂质到水中,为了喷淋设备的工作稳定并减少维护工作量，在水泵前端设置过滤单元，避免杂质堵塞管道和喷头，延长设备使用寿命。为了引管的方便和易操作，在舱的底部加设一套纵向行进装置,使舱体在水平轴向可以移动。
2.3.4定径装置
定径装置主要控制PE管坯的最初直径，考虑到PE管属于柔性材料，温度对其收缩膨胀影响较大，在制造定径装置时应适当增大定径装置的内径。
2.3.5二次冷却系统
由于管坯在负压定径舱出口处温度仍不能降到室温，即没有完成最终定径，要对管材进行二次冷却。冷却水温度和流量是设计喷淋设备的主要参数。在水温的控制上采用冷却循环水为主和自来水为辅的混用方式，当经冷却塔冷却后的循环水水温过高时温控电磁阀打开，自来水进入循环水系统，使循环水温度降低，当水温达到系统要求后温控电磁阀自动关闭。喷淋方式采用多点喷射，使PE管坯各点均匀冷却。喷嘴的出口压力应使水成雾状均匀喷洒在管坯表面。