浅谈高密度聚乙烯聚氨酯保温管开裂问题的产生与对策

郑中胜+郎魁元+张国玉

摘要：高密度聚乙烯聚氨酯保温管具有机械强度高、耐热性强、韧性好、绝缘性低和化学稳定的特点，已经被广泛地应用于各行各业中。但是高密度聚乙烯聚氨酯保温管经常会出现开裂等现象，对于这一问题要认真分析，提出具体解决方案。文章就高密度聚乙烯聚氨酯保温管开裂的原因为例进行了阐述，能够保证高密度聚乙烯聚氨酯保温管的科学应用。

关键词：高密度聚乙烯聚氨酯保温管；开裂原因；低温防开裂；外保温管；保温层 文献标识码：A

中图分类号：O213 文章编号：1009-2374（2017）06-0077-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.06.039

高密度聚乙烯聚氨酯保温管在各行各业的发展中扮演着重要的角色，在行业发展的过程中，一定要对高密度聚乙烯聚氨酯保温管开裂问题产生原因进行科学分析，尤其是在加工的过程中，如果工序生产没有达到相关的要求，就无法满足保温管的使用要求，因此要详细分析高密度聚乙烯聚氨酯保温管开裂问题的产生原因，针对这些问题提出具体的对策。

1 高密度聚乙烯概述

高密度聚乙烯是一种结晶度较高、热塑性较好的材料，在使用的过程中，要深入了解耐低温防开裂高密度聚乙烯特点，其外表呈现乳白色，而且在微薄的界面上呈现出一种半透明的形状，PE自身也有着优良性，有着工业化学品和生活品的特性，高密度聚乙烯是无味、无毒。无臭的白色颗粒，有着极好的稳定性，机械强度也较高，其熔点为130℃，而且相对密度一般在0.941～0.960之间，高密度聚乙烯自身也有着较好的耐寒性和耐热性，环境应力的开裂性也很好，熔化的温度在120℃～160℃之间，其拉伸强度和硬度较高，而且蠕变性相对于低密度的聚乙烯来说也有着极大的优点。在室温的条件下，不会与其他的有机溶剂相融合，还能够防腐蚀，吸水性较低，因此可以说高密度聚乙烯是一种十分重要的产物，在应用的过程中也是极为重要的。

2 高密度聚乙烯聚氨酯保温管开裂的原因

高密度聚乙烯聚氨酯保温管有三层结构，这三层结构主要是由外保温管、保温层和工作管构成的，有着易安装、安全、方便、施工成本低、施工时简单的特点，但是在实际的施工中，容易受到各种因素的影响，这样就会出现各种开裂的问题，高密度聚乙烯聚氨酯保温管开裂的具体原因主要有以下三个方面：

2.1 材料自身的特点所引起的开裂

高密度聚乙烯聚氨酯保温管在现场施工的过程中，会出现现场开裂，而且保温弯管的数量也较多，这与相关的结构特点有着极大的关系，而且如果角度越大，开裂会变得越来越严重。保温弯管使用的是冷煨工艺进行的制作，这样就会存在着较大的压力，而且弯曲的形状也会使得整个聚乙烯的一些轴向发生拘束度较大的现象，在这样的情况下，聚乙烯外护管的受力情况也是极为复杂的，在轴径向与轴向上都能够受到相关的约束作用，相对于保温直管来说，这种保温管更加容易开裂。如果是已经完成了焊接或者是需要进行百米连接的一些保温弯管，温度在发生变化的时候，比较长的金属管段就会对弯管产生较大的作用力，从而导致弯管会向着平直的方向进行拉伸，极容易会出现变形，这样在发生变形的时候，就会对整个聚乙烯的外护管产生较大的应力，这样就极容易发生开裂的现象。

2.2 物理性能导致的开裂

高密度聚乙烯聚氨酯保温管所使用的三种材料物理性能有着较大的差异，外护层高密度聚乙烯、钢管的线膨胀系数和聚氨酯泡沫系数分别为300×10-6℃、10.6～12.2×10-6℃和40×10-6℃，而且整个高密度聚乙烯的线膨胀系数也是全部钢管的25～28倍，是整个聚氨酯泡沫的7.5倍。如果出现了温度下降的情况，那么材料的收缩量就会存在着极大的差异，也会出现较大的应力，并且在应用的过程中，还会随着收缩量和温差的增加而增加，而高密度聚乙烯的相关塑性还会随着温度的降低而出现下降的现象，这样温度在出现下降的情况的时候，塑性储备是无法将收缩量全部的弥补回来的，这一现象的出现也会导致高密度聚乙烯聚氨酯保温管

开裂。

2.3 预制中产生的开裂

2.3.1 外护管原料与配方。高密度聚乙烯外护管在预制的过程中，必须要根据外护管的成型工艺与使用性能来选择相关的原材料，并且要确定最佳的制作配方，这也是保证高密度聚乙烯外护管质量的基本前提。

一般的前提下，高密度聚乙烯的溶体流动速率越小，那么分子量就会越大，分子链的长度也会变得更加的均匀，分子量的分布就会越来越狭窄，晶片间的系带分子数量也会变得越来越多，外护管耐环境的应力开裂问题变得严重。在这样的情况下，向里面加入抗氧剂、炭黑以及填料就能够将整个管材的耐老化性能提高，在一定程度上降低成本。相关的试验结果表明了随着炭黑量的不断增加，高密度聚乙烯分子之间的作用力就会出现减弱的现象，而管材在环境介质与外力的作用下极容易出现开裂。抗氧剂在使用的过程中，能够有效地提高管材的耐环境应力，对于提高管材的耐环境应力有着重要的影响。如果使用母料进行填充，那么产生的影响是极小的。相关的规定对回用料的应用有着严格的要求，要求回应料必须是由制造商自己生产，在使用的过程中，洁净回用料质量分数不能够超过15%。但是在实际的生产过程中，向里面掺加回用料与再生料是不容易控制的，这样是不利于检测的，极容易导致质量下降。

2.3.2 外护管成型工艺。

第一，挤出温度。高密度聚乙烯管材在生产的过程中，使用的是挤出成型工艺，管材在成型的过程中，物料和挤出温度在这一温度下所能够停留的时间会直接影响残存晶核的大小、数量以及存在与否，其中对于成型过程中的结晶速度的影響是十分大的，结晶速度与结晶的完善程度有着紧密的联系，结晶越完善，由此生成的晶体越完整，且强度越大。在成型的过程中，必须要根据所使用的树脂的具体熔融温度来进行机头和机筒温度的设定，这一温度不能够过高，否则就会影响到管材的成型。

第二，冷却速度。高密度聚乙烯的冷却速度与结晶的状态有着一定的联系，而且不同的结晶程度也会影响着管材的力学性能。在冷却速度能够快速的超过最佳的结晶温度的时候，这时管材的表面就会出现一层聚集态结构，这一结构就是由于结晶度较低所导致的。管材的内表层和中间层会受到高密度聚乙烯传热较慢的影响，在高温的状态下，停留的时间就会比较长，在这种状态下就能够获得较多的晶核数量，而且结晶层的生长速度也较快。如果内外结构出现了不均匀性，那么管材力学的性能就会受到不良的影响，这时挤出温度就需要进行适当的降低，以适应冷却速度。这样就会使高密度聚乙烯管材的内部生成结晶度较高的一种聚集态，这种聚集态有利于提高管材的耐环境应力开裂性能，提高管材的质量，减少管材开裂现象的发生。

3 高密度聚乙烯聚氨酯保温管开裂问题的应对策略

对于尚未焊接的开裂耐低温防开裂高密度聚乙烯护套，返厂重新预制；对于现场已完成焊接的开裂高密度聚乙烯聚氨酯保温管，首先采用捆扎带复原并利用钢带箍紧，然后采用粘弹体胶带密封裂缝，最后利用热收缩带整体缠绕进行修复；对于已修复的高密度聚乙烯聚氨酯保温管，应尽快下沟回填，减少环境温度对修复材料的影响，避免再次开裂。针对影响高密度聚乙烯聚氨酯保温管开裂的原因，提出以下建议：（1）根据使用性能要求选择原材料，宜选择分子量大、分布窄，分子链长短适宜、支化度高和长支链含量相对较高的原料，严格控制使用再生料或回用料，确保外护管的质量；（2）为避免聚乙烯骤冷而引起的残留内应力，并导致后期应力开裂，一般要求冷却水槽分段降温，第一段水温控制在60℃～90℃，第二段水温控制在40℃～45℃，最后到室温，即进行高低温分段冷却。但实际生产过程中，发现90℃的水温过高，当温度很高的熔融聚乙烯进入90℃水中会使聚乙烯界面处的水温骤然升高，导致部分的水汽化，而这饱和蒸汽将在电缆外表形成大密度的气泡。在生产中，应采用第一段水温控制在65℃左右，第二段水温控制在45℃，最后到室温；（3）控制聚氨酯泡沫投料量，采取适当的措施（如捆扎带捆绑）减少发泡过程对外护管外径增大率的影响增加外护管的收缩余量；（4）保温弯管预制结束后，先将中间焊缝打开，释放应力，下沟后再进行焊接；弯管现场补口时，尽量采取沟下补口，减少两端管段对弯管的影响。

4 结语

通过以上措施，很好地解决了耐低温防开裂高密度聚乙烯在生产和使用中产生的保温管开裂问题，使保温管开裂现象不再发生，但是我们还要对生产中的生产设备进行不断改进完善，为企业和客户创造更好的效益。

参考文献

[1] 周禮文.外径电力电缆聚乙烯外护套开裂问题的探讨[J].电线电缆，2012，（4）.

（责任编辑：蒋建华）