・ｌ３８・ 广州化工 ２０１１年３９卷第ｌ２期 孔网钢带塑料复合管的生产过程及工艺优化 范晓勇’，王小宁 （１榆林学院化学与化学工程学院，陕西榆林山西７１９０００；２山西阳煤丰喜肥业（集团）有限责任公司， 运城Ｏ４４ＯＯＯ） 摘 要：介绍了孔网钢带塑料复合管的性能、结构及复合管的生产过程，分析并提出相应的生产改进措施，对增强塑料材料与 钢板的复合带来了一定的好处，可有效的提高管道成品率。也对于减小复合管增强体（￣ｌｑ／）的用量、节约成本、提高Ｔ程应用质量 具有重要的意义。 关键词：复合管；孔网钢带；生产工艺；Ｔ艺优化 Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒａｔｅｄ Ｓｔｅｅｌ Ｓｈｅｅｔ Ｐｌａｓｔｉｃ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｐｉｐｅ ＦＡＮ Ｘｉａｏ—ｙｏｎｇ ，ＷＡＮＧ Ｘｉａｏ—ｎｉｎｇ （１ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｙｕｌｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａａｎｘｉ Ｙｕｌｉｎ ７１９０００；２ Ｆｅｎｇ Ｘｉ Ｙａｎｇ Ｃｏａｌ ｉｎ Ｓｈａｎｘｉ Ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ（Ｇｒｏｕｐ）Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｓｈａｎｘｉ Ｙｕｎｃｈｅｎｇ ０４４０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｐｅｒｆｏｒａｔｅｄ ｓｔｅｅｌ ｓｈｅｅｔ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｐｉｐｅ ｗｅｒｅ ｄｅ— ｓｃｒｉｂｅｓ，ａｎｄ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｆｏｒ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｔｈｒｏｕｇｈ ａｎａｌｙｓｉｓｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗｅｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｒｅｎｉｎｆｏｒｃｅ ｐｌａｓｔｉｃ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｓｔｅｅｌ ａｎｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｒａｔｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐｉｐｅ，ａｎｄ ｈａｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｉｎ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ ａｍｏｕｔ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｓｈｅｅｔ，ｓａｖｉｎｇ ｃｏｓｔｓ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｐｉｐｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｐｉｐｅ；ｐｅｒｆｏｒａｔｅｄ ｓｔｅｅｌ ｓｈｅｅｔ；ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ；ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ Ｉ ２ ３ 钢塑复合管是以钢骨架作为增强体，内外双层一次挤塑成 型的新型绿色管道，性能优越，具有普通塑料管道的防腐蚀性 能，同时又具备传统管道的较高强度、刚性、抗冲击性，且线膨胀 系数较小、耐压性能与抗蠕变性能也较好…。钢塑复合管在我 国虽处于发展阶段，但应用广泛且需求很大，是国家明确规定重 点扶持发展的新型化学建材管道。因此，对于研究该复合管生 产制造Ｔ艺有着十分重要的现实意义。 近几年国内有很多企业纷纷投入钢塑复合管的生产，但是 由于我国的研制起步较晚，很多技术都在发展阶段，在实际生产 中复合管的成品率低，质量不高的问题困扰着一些厂家。论文 就当前孔网钢带塑料复合管的生产过程、产品质量等一些问题 进行分析，通过改进生产Ｔ艺，降低管材生产的成本，提高工程 应用质量。 １．内层塑料：２．多孔薄壁钢管；３．外层塑料 圈ｌ 孔网钢带塑料复合管结构 Ｆｉｇ．１ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｐｅｒｆｏｒａｔｅｄ ｓｔｅｅｌ ｓｈｅｅｔ ｐｌａｓｔｉｃ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｐｉｐｅ １．内层魍料；２．多孔薄壁钢管；３．外层塑料 孔网钢带塑料复合管是一种金属／高聚物的宏观复合体系， 作为复合管道增强骨架的薄壁软态钢带开孔率约占３０％（面积 比），通过一次挤塑复合成型，钢带上的小孔成为最强有力的坚 固“铆钉”，牢牢维系连接内外两层热塑性塑料基体，内外层的塑 料基体在防腐方面发挥本质作用。新型的钢骨架增强塑料复合 管，彻底改变了以往金属管耐压但不耐腐蚀、塑料管耐腐蚀但不 耐压的弊病，使用寿命延长可达５０年 ｊ。孔网钢带通过孔口与 １ 孔网钢带塑料复合管产品的结构特点 孑Ｌ网钢带塑料复合管（ＰＳＳＣＰ管）是以冷轧钢带和热塑性高 密度聚乙烯为原料，以氢弧对接焊成型的多孔薄壁管为增强体， 在外层和内层双面复合热塑性塑料的一种新型复合压力管 。 塑料结合，解决了因钢网和塑料的热收缩率差异大而易剥离的 问题，与同种规格、相同壁厚的塑料管相比耐压强度大大提高， 其生产成本较同一种材料、同种规格、相同壁厚的塑料管明显下 降了。钢塑复合管工作温度范围为一４ｏ一８０℃，当塑料采用耐 高温塑料材料时，管道工作温度为一４０～１ｔ０℃ｔ４ Ｊ。 代表了当代化学建材压力管道的发展方向。其结构示意图见 图１。 作者简介：范晓勇（１９８５一），男，助教，主要从事化工设备设计及腐蚀与防护研究。Ｅ—ｍａｉｌ：ｆａｎｘｉａｏｙｏｎｇ０９１２＠１６３．ｃｏｒｎ ２０１ １年３９卷第ｌ２期 广州化工 ・ｌ３９・ ２ 孑Ｌ网钢带塑料复合管的成型工艺流程 目前生产孔网钢带塑料复合管的生产线，以生产ＤＮ２００一 通过对生产调查，在钢板的板材的选择上要尤为慎重，钢带 的材质过差或钢带切割不规整时会影响在冲孑Ｌ时的定位，以及 钢带的倒角定位，倒角过度或未倒上的问题，将影响到以后的焊 ＤＮ３００管径的生产线为例。其生产Ｔ艺流程见图２。 钢带放卷Ｈ高速冲孔Ｈ钢带倒角Ｈ钢带收卷Ｈ缠绕成型Ｈ焊接 牵引Ｈ打塘修型Ｈ复合成型Ｈ冷却定型Ｈ喷码切割Ｈ封头、检验人库 图２孔网钢带塑料复合管的生产Ｔ艺 Ｆｉｇ．２ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｐｅｒｆｏｒａｔｅｄ ｓｔｅｅｌ ｓｈｅｅｔ ｐｌａｓｔｉｃ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｐｉｐｅ （１）钢板冲孔 管道的骨架是由薄钢板为基材经冲孔而成；产品按每种规 格计算并决定钢板的厚度、宽度等，然后纵剪成条。钢板冲制成 网状时，其横竖距的排行宽度可利用设备上的棘轮和收带调整 机构进行调节，一般以冲针直孔为横竖距的参考依据。钢板完 成冲孔后，还需经倒角机进行倒角处理，倒角３０℃，倒角完成 后，由收带机收带。 （２）缠绕成型 生产线由环绕放带机在定径芯模上作交叉转动成螺旋钢网 管的雏形，然后由对称的两台氩弧焊机同步跟踪焊实施焊接，焊 缝由氩弧焊机自电弧焊热成熔料池焊接而成，焊缝必须经过认 真检查和修磨使其光滑平整，螺旋管的螺旋升角按适当的角度 制定。 （３）复合成型 钢网管通过限位口模并到达注塑复合区，塑料颗粒经加热 到１９０—２００℃左右，在恒温状态时，启动双联挤出机向料池充 料。在料池内充满料后，并且达到成型压力时，启动后端牵引 机，在牵引机的作用下把网管与塑料已成复合雏形的半成品引 出定型模具口，进入成型模具初冷后，进入冷水箱，在浸水冷却 成完全固化的成品。 （５）定尺切割和下料 从牵引机出来的制品，进入环绕切割机，视要求可以任意切 割管道长度尺寸，环绕切割机可设为人工和自动两种模式，环绕 切割机的动作用ＰＬＣ控制。切割完后自动落在料架上。 （６）封头、检验、包装入库 管道在入库前要进封口处理，ＤＮ２００一ＤＮ３００规格的有锥状 定型模具加热封固。再由检验员检验合格后入库分类放置。 ３现行生产工艺过程的分析及改进 管道质量是管道的“生命线”。质量低劣的管道，使用寿命 短，市场占有率低，很快会被淘汰。而管道质量与制造丁艺、安 装连接技术等关键技术息息相关。 ３．１ 孔网钢带的下料选择与制作工艺分析及改进 孑Ｌ网钢骨架塑料复合管的增强骨架设计不但涉及钢骨架的 制造方法和生产设备，还涉及到塑料复合Ｔ艺能否稳定地实施， 更重要的是还将影响复合管材的性能。 （１）选材、下料对冲孑Ｌ的影响及改进 一般来说，复合成型主要取决于钢带的厚度，带钢过分厚、 强度过高，会导致钢板冲孑Ｌ难度增加，模具寿命将大打折扣，这 样制造成本将大幅度上升；钢带过分薄，将导致多孔薄壁钢管成 型更加困难，焊接处的质量不能稳定控制，成材率将大大下降。 钢带变薄时，复合管整体强度将降低。 接定位、焊缝的质量等。钢带的冲孔时，冲孔模具的制作及选用 也是值得关注的问题，对不同宽度规格的钢带要选用不同的模 具，来保证合理的开孔分布。如在冲孑Ｌ时适当的调整冲孔的角 度，可以使开孑Ｌ在管上有一好的分布，获得更好的管道性能。 国内现有标准中，没有系列标准可以套用，对大直径系列而 言，增强体最小厚度在１～３ ｍｍ（ＤＮ２００一ＤＮ３００ ｍｍ之间的复 合管道）范围内就可以满足要求，孔口尺寸在６～１２ ｍｍ之间，开 孔口面积总和与钢板增强体冲孔前的总面积之比在１８％～３０％ 范嗣内，就能够使塑料与增强体的复合Ｔ艺稳定。同时，也将钢 骨架孑Ｌ口对增强体骨架强度的影响相对减到最小。 （２）增加钢带的纵剪Ｔ序 钢带经过放卷后需进行一道纵剪ｌＴ序，主要是钢带在牵引 时，通过在线的两组平压轧辊的间隙实现在线连续切割孔网钢 板多余的废边，纵剪后的的钢带保证其宽度精度，以便成形时保 证孔网管成型后的直径，降低了对原钢带宽度尺寸的要求严格 问题，使供应商对原材料有了更大的选择余地。 （３）倒角处理 在生产线倒角时常常由于钢带切割与下料不规范，而使倒 角的车削要控制在４５。的倒角和留有一定的直边比较困难，钢带 相对比较薄很容易把直边全部车去，在焊接时形成ｘ焊缝，而使 钢板焊接穿透不牢；或者没有车削上，从而导致焊接无法定位。 因此，要对倒角机做适当的改进，如在倒角前加上适当的钢板修 整装置，改进倒角的定位装置，调整切割刀具的位置、角度等。 将坡口角度由３０。改为４５。，开口开至钢带中部。 ３．２ 管道复合生产时的工艺分析及改进 由于孑Ｌ网钢骨架塑料复合管材生产线较长，且均为连续生 产，为了提高成材率，每个丁序的控制都要求相对较高。生产线 上需要控制的技术参数均需控制得相当准确，稍有差错将导致 成品率下降，从而对生产造成很大浪费。以ＤＮ２００管材生产线 为例，扣除正常的开机、关机及改型损耗，产品成材率的不高，直 接影响到该复合管的市场竞争力及用户的承受能力。 （１）螺旋焊缝的缝焊接 在焊接时要特别注意焊接速度与孔网管卷绕速度的匹配， 使两者的速度在一个适当的值，同时也要注意焊机的定位，如果 这两种情况不合理，就会出现错焊、焊接不牢等焊接问题。生产 中选择了多用直流脉冲氢弧焊机作为焊缝主焊机，这种焊机存 直流焊接电流的基础上叠加了一个０～５００ Ｈｚ的脉冲电流。脉 冲电流时，孔网钢骨架增强管直缝焊接处形成熔池，而在基值电 流时熔池凝固。 （２）薄壁网管的成型定径系统 钢骨架采用的带钢较薄，钢带厚度与骨架直径之比值在 ０．５％～１．５％范同内，属于超薄壁钢管，加之带钢上布满了孑Ｌ 口，因此成型、定径和焊接都非常困难。而成型和焊接的好坏又 直接影响到复合管的性能和复合管的成品率。在消化和吸收国 内外现有各种金属管成型技术的基础上，设计改进了独特的超 薄壁成型定径系统，解决了超薄壁复合管的一次复合成型和定 径问题。 （３）复合模具设计 在复合模具设计方面，成功研制了钢板孔网钢带塑料复合 管专用复合模，该复合模具集芯模定心、孔网钢骨架定心、塑料 料流调整、壁厚调整为一，有效地保证了塑料与骨架复合的稳定 （下转第１６１页） ２０１１年３９卷第１２期 ３．２ 广州化工 ・ｌ６１・ 注重设计型、综合性实验，培养创新意识和创新 综合性实验，着力培养学生创新意识和创新技能。 参考文献 ［１］ 李翠金，蒋旭红，宋光泉，等．有机化学互动式教学法的探索和体会 ［Ｊ］．广州化工，２０１１，３８（２）：１４２—１４３． ［２］ 牛琦彬．运片Ｉ互动式教学方法提高课堂教学质量［Ｊ］．石油教育， ２００７（５）：５８—６０． 能力 设计型、综合性实验着重培养学生综合应用知识的能力和 实验技能，并且掌握一定的新的化学知识和现代化学实验技能。 在命题过程中应体现出针对性和综合性，并具有一定的难度。 设计型、综合性实验要充分利用理论课学习的内容，启发学生动 脑、动手，培养其观察、分析、综合与归纳能力，促使学生将课堂 上学到的基本知识、原理运用到实际中去，培养学生思考、 合理安排、协同＿Ｔ作、分析问题、解决问题的能力，在加 深对理论 知识理解的同时，培养创新意识和创新能力 Ｊ。 ［３］ 肖顺华，钟福新，刘峥，等．充分发挥多媒体优势提高无机化学课程 教学质量［Ｊ］．梧州学院学报，２００８，１８（６）：６６—６８． ［４］ 姜文风，于丽梅，高占先．有机化学问题式教学法案例［Ｊ］．化工高 等教育，２ｏ０８（６）：５９—６０． ［５］李琳，张爱清．关于科研融人材料化学本科教育之创新机制的建立 ４结语 与实施［Ｊ］．科技创薪导报，２００８，３４：１０３—１０４． 要提升非化工专业学生的学习效果，提高课程效率，就要重 ［６］ 饶晓蓓，王孝华．大学化学实验中学生创新能力的培养［Ｊ］．广州化 Ｔｌ，２０１０，３８（６）：２６１—２６２． 视绪论课教学，激发学生学习主观能动性，在课堂教学中灵活运 ［７］戚洪彬，郑红，梁树平．《大学化学实验》课教学中的思维训练［Ｊ］． 用问题式和互动式教学激发学生的学习兴趣，及时反馈学生信 中国地质教育，２００３，１２（２）：４５—４６． 息，并将科研前沿和科研成果与教学内容进行有机的结合，培养 ［８］ 孙海翔．大学化学实验教学改革的几点建议［Ｊ］．长春理工大学学 学生的创新意识，实验教学以“三基”训练为基础，开设设计型、 报：高教版，２００９，４（１０）：１２９—１３０． （上接第１３９页） 进行。研制设计独特的复合管冷冻水强制内冷却定径系统，保 ３．３孑Ｌ网钢带塑料复合管成型外层脱皮现象及改进 证复合管内径光滑平整。 （４）复合注塑加热装置的改进 经过仔细分析研究，发现孔网钢带塑料复合管在生产线上出 原有生产线使用的是电阻丝加热，加热的速度慢，热透性不 现的“脱皮”现象主要是由于以下原因造成的：①钢板没有及时进 佳，且用电量较大，更换也不方便，经过试验分析，改为电磁炉加热 行生产，表面已经氧化生锈；②孑Ｌ网钢带冲孔后，没有及时生产，表 装置，加热效率高，热透性好，使用的电能少，而且控制比较方便。 面己经有灰尘等杂质；③孔网钢带缝焊接温度局部过高。 （５）封口技术及改进 由于生产线的特殊性，孑Ｌ网钢带必须进行除锈、除杂质等工 钢塑复合管生产线封口工序的前一道“切割”Ｔ序中将复合 作，在钢骨架进入复合模头前完成，可采用高频电流的方法，经 过生产线的多次试验成功。由于油污等杂质经过高频处理后， 管沿管材轴线的垂直端面切开后，起增强作用的钢带就裸露在 外面，而钢带裸露在外面的复合管本身的防腐性能很差。封口 产生焰尘等对人体有害的物质，为了减少这些对人体的有害物 质，净化劳动环境，除了在孔网钢骨架塑料复合管在进入挤塑复 的目的就是将管材端面裸露的钢骨架完全包覆在塑料里面。由 合前增加高频处理外，还在生产线增加了在线鼓风机，将高频处 此，对现行工艺中的封口工艺以－Ｆ改进。 理后产生的废弃焰尘等有害物质彻底排净。 ①车削复合管端面。复合管在生产线上被切割后，需要对 复合管端面进行钢骨架的封口处理，将封口环与管材端面连接 ４ 结论 成一个整体，确保钢骨架不外露。而车削复合管端面就是要将 设计和制造该复合管道时，考虑到生产成本及用户的价格 复合管材端面车削成断面钢骨架呈最大断续状。使钢骨架上开 孑Ｌ的“铆钉”处的ＰＥ材料也参与和封口环的连接，以增大管材端 接受能力，就决定了管材壁厚较薄的特点，这就决定了生产工艺 的控制及＿丁艺参数可调区间相对比较窄，通过对孔网纲带塑料 面与封口环的连接面积，提高封口环与管材端面连接的强度。 复合管的生产工艺进行分析，对冲孑Ｌ、倒角、焊接、复合注塑、封 ②加热封口环。加热封口环的过程就是将封口环一侧的聚 乙烯塑料以及被车削管材端面的塑料同时升温，使其完成从常 口等Ｔ艺进行适当的调整与改进，对成型时塑料材料与钢板的 温加热到玻璃态、高弹态和粘流态，从而使封口环与复合管端面 复合带来了一定的好处，对提高产品成品率和复合管道的工程 应用质量具有重大的现实意义。 在塑料处于粘流态时受压粘结，然后逐渐冷却至环境温度，封口 处的强度达到复合管材本体的强度。 参考文献 ③车削复合管内外圆。由于聚乙烯塑料受热膨胀，在加热 ［１］ 魏世承，韩庆，魏绪钧，等．复合材料管研究现状［Ｊ］．材料导报， 封口环时，塑料已经达到粘流态，封口环与复合管端面连接时受 ２ｏｏ３，１７（９）：６４—６７． 到压力后冷却，冷却后的连接处的内外圆周形成了不规则的凸 ［２］ 田忠，赵渊等．钢骨架塑料复合管的性能及应用［Ｊ］．石油化Ｔ应 缘。内圆的凸缘对于压力管道的介质输送将形成一定的压力损 用，２００８，２７（５）：１—２． 失，而外圆的凸缘形成后，无法与管件配套连接。因此，必须对 ［３］ 魏若奇，王欣，杭飚．金属复合管材的应用于面Ｉ临的问题［Ｊ］．化学 连接封口环的复合管端口处的内外圆进行修边处理，一般采用 建材料．１９９６，１２（２）：５４—５６． 封口机床车削的方法，而在Ｔ程应用的现场，有时也采用简易的 ［４］ 翁子懋．钢塑复合管的应用技术［Ｊ］．腐蚀与防护，２０００，２１（５）：２０２ 切削方法，如电动铣刀、旋转锉等 。 —２０５． ［５］张俊挺．孔网钢带塑料复合管安装工艺［Ｊ］．山西焦煤科技，２００７ （６）：ｔ４１—１４２．
