Discusión técnica sobre la línea de extrusión de tubos PE-RT de alta velocidad

Ningbo Fangli Tecnología Co., Ltd.es unfabricante de equipos mecánicoscon más de 30 años de experiencia enequipo de extrusión de tubos de plástico, Nuevos equipos de protección del medio ambiente y nuevos materiales.. Desde su creación, Fangli se ha desarrollado en función de las demandas de los usuarios. A través de la mejora continua, I+D independiente sobre la tecnología central y la digestión y absorción de tecnología avanzada y otros medios, hemos desarrolladoLínea de extrusión de tubos de PVC, Línea de extrusión de tubos PP-R, Línea de extrusión de tuberías de suministro de agua/gas de PE, que fue recomendado por el Ministerio de Construcción de China para reemplazar productos importados. Hemos obtenido el título de "Marca de primera clase en la provincia de Zhejiang".

I. Descripción general

El polietileno de resistencia a temperaturas elevadas (abreviado como PE-RT) es un nuevo tipo de material plástico para tuberías. Debido a su superior resistencia hidrostática a largo plazo, resistencia a la temperatura, flexibilidad de procesamiento, larga vida útil, termofusibilidad y reciclabilidad en comparación con las tuberías de PE tradicionales, las tuberías de PE-RT se han convertido en un pilar en la construcción de sistemas de agua caliente y sistemas de calefacción por suelo radiante. En particular, su cuota de mercado en los sistemas de tuberías de calefacción por suelo radiante está aumentando constantemente. Para satisfacer las demandas del rápido crecimiento del mercado, los fabricantes están adoptando métodos para mejorar la productividad laboral, concretamente aumentando la velocidad de la línea de producción de los equipos de extrusión para aumentar la producción por unidad de tiempo. Las líneas de producción de alta velocidad suelen funcionar a velocidades más del doble que las de las líneas convencionales (5 a 6 m/min). En particular, para los fabricantes de tuberías más grandes, la reducción del número de unidades de equipo permite un uso más eficiente del espacio de la planta y reduce los costos de mano de obra. Menos unidades de equipo también facilitan el control del proceso, lo cual es crucial para garantizar una calidad de tubería constante y uniforme. Además, las líneas de producción de alta velocidad consumen significativamente menos energía real que las líneas convencionales a altas velocidades de funcionamiento, ofreciendo así una mayor eficiencia energética. La duplicación de la eficiencia por máquina individual permite a los fabricantes de tubos responder con flexibilidad a las demandas siempre cambiantes del mercado, completar los pedidos de los clientes en el menor tiempo posible, reducir el inventario de productos terminados y acelerar la rotación de capital. Este artículo analiza cómo lograr una producción de alta velocidad de tuberías de calefacción por suelo radiante de PE-RT mediante el control técnico del proceso, mejorando así la eficiencia de la producción para satisfacer la creciente demanda del mercado.

II. Control de procesos

Flujo de proceso:

Pellets de materia prima → Secado →extrusoraCalentamiento → Troquel específico para tuberías de PE-RT → Dimensionado al vacío → Enfriamiento y conformación → Impresión de tuberías → Alta velocidadunidad de transporte → Cortador sin virutas→ Unidad de recogida → Inspección visual y control dimensional → Embalaje simple → Prueba de presión → Embalaje previa calificación → Almacenamiento

Los materiales utilizados para las tuberías de PE-RT incluyen DOWLEX 2344/2388E de Dow Chemical (EE. UU.), YUCLAIR DX800 y DX900 de SK Corporation (Corea del Sur), SP980 de LG Chem, XP 9000 de Daelim Industrial, etc. En la extrusión de alta velocidad, los parámetros de procesamiento varían significativamente según la materia prima utilizada. Por lo tanto, el control estricto de la calidad de la materia prima también es una garantía importante para garantizar la calidad y la vida útil de las tuberías de PE-RT producidas a alta velocidad.

Para las materias primas PE-RT, el mayor rendimiento se logra dentro de un rango de temperatura de procesamiento de 180 a 210 °C. En la extrusión de alta velocidad, si la temperatura es demasiado baja, puede producirse una plastificación deficiente, lo que da como resultado una superficie de tubería opaca y sin brillo o una fractura de la masa fundida. Si la temperatura es demasiado alta, el parisón extruido se vuelve demasiado blando y la superficie de la tubería tiende a desarrollar finas marcas onduladas. Por lo tanto, las fluctuaciones de temperatura deben controlarse dentro de aproximadamente ±5 °C. Las desviaciones mayores pueden causar variaciones en el espesor y el rendimiento de la pared de la tubería.

III.Equipo de extrusión de tubos PE-RT

Dado que las tuberías de calefacción por suelo radiante se suministran en bobinas (normalmente de 200 a 300 metros por bobina), las desviaciones en las secciones intermedias de la tubería no son fácilmente detectables, lo que puede suponer riesgos para la calidad. La producción de tubos PE-RT requiere que las excelentes propiedades de la materia prima se "replican" en el tubo terminado, al tiempo que se logra una extrusión continua y de alta velocidad para producir productos de alta calidad con retornos económicos favorables. Esto requiere equipos avanzados e instrumentos de control de alta precisión. Por lo tanto, el diseño de la extrusora principal es de vital importancia; de lo contrario, será difícil lograr tanto la producción como la calidad. La línea de producción suele emplear una extrusora de tornillo de Φ65, capaz de lograr una producción de hasta 250 kg/h y velocidades de producción estables de 15 a 25 m/min o más. El diseño anterior tiene como objetivo integrar de manera óptima cada proceso desde las perspectivas técnica y económica para lograr el mejor rendimiento y rentabilidad. Debido a la viscosidad de fusión relativamente alta del PE-RT, la extrusora está diseñada con una salida de torque alta, cojinetes de empuje importados y engranajes hechos de aleaciones especiales con tratamiento térmico especializado para reducir el ruido y la pérdida de calor. Las operaciones de extrusión están controladas por sistemas de control avanzados para garantizar una extrusión estable, segura y de alta velocidad de PE-RT.

Durante el procesamiento de tuberías de PE-RT, si las etapas de fusión, formación de parisón y enfriamiento/dimensionamiento no se controlan adecuadamente, las propiedades mecánicas de la tubería pueden disminuir debido a la degradación del material, la orientación de la cadena molecular o la cristalización durante el enfriamiento. La plastificación de la materia prima y el enfriamiento/dimensionamiento del parisón son factores clave en el control de la calidad de la extrusión. Para equipos de extrusión se deben cumplir los siguientes puntos:

1. Adopte temperaturas de fusión bajas para minimizar la degradación del material durante la fusión y la plastificación.

2. Garantizar propiedades de fusión excelentes y uniformes, evitando la orientación longitudinal de las cadenas moleculares del polímero durante la formación del parisón.

3.  Lograr un enfriamiento uniforme para reducir las tensiones internas en la tubería.

IV. Diseño de tornillo y barril

Según las características de las materias primas PE-RT, el tornillo requiere una relación longitud-diámetro (L/D) relativamente grande, típicamente diseñada en 33:1. La estructura del tornillo adopta un diseño de tornillo mezclador de dos etapas, con elementos mezcladores incorporados tanto en el medio como en el extremo frontal del tornillo para evitar un corte excesivo en el material. La sección de alimentación del cilindro emplea una estructura de casquillo independiente con circulación de medio refrigerante y ranurado axial interno. Estos diseños estructurales ayudan a mejorar la eficiencia de transporte de la sección de alimentación. Los materiales del tornillo y del cilindro están hechos de aleaciones de alta calidad con tratamientos superficiales especializados. El cilindro y el tornillo deben fabricarse con una precisión muy alta. Si la precisión es insuficiente, según el principio de equivalencia tiempo-temperatura, cualquier material estancado que se adhiera a superficies no lisas se someterá efectivamente a una exposición prolongada a altas temperaturas a lo largo del tiempo, lo que podría generar productos de degradación o descomposición. La producción continua durante períodos prolongados puede resultar en manchas negras intermitentes en la superficie de la tubería, lo que afecta negativamente la calidad del producto.

V. Diseño de cabezal de matriz específico para PE-RT

Los cabezales de extrusión de tubos convencionales, como los de tipo araña (soportados por mandril), tienen dificultades para garantizar la producción de tubos PE-RT debido a defectos en la línea de soldadura en el flujo de fusión. Actualmente, los cabezales de roscar en espiral se utilizan predominantemente tanto a nivel nacional como internacional, con un índice de reducción típicamente entre 1,3 y 1,6. La suavidad del labio del troquel y de la superficie del mandril influye directamente en la apariencia de la superficie del tubo. Problemas como la inestabilidad de la producción y la calidad pueden provocar rayones, falsas grietas causadas por el enfriamiento por agua o acumulación de material fundido en la superficie de la tubería. En condiciones de servicio prolongado a alta temperatura y alta presión, estas imperfecciones de la superficie pueden convertirse en puntos de inicio de fallas por explosión, acortando así la vida útil del producto.

En la práctica, se ha desarrollado un diseño de cabezal de matriz más adecuado para la extrusión de PE-RT, denominado cabezal de matriz específico de PE-RT. Cuando el flujo de fusión de la extrusora ingresa al cabezal de la matriz, primero pasa a través de un divisor de flujo en forma de estrella, dividiéndose en múltiples corrientes, que luego se recombinan y pasan a través de un distribuidor en espiral para formar un flujo de fusión tubular anular. Este flujo luego pasa a través de un dispositivo de filtración anular, sufre una compresión gradual después de la recombinación y finalmente ingresa al canal de formación compuesto por el mandril y el labio de la matriz para ser extruido como un parisón. A través de múltiples pasos de división y recombinación, la masa fundida logra un alto grado de plastificación homogénea. La experiencia práctica ha demostrado que este cabezal de troquel permite la extrusión de "baja temperatura y baja presión" recomendada para PE-RT por las líneas de producción internacionales avanzadas, y su diseño previene inherentemente la degradación del material debido al corte excesivo, lo que lo hace particularmente adecuado para la producción de alta velocidad.

VI. Sistema de enfriamiento y dimensionamiento de alta eficiencia

La configuración básica de unLínea de producción de tubos PE-RTes similar al de las tuberías generales de poliolefina, con la principal diferencia radica en la estructura de la sección de enfriamiento y dimensionamiento.

Debido a la alta viscosidad de la masa fundida de PE-RT, normalmente se instala un anillo de preenfriamiento antes del manguito de dimensionamiento para facilitar la entrada suave del parisón. Además, debido a que PE-RT tiene una alta entalpía, se puede emplear una unidad combinada de enfriamiento y dimensionamiento de tipo manguito y tipo disco para acelerar el enfriamiento. La estructura, la precisión del mecanizado y el método de enfriamiento del manguito de dimensionamiento son fundamentales para la calidad del procesamiento de tuberías PE-RT. Un manguito dimensionador de anillo de agua tipo disco (donde el agua de refrigeración circula alrededor del manguito dimensionador sin entrar en contacto directo con la tubería) permite una producción rápida de tuberías de paredes delgadas (agua fría) en el corto plazo. Sin embargo, dado que el material entra en el manguito de apresto a una temperatura relativamente alta y con alta viscosidad, el uso prolongado de un manguito de apresto convencional del tipo de película de agua puede dar como resultado un endurecimiento gradual de la superficie exterior de la tubería o incluso la rotura de la tubería. Por lo tanto, para la producción de tuberías de PE-RT, se recomienda un manguito calibrador tipo disco con cortina de agua. Este diseño proporciona un preenfriamiento de la tubería antes de que entre en el manguito de dimensionamiento y también evita la adhesión del material y el bloqueo en la entrada del manguito de dimensionamiento. Dada la entalpía relativamente alta del material PE-RT, especialmente durante la producción de tubos de alta velocidad, se requiere una longitud de enfriamiento total más larga para cumplir con las velocidades de extrusión más altas. Normalmente, la longitud total de refrigeración de la línea de producción supera los 23 metros y comprende un tanque de dimensionamiento al vacío y dos canales de agua de refrigeración. Esta configuración de longitud de enfriamiento está diseñada para proporcionar suficiente capacidad de enfriamiento para producir tubos de 20 x 2,0 mm a velocidades lineales superiores a 15 m/min.

VII. Conclusión

Para garantizar tanto el rendimiento como la calidad en la producción de tuberías de PE-RT de alta velocidad, es esencial emplear equipos y herramientas avanzados y de alta precisión, adoptar métodos de dimensionamiento racionales y apropiados y controles de proceso sólidos, y aplicar estrictas medidas de control de calidad junto con materias primas de alta calidad. Al mejorar la productividad laboral, los fabricantes pueden lograr menores costos de procesamiento y mayor producción, ofreciendo así productos a precios más competitivos para satisfacer la demanda del mercado en continua expansión.

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