Оборудование для экструзии толстостенных HDPE труб

Когда говорят про оборудование для экструзии толстостенных HDPE труб, многие сразу думают о мощном шнеке и большом усилии — но это только верхушка айсберга. На деле, если гнаться за одной ?мощностью?, можно легко угробить и материал, и стабильность процесса. Сам работал с линиями, где из-за неправильно подобранной системы охлаждения для толстостенных труб HDPE возникала внутренняя деформация, хотя экструдер вроде бы тянул исправно. Вот об этих нюансах, которые в каталогах часто умалчивают, и хочется сказать.

Конструкция экструдера: не только диаметр шнека

Для толстостенных труб HDPE критичен не столько диаметр шнека, сколько геометрия зон и соотношение L/D. Видел линии, где ставят шнеки с L/D 30:1, но для HDPE высокой плотности и большой толщины стенки этого бывает мало — материал не успевает пластицироваться однородно, появляются полосы или пузыри. У нас в Qingdao RuiHang Plastic machinery после нескольких тестов на стендах пришли к вариантам 33:1 или даже 36:1 для диаметров от 90 мм. Да, это удлиняет цилиндр, но зато удаётся выдержать стабильное давление и температуру по всей длине.

Ещё момент — зона дегазации. При экструзии толстостенных HDPE труб влага и летучие могут задерживаться в толще расплава, потом выходить уже в калибраторе, создавая раковины. Поэтому на серьёзных линиях обязательно предусматривают зону вакуумной дегазации после зоны сжатия. Помню, на одной из ранних наших установок для России эту зону не заложили — клиент жаловался на микроскопические пустоты в стенке трубы ?400 мм. Пришлось дорабатывать.

И конечно, привод. Часто думают, что мотор должен быть просто ?мощным?. Но для толстостенных труб важна плавность регулировки и устойчивый крутящий момент на низких оборотах — потому что экструзия идёт медленнее, чем для тонкостенных аналогов. Мы используем частотные приводы с векторным управлением, которые держат момент даже при 5–10 об/мин. Без этого на старте или при изменении нагрузки возможны рывки, а значит, и колебания толщины стенки.

Система охлаждения: где чаще всего ошибаются

Вот это, пожалуй, самый болезненный пункт. Многие заказчики экономят на охлаждении, считая, что главное — экструдер, а трубу можно охладить и простыми вакуумными баками. Для толстостенных HDPE труб такой подход фатален. Быстрый внешний охлаждение при медленном внутреннем приводит к градиенту напряжений — труба потом может ?повести? при хранении или даже лопнуть под давлением.

Поэтому мы в RuiHang всегда настаиваем на каскадной системе: первый вакуумный калибратор с точной регулировкой расхода воды по секциям, а за ним — несколько протяжных баков с постепенным понижением температуры. Важно, чтобы вода подавалась не только снаружи, но и внутрь трубы через дорн — иначе внутренние слои остывают последними, и возникают остаточные напряжения. На одной из линий для Казахстана пришлось даже проектировать отдельный контур охлаждения для дорна, потому что штатный не справлялся при толщине стенки 45 мм.

Ещё из практики: материал баков. Обычная нержавейка может быть недостаточной — при длительном контакте с водой и добавками в HDPE (например, сажей) начинается точечная коррозия. Мы перешли на кислотостойкие марки стали с полировкой швов — дороже, но зато клиенты не сталкиваются с ржавыми подтёками на внутренней поверхности труб через полгода работы.

Калибрация и калибровочные столы

Для толстостенных труб калибратор — это не просто ?кольцо с дырками?. Геометрия вакуумных камер, расположение перфорации, материал втулок — всё влияет. Если взять стандартный калибратор для ПВХ или тонкостенного полиэтилена и попробовать прогнать через него HDPE с толщиной стенки 30 мм, труба просто не успеет калиброваться и будет ?плыть?. Нужны увеличенные зоны вакуумного отсоса и более точная регулировка разрежения.

Мы проектируем калибраторы с несколькими независимыми вакуумными зонами, чтобы можно было отдельно настраивать подсасывание в начале, середине и конце процесса. Это особенно важно при изменении диаметра или марки сырья. Помогло, например, на проекте в Египте, где клиент работал на вторичном HDPE с нестабильной текучестью — без гибкой настройки калибратора биение трубы достигало 2 мм, что для напорных систем недопустимо.

И конечно, сам калибровочный стол. Он должен быть не просто жёстким, а иметь регулируемые опоры с микрометрической подстройкой по высоте и углу. При длине трубы 6–12 метров даже небольшой прогиб стола вызовет искривление. Мы используем сдвоенные направляющие с подшипниками качения — дорого, но зато труба идёт ровно, без рывков.

Вопросы сырья и подготовки материала

С толстостенными трубами HDPE часто возникает иллюзия, что можно лить любую гранулу, лишь бы она была HDPE. На практике разница между, скажем, PE 100 и PE 100 RC для экструзии толстостенных труб огромна. Материал с повышенной стойкостью к растрескиванию (RC) требует другой температуры расплава и другого градиента охлаждения — иначе внутренние напряжения снизят его преимущества. Видел случаи, когда на линии, настроенной под обычный PE 100, пытались запустить RC-материал, и труба через сутки после производства давала микротрещины.

Поэтому в наших линиях мы закладываем возможность тонкой настройки температурных профилей по зонам цилиндра — иногда разница между первой и последней зоной может достигать 40°C, чтобы материал плавился постепенно. И обязательно ставим датчики давления расплава перед головкой — если давление скачет, значит, либо сырьё неоднородное, либо шнек подобран неверно.

Ещё один момент — сушка. HDPE гигроскопичен не так сильно, как, скажем, полиамид, но при толщине стенки от 20 мм даже 0,1% влаги в гранулах могут дать паровые пузыри в середине стенки. Поэтому бункер-сушилка с десикантом — обязательный элемент, особенно для регионов с высокой влажностью. Мы комплектуем линии сушилками с точкой росы до -40°C — может, это избыточно для некоторых случаев, но зато проблем с влажностью у клиентов не возникает.

Монтаж, пусконаладка и типичные ошибки

Даже самое хорошее оборудование для экструзии толстостенных HDPE труб можно испортить при монтаже. Самая частая ошибка — не выверять горизонт и соосность экструдера, калибратора и тянущего устройства. Разница в высоте даже в 2 мм на 10 метрах приведёт к тому, что труба будет ?ползти? по столу и неравномерно охлаждаться. Мы всегда отправляем своих монтажников на запуск — они используют лазерные нивелиры и эталонные валы для проверки соосности.

При пусконаладке многие торопятся выйти на полную производительность. Для толстостенных труб это смертельно. Надо медленно, ступенчато поднимать скорость шнека и тянущих валков, постоянно контролируя толщину стенки ультразвуковым толщиномером по всей окружности. Бывало, клиенты игнорировали эту рекомендацию, получали вроде бы нормальную трубу, а через месяц приходили рекламации на разброс толщины в 15% — потому что процесс не стабилизировался.

И последнее — обучение персонала. Недостаточно просто показать, какие кнопки нажимать. Оператор должен понимать, как изменение температуры в зоне 3 влияет на глянец внутренней поверхности, или почему при смене партии сырья надо перенастраивать вакуум в калибраторе. Мы проводим трёхдневные практические занятия прямо на запущенной линии — чтобы люди не боялись регулировать, но делали это осознанно. Ведь наше оборудование работает в более чем 50 странах, и везде эти принципы одинаковы.

Вместо заключения: почему это не просто ?железо?

В общем, если резюмировать, оборудование для экструзии толстостенных HDPE труб — это всегда компромисс между производительностью, стабильностью и качеством. Можно сделать дешёвую линию, которая будет выдавать трубу, но с какими параметрами и как долго — вопрос. Мы в Qingdao RuiHang Plastic machinery за 15 лет смонтировали более 300 линий по миру, и каждый раз это шлифовка деталей: то систему охлаждения доработать под местную воду, то шнек под специфичное сырьё.

Поэтому когда клиент спрашивает ?а почему ваша линия дороже?, мы не говорим про ?премиум-класс? — мы показываем журналы параметров с других производств, где толщина стенки держится в допуске ±0,3 мм после полугода работы, или рассказываем, как наша система аварийного останова спасает головку при обрыве трубы. Это не реклама, это просто опыт, который встроен в каждую машину. И да, следующий проект, возможно, будет ещё немного лучше — потому что мы продолжаем учиться на каждом запуске.