高密度聚乙烯管内壁电晕处理技术要点

随着我国集中供热规模不断扩大，预制直埋保温管（由高密度聚乙烯外护管、聚氨酯保温层、工作钢管组成的三位一体的保温管，以下简称保温管）的需求量也逐年增加，对保温管保温性能与耐温性能的要求也相应提高。供热管道具有输送距离长、输送介质温度较高的特点，而且直埋于地下，因此对保温管的整体承载能力以及保温结构的结合能力有着较高要求。电晕工艺在保温管的生产中发挥着重要的作用，对于提高聚氨酯保温材料与高密度聚乙烯管内壁的粘接能力有所帮助。本文对高密度聚乙烯管（以下简称HDPE管）内壁电晕处理技术要点进行探讨。

1电晕处理机理与优点

①机理

在高压电场的作用下，将待处理表面附近的空气进行电离，产生各种等离子。等离子在高压电场的作用下高速冲击塑料制品的表面，使其形成蚀刻效果。从化学角度出发，电离产生的等离子能量接近塑料分子化学键能，能够诱发塑料表面分子化学键断裂而降解，使得塑料表面的分子进行重新排列，粗糙度增大。空气电离还会产生大量的臭氧，使得塑料制品表面碳分子氧化，从而提高表面湿润性和附着性，强化表面张力。

HDPE管内壁电晕处理是将挤出成型的HDPE管通过设置在管内外的一对电极（分成内电极与外电极）之间的空隙，在两电级间施加电压建立高压电场，使内电极产生电晕放电，实现HDPE管内壁的极化处理。电晕装置由内外电极、升压器、电源控制器等组成，外电极经升压器与电源控制器连接，内电极接地［1］。

②优点

可用于聚乙烯、聚丙烯等塑料制品的极化处理，适用材料范围广；处理速度快，可直接在生产线上进行加工处理；操作简单，容易控制；电晕处理仅涉及塑料制品的表面，不影响整体性能；基本无污染物排放，绿色环保。实践证明，HDPE管在挤出后，内表面张力一般为300μN/cm，经电晕处理后，内表面张力能够达到500μN/cm以上［2］。

2电晕处理技术要点

2.1处理程度

电晕处理程度由输出电压、放电频率表征，关系着电晕处理效果，需要严格把控。若处理程度不足，HDPE管内壁与聚氨酯保温材料的粘结性能不理想。相反，处理程度过度，易造成HDPE管的破坏，主要表现为HDPE管内表面老化，附着性下降，表面分子交联过多，与聚氨酯保温材料粘接能力变差。

因此，在实际处理中应严格控制处理程度，在满足加工需要以及质量标准的前提下，控制电晕装置的输出电压、放电频率。

①输出电压

电晕装置输出电压应与HDPE管的壁厚匹配，一般而言管壁越厚，需要的输出电压越高。HDPE管壁厚一定时，增大输出电压，会收到较好的电晕处理效果，但并不成严格的正相关性。而且，当输出电压升至一定值时，处理效果将不会发生变化。通常用于HDPE管电晕处理的输出电压为5~10 kV，应注意的是，输出电压的稳定也是影响电晕处理效果的重要因素。

②放电频率

在极化处理中采用高频交流电，电离出来的等离子由于质量较轻，很容易抵达HDPE管内壁产生轰击作用。但放电频率不宜过高，若放电频率过高，电离出来的等离子将在内外电极间来回振动，不能到达HDPE管内壁对其进行轰击，反而削弱了电晕效果［3］。

常用规格HDPE管的放电频率设定为：D1370×17规格HDPE管放电频率设定为24 kHz，D760×12规格HDPE管放电频率设定为21 kHz，D420×7规格HDPE管放电频率设定为16 kHz。

2.2电极间隙

电极间隙（即处理间隙）指内外电极间的空间距离。若电极间隙过大，为实现相同的处理程度，处理时间将延长，且当HDPE管挤出速率以及电晕装置输出电压、放电频率一定的前提下，电晕处理效果易被削弱。电极间隙过小，待处理表面受到的轰击作用相应加大，易出现处理程度过度以及处理不均匀的情况。实践证明，将HDPE管内外表面与相对应的内外电极之间的距离控制在1~2 mm时，电晕效果达到理想状态。

3电晕质量检测方法

①方法1

用达因测试笔（达因测试笔测试能力应与HDPE管内壁所要达到的表面张力匹配）在HDPE管内壁划线，若2 s内笔迹没有明显收缩现象，表明表面张力已达到或超过要求。

②方法2

根据GB/T 14216—2008《塑料膜和片润湿张力的测定》，采用试验混合溶液（根据HDPE管内表面所要达到的表面张力，配置相应的试验混合溶液）对电晕处理后的HDPE管内壁表面张力进行测定。用棉球棒蘸取试验混合溶液涂在待测HDPE管内壁，涂布面积应大于6 cm2，若待测位置的试验混合溶液薄膜持续时间超过2 s，表明电晕质量达到要求。