降低塑料管材的加工成本問答
時間:2005-07-03
在塑料管材的總成本中，塑料原料成本通常占有70%～80%的比重。近年來，塑料原料價格的上漲使塑料管材生產企業承受著巨大的成本壓力。面對如此現狀，塑料管材生產企業應如何通過采用先進的加工技術來應對眼前的困難？在此，請聽來自管材擠出設備供應商發出的聲音。
問：對于塑料管材的加工而言，通常有哪些因素會導致其生產成本的上升？
孫加居先生：影響塑料管材加工成本的因素很多，最直接的因素就是原材料和生產效率。通常，原料成本的任何變化都會直接影響到管材成品的加工成本。在塑料管材的總成本中，原料成本一般占80%左右的比重。盡管如此，如果使用良好的工藝技術和加工裝備，通過提高生產效率和原料的利用率，完全可以在一定程度上起到降低生產成本的作用。另外，人工成本以及電力等能源的消耗成本也在一定程度上影響著塑料管材的加工成本。
于克濤先生：對于塑料管材而言，通常導致其生產成本上升的因素有：
● 管材對原材料的消耗過大，也就是說，在保證管材具有足夠剛性和其它使用性能的前提下，單位長度使用的原料過多，導致成本增加；
● 在生產中，管材生產效率低，廢品率高；
● 對管材加工設備的投資成本大，日常折舊費高；
● 管材加工設備的能耗高。
問：在目前塑料原材料價格居高不下的情況下，您認為塑料管材生產企業應從哪些方面來降低管材的生產成本？
孫加居先生：我認為，選擇好的加工設備對降低塑料管材的加工成本將起到很好的作用，這是因為：
● 在塑料原料價格居高不下的情況下，從原料本身的角度可做的文章并不多，而提高原料的利用率則是一個很有前途的方向。例如，通過選用具備自動檢測和控制功能的有效的生產設備來提高成品率，降低不合格品率，可使原料的利用率提高5%甚至更多。
● 通常情況下，由于良好的生產設備可以長時間穩定而精確地運行，不僅使停機次數和故障率大大減少，而且能夠很精確地控制好管材制品的斷面尺寸。例如，可使管材的外徑和壁厚在非常理想的范圍內波動，從而在保證制品性能的前提下，將管子的壁厚和直徑控制在理想的尺度上，使單位重量達到最優化。僅此一項，就可以節約原料2%～3%。
● 另外，生產效率高的設備還有助于降低能源消耗。對此，塑料管道生產企業在考察設備的用電情況時，不能僅從設備的裝機容量方面來考察，最重要的是要考察設備平均每生產一噸合格產品所消耗的能量。例如，同樣生產63mm的PE管，好的設備每生產一噸合格品平均花費的電費為300～400元，而差的設備則需要花費600～900元。
● 此外，設備的自動化程度對降低勞動強度、人工成本很有幫助。雖然目前國內的勞動力便宜，但這種狀況只是暫時的。隨著社會的進步，人工成本將會逐年上升，因此提高企業的自動化加工條件是必然的趨勢。
于克濤先生：在目前塑料原料價格居高不下的情況下，塑料管材生產企業首先應考慮選擇并投資生產新型的工程管材，即在保證管材具有足夠剛性和使用性能的前提下，生產質量輕、省材料的管材；其次，選擇“物美價廉”的管材加工設備，也就是說，盡量選擇投資少、生產效率高、管材成品率高、可靠性強的設備。
目前，一些新型管材，例如：雙壁波紋管、鋼帶螺旋波紋管、克拉管等新型結構壁管與傳統的平壁管相比，具有質量輕、材料省、生產能耗低等優點。在同等性能前提下，這幾類管材與同材質、同規格的實壁管材相比，能夠節省原料40%～60%。目前，國內生產此類管材的加工技術已日趨成熟，且國產設備的價格僅為國外設備的20%～40%左右。例如，濰坊中云機器有限公司生產的SBG1000型HDPE雙壁波紋管生產線自投放市場以后，即以其優異的性價比而迅速占領了市場，并替代了進口產品。
問：通常，管子斷面結構設計的合理與否是否也將影響到管材對原材料的消耗？在保證塑料管材具有足夠剛性或其它使用性能的前提下，什么樣的斷面結構將有利于節省原材料？
孫加居先生：管子的斷面結構對原材料的消耗當然是有影響的。但是，就某種管子而言，由于其斷面結構通常是根據相應的標準被確定下來的，因此基于任何目的而對管子結構所做的更改，不僅會引起管子性能的變化，而且其應用范圍、性能指標以及所應采用的標準也都將發生變化。所以，就某種管子來說，通常是不改變其斷面結構，但可以考慮用一種產品代替另一種產品。例如，在排水管方面，根據實際應用的不同情況可以用波紋管和纏繞管相互替代；在汽車管方面，可以用PA12/PA6多層管替代PA12單層管。通過采取這樣的方式，也可以達到降低原料成本的目的。
于克濤先生：管子斷面結構設計的合理與否將直接影響到管材對原材料的消耗。在保證塑料管材具有足夠剛性和其它使用性能的前提下，管材的斷面面積越小、同時又能保證斷面慣性矩不變的斷面結構將有利于節省原材料。例如，內徑為500mm、環剛度為4的雙壁波紋管有兩種截面形狀，請見圖1。這兩種截面的慣性矩相同，但A的截面面積大于B的截面面積，所以A的米重比B的米重重1.0㎏ 。
又如，環剛度均為8、內徑均為1200mm的雙壁波紋管與鋼帶螺旋波紋管相比，雙壁波紋管的米重為89㎏，而鋼帶螺旋管的米重僅為73kg。
問：為了使設備能穩定地運行，客戶在選擇加工設備時應注意哪些問題？
孫加居先生：不同結構的管子，對設備的要求是不一樣的。例如，5-6層的汽車輸油管對設備的要求就要比單層管高。因為5層管本身的結構變化多樣，因此要求設備具有很寬的加工范圍以適應多種聚合物。此外，當改變管子結構時，還要求設備操作起來簡單易行。為了使管子的每一層都成型均勻，分層清晰，并嚴格將層厚控制在設計范圍內，往往需要很精密的擠出技術以及模頭精密的分流能力。
在這一方面，麥拉菲爾多層管擠出機組可以說是一個典范。其中，高性能擠出機和有核心技術的擠出模頭是實現這一目標的保障。模頭采用螺旋流道，分層設計，模塊化組合，一套模頭可變化出上百種管壁結構組合。配合麥拉菲爾的NOMOS控制系統和軟件及生產線的各測控設施，在保證生產完美產品的情況下，使生產效率大大提高。
于克濤先生：客戶應根據自己所選擇的管材種類來選擇相應的加工設備。在選擇設備時，建議客戶應考慮如下問題：生產此類管材所用原料的價格、設備的產量、設備的能耗、管材的成品率以及設備的價格。只有對上述幾方面的問題加以綜合考慮后，才能針對自身產品的特點進行設備的選型，以盡可能地減少管材加工中的成本。
問：在實際生產中，應如何通過提高生產效率、減少廢料或廢品的產生來更有效地降低生產成本？對此，貴公司可提供哪些更好的技術？
孫加居先生：實際生產中，提高生產效率，減少廢品率非常重要。當然，這是一個系統工程。
在提供塑料管材加工設備領域中，瑞士麥拉菲爾已有60多年生產擠出機的經驗，對相應的管材生產和應用擁有完全的解決方案。
麥拉菲爾的擠出機使用了專利設計的屏障螺桿和螺筒開槽技術，為擠出生產提供了高超的穩定性、連續性和精密性。設備不僅能夠長時間可靠運行，而且能夠對擠出參數進行精密控制，操作起來簡易方便。采用麥拉菲爾的擠出機可以獲得嚴格線性的擠出量，從而可以在不同的擠出速度下，確保獲得穩定的管材截面結構。
于克濤先生：在實際生產中，要提高生產率，首先必須保證設備能夠長時間可靠地運行，同時，采用合理的生產工藝來減少廢料或廢品的產生。對此，濰坊中云的雙壁波紋管生產線生產效率高，性能穩定可靠，能幫助企業有效減少廢料和廢品的產生。其主要技術優勢是：
● 采用“大波峰”的波形設計，不僅能保證管材具有高的環剛度，同時又降低了管材的米重；
● 擠出機的螺桿和機筒均采用德國最新技術，螺桿為四段式分離型結構，機筒喂料采用最新的非對稱開槽結構，大大提高了輸送效率。同時，自動溫控水冷卻系統也可保證高效高質的均化擠出；
● 機頭采用高剛度螺旋式機頭，且設備具有壁厚無級可調的功能，可以確保內、外層壁厚均勻成型；
● 使用了與國際最新技術同步的鋁合金材質的冷卻定徑水套，不僅使冷卻效率大大提高，而且改善了波紋管的質量，并提高了產量。此外，通過采用壓力鑄造工藝，既克服了鋼質定徑套傳熱系數低、銅質定徑套較軟、較重的缺點，又保持了質輕、強高度、散熱效果好的優點，從而實現了高導熱系數與高強度、低重量的完美結合，有力地確保了設備的高效生產；
● 具有先進的在線擴口功能。通過PCC中央控制系統，可實現自動在線的單層擴口和雙層擴口功能，并且可有效增加擴口壁厚，擴口成品率達100％；
● 切割機由PCC控制系統和特殊的機械結構進行雙重控制，可確保切割的準確性。尤其在生產擴口管材時，具有極高的精度，可確保切刀絕對處于設定位置，提高了管材的成品率。
問：在塑料管材生產線上，控制系統和測量檢測設備對控制管材的生產成本起著怎樣的作用？對此，您是否有一些好的建議以使它們更有效地工作？
孫加居先生：毋庸置疑，生產線的控制系統以及在線檢測設備對生產的有效性、穩定性以及產品的精確性起著重要作用。
在麥拉菲爾的塑料管材生產線上，配置了壁厚測量和直徑測量設備，可對相應的牽引速度/擠出量以及真空度形成閉環控制，從而把產品的直徑和壁厚自動鎖定在指定的范圍內，以保證生產線能夠穩定連續地生產。
于克濤先生：在塑料管材生產線上，控制系統和測量檢測設備對控制管材的生產成本起著至關重要的作用。如果沒有一個良好的控制系統，就不能精準地控制整個設備的正常運行，不能保證主、輻機的同步；如果沒有在線的測量檢測設備對管材進行即時檢測，那么一旦管材下線后被檢測出有部分性能指標不合格，則整批管材有可能就全部成為廢品。因此，對于大口徑管材和一些成型工藝復雜的管材加工而言，必須安裝在線檢測裝置。例如，生產鋁塑復合管時，應安裝在線探傷裝置，以便即時檢測出中間層鋁管焊合的缺陷；生產大口徑波紋管時，需要安裝光電定心裝置，以便自動檢測出管材壁厚的大小，并進行在線調節，確保生產出合格的管材。
問：降低能耗對于一個生產企業來說也是非常重要的。在管材生產線上，企業應如何根據產品口徑的大小來配置合理的擠出系統？
孫加居先生：使生產線達到最大的產能將有利于節約能源。為此，企業應根據原料的特性和產品的特點來配置適合的生產設備。通常，應根據管材口徑和原料特性來確定可以達到的生產速度，在此生產速度條件下，再確定需要的擠出機產量，以使擠出量和牽引速度能夠適度平衡，從而最大程度地發揮整條生產線的能力。例如，在生產小口徑的PE燃氣/供水管道方面，麥拉菲爾所提供的生產線可達到60m/min的生產速度；而對于4mm的小汽霧管而言，麥拉菲爾的生產線可達到300m/min的生產速度。
于克濤先生：在管材生產線上，企業應根據自己所生產的管材的米重G以及此管材在生產線上最佳的成型速度V，來配置合理的擠出系統。通常，擠出系統最大的在線產量為G×V/（70%～80%），這樣的產量既可以降低能耗，又可使擠出機的主電機處于合理的工作狀態，有利于設備的穩定運行。
問：在管材原材料的選擇方面，您是否有更好的建設以幫助管材生產企業降低成本？
于克濤先生：為了降低管材的成本，制造商可以選擇復合材料來生產管材。例如，大口徑鋼帶螺旋波紋管所選用的材料是由鋼帶、高密度聚乙烯和熱熔膠復合而成。
通常，這三種原材料的用量比為：42：50：8（鋼帶：高密度聚乙烯：熱熔膠）。如果按高密度聚乙烯11000元/噸、鋼帶4500元/噸、熱熔膠16000元/噸計算，鋼帶螺旋波紋管原材料的每噸造價為8670元/噸，僅為純聚乙烯原料價格的78%。
這種復合材料的管材不僅具有鋼材料的耐壓剛性，而且具有塑料的耐磨、耐腐蝕性和衛生性。此外，這種管材施工方便而可靠，可采用熱熔焊接聯接，也可采用密封圈加哈夫塊連接。如果僅從節省生產成本的角度來看，大口徑鋼帶螺旋波紋管優于大口徑克拉管、大口徑中空壁纏繞管和大口徑波紋管。當然，根據目前國外對這種管材的使用情況來看，還很難對鋼帶螺旋波紋管的使用壽命做出一個確切的定論。這是因為，這種管材有著鋼和塑料的雙重物理性質，由于這兩種材料的熱膨脹系統不同，在不同的環境、不同的傳輸介質及不同的溫度條件下使用后，將會導致結合層的脫落。因此，歐洲的一些國家嚴令禁止使用此類管材。
但我認為，在目前其它大口徑管材原料成本太高的情況下，在短期內考慮用鋼帶螺旋波紋管來替代水泥管，應該是一個折中的辦法，因為這種管材能夠克服水泥管所具有的使用壽命短、易滲漏、環保性差的缺點。在此，需要特別強調的是，雖然現階段投資鋼帶螺旋管不失為一個好時機，但一定要慎重。從企業的長遠利益和管材的使用壽命方面來看，企業最佳的選擇應該是大口徑雙壁波紋管。
近年來，中云公司通過引進并消化國外的先進技術，推出了GDLG1500型、GDLG2500型、GDLG3500型等三種型號的鋼帶螺旋波紋管加工設備。該設備使用了奧地利貝茄萊公司的PCC控制系統，可以對設備進行精準控制，使成品率能夠達到95%以上
