CN102490334B - 采用双螺杆挤出方式生产大口径聚烯烃环保排水管的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用双螺杆挤出方式生产大口径聚烯烃环保排水管的方法，其步骤为：1）将不同类型的废旧聚烯烃产品按比例混合并加工成粉状、片状或粒状材料，得到A物质；2）将A物质与辅料按比例混合均匀，送双螺杆挤出机进行挤出操作；3）双螺杆挤出机对材料进行输送、加热融熔、混合、挤压操作，然后对挤出料进行成型、冷却、切割，得到大口径排水管材。本发明的有益技术效果是：采用双螺杆挤出方式生产大口径聚烯烃环保排水管材，节约能源，提高生产效率，改善产品品质，降低综合成本，同时还使废旧聚烯烃材料变废为宝，在保护环境的同时，还降低了综合生产成本；与采用新料制作大口径排水管材的工艺相比，社会效益和经济效益十分显著。

Description

采用双螺杆挤出方式生产大口径聚烯烃环保排水管的方法
技术领域
    本发明涉及一种大口径排水管材的制作技术，尤其涉及一种采用双螺杆挤出方式生产大口径聚烯烃环保排水管的方法。
背景技术
排水管材制作行业中，一般习惯于将直径500mm以上的排水管材划分为大口径排水管材；排水管与给水管相比以及与其他用途的管材相比，因其用途不同，对产品的性能要求也不同；其中，影响大口径排水管材使用性能的一个重要参数就是环刚度，管材的环刚度与所用材料的弹性模量和断面的惯性矩成正比，而与管材直径的3次方成反比，管材直径越大，其环刚度就越难提高，大口径排水管由于其直径较大，使用时对环刚度要求较高，在管材直径和管材断面结构（由模具决定）确定时，只能通过提高其弹性模量来增加环刚度，从而满足大口径排水管材使用性能的需要；
随着国家对环保事业的重视度逐年升高，许多厂家都尝试着采用废旧聚烯烃材料来制作大口径的排水管材，但由于加工设备、工艺、配方、从业人员素质等方面的原因，采用废旧聚烯烃材料制作出的大口径排水管其环刚度时常不达标，产品品质得不到保证，不能满足工程的使用需要；而采用新料（即粒状的一次料）制作大口径排水管，虽然可以使部分产品品质得到保障，但材料成本较高，一次合格率不是很高，产量也因设备的影响而不能提高，进而影响了企业的经济效益。
发明内容
针对背景技术中的问题，本发明提出了一种采用双螺杆挤出方式生产大口径聚烯烃环保排水管的方法，其步骤为：1）将不同类型的废旧聚烯烃产品按比例混合并加工成粉状、片状或粒状材料，得到A物质；
2）将A物质与辅料按比例混合均匀，送双螺杆挤出机进行挤出操作；
3）双螺杆挤出机对材料进行输送、加热融熔、混合、挤压操作，得到挤出料，然后对挤出料进行成型、冷却、切割，得到大口径排水管材。
步骤1）中，废旧聚烯烃产品包括挤出成型的聚烯烃管材、吹塑成型的中空容器、各种瓶类及其他低弹性模量的聚烯烃产品；其中，聚烯烃管材、中空容器、瓶类和低弹性模量的聚烯烃产品在A物质中所占的比例关系为：聚烯烃管材含量在10%以内，中空容器含量在30%以内，瓶类含量在50%以内，其余含量由低弹性模量的聚烯烃产品填充。
将废旧聚烯烃产品加工成粉状时，材料的细度在10目以上；将废旧聚烯烃产品加工成片状时，片状材料的单片尺寸小于1cm2；将废旧聚烯烃产品加工成粒状时，粒状材料最大尺寸小于5mm且不允许有5颗以上的连粒。
步骤2）中，辅料中的成分有抗氧剂、增韧剂、除湿干燥剂、着色剂、偶联剂、润滑剂、晶须和填充剂；各种成分的份数比为：抗氧剂0.5份、增韧剂3份、除湿干燥剂3份、着色剂0.1份、偶联剂0.5份、润滑剂1份、晶须10份、填充剂20份；
辅料与废旧聚烯烃产品的配比关系为：废旧聚烯烃产品所占百分比为50~90%、辅料所占百分比为10～50%。
步骤2）中，双螺杆挤出机的工艺参数为：温度控制在聚烯烃的熔化温度以上20~40℃、融体压力20～30Mpa。
本发明的有益技术效果是：采用双螺杆挤出方式生产大口径聚烯烃环保排水管材，不仅能节约能源，提高生产效率，改善产品品质，降低综合成本，同时还使废旧聚烯烃材料变废为宝，在保护环境的同时，还降低了综合生产成本；与采用新料制作大口径排水管材的工艺相比，社会效益和经济效益十分显著。
具体实施方式
本发明的方案是：一种采用双螺杆挤出方式生产大口径聚烯烃环保排水管的方法，其步骤为：1）将不同类型的废旧聚烯烃产品按比例混合并加工成粉状、片状或粒状材料，得到A物质；在粉碎材料时，各种粉碎后的材料满足以下要求时，加工的效果较好：将废旧聚烯烃产品加工成粉状时，材料的细度在10目以上；将废旧聚烯烃产品加工成片状时，片状材料的单片尺寸小于1cm2；将废旧聚烯烃产品加工成粒状时，粒状材料最大尺寸小于5mm且不允许有5颗以上的连粒。
2）将A物质与辅料按比例混合均匀，送双螺杆挤出机进行挤出操作；
3）双螺杆挤出机对材料进行输送、加热融熔、混合、挤压操作，然后对挤出料进行成型、冷却、切割，得到大口径排水管材。
本发明与现有技术最大的不同有两点：1、采用废旧聚烯烃产品作为原料制作出环刚度等技术指标符合GB/T19472.1要求的大口径排水管；2、在进行挤出操作时，采用双螺杆挤出机进行；
背景技术中述及了，现有技术中有采用废旧聚烯烃材料来制作大口径排水管的技术，但其产品品质无法满足要求，发明人经过潜心研究，发现造成品质不合格的重要原因有两个，一是配方，目前市场上的废旧聚烯烃产品主要类型有聚烯烃管材、中空容器、瓶类和低弹性模量的聚烯烃产品，其中可能用于大口径管材加工的主要是聚烯烃管材、中空容器和瓶类，而低弹性模量的聚烯烃产品由于其弹性模量很低，几乎不能用于加工大口径管材；由于聚烯烃管材、中空容器、瓶类和低弹性模量的聚烯烃产品由不同牌号、不同厂家的聚乙烯树脂制成，其弹性模量和分子量各不相同，其中，聚烯烃管材的弹性模量一般在630MPa ~1000Mpa范围内，其弹性模量较大但同时脆性也大；与聚烯烃管材相比，中空容器的弹性模量和脆性都相对较小，中空容器的弹性模量一般在400MPa ~800Mpa范围内；瓶类的弹性模量更低，一般在400MPa ~630Mpa，但瓶类材料的韧性较好；发明人在长期的研究过程中发现，如果聚烯烃管材在A物质中的配比超出一定范围，则最终产品的环刚度可以达标而环柔度不达标，同时，如果中空容器和瓶类在A物质中的配比过多，则最终产品的环刚度不达标准。
造成产品品质不合格的原因之二是混炼效果：双螺杆挤出机由于两根螺杆的相互旋转，可以使混炼效果显著提高，这在业内是有普遍认识的。在现有技术中，双螺杆挤出机虽然是成熟的加工设备，但却没有用于聚烯烃材质的大口径排水管材的加工，究其原因有如下几方面：一是设备生产厂家考虑成本问题，双螺杆挤出机的成本比单螺杆挤出机高出将近100%,显然无论是从成本考量也好，思维定式也好，本领域的技术人员都不会考虑用双螺杆挤出机来加工聚烯烃材质的大口径排水管材；二是双螺杆挤出机自身的特性不适合对新料进行加工，前面述及了，双螺杆挤出机的混炼效果优于单螺杆挤出机，但对于材料行业来说，某种效果越优并不能使产品品质越好，这在粉状的聚乙烯材料上就能充分体现，如果用双螺杆挤出机来加工新料，固然提高了混炼效果，但正是由于双螺杆挤出机的高效剪切和混炼，使得挤出料中难以保留较长的分子链，分子链的长短对产品环刚度有重要影响，这也是本领域没有采用双螺杆挤出机来加工新料材质的大口径排水管的原因之一；
中国专利申请200910031146.1公开了一种专业加工聚烯烃的双螺杆挤出机的螺杆，发明人经过实验验证，该专利申请的方案确实能够提高混炼效果，但正如前文所述，在提高了混炼效果的同时，挤出料中的较长的分子链也被破坏了，也即是说，该专利申请虽然提高了聚烯烃材料挤出时的混炼效果，但该类聚烯烃材料并不适宜用来制作大口径的排水管；
本发明所选用的废旧聚烯烃产品也是选自聚烯烃管材、中空容器、瓶类和低弹性模量的聚烯烃产品，这些材料的材质存在差异、杂质含量不一，如果单纯的采用单螺杆挤出机难以达到较好的混炼效果，而对单一类型的废旧聚烯烃产品采用双螺杆挤出机虽然能够达到较好的混炼效果，但由于其难以得到较长的分子链，仍然不能加工出环刚度满足要求的大口径排水管；发明人经过长期研究发现，如果进行反向思维，利用多种类型的聚烯烃材料混合加工时对混炼效果有一定的负面影响这一特性，反而能够抵消一部分双螺杆挤出机对分子链的断链效应，对长分子链起到了保护作用，同时又提高了混炼效果，从而使得本发明制作出的产品能够得到很好的环刚度性能，这也是本发明的方案中为什么能够将双螺杆挤出机用于制作聚烯烃材质的大口径排水管的重要原因。
双螺杆挤出机与单螺杆挤出机相比，双螺杆挤出机还具有驱动电机功率小、挤出效率高、设备体积小的优势，我们不妨来作一下成本对比：以65/132双螺杆挤出机和75单螺杆挤出机为例进行对比：65/132双螺杆挤出机电机功率是37KW，产量是300kg，比功率是8.1；75单螺杆挤出机电机功率是110KW，产量是300kg，比功率是2.72，由此看出使用双螺杆挤出机对管材生产厂家更好的选择。
发明人还发现，当废旧聚烯烃产品中的聚烯烃管材、中空容器、瓶类和低弹性模量的聚烯烃产品的含量按如下配比混合时，产品的性质是较好的：聚烯烃管材含量在10%以内，中空容器含量在30%以内，瓶类含量在50%以内，其余含量由低弹性模量的聚烯烃产品填充；其中，对产品的环刚度起主要贡献的是聚烯烃管材中的成分，对环柔度起主要贡献的是中空容器和瓶类中的成分，低弹性模量的聚烯烃产品的作用是增加材料在融熔状态时的流动性；
众所周知，材料行业是一门经验性学科，前面提出的废旧聚烯烃产品中的各类材料的含量关系可以在客观上使材料的性质在可控范围内，最终产品的性质还需要通过添加辅料来进行修正；辅料中的成分有抗氧剂、增韧剂、除湿干燥剂、着色剂、偶联剂、润滑剂、晶须和填充剂；一种较好的组分比实例为：抗氧剂0.5份、增韧剂3份、除湿干燥剂3份、着色剂0.1份、偶联剂0.5份、润滑剂1份、晶须10份、填充剂20份；此中条件下，辅料与废旧聚烯烃产品的配比关系满足如下条件时，产品的参数较好：废旧聚烯烃产品所占百分比为50~90%、辅料所占百分比为10～50%。
由于树脂在塑化时需吸收热量，温度在聚烯烃熔化温度20~40℃度以上时塑化效果最佳；为了增加管材的密实度和提高产量，融体压力应大于等于20MPa，同时，由于零部件的机械强度和成本考虑，融体压力应小于等于30MPa。
实施例：用双螺杆挤出机做聚乙烯双壁波纹管(600mm规格)的工艺参数设置如下列表格所示：
表1 ：温度控制范围
Figure 2011104256259100002DEST_PATH_IMAGE001
其中14区，15区在开DN800的管材的时候要打开，设定在220℃左右。
表2 电机控制范围
Figure 2011104256259100002DEST_PATH_IMAGE002
表3挤出机变速范围
表4成型机变速范围
Figure DEST_PATH_IMAGE004
表5扩口变压1范围
Figure DEST_PATH_IMAGE005
表6扩口变压2范围

Claims (4)

1.一种采用双螺杆挤出方式生产大口径聚烯烃环保排水管的方法，其特征在于：其步骤为：1）将不同类型的废旧聚烯烃产品按比例混合并加工成粉状、片状或粒状材料，得到A物质；
2）将A物质与辅料按比例混合均匀，送双螺杆挤出机进行挤出操作；
3）双螺杆挤出机对材料进行输送、加热融熔、混合、挤压操作，然后对挤出料进行成型、冷却、切割，得到大口径排水管材；
步骤1）中，废旧聚烯烃产品包括挤出成型的聚烯烃管材、吹塑成型的中空容器、各种瓶类及其他低弹性模量的聚烯烃产品；其中，聚烯烃管材、中空容器、瓶类和低弹性模量的聚烯烃产品在A物质中所占的比例关系为：聚烯烃管材含量在10%以内，中空容器含量在30%以内，瓶类含量在50%以内，其余含量由低弹性模量的聚烯烃产品填充。
2.根据权利要求1所述的采用双螺杆挤出方式生产大口径聚烯烃环保排水管的方法，其特征在于：步骤1）中，将废旧聚烯烃产品加工成粉状时，材料的细度在10目以上；将废旧聚烯烃产品加工成片状时，片状材料的单片尺寸小于1cm2；将废旧聚烯烃产品加工成粒状时，粒状材料最大尺寸小于5mm且不允许有5颗以上的连粒。
3.根据权利要求1所述的采用双螺杆挤出方式生产大口径聚烯烃环保排水管的方法，其特征在于：步骤2）中，辅料中的成分有抗氧剂、增韧剂、除湿干燥剂、着色剂、偶联剂、润滑剂、晶须和填充剂；各种成分的份数比为：抗氧剂0.5份、增韧剂3份、除湿干燥剂3份、着色剂0.1份、偶联剂0.5份、润滑剂1份、晶须10份、填充剂20份；
辅料与废旧聚烯烃产品的配比关系为：废旧聚烯烃产品所占百分比为50~90%、辅料所占百分比为10～50%。
4.根据权利要求1所述的采用双螺杆挤出方式生产大口径聚烯烃环保排水管的方法，其特征在于：步骤2）中，双螺杆挤出机的工艺参数为：温度控制在聚烯烃的熔化温度以上20~40℃、融体压力20～30Mpa。
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