CN104162972B - 用于生产分子双定向塑料管的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于生产分子双定向塑料管的设备和方法。所述设备由模具（1，17，14）构成，所述模具（1，17，14）由中心体（14）和连接在中心体（14）的相对侧上的第一头部（1）和第二头部（17）形成，以及其具有刚性且穿孔的导向装置（5），所述导向装置（5）轴向地位于模具（1，17，14）内部的中心，其上纵向地耦接有毛坯管（10）。该导向装置设置有用于使膨胀流体（18）通过其中的孔口（9），膨胀流体（18）在毛坯管（10）和模具（1，17，14）之间没有任何热交换的情况下引起毛坯管（10）靠着模具（1，17，14）的内壁的膨胀。

Description

用于生产分子双定向塑料管的设备和方法

技术领域

本发明的应用领域包括在管状轮廓（tubular profile）或分子定向塑料管（molecularly oriented plastic pipe）并且特别是不连续或“分批（in-batch）”的系统的制造工艺内。

本发明涉及与制备特别是关于其在制备管、信号元件和光结构元件的应用中的分子定向塑料管相应的设备和方法。

本发明的目的由甚至总体上通过气体以迅速且能量有效的、简单执行的方法形成具有分子定向的塑料管组成，其使得在生产塑料管中可以降低成本和时间，以及降低必需的设备的成本，使得使用本发明的设备和制造方法的最终产品以更加富有竞争性的价格到达市场。

所述设备基于特别设计的模具，所述模具内部地和外部地结合有一系列附件，膨胀系统、冷却系统和另外的真空系统，方便地同步以使得能够执行用于生产分子双定向管或轮廓（profile）的相应方法。

背景技术

双分子定向是这样的方法，由此主要在温度、压力、变形速度和变形半径的适宜条件中将机械变形施加至预先挤出的管或毛坯，发生其机械性能的显著改性，主要是材料的σ（sigma）（或压力）、抗冲击性、蠕变提高（creep improvement）、抗裂缝扩展、提高杨氏模量等。

使用所述分子定向方法，由于材料的更好的耐性，使用较少原材料并具有相同或优良的特征的情况下，生产了超耐性的管。

为了切向地加固在其中想要的方向上加固材料以经受压力的管，预先挤出的管应当径向膨胀，由此显著地增大其直径。

存在多种系统用于制造管状轮廓，其可以分为两大类别：连续的或线性系统和不连续或“分批”的系统。

记住本发明的设备和方法包括在所述的第二种系统的种类中，将主要提及不连续或“分批”的系统，其由基于在提供管状轮廓确定形式的模具内的管状毛坯的膨胀，产生分子定向的“逐个元件（元件对元件，element by element）”的方法组成。

存在许多专利和文献，其公开了该系统或方法的变型，可以引用：

-基于发明专利WO9813190的方法。将热管固定在经受内部压力的绷紧的套管内的模具的端部，从而在第一阶段，靠着套管壁粘附管，其温度与定向温度相似，然后，在第二阶段，通过轴向滑动除去套管，使得塑料管径向膨胀并粘附至冷的模具的壁，通过与所述冷的模具接触而实现管的冷却。

所述方法的主要特征由下述组成，所述模具由其中一个在另一个内部滑动的两个同心体所组成、以两个阶段进行膨胀以及通过与模型壁的接触产生冷却。

-基于发明专利US4340344的方法，其中在对称的模具中引入管，将其加热以使热水通过塑料毛坯的内部和外部，并且当达到定向温度时，内部压力增加并在模具上毛坯膨胀。

在前述情况下，当管膨胀时，通过与模具的接触而冷却管，即，外部地并且间接地，具有下述特定的特征，首先使用用于加热塑料管的水加热模具然后冷却模具以冷却塑料管，其决定了总的方法的非常差的能量效率。

通过由具有启动和某些复杂性的内部机制的系统形成的模具执行第一种方法，使得在其正常功能中并且由于它们是同心的并且是轴向转移的事实，它们达到它们长度的两倍，具有对空间的较大的需要的昂贵的系统是必需的。同样，在第一种情况中支撑毛坯塑料管的内套管应当是热的，据此理由，允许回火热流体的再流通或电阻系统以及它们的连接是必需的，进一步使模具复杂化。

同样，由于冷却流体的外部浴，所述模具总是保持冷却，同时通过该模具并通过接触已经形成的塑料管的冷却间接地发生，其产生能源效率低的系统、和关于处理时间的不利，因为塑料的膨胀系数大于金属的膨胀系数，几乎立即发生收缩，并且，因此，模具和塑料之间的分离，极大地阻碍了通过接触的热传输。在至少两个阶段中发生膨胀，为较慢的方法，其对移动套管的位移是次要。

以相同的方式，在第二种方法中，热效率恶化，由于每一次处理管都要加热并冷却模具，其涉及高能量成本，如在先前的情况中，再次由于通过接触发生冷却，决定了低效率。在该方法中，冷却地引入管，模具作为加热器并作为模具本身，其具有许多孔口以允许预先用于加热管的流体的排出，从而使得模具的执行更加昂贵。

发明专利WO98/56567公开了由管状毛坯的固定装置组成的定向塑料管制造工艺，并且其具有通过加热管状毛坯的流体的微孔的排出系统，模具具有带有加热和随后冷却管模具的目的的中间套管。

发明内容

构成本发明的目标的生产塑料管的设备和方法使得可以解决在前述部分中陈述的问题和缺点，允许简单地、迅速地并且能量有效地进行分子定向，与常规的设备相比，该设备是较不复杂和较不昂贵的，由于必要装置（设备）的成本，其使得可以同时显著地降低成本和处理时间，使得这些产品可以以更加富有竞争性的价格到达市场。

同样，必需强调，该设备提供了作为主要优点的下述事实，其允许在不需要使用液体的情况下生产管，由于其优选设计为用于气态流体（气体流体，gaseous fluid）。

更具体地，本发明的设备包括用于形成塑料管或管状轮廓的特殊的模具，所述模具仅作为模型并在恒温下作用，并且具有在所述模具和塑料管之间避免热交换的可能性，这是因为该管可以经由内部排外地冷却。不同于在前述部分中描述的第一种系统，所述模具缺少滑动机构或附件。

使用通过管连接于其上的外部加热或冷却元件使模具持续地回火（调和，temper）。模具包括耦接至中心体的单独的末端头部，当塑料管进入模具时其固定塑料管，在下文中称为毛坯管（空管，没有孔的管，blank pipe）并且，通过其位移，使得能够抽出（extraction）已经处理过的管，在下文中称为定向管。

在相对的表面中，这些头部中的每一个可以具有不同直径的单独的开口，使得较小直径的开口允许以一个方向朝向模具引导进入毛坯管，并且一旦形成了定向管并且在相反方向移动头部之后，大的开口允许定向管的抽出。这种双开口的特征允许以较大的速度发生毛坯管的引入和定向管的引出，显著地促进了操作工艺。

所述头部也包括用于获得真空的入口，在成形之前，其允许膨胀毛坯管，并通过气垫或任何其它流体促进润滑，使得能够温和地并且非常快速地抽出形成的管而不需要坚固的机械元件。相对于其中存在遍及模具设计的许多孔口（orifice）以促进可以被限制于形成的管的壁的液体排出的使用液体例如膨胀流体的其它系统，所述模具具有显著减少的入口或孔口。

本发明的一个最显著的方面涉及在模具内部包括刚性穿孔的导向装置（固定于一个头部），优选长度稍微短于模具的总长度，轴向地位于中心，使得其进行以下双重任务：

a）用作毛坯管的支架并避免在毛坯管引入期间其接触模具的壁并避免发生其位移和不利的固定，以及

b）允许在管形成期间应该用于管的膨胀和用于管的内部冷却的流动容量的确定的分布。也可以在所需的温度下使该导向装置回火。

而且，在模具中，并且特别地在头部中，已经设置了固定毛坯管的机械装置和用于引入和排出膨胀/冷却流体的装置、以及管存在检测器（pipe presence detector）和促进工艺的其它元件。

模具可以具有小的孔口，其提供了外部冷却已经用在定向管和模具之间循环的空气层（air sheet）定向的管的双重作用，因此促进定向管的抽出。这些孔口被定位在模具的中心体中，与使其与外部相通的具有较小宽度的圆柱体收集器（cylindrical collector）相对应。不同于其它先前已知的方案，在这种情况下，由于存在显著更少的孔口数，所以这种收集器具有更加减少的宽度。

通过一个端部引入模具中的毛坯管内部依靠在内切（inscribe）在毛坯管中的导向装置的外母面（exterior generatrix）上，并且毛坯管被纵向地并且在没有错误的可能性的情况下引入直至模具的底部以随后进行第一头部的固定或引入和引出模具头部。毛坯管在允许其在变形时定向的温度下热地进入，在毛坯管的膨胀期间在管和模具的壁之间没有发生任何热交换，据此理由在毛坯管内没有温度变化。

使用该设备的管生产方法基于下列操作阶段：

-通过限定在第一头部中的小开口将毛坯管引入模具的内部，在没有水份、温度与模具相同以避免在毛坯管和模具的壁之间热交换并且实质地改进处理时间的干燥加热设备中预先加热所述毛坯管，与在先前部分中引用的在模具中加热毛坯管的第二种方法基本可比。进行引入使得其包括被限制在所述毛坯管内的内部导向装置，因此将导向装置用作参照以避免可能引发的变形或折叠，这是由于毛坯管处于可塑性和可变形的状态。

-封闭与由此已经引入毛坯管的模具的端部相对应的头部的开口并且启动毛坯管固定的装置（紧固的装置，means of securing），使得毛坯管在模具内完全固定并且不动。

-在由模具的内部和毛坯管的外部限定的封闭空间（enclosure）中实施真空。

-通过泵送系统或加压罐，总是以与其相同的温度朝向毛坯管的内部施加膨胀流体，以产生其靠着（对着，against）模具的壁的膨胀。通过第二头部或与管的入口/出口相对的头部施加该流体，并且该流体通过限定在导向装置中的具有合适分布的孔口接近塑料毛坯（plastic blank）的内部，使得膨胀在受控的形式下发生。

-优选通过泵送系统，或加压罐将冷却流体施加至膨胀的塑料管的内部，并且同时排出该流体以允许所述冷却流体的持续流动和其靠着膨胀的管的内壁的直接相互相用，总是维持防止塑料朝向其初始形状收缩的内压力。规律地并且以受控的方式，发生这种冷却流体的施加通过导向装置的孔口，其中孔口方便地分布，使得规律并且高效地出现（incidence）模具的内表面的管。同时并且利用通过冷却的塑料的自然收缩，可以引起在模具的内壁和形成的管之间的冷却流体的层流（laminar current），其将加速冷却过程，通过模具中被限定用于所述目的孔（bore）引入所述流体。

-使定向管的内部降压（depressurization）和/或清空（emptying），一旦其冷却，将所述定向管的内部与环境或与贮罐（accumulator tank）连接。

-以其最大尺寸打开第一头部并施加通过压力由第二头部和/或收集器注入的滑润剂流体以实现快速并有效地抽出定向管，加压引入或注射滑润剂流体在模具和定向管之间引起缓冲作用以降低抽出力。

优选考虑膨胀流体和/或冷却流体和/或滑润剂流体是气体。

附图说明

为了使说明书完整并且以帮助朝向更好地理解本发明的特征为目的，根据其实际实施方式的优选实施例，附上一组附图作为所述说明书的整体部分，其中，具有示例性的和非限制性的特性，表示了以下内容：

图1.-示出了用于制造分子双定向管或管状轮廓的设备的纵向截面图。

图2.1-图2.4.-示出了制造工艺的阶段的顺序的视图。

具体实施方式

如在所述图1中可以看出，本发明的设备包括由第一头部1、第二头部17、和中心体14形成的完整的模具，所述中心体14通过它们的端部与所述头部1，17联合（associate）。在这些头部1，17中，设置固定（fix）毛坯管10的位置的固定的装置3、以及在那里制成的孔口8，所述孔口8使得模具1，17，14的内部与外部连通，以相等地施加压力或真空。第一头部1具有以轴向方向耦接在毛坯管10的一个端部上的尺寸减小的密封衬套（sealing bushing）2，并且第二头部17具有支撑衬套（support bushing）16。

图1也示出了所述设备结合有（包括，incorporate）刚性穿孔的导向装置5，所述刚性穿孔的导向装置5轴向地位于模具1，17，14内部的中心，设置有开口9，所述导向装置5通过它的一个端部固定于支撑衬套16，并且在头部1，17和中心体14之间在内部延伸。

所述设备还具有封闭在套管（sleeve）4和中心体14的外表面之间的回火室（调和室，缓冲室，tempering chamber）13。在中心体14中限定了通过收集器6将模具1，17，14的内部与外部连通的孔7。

为了从毛坯管10形成定向管10’，随后进行根据下列步骤的方法：

a）步骤1。如在图2.1中观察的，在除去密封衬套2之后，通过第一头部1引入毛坯管10，直到所述毛坯管10到达第二头部17，从而稍后使用密封衬套2封闭第一头部1并启动在两个端部固定毛坯管10的固定的装置3。如在图2.1中观察到的，以外部地安装在穿孔的导向装置5上的纵向方向引入毛坯管10，所述穿孔的导向装置5的外径稍微小于毛坯管10的内径。为了不改变毛坯管10的温度，可以借助于通过热的流体或通过限定用于该目的的内部电路（没有图示表示）预先加热穿孔的导向装置5。

b）步骤2。然后，如在图2.2中观察到的，膨胀流体18通过限定在支撑衬套12中的中心开口16进入，并被引导通过穿孔的导向装置5的内部以随后通过其孔口9均匀分布地离开，引起毛坯管10膨胀，所述毛坯管10到达模具1，17，14的内壁，从而采用（采纳，adopt）其几何形状。

同时地并且作为避免在模具1，17，14和毛坯管10之间累积空气的支持手段，通过在头部中打开的孔口8并且通过孔7和收集器6在两者之间产生的室中，产生真空。

c）步骤3：如在图2.3中观察到的，一旦管被膨胀，通过支撑衬套12的中心开口16引入冷却流体19，所述冷却流体19穿过导向装置5，随后通过其孔口9均匀地射出在已经膨胀的管或定向管10’的内壁上。使得存在循环并且使得持续通过冷却流体，其通过衬套15与外部连通，预先调节出口压力。以这种方式产生冷却流体的入口流和出口流，其与定向管10’热交换，在其中产生冷却。

该直接冷却意味着与前述的发明非常显著的差别，由于在处理时间和冷却流体的效率方面，这种直接冷却有效得多。另外，并且为了改进处理的速度，可以在定向管10’的外壁和模具1，17，14之间，通过冷却流体的引入（intake）和排出（outlet），经由孔口8和孔7激发（provoke）另一个冷却流。

d）步骤4：在充分的冷却时间使得定向管10’已经从塑性状态转到固态以后，移动（移开，displace）由此引入毛坯管10的第一头部1，如在图2.4中观察到的，从而移开该定向管10’并且重复该循环。

另外，通过经由孔口8和孔7引入滑润剂流体20，可以促进定向管10’的抽出，在模具1，17，14和定向管10’之间产生流体的层（sheet of fluid），相对于先前的发明，其意味着在速度和抽出的容易性方面的另一个重要的进步。

Claims (11)

1.用于生产分子双定向塑料管的设备，由此，在毛坯管(10)的模具(1，17，14)中通过膨胀由所述毛坯管(10)生产定向管(10’)，其中，所述模具(1，17，14)由中心体(14)和连接在所述中心体(14)的相对侧上的第一头部(1)和第二头部(17)形成，

其中，所述中心体(14)包括刚性并且穿孔的导向装置(5)，所述导向装置(5)轴向地位于所述模具(1，17，14)内部的中心，

所述导向装置(5)在所述头部(1，17)与所述中心体(14)之间延伸，所述导向装置(5)具有稍微小于用于其纵向耦接在所述导向装置(5)上的所述毛坯管(10)的内径的外径，并且所述导向装置(5)设置有适合于膨胀流体(18)通过其中的孔口(9)，所述膨胀流体(18)引起所述毛坯管(10)靠着所述模具(1，17，14)的内壁膨胀，

其特征在于，所述设备进一步结合有封闭在套管(4)和所述中心体(14)的外表面之间的回火室(13)，在所述中心体(14)中具有孔(7)，所述孔(7)通过适合于施加真空或引入滑润剂流体(20)的收集器(6)将所述模具(1，17，14)的内部与外部连通。

2.根据权利要求1所述的用于生产分子双定向塑料管的设备，其特征在于，所述设备结合有耦接至所述第二头部(17)的支撑衬套(12)，所述导向装置(5)的一个端部固定于所述支撑衬套(12)，所述支撑衬套(12)设置有适合于朝着所述导向装置(5)的内部引入膨胀流体(18)和/或冷却流体(19)的中心开口(16)。

3.根据权利要求1所述的用于生产分子双定向塑料管的设备，其特征在于，所述第一头部(1)具有尺寸减小的密封衬套(2)，所述密封衬套(2)一旦被引入所述模具中，可以以轴向方向耦接在所述毛坯管(10)的一个端部上。

4.根据权利要求1所述的用于生产分子双定向塑料管的设备，其特征在于，所述头部(1，17)具有所述毛坯管(10)的固定的装置(3)。

5.根据权利要求1所述的用于生产分子双定向塑料管的设备，其特征在于，所述头部(1，17)具有使得所述模具(1，17，14)的内部与外部连通以相等地施加压力或真空的孔口(8)。

6.根据权利要求1所述的用于生产分子双定向塑料管的设备，其特征在于，所述第一头部(1)具有不同尺寸的相对开口，其中，较小的开口适合于允许引入所述毛坯管(10)，并且较大的开口适合于当所述第一头部(1)相对于所述中心体(4)移动时促进所述定向管(10’)的抽出。

7.生产分子双定向塑料管的方法，所述方法使用用于生产分子双定向塑料管的设备，由此，在毛坯管(10)的模具(1，17，14)中通过膨胀由所述毛坯管(10)生产定向管(10’)，其中，所述模具(1，17，14)由中心体(14)和连接在所述中心体(14)的相对侧上的第一头部(1)和第二头部(17)形成，

其中，所述中心体(14)包括刚性并且穿孔的导向装置(5)，所述导向装置(5)轴向地位于所述模具(1，17，14)内部的中心，

所述导向装置(5)在所述头部(1，17)与所述中心体(14)之间延伸，所述导向装置(5)具有稍微小于用于其纵向耦接在所述导向装置(5)上的所述毛坯管(10)的内径的外径，并且所述导向装置(5)设置有适合于膨胀流体(18)通过其中的孔口(9)，所述膨胀流体(18)引起所述毛坯管(10)靠着所述模具(1，17，14)的内壁膨胀，

所述设备进一步结合有封闭在套管(4)和所述中心体(14)的外表面之间的回火室(13)，在所述中心体(14)中具有孔(7)，所述孔(7)通过适合于施加真空或引入滑润剂流体(20)的收集器(6)将所述模具(1，17，14)的内部与外部连通，

所述设备进一步结合有耦接至所述第二头部(17)的支撑衬套(12)，所述导向装置(5)的一个端部固定于所述支撑衬套(12)，所述支撑衬套(12)设置有适合于朝着所述导向装置(5)的内部引入膨胀流体(18)和/或冷却流体(19)的中心开口(16)，

其中所述第一头部(1)具有尺寸减小的密封衬套(2)，所述密封衬套(2)一旦被引入所述模具中，可以以轴向方向耦接在所述毛坯管(10)的一个端部上，

其中所述头部(1，17)具有所述毛坯管(10)的固定的装置(3)，

其中所述头部(1，17)具有使得所述模具(1，17，14)的内部与外部连通以相等地施加压力或真空的孔口(8)，

其特征在于，所述生产分子双定向塑料管的方法包括下列阶段：

a)以纵向方向通过所述第一头部(1)引入所述毛坯管(10)，在所述穿孔的导向装置(5)的外表面上调整所述毛坯管(10)的内表面，其中，在引入所述毛坯管(10)之前，将所述毛坯管(10)加热至与所述模具(1，17，14)相同的温度，并且其中，在施加所述膨胀流体(18)之前将所述穿孔的导向装置(5)加热至与所述毛坯管(10)相同的温度；

b)通过在所述第一头部(1)上的所述密封衬套(2)封闭所述模具(1，17，14)并且启动在所述毛坯管(10)的两个端部固定所述毛坯管(10)的固定的装置(3)；

c)通过限定在所述支撑衬套(12)中的所述中心开口(16)引入所述膨胀流体(18)用于其通过所述穿孔的导向装置(5)的内部循环并通过所述穿孔的导向装置(5)的孔口(9)射出，用于膨胀到达所述模具(1，17，14)的内壁的所述毛坯管(10)，并且同时通过所述头部(1，17)的所述孔口(8)并通过所述中心体(14)的孔(7)和所述收集器(6)在所述模具(1，17，14)和所述毛坯管(10)之间产生的室中产生真空，使得所述毛坯管(10)通过所述膨胀流体(18)的压力采用所述模具(1，17，14)的内部几何形状；

d)通过所述支撑衬套(12)的所述中心开口(16)引入所述冷却流体(19)，所述冷却流体(19)然后穿过所述导向装置(5)，通过其孔口(9)均匀地射出在已经膨胀的管或定向管(10’)的内壁上并由所述密封衬套(2)排出所述冷却流体(19)；

e)移动所述第一头部(1)并抽出所述定向管(10’)。

8.根据权利要求7所述的生产分子双定向塑料管的方法，其特征在于，通过所述头部(1，17)的所述孔口(8)和所述中心体(14)的孔(7)另外地施加冷却流体(19)。

9.根据权利要求8所述的生产分子双定向塑料管的方法，其特征在于，另外地并且在引入冷却流体(19)之后，通过所述头部(1，17)的所述孔口(8)和所述中心体(14)的孔(7)引入滑润剂流体(20)，以促进所述定向管(10’)的抽出，从而在所述模具(1，17，14)和所述定向管(10’)之间产生流体的层。

10.根据权利要求7所述的生产分子双定向塑料管的方法，其特征在于，所述膨胀流体(18)和/或所述冷却流体(19)是气体。

11.根据权利要求9所述的生产分子双定向塑料管的方法，其特征在于，所述滑润剂流体(20)是气体。