CN105082550B - 具有菱形格子骨架中间层的复合管/膜及成型方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有菱形格子骨架中间层的复合管/膜及成型方法和装置，复合管/膜包括由外至内依次设置的外层、中间层和内层，中间层为菱形格子骨架。其成型方法是利用旋转口模成型截面形状为环形的双层中空型坯，外层型坯内侧和内层型坯外侧分别具有多根螺旋加强筋，内层型与外层型坯热压熔合后螺旋加强筋堆砌贴合，形成具有菱形格子骨架的中间层。其成型装置包括芯模、模头基体、内口模、外口模、齿轮和进气塞，内口模和外口模组成的旋转口模设于芯模与模头基体之间，进气塞设于芯模内，齿轮设于旋转口模外周，内口模外侧和外口模内侧分别设有栅栏。本发明制得的复合管/膜相比传统产品，其重量明显降低，同时还可实现自增强和降噪音的效果。

Description

具有菱形格子骨架中间层的复合管/膜及成型方法和装置

技术领域

本发明涉及聚合物连续成型技术领域，特别涉及一种具有菱形格子骨架中间层的复合管/膜及成型方法和装置。

背景技术

聚合物材料以其优异的耐腐蚀性、长期稳定性、安装维修方便等优点，在挤管、吹膜领域中占有重要地位，广泛应用于燃气输送、供水、农业灌溉等领域，发展迅猛。

聚合物管材是一类应用广泛的型材，但传统管材周向强度较低，在作为承压管材时，为了满足使用要求，需增厚管材壁，这样既增加其重量，又浪费材料，也使得管材的冷却定型困难。

针对该问题，国内外已进行了大量研究，如通过改进聚合方法，合成高性能聚合物管专用树脂，或建立聚合物管加工新技术，在加工过程中调控聚合物结构实现其高性能化，如口模拉伸、振动挤出、旋转挤出等。到目前为止，国内外学者就管材的双向增强技术进行了广泛的研究，四川大学申开智教授课题组自行设计了带有周向剪切元件和能产生轴向拉伸的复合应力场挤出口模，制备出双向自增强的聚烯烃管材，这种挤出装置的突出优点是可以根据实际生产需要，调整口模组合元件尺寸，生产出不同口径的双向增强管材，改传统的芯棒旋转为芯套旋转，但该装置结构复杂，旋转芯套拆装不便。四川大学王琪教授课题组自行研制了新型旋转挤出装置，通过芯棒与口模同时反向旋转挤出制备聚乙烯(PE)管，结果表明，在口模与芯棒反向旋转挤出过程中，管道内外壁除受到轴向应力作用外，还受到芯棒和口模旋转所施加的环向应力，其合力方向不再是沿管道轴向而是与其有一定的角度，因此，分子链的取向方向和以此链为初级成核点形成的串晶偏离轴向，增强了管道抵抗裂纹增长的能力，但该装置结构复杂，反向旋转挤出对管材自增强的效果并不明显。

同时，针对聚合物管材密度较小，容易受到震动而产生噪声的缺点，一些企业通过加入特殊材料来调整管材的密度和微观结构，开发出了新型的降低噪声的排水管，即利用了通过降低排水时引发的管材的振动，同时密度较高的芯层具有更好的隔声性能的原理，从而降低了噪声的原理。目前常见的主要有螺旋管、复合管、夹芯管以及上述降噪方式进行复合制备的管材等。内螺旋管由若干条凸起三角形肋条，沿内壁均匀地呈螺旋线分布，螺旋线与管轴线呈一定的夹角(理论上可推导出，螺旋线与管轴线保持这种夹角时，排水管具有最佳的排水能力和通气效果)。水流进入立管后，在螺旋肋的导流作用下，沿内壁形成较为稳定而密实的水流膜旋流，旋转下落。由于水流紧贴管壁，避免了横向水流进入立管后，对立管壁的反复冲撞，由此大大减小了水流对排水立管的撞击噪声。同时由于水流沿立管壁旋转下落，管中形成了一个畅通的漩涡空气柱，减少了管道内的压力波动，避免了横向水流被冲撞后散乱落下与空气相遇形成的管道噪声和混杂夹带气泡产生的噪声。但螺旋管加工工艺复杂，实际生产与理论推导相差甚远。另外，复合管、夹芯管通过添加密度较高的材料，或设置密度较高的芯层，这本身就增加了聚合物管材的自重。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种聚合物材料轻化，可实现自增强、降噪音效果的具有菱形格子骨架中间层的复合管/膜。

本发明的另一目的在于提供一种成型上述具有菱形格子骨架中间层的复合管/膜的方法。

本发明的又一目的在于提供一种成型上述具有菱形格子骨架中间层的复合管/膜的装置。

本发明的技术方案为：一种具有菱形格子骨架中间层的复合管/膜，包括由外至内依次设置的外层、中间层和内层，中间层为菱形格子骨架。

其中，所述菱形格子骨架由多根正向螺旋加强筋和多根反向螺旋加强筋彼此堆砌贴合形成，多根正向螺旋加强筋位于外层的内侧，多根反向螺旋加强筋位于内侧的外侧。

上述具有菱形格子骨架中间层的复合管/膜的成型方法为：利用旋转口模成型截面形状为环形的双层中空型坯，外层型坯内侧具有多根正向螺旋加强筋，内层型坯外侧具有多根反向螺旋加强筋，并向双层中空型坯的层间充气，内层型坯受到内外压差而往外扩胀，与外层型坯热压熔合，正向螺旋加强筋和反向螺旋加强筋彼此堆砌贴合，最终形成具有菱形格子骨架的中间层，实现复合管/膜的连续式生产。

上述具有菱形格子骨架中间层的复合管/膜的成型装置，包括芯模、模头基体、内口模、外口模、齿轮和进气塞，芯模和模头基体组成模头，内口模和外口模组成旋转口模；旋转口模设于芯模与模头基体之间，进气塞设于芯模内，齿轮设于旋转口模外周，且齿轮与旋转口模之间采用键连接；内口模的外侧和外口模的内侧分别设有栅栏。

所述旋转口模中，内口模和外口模同心设置，且按照直径尺寸由大到小沿型坯的挤出方向套叠。

所述外口模的直径大于内口模的直径。

所述内口模的外周和外口模的外周分别设置对应的齿轮，内口模的旋转方向与外口模的旋转方向相反。

其中，内口模的外侧设有栅栏，通过内口模的旋转，成型外侧具有多根反向螺旋加强筋的内层型坯；外口模的内层设有栅栏，通过外口模的旋转，成型内侧具有多根正向螺旋加强筋的外层型坯；正向螺旋加强筋和反向螺旋加强筋彼此堆砌贴合后，形成具有菱形格子骨架的中间层，而内层型坯的侧壁作为内层，外层型坯的侧壁作为外层。栅栏结构的设计，使熔体环流经栅栏后被分割，在型坯上形成多条螺旋加强筋，并分布在环形型坯一侧，螺旋加强筋的截面形状、排列方式和数量是可变的，通过调整栅栏的形状、数量以及旋转口模的旋转速度，即可进行改变。

所述内口模和芯模中分别设有气体流道，且内口模中的气体流道与芯模中的气体流道相连通。通过气体流道向双层中空型坯的层间充气，高压气体可使菱形格子骨架中的沟槽保持坚挺，保证沟槽完好而规整，避免因熔体出口胀大而挤压变形。

所述成型装置还包括冷却风环，沿型坯的挤出方向，冷却风环位于进气塞的后侧，进气塞设于型坯内，冷却风环设于型坯外，进气塞和冷却风环之间形成内外压力差，从而对型坯进行径向扩张。

根据实际生产的需要，沿型坯的挤出方向，所述冷却风环的后侧还可依次设有定径装置和牵引装置等辅助装置，对型坯进行拉伸、牵引、定径等，实现连续制备复合管/膜。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

1、本发明制得的具有菱形格子骨架中间层的复合管或复合膜，由于中间层结构的设计，使成型后复合管或复合膜相比传统产品，其重量明显降低，同时还可实现自增强和降噪音的效果。

2、利用本发明的成型方法及装置，可连续成型平均密度较低的复合管或复合膜，其装置结构简单，维护方便，可适用多种规格产品的制造。所制得的产品不仅重量明显降低，还可实现聚合物双向自增强，轴向强度显著提升；由于采用压缩空气填充复合管或复合膜，因此可以起到减小噪音的效果。

附图说明

图1为本复合管/膜的菱形格子骨架的结构示意图。

图2为本成型装置的结构示意图。

图3为本成型装置应用于挤管工艺时的设备结构示意图。

图4为本成型装置应用于吹膜工艺时的设备结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

本实施例一种具有菱形格子骨架中间层的复合管/膜的成型装置，如图2所示，包括芯模2、模头基体1、内口模6、外口模7、齿轮3、进气塞4和冷却风环5，芯模和模头基体组成模头，内口模和外口模组成旋转口模；旋转口模设于芯模与模头基体之间，进气塞设于芯模内，齿轮设于旋转口模外周，且齿轮与旋转口模之间采用键连接；内口模的外侧和外口模的内侧分别设有栅栏8；沿型坯的挤出方向，冷却风环位于进气塞的后侧，进气塞设于型坯内，冷却风环设于型坯外，进气塞和冷却风环之间形成内外压力差，从而对型坯进行径向扩张。

上述结构中，旋转口模中的内口模和外口模同心设置，且按照直径尺寸由大到小沿型坯的挤出方向套叠；外口模的直径大于内口模的直径；内口模的外周和外口模的外周分别设置对应的齿轮，内口模的旋转方向与外口模的旋转方向相反，内口模与其对应的齿轮同向旋转，外口模也与其对应的齿轮同向旋转。内口模的外侧设有栅栏，通过内口模的旋转，成型外侧具有多根反向螺旋加强筋的内层型坯；外口模的内层设有栅栏，通过外口模的旋转，成型内侧具有多根正向螺旋加强筋的外层型坯；正向螺旋加强筋和反向螺旋加强筋彼此堆砌贴合后，形成具有菱形格子骨架的中间层，而内层型坯的侧壁作为内层，外层型坯的侧壁作为外层。如图1所示，栅栏结构的设计，使熔体环流经栅栏后被分割，在型坯上形成多条螺旋加强筋9(即包括正向螺旋加强筋和反向螺旋加强筋)，并分布在环形型坯一侧，螺旋加强筋的截面形状、排列方式和数量是可变的，通过调整栅栏的形状、数量以及旋转口模的旋转速度，即可进行改变。内口模和芯模中分别设有气体流道，且内口模中的气体流道与芯模中的气体流道相连通，通过气体流道向双层中空型坯的层间充气，高压气体可使菱形格子骨架中的沟槽保持坚挺，保证沟槽完好而规整，避免因熔体出口胀大而挤压变形。将所有的气体流道埋覆在进气塞和模头内，与熔体流道无交叉、无接触，互不干扰，气体流道10中空气的流向如图2中的箭头所示。其中，当旋转口模静止时，熔体沿轴向挤出，在型坯的圆柱面上形成多条筋，筋呈直线型，筋与筋之间形成直线型沟槽；当旋转口模旋转时，熔体迭加环向旋转运动，筋呈螺旋线型，筋与筋之间形成螺旋线型沟槽(即形成螺旋加强筋)，螺旋加强筋彼此贴合，原来完整的沟槽，相互交错形成若干菱形气穴，规则排布在内外层管坯之间，菱形气穴相互堆砌，最终形成具有菱形格子骨架的中间层，格子的大小通过旋转口模的转速和轴向拉伸速率来调整。

通过上述装置实现的具有菱形格子骨架中间层的复合管/膜的成型方法为：利用旋转口模成型截面形状为环形的双层中空型坯，外层型坯内侧具有多根正向螺旋加强筋，内层型坯外侧具有多根反向螺旋加强筋，并向双层中空型坯的层间充气，内层型坯受到内外压差而往外扩胀，与外层型坯热压熔合，正向螺旋加强筋和反向螺旋加强筋彼此堆砌贴合，最终形成具有菱形格子骨架的中间层，实现复合管/膜的连续式生产。

成型后的复合管/膜，包括由外至内依次设置的外层、中间层和内层，如图1所示，中间层为菱形格子骨架11，菱形格子骨架由多根正向螺旋加强筋和多根反向螺旋加强筋彼此堆砌贴合形成，多根正向螺旋加强筋位于外层的内侧，多根反向螺旋加强筋位于内侧的外侧。

实施例2

本实施例是将实施例1中的成型装置应用于挤管工艺，如图3所示，其设备包括依次连接的塑化输运单元、挤出单元和定径牵引单元；其中，塑化输运单元为单螺杆挤出机12，挤出单元为本具有菱形格子骨架中间层的复合管/膜的成型装置，定径牵引单元包括定径装置13和牵引装置14，单螺杆挤出机、定径装置和牵引装置均采用传统挤管工艺中相应的设备即可。

实施例3

本实施例是将实施例1中的成型装置应用于吹膜工艺，如图4所示，其设备包括依次连接的塑化输运单元、挤出单元和定径牵引单元；其中，塑化输运单元为单螺杆挤出机12，挤出单元为本具有菱形格子骨架中间层的复合管/膜的成型装置，定径牵引单元包括圆形膜泡罩15、膜泡笼16、人字板17和收卷装置18，圆形膜泡罩和膜泡笼起定径作用，人字板和收卷装置起牵引作用，塑化输运单元和定径牵引单元均采用传统吹膜工艺中相应的设备即可。

如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。

Claims (10)

1.具有菱形格子骨架中间层的复合管/膜的成型方法，其特征在于，利用旋转口模成型截面形状为环形的双层中空型坯，外层型坯内侧具有多根正向螺旋加强筋，内层型坯外侧具有多根反向螺旋加强筋，并向双层中空型坯的层间充气，内层型坯受到内外压差而往外扩胀，与外层型坯热压熔合，正向螺旋加强筋和反向螺旋加强筋彼此堆砌贴合，最终形成具有菱形格子骨架的中间层，实现复合管/膜的连续式生产；其中，旋转口模由内口模和外口模组成，内口模的外侧和外口模的内侧分别设有栅栏。

2.通过权利权利要求1所述成型方法制得的具有菱形格子骨架中间层的复合管/膜，其特征在于，包括由外至内依次设置的外层、中间层和内层，中间层为菱形格子骨架。

3.根据权利要求2所述具有菱形格子骨架中间层的复合管/膜，其特征在于，所述菱形格子骨架由多根正向螺旋加强筋和多根反向螺旋加强筋彼此堆砌贴合形成，多根正向螺旋加强筋位于外层的内侧，多根反向螺旋加强筋位于内侧的外侧。

4.具有菱形格子骨架中间层的复合管/膜的成型装置，其特征在于，包括芯模、模头基体、内口模、外口模、齿轮和进气塞，芯模和模头基体组成模头，内口模和外口模组成旋转口模；旋转口模设于芯模与模头基体之间，进气塞设于芯模内，齿轮设于旋转口模外周，且齿轮与旋转口模之间采用键连接；内口模的外侧和外口模的内侧分别设有栅栏。

5.根据权利要求4所述具有菱形格子骨架中间层的复合管/膜的成型装置，其特征在于，所述旋转口模中，内口模和外口模同心设置，且按照直径尺寸由大到小沿型坯的挤出方向套叠。

6.根据权利要求5所述具有菱形格子骨架中间层的复合管/膜的成型装置，其特征在于，所述外口模的直径大于内口模的直径。

7.根据权利要求5所述具有菱形格子骨架中间层的复合管/膜的成型装置，其特征在于，所述内口模的外周和外口模的外周分别设置对应的齿轮，内口模的旋转方向与外口模的旋转方向相反。

8.根据权利要求4所述具有菱形格子骨架中间层的复合管/膜的成型装置，其特征在于，所述内口模和芯模中分别设有气体流道，且内口模中的气体流道与芯模中的气体流道相连通。

9.根据权利要求4所述具有菱形格子骨架中间层的复合管/膜的成型装置，其特征在于，所述成型装置还包括冷却风环，沿型坯的挤出方向，冷却风环位于进气塞的后侧，进气塞设于型坯内，冷却风环设于型坯外，进气塞和冷却风环之间形成内外压力差，从而对型坯进行径向扩张。

10.根据权利要求8所述具有菱形格子骨架中间层的复合管/膜的成型装置，其特征在于，沿型坯的挤出方向，所述冷却风环的后侧还依次设有定径装置和牵引装置。