CN105235228A - 一种一步法制备双轴取向塑料管材的工艺方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一步法制备双轴取向塑料管材的工艺方法及设备，包括塑料挤出机、挤出管模头、管胚冷却保温段、双向拉伸模具、真空冷却定径装置、冷却箱、牵引机、切割机和自动放管机，上述设备依次直线定位构成生产线。管胚的外壁紧贴在双向拉伸模具的内壁移动，从而实现双向拉伸模具对胚管进行径向、轴双向拉伸；径、轴双向拉伸由双向拉伸模具和牵引机共同完成。本发明公开的方法和设备采用真空机的吸附力和牵引机的牵引力拉伸管材，不仅实现了对管材的径向取向和轴向取向，而且使取向均匀，取向后的管材双向性能都有较大提高，相同规格的管材双轴取向后拉伸强度和弹性模量比普通管材提高了20％以上，其环向性能优于轴向性能，符合取向管的实际使用需要。

Description

一种一步法制备双轴取向塑料管材的工艺方法及设备

技术领域

本发明涉及聚合物成型加工领域，具体地，涉及一种制备双轴取向塑料管材的工艺方法及设备。

背景技术

高分子材料的大分子链在一定温度和外应力场的作用下会产生有序排列，获得取向结构，使材料在取向方向上的力学性能大大提高，实现材料的自增强。在相同外径和承压能力下，取向结构的管材的管壁更薄，有有效地节省能源和原材料。

人们围绕制造双向拉伸取向的塑料管发明了许多制造方法或设备，如有芯棒机械扩胀法、气液扩胀法、充气布袋扩胀法等，而这些的双向拉伸塑料管的制造方法或设备中都在管材内部放置一根长长的一端固定在挤出模头上的芯棒机械扩胀装置或一端固定在挤出模头上而另一端固定在封气柱塞或机械扩胀设备或充气布袋上的拉绳或充气液的管子上，这些发明多为二步法，先是把管材冷却到常温后再加热到拉伸温度，使得这类方法或设备复杂，生产线长，占地面积大，生产成本高，设备投资高，操作不方便，能量消耗大且管材废品率高。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种一步法制备双轴取向塑料管材的工艺方法及设备，该工艺方法简单、设备简单、低能耗、生产成本低、易于工业化实现、能提高管材性能、尺寸精度和表面质量的径向与轴向双向拉伸塑料管的工艺方法和设备。

本发明是利用真空吸附力和牵引机拉伸力的共同作用下，使管胚在一定温度下沿着双向拉伸模具内壁运动实现对管材的双轴拉伸的。

本发明提供的一种一步法双轴取向塑料管材的制造方法：首先将塑料原料加入挤出机中，所述塑料原料在挤出机中熔融塑化后，从挤出机的挤出管模头挤出成型为管胚，所述管胚经管胚保温段冷却保温在塑料高弹态的可拉伸温度范围内，之后所述管胚经过加热箱保温恒定在塑料高弹态的可拉伸温度范围内，随后所述管胚在牵引机的牵引力和真空机的吸附作用力下，所述管胚的外壁紧贴在双向拉伸模具的内壁移动，从而实现双向拉伸模具对胚管进行径向、轴双向拉伸；径、轴双向拉伸由双向拉伸模具和牵引机共同完成，所述管胚的轴向拉伸比是通过调整牵引机的线速度来进行调整，使其达到设计所需的轴向拉伸比；所述管胚在完成径向、轴向双轴拉伸取向后成为管材，在定径套内快速冷却定径定型取向，最后得到双轴取向的管材。

本发明提供的一种制备双轴取向塑料管材的设备，包括塑料挤出机，挤出管模头，管胚保温段，双向拉伸模具，真空冷却定径装置，冷却箱，牵引机，切割机和自动放管机并依次直线定位构成生产线；管胚保温段有温度控制装置，双向拉伸模具包括位于塑料管材壁外的拉伸扩胀模腔、真空装置和温度控制装置，双向拉伸模具可根据不同的规格更换。

1、本发明采用真空机的吸附力和牵引机的牵引力拉伸管材，不仅实现了对管材的径向取向和轴向取向，而且使取向均匀，取向后的管材双向性能都有较大提高，相同规格的管材双轴取向后拉伸强度和弹性模量比普通管材提高了20％以上，其环向性能优于轴向性能，符合取向管的实际使用需要；

2、本发明操作简便，加工成本低；双轴拉伸后的管材厚度均匀，可以实现1.1-3.5的扩胀比，可节约原材料达20％以上；

3、本发明可通过更换不同管径的定径套和双轴拉伸模具可以生产多种规格的塑料增强管材，加工控制方便；

4、本发明实现了双轴拉伸管的连续操作，结构简单，控制精确，易于实现工业化；且采用冷却保温方式降低高温熔融塑料，不是把管胚温度降到常温再加热，节省能耗，降低生产成本；

5、本发明具有明显的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为本发明的结构示意图

1、塑料挤出机；2、挤出管模头；3、管胚保温区；4、双向拉伸模具；5、真空冷却箱；6、冷却箱；7、牵引机；8、切割机；9、自动放管机；10、管胚；11、双轴拉伸后的管材。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明进行详细描述。参照附图，对本发明优选实施例进行详细的描述，其中所有相同的附图标记表示相同的部件。

将塑料原料加入挤出机1中，在挤出机1中熔融塑化后，从挤出机1后的挤出管模头2挤出成型为管胚10，管胚10经管胚保温段3冷却保温在高弹态，，经过双向拉伸模具4中的加热箱保温加热到高弹态的可拉伸温度范围内，在牵引机7的牵引力和真空的吸附作用力下，管胚10的外壁紧贴在双向拉伸模具4的内壁移动，实现了双向拉伸模具4对胚管10进行径、轴双向拉伸，在真空冷却箱5中的定径套内快速冷却定径定型取向，得到双轴取向的管材11。本实施例未述部分与现有技术相同。刚开始生产时，管胚保温段3里先不通水或油，让管坯10挤出后牵引到牵引机7上牵引，直到通过牵引机7，同时冷却箱6通水冷却。然后管胚保温段3内开始通入热水或热油，调节管胚保温段3和双向拉伸模具4的温度，使之在高弹态温度范围内，打开双向拉伸模具4中的真空装置对管胚10进行径向拉伸，并调节其真空度，再打开真空冷却箱的真空装置并调节真空度，并调节牵引机7的夹紧设置，使之符合夹紧管材的要求，最后调节牵引速度，使得扩张后的管材外径符合规定尺寸后，开始正常生产。

本发明的方法中，对管胚径向拉伸取向采用双向拉伸模具，其径向拉伸比的比值在1.1-3.5之间。

本发明的方法中，双向拉伸模具的真空度控制在-0.01至-0.08MPa之间。

本发明的方法中，冷却保温处的温度比双轴拉伸处的拉伸温度低一点，低0.5—10℃。

本发明的方法中，对管胚轴向拉伸取向采用牵引机来拉伸的方法，即使用一台牵引机，采用一定的牵引速度，实现对管胚进行轴向拉伸，牵引机的牵引速度要保证管材的径向拉伸比大于轴向拉伸比，其比值在1.05-3之间。

本发明的方法中，牵引机将双轴拉伸后的管材送入真空冷却定径装置进行冷却定型，真空冷却定径装置的真空度控制在-0.01至-0.07MPa之间。

本发明的方法中，制备双轴取向管材是连续的。

一种制备双轴取向塑料管材的设备，包括塑料挤出机1，挤出管模头2，管胚保温段3，双向拉伸模具4，真空冷却箱5，冷却箱6，牵引机7，切割机8和自动放管机9并依次直线定位构成生产线；管胚保温段3有温度控制装置，双向拉伸模具4中有位于塑料管材壁外的拉伸扩胀模腔、真空装置和温度控制装置，设备中位于双向拉伸模具后有真空冷却箱5，箱内有对拉伸后的管材进行冷却定径的外定径套和与真空冷却箱连接的真空装置。

设备中有与双向拉伸模具连接的利于管的双轴拉伸成型的真空装置，是管材双向拉伸成型中对管胚由外向内的作用力，是管胚紧贴拉伸扩胀模腔内壁保证塑料管材双向拉伸成型的关键。

设备中有与挤出管模头连接的有利于管材内壁冷却和控制温度的吸气机构，吸气机构包括输送气体的空心耐高温绝热软管和可以控制抽风量大小的抽风机。

设备中位于双向拉伸模具后有真空冷却箱，箱内有对拉伸后的管材进行冷却定径的外定径套，拉伸成型后的管材在冷却外定径套内进行冷却定型处理，设备中有与真空冷却箱连接的真空装置，是对管材由外向内的作用力，同时也有利于拉伸成型后的管材紧贴外定径套保证管材外径尺寸精度高、外表面光滑，外定径套可根据不同的规格更换。设备中的冷却箱中有水或风冷却机构。

在本发明特定实施例中被描述时，本领域技术人员应该认识到本发明可以在不超出权利要求书的精神和范围内进行修正。

Claims (10)

1.一种一步法制造双轴取向塑料管材的方法，其特征在于：首先将塑料原料加入挤出机中，所述塑料原料在挤出机中熔融塑化后，从挤出机的挤出管模头挤出成型为管胚，所述管胚经管胚冷却保温段冷却保温在塑料高弹态的可拉伸温度范围内，所述管胚经过冷却保温段的加热箱保温恒定在塑料高弹态的可拉伸温度范围内，随后所述管胚在牵引机的牵引力和真空机的吸附作用力下，所述管胚的外壁紧贴在双向拉伸模具的内壁移动，从而实现双向拉伸模具对胚管进行径向、轴双向拉伸；径、轴双向拉伸由双向拉伸模具和牵引机共同完成，所述管胚的轴向拉伸比是通过调整牵引机的线速度来进行调整，使其达到设计所需的轴向拉伸比；所述管胚在完成径向、轴向双轴拉伸取向后成为管材，在定径套内快速冷却定径定型取向，最后得到双轴取向的管材。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：对所述管胚径向拉伸取向采用双向拉伸模具，其径向拉伸比的比值在1.1-3.5之间。

3.根据权利要求1或2所述的方法：其特征在于：所述双向拉伸模具的真空度控制在-0.01至-0.08MPa之间。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述冷却保温段的温度比双轴拉伸处的拉伸温度低0.5—10℃。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：对管胚轴向拉伸取向由牵引机完成，即使用一台牵引机，采用一定的牵引速度，实现对管胚进行轴向拉伸，牵引机的牵引速度以保证管材的径向拉伸比大于轴向拉伸比来确定，其径向拉伸与轴向拉伸比的比值在1.05-3之间。

6.根据权利要求1、2或4所述的方法，其特征在于：所述牵引机将双轴拉伸后的管材送入真空冷却定径装置进行冷却定型，真空冷却定径装置的真空度控制在-0.01至-0.07MPa之间。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：上述制备双轴取向管材的过程是连续的。

8.一种制备双轴取向塑料管材的设备，其特征在于：包括塑料挤出机、挤出管模头、管胚冷却保温段、双向拉伸模具、真空冷却定径装置、冷却箱、牵引机、切割机和自动放管机，上述设备依次直线定位构成生产线；所述管胚冷却保温段有温度控制装置，所述双向拉伸模具包括位于塑料管材壁外的拉伸扩胀模腔、真空装置和温度控制装置，双向拉伸模具具有根据不同的规格可更换的结构。

所述设备中还具有与双向拉伸模具连接的利于管的双轴拉伸成型的真空装置，所述真空装置提供管材双向拉伸成型中对管胚由外向内的作用力，其是管胚紧贴拉伸扩胀模腔内壁保证塑料管材双向拉伸成型的关键。

所述设备中还具有与挤出管模头连接的冷却管材内壁和控制温度的吸气机构，所述吸气机构包括输送气体的空心耐高温绝热软管和可以控制抽风量大小的抽风机。

9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于：所述设备中位于双向拉伸模具后设置有真空冷却箱，所述真空冷却箱内有对拉伸后的管材进行冷却定径的外定径套，拉伸成型后的管材在冷却外定径套内进行冷却定型处理，所述设备中有与真空冷却箱连接的真空装置，提供对管材由外向内的作用力，同时也有利于拉伸成型后的管材紧贴外定径套保证管材外径尺寸精度高、外表面光滑，外定径套具有根据不同的规格可更换的结构。

10.根据权利要求8或9所述的设备，其特征在于：所述设备中的冷却箱中设有水或风冷却机构。