CN111331814A - 一种双轴取向两次扩径定径套、管材及管材的制备方法 - Google Patents

一种双轴取向两次扩径定径套、管材及管材的制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及管材成型技术领域，具体而言，涉及一种双轴取向两次扩径定径套、管材及管材的制备方法。一种双轴取向两次扩径管材定径套，包括管状的定径套本体，沿第一预设方向，所述定径套本体内依次设有且依次连通的胚料入口、第一扩径腔、第一定径成型腔、第二扩径腔和第二定径成型腔；沿所述第一预设方向，所述第一扩径腔和所述第二扩径腔的内径均依次增大。该管材的制备方法，配置原料；加入到管材挤出成型机中，挤出管材胚料；将管材胚料通过所述定径套，经一次扩径、冷却、二次扩径、冷却定径，得到管材。在本发明中，管坯在同一定径套中进行两次扩径处理，两次对高分链取向，进而提高管材的力学性能。

Description

一种双轴取向两次扩径定径套、管材及管材的制备方法
技术领域
本申请涉及管材成型技术领域，具体而言，涉及一种双轴取向两次扩径定径套、管材及管材的制备方法。
背景技术
目前，行业内塑料管材生产中常用的是管材外径定径的定径套，定径套的入口内径和出口内径是相同的，在定径套的这段长度内，管子的外表面需要硬化，以使管子离开定径套时，管壁的硬化深度足以使管子能支持自重，不会变形或破裂。
在管材定径过程中，管材只会产生轴向拉伸取向，这种单向拉伸取向可增加了管材轴向取向的强度，但管材径向上没有取向，降低了管材径向 (即环向)的强度。通过双轴向取向，可对管材的轴向和环向进行取向，提高管材的整体强度，现有双轴取向聚氯乙烯(PVC-0管材)主要的取向方法，一是采用先生产出管材，然后再通过管材加热，通过固定内径芯棒，从内部向外扩径管材和纵向拉伸取向；此种方法生产的管材，拉伸强度高，液压性能好，但温度感，当管材表面温度超过60℃时，管材收缩达到1％，会出现管材接头渗漏，同时太阳暴晒后管材弯曲严重，影响安装使用；由于通过固定内径芯棒扩径，管材壁厚不均匀和壁厚波动，直接影响管材外径的尺寸，不便于通过外径连接管材；再者，由于在扩径过程时，取向时塑料接近玻璃态，使得管材遇热收缩大，不能做预制密封圈，生产难度大，成品率低；通过固定内径芯棒扩径，在生产时进行两次扩径，急需要两台牵引机，两个真空水箱，两次加热，生产成本高。
二是通过锥形芯棒进行扩径，但对于大口径管材如315-630mm的产品，生产牵引管材需要4-6人，成品率很低，人工费很高，管材壁厚偏差大。
三是通过定径套进行扩径，在高弹态与玻璃转变时一次取向，高弹态取向解决了管材夏天缩颈问题和对温度敏感问题，成品率高，可在做预制密封圈，但取向度不高，管材拉伸强度和液压性能不高。
现有的PVC管材在加工过程中，需加入抗冲击改性剂，以提高管材的低温性能，但加入抗冲击改性剂后，管材的拉伸强度有所降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双轴取向两次扩径定径套、管材及管材的制备方法，通过该定径套，对管材实现两次扩径，提高管材的力学性能。
本发明提供了一种双轴取向两次扩径管材定径套，包括管状的定径套本体，沿第一预设方向，所述定径套本体内依次设有且依次连通的胚料入口、第一扩径腔、第一定径成型腔、第二扩径腔和第二定径成型腔；
沿所述第一预设方向，所述第一扩径腔和所述第二扩径腔的内径均依次增大。
进一步的，沿所述第一预设方向，所述第一定径成型腔分为A段管体和B段管体，其中，所述A管体与所述B段管体可拆卸连接。通过更换不同机长度的B段管体，来调节管材的强度。
一种基于上述定径套制备管材的方法，包括以下步骤：
S1：配置原料；
S2：将配置好的原料加入到管材挤出成型机中，挤出管材胚料；
S3：在牵引机作用下，将管材胚料通过所述定径套，经一次扩径、冷却、二次扩径、冷却定径，得到管材。
进一步地，在所述步骤S2中，所述挤出成型机的机筒温度为：1区 200℃，2区190℃，3区185℃，4区180℃，5区175℃，6区170℃；合流芯的温度为170℃；模具温度为：1区180℃，2区180℃，3区175℃，4 区175℃；口模温度为195℃。
进一步地，在所述步骤S3中，所述定径套中，管材在所述第一扩径腔到所述第一定径成型腔时，所述管材的拉伸取向比为1:(1.3-1.8)。
进一步地，在所述步骤S3中，所述定径套中，管材在所述第二扩径腔到所述第二定径成型腔时，所述管材的拉伸取向比为1:(1.2-1.6)。
在本发明中，取向比指的是扩径后和扩径前，管材的厚度比，该比值由扩径腔和定径成型腔的内径差、挤出速度、牵引速度共同决定。在第一扩径腔和第一定径成型腔时，采用1:(1.3-1.8)的拉伸取向比，在第二次扩径时，采用1:(1.2-1.6)，通过调节两次扩径的拉伸取向比，提高管材的径向取向，进而提高管材径向强度。
进一步地，在所述步骤S3中，所述定径套中，所述第一定径成型腔外壁的冷却温度为20-30℃。
进一步地，在所述步骤S3中，所述定径套中，所述第二扩径腔和第二定径成型腔外壁的冷却温度为25-45℃。
进一步地，所述B段管体的长度为300-2000mm。通过调整第一定径成型腔B段管体的长度，可调节管材的力学性能，在本发明中，将B段管体的长度控制在300-2000mm，使得管材在第一定径成型腔中有足够的冷却长度，高分子冷却充分，再通过第二扩径腔进行扩径，随后在第二定径成型腔中进一步冷却。
进一步地，所述管材原料按重量份数计，包括以下组分：
PVC树脂100份，钙锌稳定剂2-6份，加工改性剂ACR 0.5-8份，硬脂酸0.1-0.5份，聚乙烯蜡0.1-0.5份，纳米碳酸钙0.5-10份。在本发明的配方中，不添加抗冲改性剂，结合到本发明的一步法两次拉伸取向，提高管材的环向取向，进而提高管材的环向强度、耐高温性，减小管材在60℃以上时的热收缩。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
在本发明中，该定径套包括第一扩径腔、第一定径成型腔、第二扩径腔和第二定径成型腔，管材在成型过程中，在第一扩径腔中进行第一次扩径，经第一定径成型腔进行定径，随后进入到第二扩径腔进行第二次扩径，在同一定径套中进行两次扩径处理，两次对高分链取向，提高管材轴向和环向高分子链规整排列程度，进而提高管材的力学性能。
通过本发明的定径套，能经济、方便、稳定、连续地制造出双轴取向塑料管材，提升产品的力学性能、理化性能和更为整洁、光亮、美观的外观结构。并且降低管材成型过程中牵引设备的牵引力，提高生产效率，减少能耗，同时，在保证提高管材力学性能的基础上，通过该定径套成型的管材还能降低壁厚，节省原料，进而降低产品的成本。
在本发明中，该pvc管材中不含有抗冲击改性剂，通过本发明制备管材的方法，以不含有抗冲击改性剂的原料，制备出高拉伸强度和较优低温性能的管材。并且，管材的热收缩小，可在管材上做出预制密封圈，降低生产难度。
本发明生产的管材与现有取向技术相比，本发明管材还可以使用在夏天“四大火炉”城市和夏天沙漠地带，管材表面温度达到60℃时，管材不收缩，有效防止了缩颈渗漏、长度缩短、弯曲变形带来的质量问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对本发明中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明提供的双轴取向两次扩径管材定径套的剖视示意图；图标：1-胚料入口，2-第一扩径腔，3-第一定径成型腔，4-第二扩径腔， 5-第二定径成型腔，6-进水口，7-出水口，8-储水环，9-通孔。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行描述。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例1：
按以下组份配比，配置制备管材的原料：PVC树脂100份，钙锌稳定剂2.8份，加工改性剂ACR 0.5份，硬脂酸0.1份，聚乙烯蜡0.1份，纳米碳酸钙5份。在110℃下，将各原料混合均匀，随后冷却至35℃，备用。
挤出成型加工：将混合好的原料加入到挤出成型机中，挤出成管材胚料，管材胚料在牵引机的作用下，通过定径套，进行一步两次扩径定型，经牵引、切割、扩口等，得到管材。
其中，机筒温度为1区200℃，2区190℃，3区185℃，4区180℃，5 区175℃，6区170℃；合流芯的温度为170℃；模具温度为：1区180℃， 2区180℃，3区175℃，4区175℃；口模温度为195℃。
并调节挤出速度和牵引速度，以将第一定径成型腔的取向比控制在 1:1.4，第二定径成型腔的取向比控制为1：1.3；
主机螺杆转速为18转，电流为80A。
调节定径套外的真空度，第一定径成型腔的真空度为0.035MPa，第二定径成型腔的真空度为0.08MPa；
调节第一定径成型腔外壁冷却水的温度在23℃，第二扩径腔和第二定径成型腔外壁冷却水温度为26℃；
B段管体长度为1000mm。
实施例2：
按以下组份配比，配置制备管材的原料：PVC树脂100份，钙锌稳定剂2.6份，加工改性剂ACR 2.0份，硬脂酸0.15份，聚乙烯蜡0.1份，纳米碳酸钙2份。在110℃下，将各原料混合均匀，随后冷却至35℃，备用。
挤出成型加工：将混合好的原料加入到挤出成型机中，挤出成管材胚料，管材胚料在牵引机的作用下，通过定径套，进行一步两次扩径定型，经牵引、切割、扩口等，得到管材。
其中，机筒温度为1区200℃，2区190℃，3区185℃，4区180℃，5 区175℃，6区170℃；合流芯的温度为170℃；模具温度为：1区180℃， 2区180℃，3区175℃，4区175℃；口模温度为195℃。
并调节挤出速度和牵引速度，以将第一定径成型腔的取向比控制在 1:1.45，第二定径成型腔的取向比控制为1：1.35；
主机螺杆转速为25转，电流为93A。
调节定径套外的真空度，第一定径成型腔的真空度为0.035MPa，第二定径成型腔的真空度为0.12MPa；
调节第一定径成型腔外壁冷却水的温度在20℃，第二扩径腔和第二定径成型腔外壁冷却水温度为28℃；
B段管体长度为1200mm。
实施例3：
按以下组份配比，配置制备管材的原料：PVC树脂100份，钙锌稳定剂3份，加工改性剂ACR 1.8份，硬脂酸0.1份，聚乙烯蜡0.1份，纳米碳酸钙6份，酞青蓝0.1份。在110℃下，将各原料混合均匀，随后冷却至 35℃，备用。
挤出成型加工：将混合好的原料加入到挤出成型机中，挤出成管材胚料，管材胚料在牵引机的作用下，通过定径套，进行一步两次扩径定型，经牵引、切割、扩口等，得到管材。
其中，机筒温度为1区200℃，2区190℃，3区185℃，4区180℃，5 区175℃，6区170℃；合流芯的温度为170℃；模具温度为：1区180℃，2区180℃，3区175℃，4区175℃；口模温度为195℃。
并调节挤出速度和牵引速度，以将第一定径成型腔的取向比控制在 1:1.5，第二定径成型腔的取向比控制为1：1.35；
主机螺杆转速为26转，电流为100A。
调节定径套外的真空度，第一定径成型腔的真空度为0.035MPa，第二定径成型腔的真空度为0.08MPa；
调节第一定径成型腔外壁冷却水的温度在30℃，第二扩径腔和第二定径成型腔外壁冷却水温度为45℃；
B段管体长度为500mm。
对比例1：
原材料配方，采用实施例1中的原材料配方；
挤出成型加工：采用实施例1相同的设备，各参数与实施例1的相同；
定径成型：采用固定内径芯棒，通过两步二次扩径，即管材先经过第一定径套进行扩径定型，冷却后，再加热管材，通过第二定径套进行第二次扩径定型，其余参数与实施例1的相同，得到管材。
对比例2：
原材料配方，采用实施例1中的原材料配方；
挤出成型加工：采用实施例1相同的设备，各参数与实施例1的相同；
定径成型：采用锥形芯棒扩径，定径成型，其余参数与实施例1的相同，得到管材。
对比例3：
原材料配方，采用实施例1中的原材料配方；
挤出成型加工：采用实施例1相同的设备，各参数与实施例1的相同；
定径成型：采用定径套扩径定型，一次扩径取向，其余参数与实施例1 的相同，得到管材。
实验例：
将上述实施例1-3以及对比例1-3中制备的管材，在拉伸试验机上测试各管材的拉伸强度；通过落锤冲击试验，在0℃下，2米高度，锤头dn25mm，测定各管材的抗冲击性，并记录破坏管材的最小锤重；将各管材置于60℃的环境中暴晒或加热，保持2小时，测试处理后的管材的收缩率；并且，统计在生产上述管材时，所用到的电费、水费、开机牵管的废品量，其结果入下表所示：
表1实施例1-3和对比例1-3的管材的性能指标
Figure BDA0002473396480000081
在对比例1中，由于是在管材成型后，进行二次加热扩径，因此相对于实施例1-3，需多一台牵引机、水箱、真空箱、多一次加热，其所用到的电费和水费，均比实施例1-3中的高30％。需说明的是，在上述表1中，以生产1吨实施例1的管材的用电用水量为基准，对比例2-3，以及实施例 2-3的用电用水量与实施例1的基本相同，而对比例1的比实施例1的高出30％。
从上述表1中可以得出，采用不含抗冲击改性剂原料配方，结合到本发明的一步法二次扩径定型，得到的管材具有较高的拉伸强度，在60℃下的收缩率在0.8‰左右，远小于实施例1的管材的收缩率。并且，实施例 1-3的管材与对比文件1相比，具有较优异的抗冲击性能，经过两次的扩径取向，使得管材的环向强度提高，并且在本发明中，采用的一步法两次扩径，无需多次加热管材，大大的降低了用电量和用水量，同时也降低了机生产过程中的费废管率，节约能源，减少生产成本。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种双轴取向两次扩径管材定径套，包括管状的定径套本体，其特征在于：沿第一预设方向，所述定径套本体内依次设有且依次连通的胚料入口(1)、第一扩径腔(2)、第一定径成型腔(3)、第二扩径腔(4)和第二定径成型腔(5)；
沿所述第一预设方向，所述第一扩径腔(2)和所述第二扩径腔(4)的内径均依次增大。
2.根据权利要求1所述的双轴取向两次扩径管材定径套，其特征在于，沿所述第一预设方向，所述第一定径成型腔(3)分为A段管体和B段管体，其中，所述A管体与所述B段管体可拆卸连接。
3.一种基于权利要求2所述的定径套制备管材的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：配置原料；
S2：将配置好的原料加入到管材挤出成型机中，挤出管材胚料；
S3：在牵引机作用下，将管材胚料通过所述定径套，经一次扩径、冷却、二次扩径、冷却定径，得到管材。
4.根据权利要求2所述的制备管材的方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述挤出成型机的机筒温度为：1区200℃，2区190℃，3区185℃，4区180℃，5区175℃，6区170℃；合流芯的温度为170℃；模具温度为：1区180℃，2区180℃，3区175℃，4区175℃；口模温度为195℃。
5.根据权利要求2所述的制备管材的方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述定径套中，管材在所述第一扩径腔(2)到所述第一定径成型腔(3)时，所述管材的拉伸取向比为1:(1.3-1.8)。
6.根据权利要求2所述的制备管材的方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述定径套中，管材在所述第二扩径腔(4)到所述第二定径成型腔(5)时，所述管材的拉伸取向比为1:(1.2-1.6)。
7.根据权利要求2所述的制备管材的方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述定径套中，所述第一定径成型腔(3)外壁的冷却温度为20-30℃。
8.根据权利要求2所述的制备管材的方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述定径套中，所述第二扩径腔(4)和第二定径成型腔(5)外壁的冷却温度为25-45℃。
9.根据权利要求2所述的制备管材的方法，其特征在于，所述B段管体的长度为300-2000mm。
10.一种由权利要求3-9任一所述方法制备的管材，其特征在于，所述管材原料按重量份数计，包括以下组分：
PVC树脂100份，钙锌稳定剂2-6份，加工改性剂ACR 0.5-8份，硬脂酸0.1-0.5份，聚乙烯蜡0.1-0.5份，纳米碳酸钙0.5-10份。
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