CN111890653A - 一种高刚度pe管道制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高刚度PE管道制造方法，包括如下步骤：1）原材料通过挤出机进行塑化挤出，形成管胚；2）管胚通过定径套进入真空定径箱；3）管胚在真空定径箱中经过冷却水喷淋冷却；4）管胚出真空定径箱，形成管材；5）管材进入热处理装置，通过热处理装置对管材外表层加热；6）管材进入保温装置，通过保温装置缓慢冷却至60℃以下；7）管材进入喷淋箱，经过喷淋箱冷却；8）牵引切割。本发明的有益效果是：通过分步结晶的方法，其首先提高PE管道内壁层结晶度，再对管道外表层进行重结晶，消除残余应力，最终显著提高PE管道刚度。

Description

一种高刚度PE管道制造方法
技术领域
本发明涉及PE管材制造技术领域，具体涉及一种高刚度PE管道制造方法。
背景技术
PE管道用于排水时，一般壁厚较薄，其标准尺寸表一般如SDR21、SDR26、SDR33，其在用作虹吸排水、真空排水时，管道要承受真空负压，当管道环刚度不足时，会出现管道吸扁现象。目前，国内外PE管道挤出均采用冷却水进行定型生产，对PE材料结晶度控制能力较弱、产品结晶度不高，并在产品快速冷却定型过程中形成较大的残余应力，而PE材料属于高结晶度塑料，其结晶度大小对产品刚性影响显著。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了结构设计合理的一种高刚度PE管道制造方法。
本发明的技术方案如下：
一种高刚度PE管道制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）原材料通过挤出机进行塑化挤出，形成管胚；
2）管胚通过定径套进入真空定径箱；
3）管胚在真空定径箱中经过冷却水喷淋冷却；
4）管胚出真空定径箱，形成管材；
5）管材进入热处理装置，通过热处理装置对管材外表层加热；
6）管材进入保温装置，通过保温装置缓慢冷却至60℃以下；
7）管材进入喷淋箱，经过喷淋箱冷却；
8）牵引切割。
所述的一种高刚度PE管道制造方法，其特征在于，所述步骤3）中真空定径箱内水温保持在40℃-60℃，管胚在出真空定径箱时其表面温度控制在80℃-100℃。
所述的一种高刚度PE管道制造方法，其特征在于，所述步骤5）中热处理装置温度调节范围为120℃-150℃，管材出热处理装置时的外表层温度控制在120℃-150℃。
所述的一种高刚度PE管道制造方法，其特征在于，所述步骤5）热处理装置为中空结构，包括热处理烘道，所述热处理烘道沿其内腔圆周方向均匀设有一组加热管，所述热处理烘道沿其内腔圆周方向设有带有孔的铁片，且铁片位于加热管与热处理烘道之间，从而在铁片与热处理烘道之间形成热风循环通道，所述热风循环通道上方设有热风出口，且其下方设有热风进口。
所述的一种高刚度PE管道制造方法，其特征在于，所述热处理烘道两端分别设有第一垫片，用于热处理烘道连接处的密封。
所述的一种高刚度PE管道制造方法，其特征在于，所述热处理烘道长度为50-150cm，所述加热管为红外加热管。
所述的一种高刚度PE管道制造方法，其特征在于，所述热处理烘道的一侧设有温度传感器，所述温度传感器为红外温度传感器，所述温度传感器上连接设置温控器。
所述的一种高刚度PE管道制造方法，其特征在于，所述加热管两端分别设有加热管基座，所述加热管通过加热管基座固定于热处理烘道。
所述的一种高刚度PE管道制造方法，其特征在于，所述步骤6）中保温装置包括一组保温单元，其中每个保温单元均采用密封箱体，所述保温单元的两端分别设有垫片，且相邻两个保温单元之间通过第二垫片进行密封。
所述的一种高刚度PE管道制造方法，其特征在于，所述保温单元的上方设有散热孔，所述散热孔上设有翻盖。
本发明的有益效果是：通过分步结晶的方法，其首先提高PE管道内壁层结晶度，再对管道外表层进行重结晶，消除残余应力，最终显著提高PE管道刚度。
附图说明
图1为本发明的热处理装置结构示意图；
图2为本发明的保温装置结构示意图；
图3为本发明热处理装置主视结构示意图；
图4为本发明热处理装置侧视结构示意图。
图中：1-热处理装置；101-热风循环通道；102-第一垫片；103-加热管；104-温度传感器；105-温控器；106-热风进口；107-热风出口；108-铁片；109-热处理烘道；2-保温装置；201-保温单元。
具体实施方式
以下结合说明书附图及实施例，对本发明作进一步描述。
本发明的工艺流程为：1.原材料塑化挤出→2.管胚通过定径套进入真空定径箱→3.管胚在真空定径箱中经过冷却水喷淋冷却→4.出真空定径箱→5.进入热处理装置对管材外表层加热→6.进入保温装置缓慢冷却→7.经过喷淋箱冷却→8.牵引切割。
本发明工艺区别与传统工艺的主要为：对工序3的冷却进行温度控制、并增加工序5外表层加热和工序6保温装置缓慢冷却。
工序3要求调节真空定径箱水温，根据管道壁厚及生产速度，要求真空定径箱内水温保持在40℃-60℃，使PE管道在出真空定径箱时其表面温度控制在80℃-100℃。通过工序3的温度控制，一方面能使产品尺寸定型，另一方面有益于减少管道外表层冷却对内壁层的影响，并缩短工序5对管道外表层的加热时间，同时提高管道内壁的结晶度，传统管道外表层在经过工序2、3时会被冷却水快速冷却，结晶度低，存在残余应力。
如图1、3、4所示，工序5通过热处理装置来加热管道外表层，其热处理装置具有一定长度的可控温通道，通道适宜长度为50cm-150cm，最佳温度调节范围包括120℃-150℃。热处理装置设有温度探测器和温度控制仪，用于探测管道在出热处理装置瞬间外表层温度，并控制其加热后温度处于设定范围。管道出热处理装置时的外表层最佳温度控制在120℃-150℃。
热处理装置包括热处理烘道109，热处理装置的热处理烘道109内腔的长度为50-150cm，热处理烘道109两端分别设有第一垫片102，本实施例的第一垫片102可以拆卸，便于维修和更换，本发明设置的第一垫片102主要用于减少加热机构1两侧的空气流通，防止热量散失。
热处理烘道109沿其内腔圆周方向均匀设有一组加热管103，加热管103的两端分别设有加热管基座，加热管103通过加热管基座固定于热处理烘道109，本实施例中的加热管103为红外加热管。
热处理烘道109沿其内腔圆周方向设有带有孔的铁片108，且铁片108位于加热管103与加热机构本体109之间，铁片108与加热机构本体109之间形成热风循环通道101，热风循环通道101上方设有热风出口107，且其下方设有热风进口106，热风循环通道101的热风进口106与热风机连接，本发明通过设置的热风机，使PE管道受热均匀。
热处理烘道109一侧设有温度传感器104，主要用于测量PE管道出加热机构1瞬间的表面温度，温度传感器104与温控器105连接，温度传感器104实时反馈PE管道的表面温度，并及时反馈给温控器105，温控器105迅速调节温度；所述温度传感器104为红外温度传感器。
通过工序5对管道外表层加热，其外表层温度可达到120℃-150℃，使其发生重结晶，消除残余应力，该方法对外表层的加热时间仅需要持续10s-30s。而传统管道冷却后再经过热处理一般需要1h-3h。
如图2所示，工序6通过保温装置对管道保温，使其缓慢冷却，保温装置一般由多节保温单元组成，管道在其内部通过缓慢自然冷却至60℃以下。
保温装置包括一组保温单元201，保温单元201的个数至少为3个，保温单元的长度为6m，每个保温单元201为密封的不锈钢水箱或管道，保温单元201两端分别设有第二垫片，且相邻两个保温单元201之间通过第二垫片进行密封，本实施例中保温单元201上方设有散热孔，散热孔上设有翻盖，通过打开或闭合翻盖用来调节保温单元201内的温度，本发明设置的第二垫片主要是为了减少箱体内部空气流通，提高保温效果。
通过工序6保温装置，管道被加热的外表层及内壁层均进行缓慢冷却，提高结晶度，减少残余应力。
实施例1：
1）原材料通过挤出机进行塑化挤出，形成管胚；
2）管胚通过定径套进入真空定径箱；
3）管胚在真空定径箱中经过冷却水喷淋冷却，真空定径箱内水温保持在40℃，使管胚在出真空定径箱时其表面温度控制在80℃；
4）管胚出真空定径箱，形成管材；
5）管材进入热处理装置，通过热处理装置对管材外表层加热；热处理装置温度调节范围为120℃，管材出热处理装置时的外表层温度控制在120℃。
6）管材进入保温装置，通过保温装置缓慢冷却至60℃以下（常温）；
7）管材进入喷淋箱，经过喷淋箱冷却；
8）牵引切割。
实施例2：
1）原材料通过挤出机进行塑化挤出，形成管胚；
2）管胚通过定径套进入真空定径箱；
3）管胚在真空定径箱中经过冷却水喷淋冷却，真空定径箱内水温保持在60℃，使管胚在出真空定径箱时其表面温度控制在100℃；
4）管胚出真空定径箱，形成管材；
5）管材进入热处理装置，通过热处理装置对管材外表层加热；热处理装置温度调节范围为150℃，管材出热处理装置时的外表层温度控制在150℃。
6）管材进入保温装置，通过保温装置缓慢冷却至60℃以下（常温）；
7）管材进入喷淋箱，经过喷淋箱冷却；
8）牵引切割。
实施例3：
1）原材料通过挤出机进行塑化挤出，形成管胚；
2）管胚通过定径套进入真空定径箱；
3）管胚在真空定径箱中经过冷却水喷淋冷却，真空定径箱内水温保持在45℃，使管胚在出真空定径箱时其表面温度控制在85℃；
4）管胚出真空定径箱，形成管材；
5）管材进入热处理装置，通过热处理装置对管材外表层加热；热处理装置温度调节范围为130℃，管材出热处理装置时的外表层温度控制在130℃。
6）管材进入保温装置，通过保温装置缓慢冷却至60℃以下（常温）；
7）管材进入喷淋箱，经过喷淋箱冷却；
8）牵引切割。
通过增加上述3道工序控制，PE管道内壁层的原料可一直保持在较高温度下充分自然结晶，避免快速冷却引起的结晶缺陷和结晶度下降。该方式与传统工艺比较，管道内壁层结晶度提升。采用DSC（差示扫描量热仪）对dn110×en4.2 SDR26的PE100管道内壁层结晶度测量并计算，该方法下内壁层PE100结晶度为75%，常规工艺下内壁层PE100结晶度为60%，该方法在常规工艺上结晶度提升幅度为25%。
管道外表层通过加热和缓慢冷却后，其结晶度相对传统工艺明显提升。以dn110×en4.2SDR26的PE100管道为例，通过DSC测量并计算，该方法下外表层PE100结晶度为78%，常规工艺下外表层PE100结晶度为53%，该方法在常规工艺上结晶度提升幅度为47%。
通过本技术制备的PE100管道环刚度明显提升，以dn110×en4.2 SDR26产品为例，其环刚度为8.1KN/m2，传统工艺制备的管道环刚度典型值为6.7KN/m2，该方法在常规工艺上环刚度提升幅度为21%。
本技术通过提高PE管道结晶度，消除残余应力，同样可达到降低管道的纵向收缩率，减少环境温度变化对管道长度变化影响，提高管道尺寸稳定性，其原理和提高管道的环刚度是一致的。纵向收缩率和尺寸变化的对比数据如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
。

Claims (10)

1.一种高刚度PE管道制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）原材料通过挤出机进行塑化挤出，形成管胚；
2）管胚通过定径套进入真空定径箱；
3）管胚在真空定径箱中经过冷却水喷淋冷却；
4）管胚出真空定径箱，形成管材；
5）管材进入热处理装置，通过热处理装置对管材外表层加热；
6）管材进入保温装置，通过保温装置缓慢冷却至60℃以下；
7）管材进入喷淋箱，经过喷淋箱冷却；
8）牵引切割。
2.根据权利要求1所述的一种高刚度PE管道制造方法，其特征在于，所述步骤3）中真空定径箱内水温保持在40℃-60℃，使管胚在出真空定径箱时其表面温度控制在80℃-100℃。
3.根据权利要求1所述的一种高刚度PE管道制造方法，其特征在于，所述步骤5）中热处理装置温度调节范围为120℃-150℃，管材出热处理装置时的外表层温度控制在120℃-150℃。
4.根据权利要求1所述的一种高刚度PE管道制造方法，其特征在于，所述步骤5）热处理装置为中空结构，包括热处理烘道（109），所述热处理烘道（109）沿其内腔圆周方向均匀设有一组加热管（103），所述热处理烘道（109）沿其内腔圆周方向设有带有孔的铁片（108），且铁片（108）位于加热管（103）与热处理烘道（109）之间，从而在铁片（108）与热处理烘道（109）之间形成热风循环通道（101），所述热风循环通道（101）上方设有热风出口（107），且其下方设有热风进口（106）。
5.根据权利要求1所述的一种高刚度PE管道制造方法，其特征在于，所述热处理烘道（109）两端分别设有第一垫片（102），用于热处理烘道（109）连接处的密封。
6.根据权利要求1所述的一种高刚度PE管道制造方法，其特征在于，所述热处理烘道（109）长度为50-150cm，所述加热管（103）为红外加热管。
7.根据权利要求1所述的一种高刚度PE管道制造方法，其特征在于，所述热处理烘道（109）的一侧设有温度传感器（104），所述温度传感器（104）为红外温度传感器，所述温度传感器（104）上连接设置温控器（105）。
8.根据权利要求1所述的一种高刚度PE管道制造方法，其特征在于，所述加热管（103）两端分别设有加热管基座，所述加热管（103）通过加热管基座固定于热处理烘道（109）。
9.根据权利要求1所述的一种高刚度PE管道制造方法，其特征在于，所述步骤6）中保温装置包括一组保温单元（201），其中每个保温单元（201）均采用密封箱体，所述保温单元（201）的两端分别设有垫片，且相邻两个保温单元（201）之间通过第二垫片进行密封。
10.根据权利要求9所述的一种高刚度PE管道制造方法，其特征在于，所述保温单元（201）的上方设有散热孔，所述散热孔上设有翻盖。
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