CN1231632A - 用双轴拉伸来加塑料管的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
加工由挤压获得的塑料管尤其是PVC管的方法,按照此法,使管子达到高于环境温度的一个分子取向温度,使其通过径向膨胀和轴向伸长而经受双轴拉伸,以便获得机械性能改善的双取向管,在管(T)刚被挤压成而且其温度高于分子取向温度时,把管(T)切成确定长度的元件(4),每个元件构成一个毛坯(5),每只毛坯被放在包围区中,以便在那儿被流体(7),冷却到接近分子取向温度的温度,毛坯在保围区中的驻留时间比毛坯的挤压生产时间长,以便正确地设定温度。毛坯(5a)然后从包围区(E)中取出,以便进行保证双取向的加工。
Description
本发明涉及一种加工由挤压得到的塑料管的方法，按这种方法，使塑料管达到比环境温度高的一个分子取向温度，并通过径向膨胀和轴向伸长使它经受一个双轴拉伸，以便获得机械性能改善的双取向管。
这种方法是公开的，特别是由GB-A-1 432 539或US-4 340344公开。这种方法所要求的对塑料管的补充加工使最终产品的价格明显增加。然而，产品机械性能的明善改善，特别是对内压的强度的增加，导致了对产品使用这种方法，特别是对用来传输加压流体的管子，这种管子应具有一个良好的机械强度。
按照已知的方法，挤压加工的管子存放在环境温度下，然后被取出，通过加热使其从环境温度达到分子取向温度，以便接收加工。待加工管的温度设定是比较慢长的，并耗费能量，因为必须把管子从环境温度转化为分子取向温度。这使得加工方法的效率不很高并需要改善。
本发明的目的首先是提供一种如前面所述的加工塑料管尤其是PVC(聚氯乙烯)管的方法，它能使效率提高，尤其通过减少加工时间以及降低在加工中所需的能量消耗来提高效率。
期望此方法能改善管壁中的温度分布，以用于它的双轴拉伸。
还期望此加工方法保持相对简单并且不需要占用太多的地面，以便使得实施此方法的投资保持为一个可接受的费用。
根据本发明，加工由挤压获得的塑料管尤其是PVC管的方法，按照此法，使管子达到高于环境温度的一个分子取向温度，使其通过径向膨胀和轴向伸长而经受双轴拉伸，以便获得机械性能改善的双取向管，其特征在于下述事实：
-在管刚被挤压成而且其温度高于分子取向温度时，把管切成确定长度的元件，每个元件构成一个毛坯，
-每只毛坯被放在包围区中，以便在那儿被流体，冷却到接近分子取向温度的温度，毛坯在保围区中的驻留时间比毛坯的挤压生产时间长，以便正确地设定温度。
在驻留时间被认为是过长的情况下，可以在毛坯引入包围区之前，我由喷雾或冷水池，把毛坯剧烈而短暂地冷却。这样一薄层材料就临时达到一个比适于双取向作业的温度低的温度。
毛坯然后从包围区中取出，以便经受保证一种双取向的加工。
最好是，管子在刚挤压完之后且在切割之前，穿过一成形工具，被表面冷却，以便保证仍处于热态下的管子被利落地切割。
最好利用龙门剪床型切刀装置，通过切割工序来切割管子，
流体包围区有利地用热水槽构成，在加工PVC时，热水处于接近或者等于它的在大气压下的沸腾温度上。
适当的做法是，保证液体与一个(很长管子的内部和外部)复杂形状的工件之间良好的热传递。为此目的，管子在包围区中被翻动。优越的做法是，使液体在包围区中循环，尤其是沿平行于管轴方向循环。
本发明还涉及一个实施上述的加工塑料管的方法的装置。
按本发明，加工塑料管特别是PVC管的设备，包含生产管的挤压机和使管子经受由径向膨胀和轴向拉伸引起的双轴拉伸，用于获得其机械性能改善的双取向管，其特征在于它包含：
位于挤压机出口的切割装置，用于在管刚被挤压成且温度高于分子取向温度时把管切成确定长度的元件，各切成的元件构成毛坯。
一个包围区，用于接收毛坯且用流体把其冷却到接近分子取向温度的一个温度，预备包围区是为了保证毛坯的驻留时间比毛坯的挤压生产的时间更长，以便正确设定温度；
一个把毛坯从包围区取出的装置，以便将其传递到装置，用来进行双轴拉伸。
在挤压机出口可预备成形装置，用于使管表面冷却，并且使仍处于热态下的管子能被干净地切割。
切割装置是由龙门剪床型切割刀片装置构成，它尤其固定在成形装置上。
流体包围区是由热水槽构成，在加工PVC情形，热水处于接近或等于其大气压下的沸腾温度。
预备使流体槽中循环尤其沿毛坯纵向循环的装置。
毛坯在包围区中最好被翻动。
可预备使下一个从槽中取出的毛坯绕其轴旋的装置。
布置在挤压机出口处与其沿直线对齐的滚动传送带，用来接收管是合适的，
设定毛坯温度的流体包围区被布置在传送带的一侧。
传送带的速度基本等于管离开挤压机的速度，以便把管上的应力减到最低，而且速度能在此状态附近改变，以便使毛坯管局部增厚(或变薄)。
用于设定毛坯温度的液体包围区优选地放置在传送带一侧，位于一更低的高度。预备了推动装置用于横向移动毛坯并使它到达流体包围区。
除了上面描述的装置之外，本发明还包含某些其它装置，下文中将就实施例清楚地讨论这些装置，实施例是参照附图描述的，但不是限定性的。图中，
图1是一个实施本发明加工方法的塑料管制造设备的俯视粗略示意图，
图2是图1的装置的立视简略示意图，
图3是用于正确设定毛坯温度的包围区的横剖面图，此包围区位于传送带一侧。
图4是挤压后管子的切割装置的立视图。
图5是相对于图4的左视图。
参考附图，特别是图1和图2，可以看到本发明方法的装置1
此设备包含示意性地表示出的挤压机2，从示意性地表示出的漏头H向挤压机供应塑料颗粒，尤其是PVC颗粒。正如已清楚地公布，在挤压机内部，热和压力的双重作用能使塑料颗粒聚集，并且在挤压机端头3的出口处，能获得一管毛坯或管T，其壁较软，且处于较高温度，在PVC的情形，在挤压机出口，管壁温度在180℃至200℃的数量级。
在一个传统的设备中(未示出)，挤压机后跟一个保证管连续冷却的单元(未示出)，管随着冷却而硬化。在这种管冷却单元出口，还未经受保证双取向加工的管被切成确定长度的段，并存储在环境温度下。这样制备的管段以后再被取出，以便在预热到分子取向温度后，经受双取向加工。在冷却装置出口，管子的切割比较容易进行，由于管是硬的。
冷却单元的长度取决于许多参数，特别是以挤压机出来的管的厚度。作为非限制性提示，管毛坯T的厚度范围可以处于12毫米直至40或50mm的范围。在挤压机出口的厚壁管比如厚20mm数量级的情形下，冷却单元的长度变得很大，并成为高费用的根源。
根据本发明，为弥补这一缺陷，管T在它刚被挤压而且它的温度高于分子取向温度时，就被切成确定长度的元件4，每个这样切成的元件构成一个毛坯5。
经验表明，利用一个下文将结合图4和5详细描述的龙门剪床式剪切机，尤其可以准确地进行这种切割。
另外，在挤压机的出口，适宜地设置一台长度小的，特别是小于0.50m的成形装置7，它保证管的表面冷却，以便使管的外层凝固，并保证在断头上干净地切割。
离开挤压机2和成形装置7的管被接收到位于挤压机轴向延长线上的滚动传送带8上。传送带8的速度基本上等于管T离开挤压机的速度，以便把在离开的管上的拉伸或压缩应力降到最低。还应注意，可以局部加厚管毛坯T，方法是，在构成所要求区域的材料经过成形装置7的时刻，使传送带减速。反过来，可以局部降低管毛坯的厚度，方法是，在适当时刻，使传送带8加速。
在成形装置中开始的管表面冷却过程可以由在传送带8上面的一个喷淋管(未示出)来延续，它把水散布在毛坯5上。在PVC情形，表面温度这时可以是70℃左右。
各毛坯5然后被放到一个布置在传送带8一侧的包围区正中，以便在那儿由流体来冷却，流体基本上处于毛坯塑料的分子取向温度。在PVC管情形下，其中分子取向温度位于90℃至110℃的范围内，适宜的解决方案在于，用处于接近大气压下的沸腾温度的一个温度即100℃上的热水作为冷却流体。在一个实施例中，槽中水在介于95℃和98℃之间的一个温度上。
槽中的水，虽然处于沸腾温度左右，起冷却剂作用，因为在PCV情形下离开挤压机的毛坯处在180℃左右的温度上，并仅在表面区域被冷却。由水的蒸发在槽9中形成自动的温度调节。
毛坯5在槽9的驻留时间足以保证正确设定温度，也就是，主要沿纵向和周向，使毛坯和温度均匀化。沿管厚度或径向的温度将下面提及。驻留时间比挤压产生坯料所用时间要长，对于其厚度在挤压机出口处为20mm数量级的PVC管，驻留时间可以为20至30分钟的数量级。挤压机生产毛坯的时间是几分钟的数量级，比如3至5分钟。所以，槽9被规定储存足够数目的毛坯，并适应挤压加工的时间以及以后双取向加工时间。
这样用长度减低的槽9就完成了温度设定。
借助于泵10、11以及把槽的纵向端与各泵的进口和出口连接起来的管道12，适宜地使槽内的热水循环。把这一组体安排成使得槽中的水循环沿平行于槽长度及浸入槽中的毛坯5的轴的组体方向来进行。按照图示布置在槽9右侧的泵11在它出的配有一个喷射器13，喷射器的布置方式使得水射流被送到槽9中最老的而且是下一个将从槽中取出的毛坯的内部。这个毛坯5a按照图3是位于并排毛坯列的左端。另外为进一步使毛坯5a的温度均匀化，预备了此毛坯5a的旋转驱动装置14。装置14可以是由两个与毛坯轴平行的辊子构成，其中一个辊是驱动辊。
旋转驱动装置14由倒置天鹅颈式的支臂15来支撑。足够数目的这种支臂15沿毛坯5a纵向分布并且固定在支架16上，相对于槽9的框架，按把毛坯从槽9取出的方式，支架16可以被数只起重器17抬起。
应注意，主要沿纵向和周向来保证毛坯5a温度的均匀化。沿毛坯径向(厚度)，温度不必要均匀。浸没时间较短时(20至30分钟)，PVC的心部(毛坯厚度中心)温度是介于挤压温度(均200℃)和水温(约100℃)的一个中间值。这有助于以后的双轴拉伸。
在图1和2中十分概略地表示的装置P也被预备了，用于沿纵向移动从槽中抬起的毛坯5a，并用于把它引入单元18中，在那儿经受导致材料双取向和机械性能改善的径向膨胀和轴向拉伸。在热水槽9和单元18之间，配备了提升器19。提升器配备了导引件20，导引件在升高的位置上支撑从支臂15向单元18转移的毛坯。
优选地，除了即将被取出毛坯5a之外，储存在槽9中的毛坯5由横向支臂21来支撑，横向支臂被绕平行于毛坯纵向的一个轴22可转动地安装。支臂21由驱动装置23驱动作绕转22的交替摆动，驱动装置包含驱动由连杆连到支臂21一端的偏心件25的马达。
如图3所示，接收挤压机2出口处的管子的传送装置8平行于槽9长边布置，其高度高于槽。配备了横向推动装置27，用于把毛坯转移到槽中，毛坯因重力而落入槽中。
预备了摇动活板V(图3)，用于传递毛坯5，同时防止其降落到槽9和传送带8之间的空隙中。
龙门剪床式剪切机6在图4和5中更详细地示出。此剪切机包含其切割刃倾斜的刀片28，刀片可由起重器29垂直移动。在图1和2的表示不同，切割刀片28位于成形装置7的出口，成形装置的远离龙门剪床的一端配有凸缘30，用于固定到挤压机出口上。成形装置7包含一个双重圆筒形外套，它确定了环形腔31，冷却水在腔中循环，塑料管穿过成形装置7的内圆筒形外套32。
这样，设备如下工作。
挤压机2被漏斗H供应初级材料颗粒或粉末，在出口提供一根软壁管T，管在穿过成形装置7时被表面冷却。管T被接收在传递带8上。当管长达到预定值(如6米)时，切割装置就切下元件4，元件沿循在传送带8上的轨迹，一直到它被向槽9中弹射的位置。
这时推动装置27被启动，以便朝槽9横向地推移元件4/毛坯5。
进入槽9的毛坯5按图3处于右边。此毛坯驻留数倍于元件挤压所需时间的时间，并逐渐地沿横向朝辊子14移动。当毛坯到辊子14上的5a处时，它就被绕其轴旋转驱动，并且被来自喷射器1 3的一束水流沿其轴向被穿过。
毛坯5a然后被支臂15抬起，并沿纵向被装置P推动，以便传递到导引件20上或内，并进入加工单元18中，此单元位于由支臂15抬起的毛坯5a对齐的位置上。
本发明的方法和设备能连续地加工管，也就是说，双取向加工能紧随挤压机之后进行。通过储存多只毛坯，中间槽9能以降低的体积正确地设定温度。
能量的节省是显著的，处于比分子取向温度高的温度下的毛坯直接转换成分子取向温度，而不需要冷却至环境温度，那样冷却还需要以后重新加热。
挤压装置被简化，因为它不包含保证大幅度冷却的单元，也不包含管牵拉装置。
本发明已借助于PVC的例子进行了描述，但很显然，它也可以应用到其它易于进行类似加工的塑性材料上，如聚乙烯和聚丙烯。根据塑料调节包围区中的流体温度是合适的。
在包围区正中的流体很显然可以不是水。比如，可以用空气或油来完成或代替水的作用。
Claims (17)
1. 加工由挤压获得的塑料管尤其是PVC管的方法，按照此法，使管子达到高于环境温度的一个分子取向温度，使其通过径向膨胀和轴向伸长而经受双轴拉伸，以便获得机械性能改善的双取向管，其特征在于下述事实：
-在管(T)刚被挤压成而且其温度高于分子取向温度时，把管(7)切成确定长度的元件(4)，每个元件构成一个毛坯(5)，
-每只毛坯被放在包围区(E)中，以便在那儿被流体(F)冷却到接近分子取向温度的温度，毛坯在保围区中的驻留时间比毛坯的挤压生产时间长，以便正确地设定温度。
-毛坯(5a)然后从包围区(E)中取出，以便进行保证双取向的加工。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，管(T)在刚挤压成之后且在切割之前，通过穿越其长度比传统成形装置长度小的成形装置(7)被表面冷却。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，管子经一切断操作利用龙门剪床型刀片(8)的装置(6)而被切割。
4. 根据上述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，流体包围区(T)是由一热水槽(9)构成。
5. 根据权利要求4所述的方法，用于加工PVC管，其特征在于，水温约100℃，特别是位于95℃至98℃的范围。
6. 按照权利要求4或5所述的方法，其特征在于，毛坯(5)在包围区(E)中被翻动。
7. 按照前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，使流体在包围区中循环，特别是沿平行于管轴方向循环。
8. 加工塑料管特别是PVC管的设备，用于实施权利要求1至7中的一项所述的方法，包含生产管(T)的挤压机和使管子经受由径向膨胀和轴向拉伸引起的双轴拉伸的装置(18)，用于获得其机械性能改善的双取向管，其特征在于它包含：
位于挤压机(2)出口的切割装置(6)，用于在管刚被挤压成且温度高于分子取向温度时把管切成确定长度的元件(4)，各切成的元件构成毛坯(5)，
一个包围区(E)，用于接收毛坯(5)且用流体(F)把其冷却到接近分子取向温度的一个温度，预备包围区(E)是为了保证毛坯的驻留时间比毛坯的挤压生产的时间更长，以便正确设定温度。
一些把毛坯从包围区取出的装置(15、17)，以便将其传递到装置(18)，用来进行双轴拉伸。
9. 根据权利要求8所述的设备，其特征在于在挤压机(2)出口预备了成形装置(7)，用于使管(T)表面冷却，并且使仍处于热态下的管子能被干净地切割。
10. 根据权利要求9所述的设备，其特征在于，切割装置(6)是由龙门剪床型切割刀片装置(28)构成，它尤其固定在成形装置(7)上。
11. 按照权利要求8至10中之一项所述的设备，其特征在于，流体包围区是由热水槽(9)构成，在加工PVC情形，热水处于接近或等于其大气压下的沸腾温度。
12. 根据权利要求11所述的设备，其特征在于，预备使流体槽中循环尤其沿毛坯纵向循环的装置(10、11、12、13)。
13. 根据权利要求12所述的设备，其特征在于，使流体在槽中循环的装置被按排成把一股流体流喷射到下一个从槽(9)中取出的毛坯(5a)轴上。
14. 根据权利要求11所述的设备，其特征在于，槽(9)包含使一个从槽中取出的毛坯(5a)绕其轴旋转的装置。
15. 根据权利要求14所述的设备，其特征在于，毛坯(5)在槽(9)中被横向支臂(21)支撑，支臂(21)被安装得绕平行于毛坯纵向的轴(22)转动，支臂(21)可以被驱动绕轴(22)交替地摆动。
16. 根据权利要求8所述的装置，其特征在于，它包含布置在挤压机出口处与其沿直线对齐的滚动传送带(8)，用来接收管(T)，设定毛坯温度的流体包围区(E)被布置在传送带(8)的一侧。
17. 根据权利要求16所述的设备，其特征在于，传送带(8)的速度基本等于管(T)离开挤压机(2)的速度，而且能在此状态附近改变，以便使毛坯管(T)局部增厚(或变薄)。
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