CN1584383A - 增强超高分子量聚乙烯管材及其制造方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种增强超高分子量聚乙烯管材及其制造方法和设备，它的抗拉强度是50MPa左右，管壁厚度在相同管径、相同工作压力条件下是PE100型管材壁厚的60－75％，是超高分子量聚乙烯管材壁厚的70－85％。为工程塑料管道提供一种在管壁薄、制造成本低的前提下，具有质轻、高强度、高耐磨性及高耐疲劳性的产品。本发明的检测证明：抗拉强度为50MPa左右，抗冲击强度为130KJ/M2左右，耐磨性能是钢的4－7倍，尼龙的4倍，PE100的3倍，抗环境应力开裂能力超过4000小时，耐疲劳性能为80万次左右，耐低温为在－40℃温度状态下抗冲击强度不降反而达到最高值。本发明的产品成本比PE100型管材和超高分子量聚乙烯管材降低35％左右，本发明还具有生产使用安全可靠、工程造价低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及管材，准确的说是一种增强超高分子量聚乙烯管材及其制造方法和设备。
背景技术
目前，大量应用在各种工程中的聚乙烯管材综合性能最好的型号是PE100，它的抗拉强度约为25Mpa，抗冲击强度约为20KJ/M2，抗环境应力开裂能力约为2000小时等。由于它的优越性能被广泛应用于各种工程中，但在实际应用中发现它仍存在某些不足：制造成本高，许多主要工程技术指标仍然偏低，安全可靠性差。另外，2000年进入市场的超高分子量聚乙烯管材，许多性能指标比PE100优越，但由于其抗拉强度略高于PE100，而原料价格较高，管材成本高于PE100，所以应用范围有局限性。
发明内容
本发明的目的是，提供一种增强超高分子量聚乙烯管材及其制造方法和设备，使它的抗拉强度大大高于PE100型和超高分子量管材。在相同管径、相同工作压力条件下，大幅度减少管材壁厚，从而达到降低原材料消耗和生产成本的目的；本发明管材的强度、耐磨性、耐疲劳性能等技术指标均比PE100型管材的性能提高1倍以上，其抗拉强度高于超高分子量管材40％左右，为管道市场提供一种应用范围更为广泛、综合性能和经济效益优于其它塑料管道的新产品。
本发明为了完成发明目的，提供以下技术方案：它的抗拉强度是50Mpa以上，管壁厚度在相同管径、相同工作压力条件下是PE100型管材壁厚的60-75％，是超高分子量聚乙烯管材壁厚的70-85％。其以重量份计的原料配合比是，超高分子量聚乙烯91-97.5份，聚乙烯蜡2-7份，碳黑0.5-2份。增强超高分子量聚乙烯管材的制造方法，将以重量份计的原料：超高分子量聚乙烯91-97.5份，聚乙烯蜡2-7份，碳黑0.5-2份，置入挤出机进行塑化并高压挤出，挤出的原料进入非中心进料分流模具中，再通过分流模具经过塑化、固形及脱模后使管材型坯成型，然后在强力牵引机牵引作用下型坯通过双向拉伸模具在加热状态下拉伸，冷却定型后，切割成管材产品。增强超高分子量聚乙烯管材制造方法中使用的专用双向拉伸模具的结构是锥形扩张头与圆柱形冷却头连接，圆柱形冷却头壁上开设冷却水环形槽，锥形扩张头内设置空腔。在锥形扩张头内壁上安装加热器。增强超高分子量聚乙烯管材制造方法中使用的专用非中心进料分流模具，模体中间部位开设通孔，通孔的外侧开设进料孔，进料孔与环形分料槽相通。环形分料槽呈偏心梯形状。增强超高分子量聚乙烯管材制造方法中使用的强力牵引机，它有导轨，其中导轨安装在滑座上，滑座上安装链轮，链条上安装导轴，导轴上安装导块，导块与钢卡连接，钢卡呈半圆状对开分布，一台牵引机装配至少一组钢卡，钢卡通过导轴及导块与链条连接，链条由链轮带动，链轮与动力机构连接。链条由链轮带动，链轮与动力机钢卡内安装内钢卡，内钢卡和钢卡之间安装调整垫，支架一端安装调节丝杠。内钢卡内表面设置螺纹。
本发明的优点在于：为工程塑料管道提供一种在管壁薄、制造成本低的前提下，具有质轻、高强度、高耐磨性及高耐疲劳性的产品。本发明的检测证明：抗拉强度为50Mpa左右，抗冲击强度为130KJ/M2左右，耐磨性能是钢的4-7倍，尼龙的4倍，PE100的3倍，抗环境应力开裂能力是PE100的一倍，耐疲劳性能是PE100的20倍以上，耐低温为在-40℃温度状态下抗冲击强度不降反而达到最高值。本发明的产品成本比PE100型管材和超高分子量聚乙烯管材降低35％左右，本发明还具有生产使用安全可靠、工程造价低等优点。
附图说明
附图1是本发明制造方法中所用设备的工艺流程组合结构示意图。
附图2是附图1中I部放大剖视结构示意图，主要示意非中心进料分流模具的结构。
附图3是附图2的左视结构示意图。
附图4是附图1中II部放大剖视结构示意图，主要示意拉伸模具的结构。
附图5是附图1中A-A剖视放大结构示意图，主要示意钢卡的连接结构及钢卡与其它各部件的连接结构。
附图6是附图5中B-B剖视放大结构示意图，主要示意钢卡卡住管材的传动结构。
具体实施方式
对照附图对本发明实施例做进一步说明，本发明技术方案的保护范围不仅仅被限制在本实施例之中。
本发明的管材首先需要配料，所采用的以重量份计的原料配合比的范围是：超高分子量聚乙烯91-97.5份，聚乙烯蜡2-7份，碳黑0.5-2份，在这个范围内任意组合，例如：取超高分子量聚乙烯94份，聚乙烯蜡5份，碳黑1份，或取超高分子量聚乙烯91.5份，聚乙烯蜡7份，碳黑7份，碳黑1.5份，或取超高分子量聚乙烯97.5份，聚乙烯蜡2份，碳黑0.5份，或取超高分子量聚乙烯97.5份，聚乙烯蜡2份，碳黑0.5份，将上述原料组合之一置入附图1所示的挤出机进行塑化并高压挤出，挤出的原料进入非中心进料分流模具中，该模具与公知技术不同之处在于，其进料孔开设在模具的非中心位置，该模具的结构是，模体中间部位开设通孔19，通孔19用于风、水、电的通路，通孔19的外侧开设进料孔17，模体上开设环形分料槽18，进料孔17与环形分料槽18相通，环形分料槽18的凸起部位，将分料槽18分为分流室和塑化室，环形分料槽18呈偏心梯形状(如图2所示)。该分流模具对高压塑化成形所产生的巨大压力和拉伸产生10吨以上的拉力，具有极强的支撑能力，塑化程度高，同时还避免了传统分流模分流后各个分离界面重新熔合对拉伸的影响，经过分流模具后的熔体，再经过塑化15、固形4及脱模5三个模段形成管材型坯。此处，塑化、固形及脱模所用装置的结构均记载于00215903.1号专利说明书中所述的超高分子量聚乙烯管材单螺杆挤出装置。再将上道工序的管材型坯置入拉伸模具中，在强力牵引机牵引作用下型坯通过双向拉伸模具在加热状态下拉伸，冷却定型。拉伸模具的结构是锥形扩张头6与圆柱形冷却头7连接，圆柱形冷却头7壁上开设冷却水环形槽24，锥形扩张头6内设置空腔22，在锥形扩张头6内壁上安装加热器23，此处采用热电偶25测温，扩张头6在加热至100-160℃温度条件下强力双向拉伸后进入冷却头7快速冷却，使拉伸管材分子取向定性，以提高抗拉强度和弹性模量，锥形扩张头6的锥度一般在20-50度之间。经过冷却定型后的管材进入强力牵引机，最后通过切割机10切割成管材产品。本发明所述的强力牵引机有导轨，导轨上下分别为两组，共有四组，结构均相同，其中上下两组导轨安装在滑座上，另两组导轨安装在底座上，以一个导轨为例说明具体结构，例如：导轨29安装在滑座33上，滑座33上安装链轮，链条上安装导轴37，导轴37上安装导块，导块可以绕导轴37转动，导块的位置在另一组导轨中为12，导块与钢卡14连接，钢卡14呈半圆状对开分布，钢卡14通过导轴37及导块与链条35连接，链条35由链轮36带动，链轮36与动力机构连接。本发明所述的钢卡的多少可根据需要确定，一般为20对左右，每对钢卡对称地卡住管材。动力机构由电机、变速箱9组成。链条有四组，每组链条由一个主动轮和被动轮带动，每组链条的中间均安装导轨，链条通过导柱、导块带动钢卡沿着导轨移动，牵引管材双向拉伸。导轨29两端分别与滑座33和滑座47连接，滑座分上下两组，导轨与滑座同时移动；导轨44两端分别与底座30和底座31连接，该底座是固定式，底座分上下两组，主要用于固定链轮导轨等部件。通过调整丝杠48和丝杠34，使滑座33和滑座47向内移动压迫钢卡卡住管材。为了增加钢卡与管材卡紧的摩擦力，内钢卡38内表面设置螺纹。当需要牵引不同直径的管材时，钢卡14内可以安装分割成多节的内钢卡38，内钢卡38和钢卡14之间安装调整橡胶垫39，增减调整橡胶垫39的厚度，可达到满足牵引不同直径管材的目的。钢卡完成牵引行程后，沿链条从外侧返回，通过导轴与导块装置变向，钢卡圆弧朝向与牵引行程的钢卡同向。本发明的管材壁厚达到抗拉强度50Mpa以上时，在相同管径、相同工作压力条件下是PE100型管材壁厚的60-75％，是超高分子量聚乙烯管材壁厚的70-85％，管材的壁厚是本发明产品区别于这两种产品的直观要素，是本发明产品的重要贡献之一。图中1是支架，2是进料斗，3是非中心进料分流模具壳体的外模体，16是气泵，用于将冷风吹入非中心进料分流模具内供管材固形脱模，13是管材输出支架，21是模具内芯，26是导轴，27是链轮，28是导轨，32是链轮，40是链轮，41是导块，43是链条，45是链轮，46是链轮。本发明未详述内容均为公知技术。
Claims (10)
1、增强超高分子量聚乙烯管材，其特征在于：它的抗拉强度是50Mpa以上，管壁厚度在相同管径、相同工作压力条件下是PE100型管材壁厚的60-75％，是超高分子量聚乙烯管材壁厚的70-85％。
2、根据权利要求1所述的增强超高分子量聚乙烯管材，其特征在于：其以重量份计的原料配合比是，超高分子量聚乙烯91-97.5份，聚乙烯蜡2-7份，碳黑0.5-2份。
3、增强超高分子量聚乙烯管材的制造方法，其特征在于：将以重量份计的原料：超高分子量聚乙烯91-97.5份，聚乙烯蜡2-7份，碳黑0.5-2份，置入挤出机进行塑化并高压挤出，挤出的原料进入非中心进料分流模具中，再通过分流模具经过塑化、固形及脱模后使管材型坯成型，然后在强力牵引机牵引作用下型坯通过双向拉伸模具在热状态下拉伸，冷却定型后，切割成管材产品。
4、增强超高分子量聚乙烯管材制造方法中使用的专用拉伸模具，其特征在于：双向拉伸模具的结构是锥形扩张头(6)与圆柱形冷却头(7)连接，圆柱形冷却头(7)壁上开设冷却水环形槽(24)，锥形扩张头(6)内设置空腔(22)。
5、根据权利要求5所述的增强超高分子量聚乙烯管材制造方法中使用的专用拉伸模具，其特征在于：在锥形扩张头(6)内壁上安装加热器(23)。
6、增强超高分子量聚乙烯管材制造方法中使用的专用非中心进料分流模具，其特征在于：模体中间部位开设通孔(19)，通孔(19)的外侧开设进料孔(17)，进料孔(17)与环形分料槽(18)相通。
7、根据权利要求7所述的增强超高分子量聚乙烯管材制造方法中使用的专用非中心进料分流模具，其特征在于：环形分料槽(18)呈偏心梯形状。
8、增强超高分子量聚乙烯管材制造方法中使用的强力牵引机，其特征在于：它有导轨，其中导轨(29)安装在滑座(33)上，滑座(33)上安装链轮(36)，链轮带动的链条(35)上安装导轴(37)，导轴(37)上安装导块与钢卡(14)连接，钢卡(14)呈半圆状对开分布，一台牵引机装配至少一组钢卡，钢卡(14)通过导轴(37)及导块与链条(35)连接，链条(35)由链轮(36)带动，链轮(36)与动力机构连接。
9、根据权利要求8所述的增强超高分子量聚乙烯管材制造方法中使用的强力牵引机，其特征在于：钢卡(14)内安装内钢卡(38)，内钢卡(38)和钢卡(14)之间安装调整垫(39)，支架(8)一端安装调节丝杠(34)。
10、根据权利要求9所述的增强超高分子量聚乙烯管材制造方法中使用的强力牵引机，其特征在于：内钢卡(38)内表面设置螺纹。
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