專利名稱：一種擠出周向自增強(qiáng)塑料管材的成型原理及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本技術(shù)涉及各種塑料管材制件的生產(chǎn)制造的原理方法，尤其是涉及塑料管材在其
周向上實(shí)現(xiàn)自增強(qiáng)的擠出成型原理及方法。屬塑料制件的生產(chǎn)制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷發(fā)展，對(duì)大口徑塑料管材的需求更加突出。在給水系統(tǒng)中，大口徑管往往用做主管道，輸送的流體壓力相對(duì)較高，但此時(shí)由于受內(nèi)壓管的周向應(yīng)力是其軸向應(yīng)力的2倍，就必須將管材的壁厚設(shè)計(jì)得較厚才能滿足其周向強(qiáng)度的要求。因此，為了提高管材的耐壓強(qiáng)度，如采用普通方法的話就必須增大管材的壁厚。但是壁厚增大后又帶來了由不均勻受熱或冷卻、同態(tài)相變時(shí)伴有的體積變化、各部分變形程度的差異及收縮阻礙等因素引起的附加內(nèi)應(yīng)力，這些附加內(nèi)應(yīng)力經(jīng)過疊加之后將使管材的受力狀況更加惡化。因此單純依靠增加管材壁厚的方法將導(dǎo)致管材的內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生更加不利的疊加效應(yīng)，而且由于壁厚增加用料增多導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)效益下降等因素也使得管材的壁厚不能任意增厚。而目前常規(guī)的塑料管材擠出成型方法還無法克服如此兩難的困境。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服目前常規(guī)的塑料管材擠出成型方法所生產(chǎn)的管材無法同時(shí)滿足既薄壁、低成本、高效益又具有較高周向強(qiáng)度等的不足，提供一種能在同樣壁厚且不添加任何其他增強(qiáng)劑的前提下提升管材周向強(qiáng)度的擠出成型方法。 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的為了提升管材周向強(qiáng)度，而又不增加其壁厚和添加其他任何增強(qiáng)劑，則須在管材擠出成型過程中形成沿管材周向取向結(jié)晶的大分子、串晶及串晶互鎖等聚合物的高性能凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是在擠出成型過程中對(duì)成型的管材施加周向剪切應(yīng)力場(chǎng)，使聚合物大分子及大分子鏈等微觀結(jié)構(gòu)在此周向剪切應(yīng)力場(chǎng)的影響驅(qū)動(dòng)下而形成沿管材周向取向結(jié)晶的大分子、串晶及串晶互鎖等聚合物的高性能凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)，其工藝步驟為 ——原材料的除濕烘料
——原材料加入擠出機(jī)塑化
——熔融塑料經(jīng)擠出機(jī)擠出 ——塑料管材在周向剪切應(yīng)力場(chǎng)擠管模內(nèi)的周向自增強(qiáng)成型
——冷卻定型
——切割收取 本發(fā)明管材周向增強(qiáng)的機(jī)理是這樣實(shí)現(xiàn)的讓塑料材料在擠出成型塑料管材的過程中通過一個(gè)周向剪切應(yīng)力場(chǎng)，該應(yīng)力場(chǎng)由一個(gè)特制的擠管裝置產(chǎn)生并控制調(diào)節(jié)。在塑料管材的擠出成型過程中，當(dāng)熔體流經(jīng)周向剪切應(yīng)力場(chǎng)時(shí)，由于剪切誘導(dǎo)作用而產(chǎn)生線性晶核——原纖，線性晶核在剪切誘導(dǎo)的繼續(xù)作用下不斷生長(zhǎng)、取向、有序排列而完成取向結(jié)晶過程，并最終形成取向結(jié)晶的串晶互鎖結(jié)構(gòu)。同時(shí)單個(gè)的大分子和串晶也形成沿管材周向
3的取向。這些取向結(jié)晶結(jié)構(gòu)共同促使管材的周向性能獲得增強(qiáng)改善。這就是本發(fā)明中聚合 物管材能夠獲得周向自增強(qiáng)的機(jī)理。 本發(fā)明將聚合物大分子的取向結(jié)晶結(jié)構(gòu)增強(qiáng)產(chǎn)品性能的原理應(yīng)用于塑料管材的 生產(chǎn)制造行業(yè)，特別是專門用于提升塑料管材的周向強(qiáng)度。利用本發(fā)明方法生產(chǎn)的塑料管 材，管材周向的強(qiáng)度和模量都同時(shí)獲得了增強(qiáng)，消除了熔接痕缺陷，且管材周向上的強(qiáng)度與 模量都可超過或接近其軸向上的強(qiáng)度與模量，更優(yōu)化地配置了材料的性能，更好地滿足了 受內(nèi)壓管材對(duì)材料性能的現(xiàn)實(shí)需求。經(jīng)增強(qiáng)以后，管材在周向上的取向程度也比常規(guī)管材 的高，且增強(qiáng)管材的晶片厚度更厚，結(jié)晶度更高，因而耐熱性也較常規(guī)管材有明顯的改善。 本發(fā)明生產(chǎn)效率高，設(shè)備投資少，原料成本低，生產(chǎn)費(fèi)用低廉而制品性能優(yōu)良，能滿足工業(yè) 化生產(chǎn)條件，具有較好的工業(yè)化前景與經(jīng)濟(jì)效益。


圖1為本發(fā)明的塑料管材擠出工藝流程圖 圖2為本發(fā)明周向剪切應(yīng)力場(chǎng)擠管原理示意圖 圖3為本發(fā)明周向自增強(qiáng)管材內(nèi)的微觀分子結(jié)構(gòu)模型示意圖 圖中1.剪切旋轉(zhuǎn)套筒，2.芯棒，3.熔融塑料，4.測(cè)溫孔，5.溫度控制調(diào)節(jié)裝置， 6. 口模，7.塑料管材，8.取向大分子，9.取向串晶，IO.取向串晶互鎖結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例 當(dāng)熔體流經(jīng)芯棒2的周向剪切應(yīng)力場(chǎng)時(shí)，由于剪切旋轉(zhuǎn)套筒1的剪切誘導(dǎo)作用而 使熔融塑料3產(chǎn)生線性晶核——原纖，線性晶核在剪切旋轉(zhuǎn)套筒1剪切誘導(dǎo)的繼續(xù)作用下 不斷生長(zhǎng)、取向、有序排列而完成初次取向結(jié)晶過程，并最終形成串晶互鎖結(jié)構(gòu)10。而同時(shí) 單個(gè)的大分子8和串晶9也形成沿管材周向的取向，當(dāng)這些結(jié)構(gòu)在聚合物管材7中保留下 來就共同促使管材7的周向性能獲得增強(qiáng)改善。
權(quán)利要求
一種擠出周向自增強(qiáng)塑料管材的成型原理及方法，其特征在于其是在周向剪切應(yīng)力場(chǎng)下實(shí)現(xiàn)擠管成型工藝，其工藝步驟為——原材料的除濕烘料——原材料加入擠出機(jī)塑化——熔融塑料經(jīng)擠出機(jī)擠出——塑料管材在周向剪切應(yīng)力場(chǎng)下實(shí)現(xiàn)周向自增強(qiáng)成型——冷卻定型——切割收取。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種擠出周向自增強(qiáng)塑料管材的成型原理及方法，其特征在于該方法所成型的塑料管材具有沿管材周向取向結(jié)晶的大分子、串晶及串晶互鎖等聚合物的高性能凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的一種擠出周向自增強(qiáng)塑料管材的成型原理及方法，其特征在于通過施加周向剪切應(yīng)力場(chǎng)于擠管成型過程中而獲得具有自增強(qiáng)功能的聚合物材料的高性能凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1、2和3所述的一種擠出周向自增強(qiáng)塑料管材的成型原理及方法，其特征在于在周向剪切應(yīng)力場(chǎng)中，由于周向旋轉(zhuǎn)剪切套筒的剪切誘導(dǎo)作用，高分子聚合物通過周向的取向結(jié)晶分布來實(shí)現(xiàn)管材周向的自增強(qiáng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種擠出周向自增強(qiáng)塑料管材的成型原理及方法，其特點(diǎn)是在周向剪切應(yīng)力場(chǎng)下實(shí)現(xiàn)擠管成型工藝，其工藝步驟依次為原材料干燥，擠出機(jī)塑化，熔料擠出，周向自增強(qiáng)成型，冷卻定型，切割收取。利用本發(fā)明方法生產(chǎn)的塑料管材，其強(qiáng)度和模量都同時(shí)獲得了周向上的增強(qiáng)并超過或接近其軸向上的強(qiáng)度與模量，更優(yōu)化地配置了材料的性能，更好地滿足了受內(nèi)壓管材對(duì)材料性能的現(xiàn)實(shí)需求。經(jīng)增強(qiáng)以后，管材的晶片厚度更厚，結(jié)晶度更高，因而耐熱性也較常規(guī)管材有明顯的改善。本發(fā)明生產(chǎn)效率高，設(shè)備投資少，原料成本低，生產(chǎn)費(fèi)用低廉而制品性能優(yōu)良，能滿足工業(yè)化生產(chǎn)條件，具有較好的工業(yè)化前景與經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號(hào)B29C47/24GK101746048SQ200810237179
公開日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2008年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月22日
發(fā)明者張 杰, 李又兵, 申開智, 袁毅, 高雪芹 申請(qǐng)人:重慶工商大學(xué)