專利名稱：：雙向拉伸聚氯乙烯管材連續(xù)生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于高分子材料加工工藝，尤其是一種聚氯乙烯管材加工的工藝。
背景技術(shù)：
：PVC-U管道系統(tǒng)已經(jīng)有近70年的發(fā)展歷史，因其具有高模量、高強(qiáng)度和較低價(jià)格等優(yōu)點(diǎn)，所以一直是全世界應(yīng)用量最大的塑料管道系統(tǒng)，在現(xiàn)代社會的很多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。但是由于PVC-U管道存在脆性上的弱點(diǎn)，降低了管道的使用安全性能，所以在給水管道應(yīng)用環(huán)境一直釆用較高的設(shè)計(jì)安全系數(shù)值(2.5)，同樣公稱壓力的管材壁厚要厚一些，原料成本相對高一些。該技術(shù)方案涉及的雙向拉伸聚氯乙烯管材最早是英國的YorkshirelmperialPlastics在70年代領(lǐng)先開發(fā)的(英文簡稱PVC-0),后來有澳大利亞Vinidex,美國Uponor-ETI，荷蘭Polva和法國Seperef生產(chǎn)。早期采用的都是"離線"加工工藝，是把擠出成型和已經(jīng)冷卻的PVC-U管材段在模具內(nèi)通過加熱和加壓膨脹到要求尺寸來實(shí)現(xiàn)取向，但是離線加工工藝生產(chǎn)速度低，設(shè)備投資高，很難推廣。后來開發(fā)出在擠出加工過程中"在線"進(jìn)行取向，連續(xù)生產(chǎn)雙向拉伸聚氯乙烯管材的生產(chǎn)工藝，近年國內(nèi)已經(jīng)有一些科研院所和大企業(yè)集團(tuán)在探索開發(fā)。從專利和文獻(xiàn)上了解，一般都是先軸向拉伸，定型冷卻后再加熱到玻璃化溫度以上進(jìn)行徑向拉伸，對設(shè)備的要求都很苛刻，而且現(xiàn)有技術(shù)裝備連續(xù)生產(chǎn)的穩(wěn)定性差，基本上處于試驗(yàn)室階段，有些專利的實(shí)用性不強(qiáng)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種能夠連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)的自增強(qiáng)增軔的管材生產(chǎn)技術(shù)方案。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是雙向拉伸聚氯乙烯管材連續(xù)生產(chǎn)工藝，步驟為1)混成熟料按照投料順序?qū)⒏鞣N原輔料投入混料機(jī)，高速混合到溫度約115—125°C，轉(zhuǎn)速為900—1600rpm,然后進(jìn)行低速冷拌到40—45°C,經(jīng)攪拌并冷卻后的混配料成為熟料，熟料在儲料罐內(nèi)放置18_24小時(shí)；2)塑化成熔融料經(jīng)擠出機(jī)塑化，經(jīng)過機(jī)頭分流，定型，成為粘流態(tài)的圓簡狀料坯，擠出工藝進(jìn)料段溫度設(shè)定為180—19(TC，塑化段設(shè)定為170—18(TC，計(jì)量段設(shè)定為160—17(TC,定型工藝段機(jī)頭設(shè)定溫度為180—19(TC;3)冷卻料坯進(jìn)入冷卻模具，將料坯冷卻至接近玻璃態(tài)，機(jī)頭設(shè)定溫度為85—110。C;4)拉伸冷卻的料坯進(jìn)入徑向擴(kuò)張模具進(jìn)行徑向拉伸，徑向拉伸后的料坯進(jìn)入徑向拉伸穩(wěn)定段，在牽引作用下進(jìn)行軸向拉伸；5)定型雙向拉伸后的料坯在真空定型槽中進(jìn)行定型冷卻，制成半成品；6)成型將管材一端加熱，擴(kuò)口，制成成品。雙向拉伸聚氯乙烯管材連續(xù)生產(chǎn)工藝，其生產(chǎn)機(jī)頭的主要參數(shù)為1)機(jī)頭壓縮比為20—50;2)分流梭的擴(kuò)張角為60—90°;3)收縮角小于擴(kuò)張角，為40—80°;4)熔融料坯平直段長度為平直段模腔間隙的10倍；5)料坯平直冷卻段的長度為平直段模腔間隙的60—80倍；6)料坯徑向拉伸段為一圓錐擴(kuò)張面和一個較長的芯模，圓錐擴(kuò)張面任意截面的模腔面積相等；徑向拉伸段高度值為介于平直段模腔內(nèi)徑數(shù)值和穩(wěn)定段模腔內(nèi)徑數(shù)值之間；徑向拉伸段擴(kuò)張角為90—150°;徑向拉伸比為1.8—2.7;7)徑向拉伸料坯穩(wěn)定段芯模外徑為所生產(chǎn)管材外徑的1.01—1.18倍，芯模長度為管材外徑的0.6—1.2倍，外模長度為管材壁厚的3—8倍；模腔間隙為所生產(chǎn)管材壁厚的1.2—1.5倍。擠出機(jī)頭分流定型為料坯分為分流段和平直段，冷卻至玻璃態(tài)為平直冷卻段，拉伸分為徑向擴(kuò)張段和徑向擴(kuò)張穩(wěn)定段。擴(kuò)口加熱釆用電磁加熱器對管材從外側(cè)和內(nèi)側(cè)進(jìn)行傳導(dǎo)加熱。在傳統(tǒng)硬質(zhì)聚氯乙烯管材配方和生產(chǎn)技術(shù)基礎(chǔ)上，改變現(xiàn)有技術(shù)中厚料坯先冷卻，后加熱，再冷卻的傳統(tǒng)思路，使塑化成型的粘流態(tài)的料坯，均勻冷卻到接近玻璃態(tài)，然后直接進(jìn)行徑向和軸向拉伸，再經(jīng)冷卻定型得到自增強(qiáng)增韌的管材。減少了對管材重新進(jìn)行加熱的環(huán)節(jié)，從工序上和能源利用上都具有非常好的技術(shù)優(yōu)勢，達(dá)到了簡化和節(jié)能的目的。同時(shí)采納了使用模具精確控制生產(chǎn)工藝的技術(shù)方案，使接近玻璃態(tài)的料坯的徑向拉伸能夠做到精確控制溫度，精確控制拉伸比例，精確控制拉伸速度，產(chǎn)品質(zhì)量過程控制能力得到有效的提高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠。采用了特殊結(jié)構(gòu)的電磁加熱器對管材從外側(cè)和內(nèi)側(cè)進(jìn)行加熱，能夠精確的控制擴(kuò)口加熱過程，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和成品率。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是按照本工藝生產(chǎn)的雙向拉伸聚氯乙烯管材具備優(yōu)良的物理機(jī)械性能，雙向拉伸聚氯乙烯管材環(huán)向爆破應(yīng)力提高了很多，抗壓能力得到了很大提高；在落錘沖擊試驗(yàn)中，雙向拉伸聚氯乙烯管材抗沖擊能力得到了增強(qiáng)。PVC-O管材試樣l試樣2試樣3管材外徑mm90.2190.1890.23管材最小壁厚mm2.812.822.846<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>具體實(shí)施例方式雙向拉伸聚氯乙烯管材連續(xù)生產(chǎn)工藝，步驟為1)混成熟料按照投料順序?qū)⒏鞣N原輔料投入混料機(jī)，高速混合到溫度約115—125。C，轉(zhuǎn)速為900—1600rpm,然后進(jìn)行低速冷拌到40—45。C，經(jīng)攪拌并冷卻后的混配料成為熟料，熟料在儲料罐內(nèi)放置18—24小時(shí)；2)塑化成熔融料經(jīng)擠出機(jī)塑化，經(jīng)過機(jī)頭分流，定型，成為粘流態(tài)的圓筒狀料坯，擠出工藝進(jìn)料段溫度設(shè)定為180—190。C,塑化段設(shè)定為170—18(TC,計(jì)量段設(shè)定為160—17(TC，定型工藝段機(jī)頭設(shè)定溫度為180—19(TC;3)冷卻料坯進(jìn)入冷卻模具，將料坯冷卻至接近玻璃態(tài)，機(jī)頭設(shè)定溫度為85—ll(TC;4)拉伸冷卻的料坯進(jìn)入徑向擴(kuò)張模具進(jìn)行徑向拉伸，徑向拉伸后的料坯進(jìn)入徑向拉伸穩(wěn)定段，在牽引作用下進(jìn)行軸向拉伸；5)定型雙向拉伸后的料坯在真空定型槽中進(jìn)行定型冷卻，制成半成品；6)成型將管材一端加熱，擴(kuò)口，制成成品。雙向拉伸聚氯乙烯管材連續(xù)生產(chǎn)工藝，其生產(chǎn)機(jī)頭的主要參數(shù)為1)機(jī)頭壓縮比為20—50;2)分流梭的擴(kuò)張角為60—90°;3)收縮角小于擴(kuò)張角，為40—80。；4)熔融料坯平直段長度為平直段模腔間隙的10倍；5)料坯平直冷卻段的長度為平直段模腔間隙的60—80倍；6)料坯徑向拉伸段為一圓錐擴(kuò)張面和一個較長的芯模，圓錐擴(kuò)張面任意截面的模腔面積相等；徑向拉伸段高度值為介于平直段模腔內(nèi)徑數(shù)值和穩(wěn)定段模腔內(nèi)徑數(shù)值之間；徑向拉伸段擴(kuò)張角為90—150°;徑向拉伸比為1.8—2.7;7)徑向拉伸料坯穩(wěn)定段芯模外徑為所生產(chǎn)管材外徑的1.01—1.18倍，芯模長度為管材外徑的0.6—1.2倍，外模長度為管材壁厚的3—8倍；模腔間隙為所生產(chǎn)管材壁厚的1.2—1.5倍。擠出機(jī)頭分流定型為料坯分為分流段和平直段，冷卻至玻璃態(tài)為平直冷卻段，拉伸分為徑向擴(kuò)張段和徑向擴(kuò)張穩(wěn)定段。擴(kuò)口加熱釆用電磁加熱器對管材從外側(cè)和內(nèi)側(cè)進(jìn)行傳導(dǎo)加熱。很多高分子聚合物通過分子取向能夠沿分子排列方向顯著增加強(qiáng)度和軔性，聚氯乙烯也不例外。理論上分析認(rèn)為，當(dāng)塑料在接近坡璃態(tài)時(shí)進(jìn)行拉伸，在取向方向能夠達(dá)到良好的強(qiáng)度和軔性。對于聚氯乙烯，其粘流態(tài)溫度約為175—185'C，玻璃態(tài)溫度約為85—11(TC。本發(fā)明的技術(shù)要點(diǎn)就在于將粘流態(tài)的料坯冷卻到接近玻璃態(tài)，然后進(jìn)行先徑向拉伸后軸向牽引得到外徑尺寸合適的增強(qiáng)增韌料坯，再進(jìn)一步冷卻定型得到外觀和幾何尺寸滿足要求的管材。實(shí)驗(yàn)證明，經(jīng)過先徑向后軸向拉伸，管材徑向承壓能力比傳統(tǒng)工藝有了顯著增加，體現(xiàn)了本技術(shù)方案的先進(jìn)性。其工藝路線如下1)配料按照聚氯乙烯管材加工要求進(jìn)行配料，原輔料主要包括聚氯乙烯樹脂、增塑劑、固體填料、穩(wěn)定劑、內(nèi)潤滑劑、改性劑、外潤滑劑等幾大類；2)混成熟料按照投料順序?qū)⒏鞣N原輔料投入混煉機(jī)，高速混合到溫度約115—125°C，轉(zhuǎn)速為900—1600rpm,然后進(jìn)行低速冷拌到40—45。C,經(jīng)攪拌并冷卻后的混配料成為熟料，熟料在儲料罐內(nèi)放置18—24小時(shí)成為可以加工的原料。3)使用擠出機(jī)塑化成熔融料擠出塑化采用雙螺桿擠出機(jī)。在擠出工藝溫度控制上，進(jìn)料段第一區(qū)溫度在擠出機(jī)各區(qū)的加熱溫度中最高，以后各區(qū)溫度逐步降低，這可以使物料在進(jìn)料段就得到高溫加熱，加速了物料的塑化。進(jìn)料段溫度設(shè)定為180—19(TC,塑化段設(shè)定為170—18(TC,計(jì)量段設(shè)定為160—170。C。4)使用機(jī)頭定型為熔融料坯熔融料經(jīng)過機(jī)頭分流，定型，成為粘流態(tài)的圓簡狀料坯，已經(jīng)具備管材的雛形。機(jī)頭設(shè)定溫度為180—19(TC。這個過程中，由于機(jī)頭中必須存在支撐分流梭和芯棒的支架，熔料被分流支架先分割后合流，形成熔接痕。熔接痕的緩解主要依賴于熔料保持熔融狀態(tài)和合適的分流支架設(shè)計(jì)。3)冷卻料坯進(jìn)入冷卻模具，將料坯冷卻至接近玻璃態(tài)，機(jī)頭設(shè)定溫度為85—110。C;5)拉伸冷卻的料坯進(jìn)入徑向擴(kuò)張模具進(jìn)行徑向拉伸，徑向拉伸后的料坯進(jìn)入徑向拉伸穩(wěn)定段，在牽引作用下進(jìn)行軸向拉伸；6)定型雙向拉伸后的料坯在真空定型槽中進(jìn)行定型冷卻，制成半成品；7)成型將管材一端加熱，擴(kuò)口，制成成品。機(jī)頭的設(shè)計(jì)引入了專用模具的生產(chǎn)技術(shù)方案，機(jī)頭分為分流段、平直段、平直冷卻段、徑向擴(kuò)張段和徑向擴(kuò)張穩(wěn)定段。物料從擠出機(jī)擠出，經(jīng)過合流錐后，熔料處于"活塞流"，然后經(jīng)過分流梭進(jìn)行分流，經(jīng)過口模和芯棒的定型，成為圓筒狀熔融料坯。圓簡狀熔融料坯在平直冷卻段冷卻到接近玻璃態(tài)，然后在機(jī)頭徑向擴(kuò)張段被徑向拉伸，在徑向拉伸穩(wěn)定段被軸向拉伸，得到徑向和軸向均被拉伸的接近坡璃態(tài)管狀料坯。1)機(jī)頭壓縮比釆取較高值，取值為20—50;2)分流梭的擴(kuò)張角是設(shè)計(jì)中的一個重要參數(shù)，一般擴(kuò)張角為60—90°,擴(kuò)張角太大，料流阻力大，反之會造成料流時(shí)間過長。3)收縮角小于擴(kuò)張角，取值為40—80。。4)平直段的尺寸與專用模具"平直冷卻段"相對應(yīng)。5)平直段較短，長度為平直段模腔間隙的IO倍。6)硬質(zhì)聚氯乙烯管材在接近玻璃態(tài)徑向拉伸比1.8—2.7能夠達(dá)到較好的增強(qiáng)增韌效果。徑向拉伸比的取值需根據(jù)原料配方?jīng)Q定的材料玻璃化溫度的不同而有所不同，一般玻璃化溫度低的管材配方可以釆用較高的徑向拉伸比，反之，需要釆用低拉伸比。7)熔融料坯通過專用模具進(jìn)行冷卻和徑向拉伸。具體工藝是通過導(dǎo)熱油控制專用模具外模和芯模的溫度，專用模具的進(jìn)口尺寸與上一階段模頭出口尺寸完全配合，料坯經(jīng)過一段平直段冷卻后，溫度逐漸降到接近玻璃態(tài)溫度區(qū)域，這時(shí)料坯進(jìn)入一迫使料坯進(jìn)行徑向拉伸的區(qū)域，料坯在接近玻璃態(tài)溫度條件下進(jìn)行徑向拉伸。經(jīng)過徑向拉伸的料坯進(jìn)入一段穩(wěn)定徑向拉伸效果的平直段，然后離開專用模具出口，在牽引機(jī)的作用下被軸向拉伸，形成了先徑向拉伸，后軸向拉伸的管材料坯。料坯進(jìn)入定徑套進(jìn)行真空定型冷卻，就生產(chǎn)出了徑向和軸向都得到增強(qiáng)的管材。8)平直冷卻段的長度為平直段模腔間隙的60—80倍。9)徑向拉伸段為一圓錐擴(kuò)張面和一個較長的芯模，圓錐擴(kuò)張面任意截面的模腔面積相等；徑向拉伸段高度值為介于平直短模腔內(nèi)徑數(shù)值和穩(wěn)定段模腔內(nèi)徑數(shù)值之間；徑向拉伸段擴(kuò)張角為90_150°;徑向拉伸比為1.8—2.7;10)穩(wěn)定段芯模外徑為所生產(chǎn)管材外徑的1.01—1.18倍，芯模長度為管材外徑的0.6—1.2倍，外模長度為管材壁厚的3—8倍。模腔間隙為所生產(chǎn)管材壁厚的1.2—1.5倍。加熱模具分為內(nèi)加熱和外加熱兩部分，分別從外部和內(nèi)部對管材進(jìn)行電磁加熱。內(nèi)加熱采用內(nèi)撐模芯，管材通過傳遞裝置插入內(nèi)撐模芯，哈夫式電磁加熱爐夾緊管材，通電，從管材內(nèi)部和外部同時(shí)加熱。管材擴(kuò)口端加熱到接近玻璃態(tài)，達(dá)到擴(kuò)口要求，迅速從加熱裝置中抽出，插入擴(kuò)口模具進(jìn)行擴(kuò)口，然后冷卻得到符合要求的擴(kuò)口管材。權(quán)利要求1、雙向拉伸聚氯乙烯管材連續(xù)生產(chǎn)工藝，其特征在于步驟為1)混成熟料按照投料順序?qū)⒏鞣N原輔料投入混料機(jī)，高速混合到溫度約115-125℃，轉(zhuǎn)速為900-1600rpm，然后進(jìn)行低速冷拌到40-45℃，經(jīng)攪拌并冷卻后的混配料成為熟料，熟料在儲料罐內(nèi)放置18-24小時(shí)；2)塑化成熔融料經(jīng)擠出機(jī)塑化，經(jīng)過機(jī)頭分流，定型，成為粘流態(tài)的圓筒狀料坯，擠出工藝進(jìn)料段溫度設(shè)定為180-190℃，塑化段設(shè)定為170-180℃，計(jì)量段設(shè)定為160-170℃，定型工藝段機(jī)頭設(shè)定溫度為180-190℃；3)冷卻料坯進(jìn)入冷卻模具，將料坯冷卻至接近玻璃態(tài)，機(jī)頭設(shè)定溫度為85-110℃；4)拉伸冷卻的料坯進(jìn)入徑向擴(kuò)張模具進(jìn)行徑向拉伸，徑向拉伸后的料坯進(jìn)入徑向拉伸穩(wěn)定段，在牽引作用下進(jìn)行軸向拉伸；5)定型雙向拉伸后的料坯在真空定型槽中進(jìn)行定型冷卻，制成半成品；6)成型將管材一端加熱，擴(kuò)口，制成成品。2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的雙向拉伸聚氯乙烯管材連續(xù)生產(chǎn)工藝，其特征在于其生產(chǎn)機(jī)頭的主要參數(shù)為1)機(jī)頭壓縮比為20—50;2)分流梭的擴(kuò)張角為60_90°;3)收縮角小于擴(kuò)張角，為40—80°;4)熔融料坯平直段長度為平直段模腔間隙的10倍；5)料坯平直冷卻段的長度為平直段模腔間隙的60—80倍；6)料坯徑向拉伸段為一圓錐擴(kuò)張面和一個較長的芯模，圓錐擴(kuò)張面任意截面的模腔面積相等；徑向拉伸段高度值為介于平直段模腔內(nèi)徑數(shù)值和穩(wěn)定段模腔內(nèi)徑數(shù)值之間；徑向拉伸段擴(kuò)張角為90—150°;徑向拉伸比為1.8—2.7;7)徑向拉伸料坯穩(wěn)定段芯模外徑為所生產(chǎn)管材外徑的L01—1.18倍，芯模長度為管材外徑的0.6—1.2倍，外模長度為管材壁厚的3—8倍；模腔間隙為所生產(chǎn)管材壁厚的1.2—1.5倍。3、根據(jù)權(quán)利要求l所述的雙向拉伸聚氯乙烯管材連續(xù)生產(chǎn)工藝，其特征在于擠出機(jī)頭分流定型為料坯分為分流段和平直段，冷卻至玻璃態(tài)為平直冷卻段,拉伸分為徑向擴(kuò)張段和徑向擴(kuò)張穩(wěn)定段。4、根據(jù)權(quán)利要求l所述的雙向拉伸聚氯乙烯管材連續(xù)生產(chǎn)工藝，其特征在于擴(kuò)口加熱采用電磁加熱器對管材從外側(cè)和內(nèi)側(cè)進(jìn)行傳導(dǎo)加熱。全文摘要本發(fā)明公開了雙向拉伸聚氯乙烯管材連續(xù)生產(chǎn)工藝，按照聚氯乙烯管材加工要求進(jìn)行配料，原輔料按順序在混料機(jī)中混成熟料，經(jīng)擠出機(jī)塑化，在機(jī)頭中定型為熔融的管狀料坯，進(jìn)入冷卻段，料坯冷卻至接近玻璃態(tài)，接著進(jìn)入徑向擴(kuò)張段進(jìn)行徑向拉伸，在牽引機(jī)牽引作用下進(jìn)行軸向拉伸，得到徑向和軸向增韌增強(qiáng)的管坯，管坯徑冷卻定型得到半成品，半成品經(jīng)擴(kuò)口得到成品，本工藝具有生產(chǎn)的管材抗壓、抗沖擊性能好，物理機(jī)械性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)。文檔編號B29C55/00GK101537712SQ20091002030公開日2009年9月23日申請日期2009年4月7日優(yōu)先權(quán)日2009年4月7日發(fā)明者胡宗義申請人:山東陸宇塑膠工業(yè)有限公司