一种双轴取向PVC及聚烯烃材料管材的制造设备及其生产工艺和方法

摘要

本发明公开了一种双轴取向PVC及聚烯烃材料管材的制造设备及其生产工艺和方法，其包括挤出机，挤出机出口处连接管材成型模头，管材成型模头出口端依次设置有扩胀温度调节区、扩胀定径区、冷却定型区，最后设置有牵引机，所述的扩胀温度调节区为一段带有冷却效果的直线管道，扩胀定径区为成一段呈喇叭状的扩胀管道，冷却定型区为一段与扩胀定径区最大直径一致的直线管道，所述管材成型模头连接有压缩机，压缩机的气管与管材成型模头中部的通风孔相通，所述管材成型模头出口端连接有拉绳，拉绳的另一端连接有用于堵塞管材的弹性堵头。本发明使管材的分子从无序排列转变为有序排列，分子取向的变化能极大地提高管材的强度和韧度。

说明书

技术领域

本发明涉及一种双轴取向PVC及聚烯烃材料管材的制造设备及其生产工艺和方法，是属于聚合物成型加工领域。

背景技术

PVC管材由于其高模量、高强度和较低价格等优点，所以一直是全世界应用量最大的塑料管道系统，在现代社会的很多领域中得到了广泛的应用。我国塑料管道行业发展迅速，已经成为世界塑料管道生产和应用大国之一。但是PVC管材也存在着以下一些缺点：一、其耐高温性不好，在较热的环境中工作容易变形，不宜用于热水管道；二、韧度和强度较低，抗开裂冲击性能差。

目前，很多高分子聚合物通过取向加工使其分子规整排列，可以明显地提高其性能。双轴取向聚氯乙烯（PVC-O）管材是通过特殊的取向加工工艺制造的管材，这一加工工艺是把采用挤出方法生产的PVC-U管材进行轴向拉伸和径向拉伸，使管材中的PVC长链分子在双轴向规整排列，获得高强度、高韧性、高抗冲、抗疲劳的新型PVC管材，性能远优于普通PVC-U管材。现在有一些公司采用“离线”加工工艺（两步加工法），即把挤出成型和已经冷却的PVC-U管材段（厚料胚）在模具内通过加热和加压膨胀到要求尺寸来实现取向。“离线”加工工艺的主要局限性是挤出速度低和单位产出的投资费用高。另外，由于料胚管周围厚度和温度的差异，自由膨胀的公差难以控制。为了达到温度精确、均匀的条件，所需循环时间长，“离线”加工工艺生产速度低，设备投资高，很难得到推广。

另外，目前也有一步法进行制作，但是由于取向比率的局限，如芯部扩胀机械装置受其自身伸张量的限制，也难以达到理想的取向值，从而无法符合人们的制作要求。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种可连续生产、生产效率高、产品质量可靠的双轴取向PVC及聚烯烃材料管材的制造设备及其生产工艺和方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种双轴取向PVC及聚烯烃材料管材的制造设备，其包括挤出机，挤出机出口处连接管材成型模头，管材成型模头出口端依次设置有扩胀温度调节区、扩胀定径区、冷却定型区，最后设置有牵引机，所述的扩胀温度调节区为一段带有冷却效果的直线管道，扩胀定径区为成一段呈喇叭状的扩胀管道，冷却定型区为一段与扩胀定径区最大直径一致的直线管道，所述管材成型模头连接有压缩机，压缩机的气管与管材成型模头中部的通风孔相通，所述管材成型模头出口端连接有拉绳，拉绳的另一端连接有用于堵塞管材的弹性堵头。

进一步，所述的牵引机为气压夹紧牵引机。

进一步，所述的扩胀温度调节区、扩胀定径区及冷却定型区都采用气体或液体的循环冷却装置。

进一步，所述的扩胀温度调节区的模具出口处配置一段带循环冷却装置的芯模。

一种采用上述制造设备制作双轴取向PVC及聚烯烃材料管材的生产工艺和方法，该方法包括如下步骤：

1）：预启动挤出机，将预制出的管材送至牵引机处并夹紧；

 2）：将管材成型模头出口端的拉绳穿过管材，并用弹性堵头堵塞管材的内部；

3）：启动压缩机、挤出机及牵引机，管材以0.2~15m/min的速度向前输送，此时保证管材内部受到0.1~0.5MPa的正压；

4）：当管材通过扩胀温度调节区的时候，将管材的温度降低到材料的玻璃化温度与熔融温度之间；

5）：当管材通过扩胀定径区的时候，管材的管径在气压的作用下根据扩胀定径区的管道形状进行扩胀拉伸， 扩胀程度为20%~300%；

6）：当管材通过冷却定型区的时候，将管材的温度降低到材料的玻璃化温度。

本发明的有益效果是：本发明中管材的径向扩张是通过压缩机向管材的内部吹气产生气压来实现，由于设置了扩胀定径区，管材取向度可精确的达到设计值；轴向拉伸是通过调节牵引机与挤出机的挤出速率之比来实现，生产的管材尺寸精确、生产持久稳定，管材经扩胀定径区后进入冷却定型区作迅速冷却定型，从而可大幅度提高生产效率。另外，通过调整牵引速度、管材温度、管材内部的气压、扩胀程度等参数，可以对不同原料的管材进行双轴取向加工，可以满足不同原料的管材成型的需要，因此能得到广泛的应用；本发明的生产工艺使管材的分子从无序排列转变为有序排列，分子取向的变化带来管材的强度和韧度的实质性改善，能极大地提高管材的强度和韧度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明初始状态的结构示意图；

图3是本发明制作状态的结构示意图。

具体实施方式

参照图1~图3，一种双轴取向PVC及聚烯烃材料管材的制造设备，其包括挤出机1，挤出机1出口处连接管材成型模头2，管材成型模头2出口端依次设置有扩胀温度调节区3、扩胀定径区4、冷却定型区5，最后设置有牵引机6，为了实现自动调节牵引压紧的距离，所述的牵引机6为气压夹紧牵引机，所述的扩胀温度调节区3为一段带有冷却效果的直线管道，扩胀定径区4为一段呈喇叭状的扩胀管道，冷却定型区5为一段与扩胀定径区4最大直径一致的直线管道，所述管材成型模头2连接有压缩机7，压缩机7的气管与管材成型模头2中部的通风孔21相通，所述管材成型模头2出口端连接有拉绳8，拉绳8的另一端连接有用于堵塞管材的弹性堵头9，弹性堵头9的体积可以根据管材的内径大小而变化，从而保证达到堵塞管材的作用。

为了有效实现降温，所述的扩胀温度调节区3、扩胀定径区4及冷却定型区5可以采用气体或液体的循环冷却装置。当然根据实际需要，还可以采用其他的冷却装置，也属于本发明的保护范围。由于生产大口径较大厚度的管材时，扩胀温度调节区3的芯部温度很高，需要进行温度调节，所以扩胀温度调节区3还可配置芯部温度调节装置，即在扩胀温度调节区3的模具出口处配置一段带循环冷却装置的芯模。

为便于对本发明进一步理解，现结合具体实施例对本发明进行详细描述。

实施例1：

制作一个外径75mm、厚度1.9mm、材质为PVC的双轴取向管材，其生产工艺如下：

1）：预启动挤出机1，将预制出的管材送至牵引机6处并夹紧；

2）：将管材成型模头2出口端的拉绳8穿过管材，并用弹性堵头9堵塞管材的内部；

3）：启动压缩机7、挤出机1及牵引机6，管材以2.8m/min的速度向前输送，此时保证管材内部受到0.1MPa的正压； 

4）：当管材通过扩胀温度调节区3的时候，将管材的温度降低到120℃；

5）：当管材通过扩胀定径区4的时候，管材的管径在气压的作用下根据扩胀定径区4的管道形状进行扩胀拉伸， 扩胀程度为50%；

6）：当管材通过冷却定型区5的时候，将管材的温度降低到材料的玻璃化温度78℃以下。

最后对管材进行切割，即可得到所需长度为4米的管材。

实施例2：

制作一个外径50mm、厚度4.6mm、材质为PP的双轴取向管材，其生产工艺如下：

1）：预启动挤出机1，将预制出的管材送至牵引机6处并夹紧；

 2）：将管材成型模头2出口端的拉绳8穿过管材，并用弹性堵头9堵塞管材的内部；

3）：启动压缩机7、挤出机1及牵引机6，管材以2.2m/min的速度向前输送，此时保证管材内部受到0.3MPa的正压；

4）：当管材通过扩胀温度调节区3的时候，将管材的温度降低到150℃；

5）：当管材通过扩胀定径区4的时候，管材的管径在气压的作用下根据扩胀定径区4的管道形状进行扩胀拉伸， 扩胀程度为150%；

6）：当管材通过冷却定型区5的时候，将管材的温度降低到材料的玻璃化温度35℃以下。

最后对管材进行切割，即可得到所需长度为6米的管材。

实施例3：

制作一个外径160mm、厚度6.0mm、材质为PE的双轴取向管材，其生产工艺如下：

1）：预启动挤出机1，将预制出的管材送至牵引机6处并夹紧；

 2）：将管材成型模头2出口端的拉绳8穿过管材，并用弹性堵头9堵塞管材的内部；

3）：启动压缩机7、挤出机1及牵引机6，管材以1.6m/min的速度向前输送，此时保证管材内部受到0.5MPa的正压；

4）：当管材通过扩胀温度调节区3的时候，将管材的温度降低到150℃；

5）：当管材通过扩胀定径区4的时候，管材的管径在气压的作用下根据扩胀定径区4的管道形状进行扩胀拉伸， 扩胀程度为300%；

6）：当管材通过冷却定型区5的时候，将管材的温度降低到玻璃化温度35℃以下。

最后对管材进行切割，即可得到所需长度为6米的管材。

以上所述，只是本发明的较佳实施方式而已，但本发明并不限于上述实施例，只要其以任何相同或相似手段达到本发明的技术效果，都应落入本发明的保护范围之内。