专利名称：多层复合塑料管材生产方法及其生产线的制作方法
技术领域：
本发明属于塑料管材生产方法、生产设备，具体涉及一种用于生产含有保温层的 多层复合塑料供暖管材的生产方法及其生产线。
背景技术：
城市集中供暖使用的供暖输水管道，多采用钢管为主，为了解决钢管的保温问题， 在钢管外面包覆一层保温材料，这种结构的供暖管道，存在以下缺陷，1.因主管道采用钢 管，主管道长期埋于地下，很容易受到腐蚀，因此这种供暖管道的使用寿命一般在年左右； 2.钢材是热的良导体，为了降低热损，必然增加保温材料的厚度，成本高；3.这种供暖管道 生产时做成数米长的管道段，在施工时再把若干管道段连接，耗费大量的人力物力，而且衔 接处容易破损，直接影响供暖输水管道的使用寿命。塑料管材因其使用寿命长，可防止环境渗透、抗挤压、抗冲击、抗拉伸、抗弯曲、耐 腐蚀、防结垢，可以达到环保低碳效果。在输水管网中，越来越受到重视，近年来，城市供水 管网入户部分已普遍采用塑料管材。供暖管道采用塑料管材将是大势所趋，但是简单的采 用塑料管来代替钢管并不可取，塑料供暖管道要求有足够大的强度、良好的保温性能以及 方便施工，在施工过程中还可节约很多连接管件及用工时间。并且在抗压、耐腐、保温等方 面符合要求，必须由特定的专用设备及特殊生产方法来实现。
发明内容
为了解决现有技术领域存在的上述问题，本发明的目的在于，提供一种多层复合 塑料管材生产方法及其生产线，可以一次完成多层复合塑料内管、外层管及中间发泡层等 多达至少七层材料的复合塑料供暖管材的生产，大幅度提高生产效率，降低劳动强度，以及 节约大量能源。本申请人同日申请的名称为多层复合塑料供暖管材专利，提供一种新型塑料管 材，包括7层结构，它包括内管、保温层、外套管，保温层为PU发泡材料制成，保温层填充在 内管与外套管之间。所述内管包括5层结构，从内到外依次为PE-RT内层、EVOH次内层、 PE-RT中间层、纤维层、PE-RT外层，所述5层结构密闭黏合在一起，形成硬质复合塑料管。 所述外套管为PE-RT材料，其表面结构为若干环形凸起和环形凹槽相间，所述环形凸起和 环形凹槽为圆环形状或螺旋环形状。其中HDPE为高密度聚乙烯，PU为聚氨酯，PE-RT为耐热聚乙烯，POY为涤纶，EVOH 为乙烯醇-共聚物。本发明提供的多层复合塑料管材生产方法，用来生产上述7层复合塑料供暖管 材，包括以下步骤(一)3层复合内管共挤，配料内层采用PE-RT材料，中间抗氧化层采用EVOH与 PE-RT混合材料，EVOH与PE-RT的质量比例是1 3，外层采用PE-RT材料。加热共挤采 用由3台塑料挤出机组成的共挤机组，三台挤出机共用一个共挤机头，先由位于中间的主挤出机挤出PE-RT内层，然后，由位于主挤出机一侧的一台副挤出机挤出EVOH中间层，最后 由位于另一侧的副挤出机挤出PE-RT外层，上述三层挤出，由共挤机头一次完成。关键工艺参数(1)根据生产不同规格的管材，每层挤出速度都有变化，以保证 内层管壁的厚度，三层管料的壁厚为4 2 1时，内层、中间层、外层挤出速度，依次递 减，挤出机的转速相差约30-50分/转；(2)挤出温度挤出机的出料筒的温度由内到外由 165°C 180°C依次递增，大约一区165°C，二区175°C，三区175°C，四区180°C，五区180°C; (3)机头温度，从进料到输出定径依次为一区185°C，二区185°C，三区190°C;(4)挤出压力， 内层管9Mpa，中间层4Mpa，外层5Mpa。( 二)从共挤机头出来的三层塑料复合管坯，进入真空冷却箱，对挤出后的管坯进 行定径、先期冷却。真空冷却箱长度为6米，真空区分2段，前段为1米，为喷淋冷却均勻设喷淋水嘴 48件，根据不同规格的管材，真空压力可达到4-6Mpa。(三)经冷却定径的管坯进入绕线机，采用正反两个方向进行螺旋式绕线，在管坯 表面缠绕成经线、纬线，绕线的目的是增加管材的抗压性能。所用的线是POY涤纶线，他可和PA尼龙线相媲，涤纶线比尼龙线价格低。线的直 径可根据不同规格的管材选择，一般直径0. 2-lmm.经纬线的角度，根据管材直径，经调控 电机速度可形成不同角度，一般可调整为5-45度。(四)绕线完成后的管坯，经烘箱去除冷却时残留于表面的水分，再由一台塑料包 覆挤出机，在表面包覆一层PERT材料，挤出后进入真空冷却箱，进行冷却同时定径，输出5
层复合塑料管材。(五)外层管与发泡中间层共挤成型复合塑料内管进入外层管发泡共挤机头，挤 出成型表面带有螺旋花纹的PE-RT外层管以及内管与外层管之间的PU发泡材料，发泡机的 发泡枪口伸入到机头的定径装置与挤出机头连接处进行发泡。关键工艺参数(I)PU聚氨脂，A料罐固化剂，B料罐调节剂，1 1调和，由熔体计 量泵调节计量，控制发泡时间；( 发泡密度，由空气压缩机气体，进行气量控制来调节发 泡密度；C3)温度环境，PU发泡剂适应20-40°C之间；(4)外层挤出及定径，外层管挤出机， 它与相应螺旋机头相配合，经负压真空0. 2-0. 5Mpa之间定径。根据管径大小、波峰高低调 整真空压力，就能生产出抗拉伸、抗压能力的外层螺旋管材。(六)最后把管材由履带牵弓丨机引出，由收卷机收卷，然后等待运往施工现场。本发明还提供一种多层复合塑料管材生产线，配合实现上述生产方法，该生产线 包括三层内管共挤成型设备、外层管发泡共挤成型设备，三层内管共挤成型设备包括三层 内管共挤机组、共挤机头、真空冷却箱、烘干箱，外层管发泡共挤成型设备包括发泡机、外层 管挤出机、外层管发泡共挤机头；所述三层内管共挤机组包括三台塑料挤出机，分别连接在 共挤机头上，共挤机头的输出端连接真空冷却箱，冷却箱再连接烘干箱，外层管挤出机、发 泡机连接外层管发泡共挤机头，外层管发泡共挤机头依次连接另一台真空冷却箱、牵引机、 收卷机。它还包括绕线机组，所述绕线机组设置在三层内管共挤成型设备和外层管发泡共 挤成型设备之间，包括绕线机、包覆层挤出机、包覆层挤出机头，所述绕线机连接包覆层挤 出机、包覆层挤出机头。所述外层管发泡共挤机头包括挤出机头、发泡枪、定径装置，发泡枪设置在挤出机头的芯棒与内层管之间，枪口伸入到定径装置与机头体的连接处，发泡枪输入端与发泡机 连接。所述定径装置包括一电动机，电动机通过链轮连接定径装置，定径装置内侧固定设有 定径模具，定径模具可以随定径装置一起转动，所述定径模具的内表面设有螺旋凹槽或凸 起。所述挤出机头包括机头体、挤出机接体、内芯棒、口模、口模芯棒，所述内芯棒表面设有 环形的限流坡、限流槽，限流坡与机头体之间留有间隙。它还包括导向套，所述导向套固定 设置在内芯棒与内层管之间，内层管可以在导向套内滑动。所述三层内管共挤成型设备的共挤机头包括机头体以及位于机头体内的螺旋体 进料机构、物料混合机构以及与机头体固定连接的口模定径机构，所述螺旋体进料机构包 括内螺旋体、中间螺旋体、外螺旋体，所述三个螺旋体依次套装设置，分别连接三台塑料挤 出机的机颈；所述螺旋体为圆柱体结构，表面开有螺旋槽。所述物料混合机构包括内芯棒， 内芯棒与机头体之间留有空隙，内芯棒一端与内螺旋体固定连接，另一端与定径芯棒固定 连接。所述口模定径机构包括口模、定径芯棒、芯棒连接丝杠，定径芯棒设置在口模内，二者 之间留有定径空间，芯棒连接丝杠设置在定径芯棒内，芯棒连接丝杠与内芯棒固定连接，口 模固定连接在机头体上。本发明提供的多层复合塑料管材生产方法及其生产线，其有益效果在于，实现了 至少7层塑料管材的一次成型生产，把塑料管挤出、抗氧化层添加、增强抗压性能的绕线、 中间保温层发泡、抗挤压外层管挤出，在一条生产线上连续完成，实现了连续化、自动化生 产，大幅度提高生产效率，降低劳动强度，以及节约大量能源。
图1是本发明实施例的三层内管共挤成型设备结构示意图；图2是本发明实施例的绕线机组结构示意图；图3是本发明实施例的外层管发泡共挤成型设备结构示意图；图4是图1中共挤机头的结构示意图；图5是图3中外层管发泡共挤机头的结构示意图。图中标注1-1.三层内管共挤机组；1-2.共挤机头；1-3.真空冷却箱；1-4.烘干箱；1-5.绕 线机；1-6.包覆层挤出机头，1-7.包覆层挤出机；1-8.真空冷却箱；1-9.外层管挤出机； 1-10.发泡机；1-11.外层管发泡共挤机头；1-12.真空冷却箱；1-13.牵引机；1-14.收卷 机。2-1.机头体；2-2.内层挤出机机颈；2-3.中间层挤出机机颈；2_4.外层挤出机机 颈；2-5.进料接体；2-6.内螺旋体，2-7.中间螺旋体；2-8.外螺旋体；2-9.内芯棒；2-10. 口模；2-11.定径芯棒；2-12.芯棒连接丝杠。3-1.挤出机接体；3-2.发泡枪；3-3.内芯棒；3-4.机头体；3-5.限流坡；3-6.限 流槽，3-7.定径装置；3-8.定径模具；3-9.发泡层；3-10.内层塑料管；3-11.外层塑料管； 3-12. 口模；3-13. 口模芯棒；3-14.导向套。
具体实施例方式下面参照附图，结合一个实施例，对本发明提供的多层复合塑料管材生产方法及其生产线进行详细的说明。实施例本实施例的多层复合塑料管材生产方法，包括以下步骤(一)3层复合内管共挤，配料内层采用PE-RT材料，中间抗氧化层采用EVOH与 PE-RT混合材料，EVOH与PE-RT的质量比例是1 3，外层采用PE-RT材料。加热共挤采 用由3台塑料挤出机组成的共挤机组，三台挤出机共用一个共挤机头，先由位于中间的主 挤出机挤出PE-RT内层，然后，由位于主挤出机一侧的一台副挤出机挤出EVOH中间层，最后 由位于另一侧的副挤出机挤出PE-RT外层，上述三层挤出，由共挤机头一次完成。关键工艺参数(1)根据生产不同规格的管材，每层挤出速度都有变化，以保证内 层管壁的厚度，本实施例的三层管料的壁厚为4 2 1，内层、中间层、外层挤出速度，依 次递减，挤出机的转速相差约40分/转；(2)挤出温度挤出机的出料筒的温度由内到外由 165°C 180°C依次递增，大约一区165°C，二区175°C，三区175°C，四区180°C，五区180°C; (3)机头温度，从进料到输出定径依次为一区185°C，二区185°C，三区190°C;机头体内三个 区的划分是一区为螺旋体喂料部分，二区为内芯棒受压混合部分，三区为口模芯棒成型输 出部分；(4)挤出压力，内层管9Mpa，中间层4Mpa，外层5Mpa。( 二)从共挤机头出来的三层塑料复合管坯，进入真空冷却箱，对挤出后的管坯进 行定径、先期冷却。本实施例采用的真空冷却箱长度为6米，真空区分2段，前段为1米，为喷淋冷却， 均勻设喷淋水嘴48件，真空压力为5Mpa。(三)经冷却定径的管坯进入绕线机，采用正反两个方向进行螺旋式绕线，在管坯 表面缠绕成经线、纬线，绕线的目的是增加管材的抗压性能。所用的线是POY涤纶线，他可和PA尼龙线相媲，涤纶线比尼龙线价格低。线的直 径可根据不同规格的管材选择，一般直径0. 2-lmm，本实施例采用0. 5mm，经纬线的角度，根 据管材直径，经调控电机速度可形成不同角度，一般可调整为5-45度，本实施例采用30度。(四)绕线完成后的管坯，经烘箱去除冷却时残留于表面的水分，再由一台塑料包 覆挤出机，在表面包覆一层PERT材料，挤出后进入真空冷却箱，进行冷却同时定径，输出5 层复合塑料管材，缠绕在三层管表面的POY涤纶线被包覆层覆盖，进一步增加产品的强度。(五)外层管与发泡中间层共挤成型复合塑料内管进入外层管发泡共挤机头，挤 出成型表面带有螺旋花纹的PE-RT外层管以及内管与外层管之间的PU发泡材料，发泡机的 发泡枪口伸入到机头的定径装置与挤出机头连接处进行发泡。关键工艺参数(I)PU聚氨脂，A料罐固化剂，B料罐调节剂，1 1调和，由熔体计 量泵调节计量，控制发泡时间；( 发泡密度，由空气压缩机气体，进行气量控制来调节发 泡密度；C3)温度环境，PU发泡剂适应20-40°C之间；(4)外层挤出及定径，外层管挤出机， 它与相应螺旋机头相配合，经负压真空0. 2-0. 5Mpa之间定径。根据管径大小、波峰高低调 整真空压力，就能生产出抗拉伸、抗压能力的外层螺旋管材。(六)最后把管材由履带牵弓丨机引出，由收卷机收卷，然后等待运往施工现场。参照图1-图5，本实施例的多层复合塑料管材生产线，配合实现上述生产方法， 该生产线包括三层内管共挤成型设备-见图1、绕线机组-见图2、外层管发泡共挤成型设 备-见图3。所述三层内管共挤成型设备包括三层内管共挤机组1-1、共挤机头1-2、真空冷却箱1-3、烘干箱1-4，所述三层内管共挤机组1-1包括三台塑料挤出机，分别连接在共挤机 头1-2上，共挤机头的输出端连接真空冷却箱1-3，冷却箱再连接烘干箱1-4。所述绕线机 组设置在三层内管共挤成型设备和外层管发泡共挤成型设备之间，包括绕线机1-5、包覆层 挤出机1-6、包覆层挤出机头1-7，所述绕线机1-5连接包覆层挤出机1-6、包覆层挤出机头 1-7、真空冷却箱1-8。外层管发泡共挤成型设备包括发泡机1-10、外层管挤出机1-9、外层 管发泡共挤机头1-11 ；外层管挤出机1-9、发泡机1-10连接外层管发泡共挤机头1-11，外 层管发泡共挤机头依次连接另一台真空冷却箱1-12、牵引机1-13、收卷机1-14。在牵引机1-13的作用下，共挤成型并冷却后的三层复合塑料内管，经过绕线机
1-5、包覆层挤出机头1-7、真空冷却箱1-8，成为5层复合塑料内管，再经过外层管发泡共挤 机头1-11、真空冷却箱1-12，最终成为七层复合保温塑料供暖管材，最后由收卷机1-14收 卷成盘入库。所述外层管发泡共挤机头1-11包括挤出机头、发泡枪、定径装置，发泡枪3-2设置 在挤出机头的芯棒3-3与内层塑料管3-10之间，枪口伸入到定径装置3-7与机头体3-4的 连接处，发泡枪3-2的输入端与发泡机1-10连接。所述定径装置3-7包括一电动机，电动 机通过链轮连接定径装置，定径装置3-7内侧固定设有定径模具3-8，定径模具3-8可以随 定径装置3-7 一起转动，所述定径模具3-8的内表面设有螺旋凹槽或凸起。所述挤出机头 包括机头体3-4、挤出机接体3-1、内芯棒3-3、口模3-12、口模芯棒3_13，所述内芯棒3_3表 面设有环形的限流坡3-5、限流槽3-6，限流坡3-5与机头体3-4之间留有间隙。它还包括 导向套3-14，所述导向套3-14固定设置在内芯棒3-3与内层塑料管3_10之间，内层塑料 管3-10可以在导向套3-14内滑动。内层塑料管在牵引机的作用下前行，发泡材料由发泡 机的发泡枪进入机头体与定径装置连接处，在外层管挤出成型的同时进行发泡，形成均勻 的发泡层3-9、外层塑料管3-11，由于定径模具上设有螺旋凹槽，外层塑料管表面为螺旋纹 结构，增强了外层管的抗压性能。所述三层内管共挤成型设备的共挤机头1-2包括机头体2-1以及位于机头体内的 螺旋体进料机构、物料混合机构以及与机头体固定连接的口模定径机构，所述螺旋体进料 机构包括内螺旋体2-6、中间螺旋体2-7、外螺旋体2-8，所述三个螺旋体依次套装设置，分 别连接三台塑料挤出机的机颈2-2、2-3、2-4 ；所述螺旋体为圆柱体结构，表面开有螺旋槽。 所述物料混合机构包括内芯棒2-9，内芯棒2-9与机头体2-1之间留有空隙，内芯棒2-9 — 端与内螺旋体2-6固定连接，另一端与定径芯棒2-11固定连接。所述口模定径机构包括口 模2-10、定径芯棒2-11、芯棒连接丝杠2-12，定径芯棒2-11设置在口模2_10内，二者之间 留有定径空间，芯棒连接丝杠2-12设置在定径芯棒2-11内，芯棒连接丝杠2-12与内芯棒
2-9固定连接，口模2-10固定连接在机头体2-1上，进料接体2-5连接在机头体2_1与中间 挤出机的机颈2-3、外层挤出机机颈2-4之间。
权利要求
1.一种多层复合塑料管材生产方法，包括以下步骤(一)3层复合内管共挤成型，(1)配料内层采用PE-RT材料，中间抗氧化层采用EVOH 与PE-RT混合材料，EVOH与PE-RT的质量比例是1 3，外层采用PE-RT材料；⑵加热共 挤采用由3台塑料挤出机组成的共挤机组，三台挤出机共用一个共挤机头，先由位于中间 的主挤出机挤出PE-RT内层，然后，由位于主挤出机一侧的一台副挤出机挤出中间层，最后 由位于另一侧的副挤出机挤出PE-RT外层，上述三层挤出，由共挤机头一次完成；(二)从共挤机头出来的三层塑料复合管坯，进入真空冷却箱，对挤出后的管坯进行定 径、先期冷却，真空压力4-6Mpa ；(三)外层管与发泡中间层共挤成型复合塑料内管进入外层管发泡共挤机头，挤出成 型表面带有螺旋花纹的PE-RT外层管以及内管与外层管之间的pu发泡材料，发泡机的发泡 枪口伸入到机头的定径装置与挤出机头连接处进行发泡。
2.根据权利要求1所述的多层复合塑料管材生产方法，其特征在于还包括绕线步骤， 该步骤在上述步骤(二)完成后进行，经冷却定径的管坯进入绕线机，采用正反两个方向进 行螺旋式绕线，在管坯表面缠绕成经线、纬线，绕线时线与管坯轴心线呈5-45度夹角；绕线 完成后的管坯，经烘箱去除冷却时残留于表面的水分，再由一台塑料包覆挤出机，在表面包 覆一层PERT材料，挤出后进入真空冷却箱，进行冷却同时定径，输出5层复合塑料管材。
3.根据权利要求1所述的多层复合塑料管材生产方法，其特征在于步骤(一)中，关 键工艺参数(1)根据生产不同规格的管材，每层挤出速度都有变化，以保证内层管壁的厚 度，三层管料的壁厚为4 2 1时，内层、中间层、外层挤出速度，依次递减，挤出机的转速 相差约30-50分/转；(2)挤出温度挤出机的出料筒的温度由内到外由165°C 180°C依 次递增，大约一区165°C，二区175°C，三区175°C，四区180°C，五区180°C;(3)机头温度，从 进料到输出定径依次为一区185°C，二区185°C，三区190°C;(4)挤出压力，内层管9Mpa，中 间层4Mpa，夕卜层5Mpa0
4.根据权利要求1所述的多层复合塑料管材生产方法，其特征在于步骤(三)中，关 键工艺参数(I)PU聚氨脂，A料罐固化剂，B料罐调节剂，1 1调和，由熔体计量泵调节计 量，控制发泡时间；( 发泡密度，由空气压缩机气体，进行气量控制来调节发泡密度；(3) 温度环境，PU发泡剂适应20-40°C之间；(4)外层挤出及定径，外层管挤出机，它与相应螺旋 机头相配合，经负压真空0. 2-0. 5Mpa之间定径。
5.一种实现如权利要求1所述多层复合塑料管材生产方法的多层复合塑料管材生产 线，其特征在于它包括三层内管共挤成型设备、外层管发泡共挤成型设备，三层内管共挤 成型设备包括三层内管共挤机组、共挤机头、真空冷却箱、烘干箱，外层管发泡共挤成型设 备包括发泡机、外层管挤出机、外层管发泡共挤机头；所述三层内管共挤机组包括三台塑 料挤出机，分别连接在共挤机头上，共挤机头的输出端连接真空冷却箱，冷却箱再连接烘干 箱，外层管挤出机、发泡机连接外层管发泡共挤机头，外层管发泡共挤机头依次连接一台真 空冷却箱、牵引机、收卷机。
6.根据权利要求5所述的多层复合塑料管材生产线，其特征在于它还包括绕线机组， 所述绕线机组设置在三层内管共挤成型设备和外层管发泡共挤成型设备之间，包括绕线 机、包覆层挤出机、包覆层挤出机头，所述绕线机连接包覆层挤出机、包覆层挤出机头。
7.根据权利要求5所述的多层复合塑料管材生产线，其特征在于所述外层管发泡共挤机头包括挤出机头、发泡枪、定径装置，发泡枪设置在挤出机头的芯棒与内层管之间，枪 口伸入到定径装置与机头体的连接处，发泡枪输入端与发泡机连接。
8.根据权利要求5所述的多层复合塑料管材生产线，其特征在于所述三层内管共挤 成型设备的共挤机头包括机头体以及位于机头体内的螺旋体进料机构、物料混合机构以及 与机头体固定连接的口模定径机构，所述螺旋体进料机构包括内螺旋体、中间螺旋体、外螺 旋体，所述三个螺旋体依次套装设置，分别连接三台塑料挤出机的机颈；所述螺旋体为圆柱 体结构，表面开有螺旋槽。
9.根据权利要求5或7所述的多层复合塑料管材生产线，其特征在于所述挤出机头 包括机头体、挤出机接体、内芯棒、口模、口模芯棒，所述内芯棒表面设有环形的限流坡、限 流槽，限流坡与机头体之间留有间隙。
10.根据权利要求5或7所述的多层复合塑料管材生产线，其特征在于它还包括导向 套，所述导向套固定设置在内芯棒与内层管之间，内层管可以在导向套内滑动。
全文摘要
本发明公开了一种多层复合塑料管材生产方法及其生产线，该生产线包括三层内管共挤成型设备、绕线机及包覆层挤出机、外层管发泡共挤成型设备，多台设备连接成生产线，实现了至少7层塑料管材的一次成型生产，采用本发明提供的生产方法，把塑料管挤出、抗氧化层添加、增强抗压性能的绕线、中间保温层发泡、抗挤压外层管挤出，在一条生产线上连续完成，实现了连续化、自动化生产，大幅度提高生产效率，降低劳动强度，以及节约大量能源。
文档编号B29C69/02GK102059799SQ20101051562
公开日2011年5月18日 申请日期2010年10月16日 优先权日2010年10月16日
发明者徐成刚 申请人:青岛亚桑机械有限公司