专利名称：用于控制塑料管定向过程的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及制造定向塑料管的工艺和装置，具体涉及通过连续工艺制造管，管至少沿圆周方向进行拉伸，最好还沿轴向拉伸，使得材料定向于拉伸方向，提高管的机械性能。
背景技术：
国际专利申请No.WO 90/02644公开了一种制造热塑料管的工艺，例如，其可加工未增塑的聚氯乙烯(PVC-U)，在圆周方向上有一定的定向，这可改进对圆周压力的抵抗力等性质，使得管非常适合于传输带有压力的水。该专利申请介绍的工艺包括(i)挤压出塑料材料管；(ii)对挤压管进行温度调整，使其达到适合膨胀的温度；(iii)通过向管施加内部压力使管的直径膨胀，通过未膨胀或膨胀的插头使该压力限于下游端，使压力保持在膨胀区；通过固定直径的插头使压力限于上游端；和(iv)冷却膨胀管，使管处于其直径膨胀的管结构。
WO 90/02644介绍的工艺，最终膨胀管的轴向拉伸数量由温度调整区上游的第一后退拉力机和膨胀区下游的第二后退拉力机的速度之比确定，直径膨胀导致的圆周拉伸数量在上面介绍的步骤(iii)进行，由最终管中壁圆周与挤出管的中壁圆周之比确定。中壁圆周是管子或挤出管正截面上的壁厚中心处的圆周。
一般地，直径拉伸比等于圆周拉伸比。在本说明中，涉及直径改变和导致的直径拉伸比改变可认为导致等同的圆周拉伸比的变化。
发明内容
本发明的目的是提供控制和调节定向塑料管生产过程及所生产的定向管性能的新方法和装置。
本发明的第一形式提供了连续生产定向塑料管的工艺，其包括步骤将管挤出至初始直径，温度调整，直径膨胀和冷却，其特征在于，所述工艺还包括调节挤出管的直径到调整直径的步骤，其位于所述挤出步骤和温度调整步骤之间，通过可变直径校准器来控制所生产定向管的圆周拉伸比。
本发明的一优选形式提出一种连续生产定向塑料管的工艺，其包括步骤将管挤出至初始直径和初始壁厚，通过可变直径校准器调节挤出管的直径到第一调整直径，温度调整，直径膨胀和冷却，使得定向塑料管具有第一圆周拉伸比，在所述挤出步骤继续时变化通过可变直径校准器设定的调整直径，使所生产的定向管具有第二圆周拉伸比。
本发明的另一优选形式提供了一种连续生产定向塑料管的工艺，其包括步骤将管挤出至初始挤出直径和初始壁厚，通过可变直径校准器调节挤出管的直径到第一调整直径，温度调整，直径膨胀和冷却，使定向管具有第一定向管直径和第一圆周拉伸比，改变挤出管直径和厚度，对可变直径校准器设定的调整直径进行补偿修正，使得生产的定向管具有第二定向管直径和所述第一圆周拉伸比。
本发明的又一形式提出一种连续生产定向塑料管的工艺，其包括步骤将管挤出至初始挤出直径，通过可变直径校准器调节挤出管的直径到操作调整直径，温度调整，直径膨胀和冷却，使定向管具有圆周拉伸比；所述工艺还包括工艺启动步骤，其中不进行所述直径膨胀步骤，通过可变直径校准器设定所述挤出管到启动调整直径，该直径大于所述操作调整直径，接下来重新设定所述可变直径校准器到所述操作调整直径。
或者，本工艺还包括调节挤出管壁厚的步骤，以便改变所述连续生产工艺生产的定向管的壁厚。
本发明的又一优选形式提供了连续生产定向塑料管的工艺，其包括步骤将管挤出至挤出直径和初始壁厚，通过可变直径校准器调节挤出管的直径到调整直径，温度调整，直径膨胀和冷却，使定向管具有第一圆周拉伸比和第一壁厚的，改变挤出管初始壁厚和对可变直径校准器设定的调整直径进行补偿修正，使得生产的定向管具有第二壁厚和所述第一圆周拉伸比。
本发明的第二形式提供了一种生产定向塑料管的生产线，其包括将管挤出到初始挤出直径的挤出机，用于挤出到调整直径后调节所述管直径的可变直径校准器，使所述管达到适合的膨胀温度的温度调整装置，使得调整直径管直径膨胀的膨胀装置，和使所述管处于其直径膨胀结构的冷却装置。
下面将参考附图介绍本发明的其他优选实施例，附图中图1示意性地显示了根据本发明的实施例的生产定向塑料管的生产线；图2A是图l生产线操作的第一启动步骤的示意图；图2B是生产线操作的第二启动步骤的示意图；图2C是生产线操作的第三和最后启动步骤的示意图；图3A和3B示意性地显示了图1生产线的调节，改变了所生产的定向管的直径或壁厚。
具体实施例方式
附图示意性地显示了连续(即在线)，其相对于批量(即脱线)，生产定向厚壁塑料管的生产线，其中当管沿生产线前进时，管经受挤压，温度调整，直径膨胀和冷却等步骤。
参考图1，通过挤出机12连续生产具有挤出直径和壁厚的塑料管10。挤出管然后通过可变直径校准装置，如可变直径调节套13，在初级冷却罐14重新设定为初始调整直径。在本发明的操作中，该调整直径在初步冷却期间设定了挤出管直径，这成为确定所述管圆周拉伸的起始点。
管10通过第一后退拉力机16从挤出机拉出。
管10然后进入温度调整区18，管在其中接触热传输介质，比如水，在管壁上形成特定的温度分布。原理上，管壁后来进行的直径膨胀使得聚合物分子沿圆周方向定向。然后管进入膨胀区20，通过辅助管22位于一对保持在管内部的插头24和26之间，辅助管22通过挤出机头连接到推力限制件(未显示)。
第一插头24，相对管10的移动方向的上游插头，其尺寸适合紧密配合未膨胀的管10。一系列控制轮25围绕管的圆周，推动管紧密地位于插头24上，形成足够密封以保持膨胀区的压力。
或者，控制轮25可受驱动指示管进入膨胀区的速度。
下游插头26能够膨胀，故其直径可从未膨胀状态变化到膨胀状态，以便启动该工艺过程，如下面参考图2A到图2C所介绍的。膨胀程度可进行控制以调节膨胀管的直径，如下面参考图3A和图3B所作介绍。
在稳定的工艺操作状态下，插头26可进行足够膨胀，以保持膨胀区的压力，同时允许一些膨胀流体流过插头，润滑移动的管内部的插头。辅助管22具有一对内管，可以是同心管，一个继续前进运输膨胀液体，如空气，到下游插头26；另一个提供膨胀流体，最好是热水，到上游插头，然后通过出口27进入膨胀区。
位于两个插头之间的管10由于存在内压和没有外部拘束，因而受到径向膨胀。朝着膨胀区的下游端设置了调整套28或其他调整装置，和冷却罐30，以设定膨胀管32最后的外部直径。然后是最后的后退拉力机34，其设置成具有比第一后退拉力机16高的速度；以及切割装置(未显示)。
管在整个生产线上的平均轴向拉伸由第一和最后后退拉力机速度的比来确定。轴向拉伸可以在膨胀区和预膨胀区进行，预膨胀区位于第一后退拉力机16和驱动轮25之间。基本上膨胀区以后没有轴向拉伸，因为管已经被冷却。因此，任何时候在膨胀区和预膨胀区进行的轴向拉伸的总量等于第一和最后拉力机之间的后退比，因此是个常数。
最后的定向管的平均壁厚可通过控制最后后退拉力机34的速度来控制。
对管进行的圆周拉伸的平均程度由最后定向管32的中壁直径与未膨胀管10的中壁直径的比来确定。本发明已经发现，起始点不是现有技术所相信的初始挤压得到的中壁直径，而是初始校准的直径。通过在初始冷却器14之前调节挤压管的校准直径，可以调节最后产品的圆周拉伸比。
已经知道这种类型的可变直径校准器适合用于挤压生产线，用于对生产非定向塑料管的最后直径的控制，通常能够对管的校准直径进行几个百分比的改变，其取决于管所用材料。可变直径校准器在欧洲专利EP 1048 434和国际专利申请96/36475给出介绍。涉及的第一个校准器可从德国的ConPro GmbH买到。一般地，这种校准器限于很小的调节范围，适合用于磨损和收缩补偿。适合于尺寸调整较大变化的不可能不产生难接受的外圆周变形。但是，用于大直径改变的可变直径校准器可用于本发明的定向工艺，即使存在某些形状变形，因为初始校准管将进行膨胀和尺寸调整，达到其最后膨胀尺寸。
本发明在工艺操作上的另外优点可从图2A到图2C清楚了解，其示意性地显示了图1生产线的优选启动程序。
图2A显示了生产线的启动程序的第一步，其中挤出机头启动，但未进行直径膨胀。在这个步骤，下游膨胀插头36收缩到最小直径。可变直径校准器13调节到可生产出直径足够大的调整管，以便管可容易地通过上游插头和收缩的下游插头。控制轮25向外移动其操作位置，为较大直径的校准挤压管提供间隙，以便通过上游插头24。一旦管的前端通过膨胀区，下游的后退拉力机34可进行接合帮助管沿生产线拉出。
图2B显示出启动程序的下一步，其中，可变直径校准器的直径减少到操作直径，使得挤出管通过时接触上游插头。控制轮25移动到其操作位置，推动管保持与上游插头24密封，如上面图1所介绍的。
下游插头26然后逐渐膨胀到其操作压力和直径(图2C)。
通过以这种方式应用可变直径校准器于生产线的启动程序，挤出和校准管的前端可以输送通过膨胀区插头24，26，摩擦接合不存在或很小，直到下游后退拉力机34可接合管进行帮助。该启动程序还可减少下游插头的磨损或损坏的危险，否则其可能在启动阶段产生。
图3A和图3B显示了本发明用于生产线操作时使产生的定向管的外径和/或壁厚变化。
图3A示意性地显示了操作生产线生产出具有第一外径和壁厚的定向管。
膨胀管的圆周拉伸比是在校准器13的管的中壁圆周与膨胀后的最后管的中壁圆周的比，如上面所讨论的，基本上等于对应的中壁直径的比。
图3B显示出生产线调整到可生产较大直径的管，不需改变圆周拉伸比。对图3A和3B显示的直径变化进行放大以更好的显示。
变化直径可通过调节可变直径校准器13的直径正比于增加的膨胀直径，无需改变挤出直径。因此，对于一般的圆周拉伸比2∶1，管最后直径增加10毫米将要求通过可变直径校准器设定的调整直径增加5毫米。
为了改变最后管直径，工艺操作期间，最终调整套28可用不同直径的调整套来代替。如果需要的话，类似地，上游和下游插头可用不同直径插头代替。必要时，可断开膨胀区20的上游的管，以取出和更换部件，无需关断挤出机。上游和下游后退拉力机16，34的速度可相对挤出速度进行调节，可控制最终产品的壁厚度。本发明因此允许在生产线继续操作时通过改变校准器的直径进行直径的调整，只是直径变换期间简短地生产中断，无需中断数小时，关断挤出机。
在图3A和图3B未显示的变化中，该工艺还可以对运动进行调节，以影响生产的定向管的等级(壁厚)，同时使得最终外径和圆周拉伸比不变。在这个实施例中，壁厚的改变将改变膨胀管的中壁直径，即使外径是不改变的。为了补偿这个变化，可变直径校准器13的直径进行调节以保持校准器的中壁直径正比于最终中壁直径。
例如，最终产品管的壁厚增加4毫米将使中壁直径减少4毫米。为保持圆周拉伸比为2∶1，可调节可变直径校准器13减少未膨胀管的调整直径2毫米。尽管进入膨胀区的管的内径进行了组合调节，调整直径管和上游膨胀插头24表面的密封件之间的密封得到保持，因为挤出管在膨胀区上游的直径拉伸变小，并拉伸超过插头24。此外，挤出管被控制轮25推到插头上。
应当理解，尽管参考使用可膨胀插头的膨胀装置的生产线对本发明的实施例进行了介绍，但本发明的优越性可用于实心心轴(固定型或可变直径型)或其他直径膨胀装置，本发明还可应用于这种的工艺。
在本说明中，动词“包括”应当理解为具有“开放”意义，即具有“部分包括”的意义，因此不限于其“封闭”意义，即“只由....组成”的意义。相应的意义还包括相应的词，即出现的该动词的各种变格。
尽管已经介绍了本发明的特定实施例，对于所属领域的技术人员很明显，本发明可以其他特定形式来实施，这未脱离其基本特征。本发明的实施例和示例因此应认为完全是示例性的而不是限制性的，本发明的范围由所附权利要求来限定，而不是由前面的介绍来限定，未脱离权利要求等同体的含义和范围的所有变化应属于其中。还应当理解本文对已知现有技术的参考不能认为是一种承认，除非有相反表示，这些现有技术是所属领域的技术人员共知的技术。
权利要求
1.一种连续生产定向塑料管的工艺，其包括步骤将管挤出至初始直径，温度调整，直径膨胀和冷却，其特征在于，所述工艺还包括调节挤出管的直径到调整直径的步骤，其位于所述挤出步骤和温度调整步骤之间，通过可变直径校准器来控制所生产定向管的圆周拉伸比。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述直径膨胀步骤包括在膨胀区施加内压到所述管。
3.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于，所述内压限于下游端，通过可膨胀的插头以保持所述膨胀区的压力。
4.根据权利要求3所述的工艺，其特征在于，所述内压限于上游端，通过上游插头来实现。
5.一种连续生产定向塑料管的工艺，其包括步骤将管挤出至初始直径和初始壁厚，通过可变直径校准器调节挤出管的直径到第一调整直径，温度调整，直径膨胀和冷却，使得定向管具有第一圆周拉伸比，在所述挤出步骤继续时改变通过可变直径校准器得到的调整直径，使所生产的定向管具有第二圆周拉伸比。
6.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于，还包括调节挤出管初始壁厚的步骤，以便改变所述连续工艺生产的定向管的壁厚。
7.根据权利要求6所述的工艺，其特征在于，所述调节初始壁厚的步骤包括改变所述挤出管的上游后退速度，所述调节定向管壁厚的步骤包括改变所述挤出管的下游后退速度。
8.一种连续生产定向塑料管的工艺，其包括步骤将管挤出至初始直径和初始壁厚，通过可变直径校准器调节挤出管的直径到调整直径，温度调整，直径膨胀和冷却，使定向管具有第一圆周拉伸比和第一壁厚，改变挤出管初始壁厚和对可变直径校准器设定的调整直径进行补偿修正，使得生产的定向管具有第二壁厚和第一圆周拉伸比。
9.根据权利要求8所述的工艺，其特征在于，所述调节初始壁厚的步骤包括改变所述挤出管的上游后退速度，所述调节定向管壁厚的步骤包括改变所述定向管的下游后退速度。
10.一种连续生产定向塑料管的工艺，其包括步骤将管挤出至初始直径和初始壁厚，通过可变直径校准器调节挤出管的直径到第一调整直径，温度调整，直径膨胀和冷却，以形成具有第一定向管直径和第一圆周拉伸比的定向管，改变定向管直径和厚度并对可变直径校准器设定的调整直径进行补偿修正，以便生产出具有第二定向管直径和第一圆周拉伸比的定向管。
11.根据权利要求10所述的工艺，其特征在于，所述工艺还包括调节挤出管初始壁厚的步骤。
12.根据权利要求10所述的工艺，其特征在于，所述工艺还包括保持连续挤出所述管到所述初始挤出直径的步骤，同时进行所述定向管直径和调整直径的变化。
13.根据权利要求10所述的工艺，其特征在于，所述变化定向管直径的步骤包括在所述挤出步骤继续时更换下游管校准装置。
14.根据权利要求13所述的工艺，其特征在于，所述改变初始管直径的步骤还包括更换直径膨胀插头，使管直径膨胀。
15.一种连续生产定向塑料管的工艺，其包括步骤将管挤出至初始挤出直径，通过可变直径校准器调节挤出管的直径到操作调整直径，温度调整，直径膨胀和冷却，以生产出具有圆周拉伸比的定向管；所述工艺还包括工艺启动步骤，其不进行所述直径膨胀步骤，通过可变直径校准器设定所述挤出管到启动调整直径，该直径大于所述操作调整直径，接下来重新设定所述可变直径校准器到操作调整直径。
16.根据权利要求15所述的工艺，其特征在于，所述直径膨胀步骤包括在膨胀区内向所述管施加内部压力，其限于下游端，通过膨胀插头以保持膨胀区内的压力，在所述启动步骤，所述膨胀插头处于未膨胀状态，所述启动调整直径足够大，使管可通过未膨胀状态下的所述膨胀插头。
17.根据权利要求16所述的工艺，其特征在于，所述重新设定可变直径校准器到所述操作调整直径的步骤之后，使所述膨胀插头膨胀，引起所述管直径膨胀。
18.一种生产定向塑料管的生产线，其包括将管挤出到初始挤出直径的挤出机，用于挤出到调整直径后调节所述管直径的可变直径校准器，使所述管达到适合的膨胀温度的温度调整装置，使得调整直径管直径膨胀的膨胀装置，和使所述管处于其直径膨胀结构的冷却装置。
全文摘要
公开了一种连续生产定向塑料管的工艺，其包括步骤将管(12)挤出至初始直径，温度调整(18)，直径膨胀(20)和冷却(30)，其特征在于，调节挤出管的直径到调整直径的步骤，其位于所述挤出步骤和温度调整步骤之间，通过可变直径校准器(13)控制圆周拉伸比。还公开了用于实现本发明的生产线。此外，本发明的实施例包括调节挤出壁厚度和补偿调节调整直径，以便在拉伸比无变化的条件下改变最终壁厚；包括改变最终产品直径的工艺和该工艺的启动程序。
文档编号B29L23/00GK1798646SQ200480015426
公开日2006年7月5日 申请日期2004年4月8日 优先权日2003年4月8日
发明者P·G·查普曼, J·V·亨伍德, G·马科瓦滋, J·贾文克拉 申请人:温尼德斯有限公司, 尤波诺尔创新公司