专利名称：：双向拉伸聚氯乙烯管材连续生产工艺的制作方法
技术领域：
：本发明属于高分子材料加工工艺，尤其是一种聚氯乙烯管材加工的工艺。
背景技术：
：PVC-U管道系统已经有近70年的发展历史，因其具有高模量、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。但是由于PVC-U管道存在脆性上的弱点，降低了管道的使用安全性能，所以在给水管道应用环境一直釆用较高的设计安全系数值(2.5)，同样公称压力的管材壁厚要厚一些，原料成本相对高一些。该技术方案涉及的双向拉伸聚氯乙烯管材最早是英国的YorkshirelmperialPlastics在70年代领先开发的(英文简称PVC-0),后来有澳大利亚Vinidex,美国Uponor-ETI，荷兰Polva和法国Seperef生产。早期采用的都是"离线"加工工艺，是把挤出成型和已经冷却的PVC-U管材段在模具内通过加热和加压膨胀到要求尺寸来实现取向，但是离线加工工艺生产速度低，设备投资高，很难推广。后来开发出在挤出加工过程中"在线"进行取向，连续生产双向拉伸聚氯乙烯管材的生产工艺，近年国内已经有一些科研院所和大企业集团在探索开发。从专利和文献上了解，一般都是先轴向拉伸，定型冷却后再加热到玻璃化温度以上进行径向拉伸，对设备的要求都很苛刻，而且现有技术装备连续生产的稳定性差，基本上处于试验室阶段，有些专利的实用性不强。
发明内容本发明的目的在于提供一种能够连续稳定生产的自增强增軔的管材生产技术方案。本发明所采用的技术方案是双向拉伸聚氯乙烯管材连续生产工艺，步骤为1)混成熟料按照投料顺序将各种原辅料投入混料机，高速混合到温度约115—125°C，转速为900—1600rpm,然后进行低速冷拌到40—45°C,经搅拌并冷却后的混配料成为熟料，熟料在储料罐内放置18_24小时；2)塑化成熔融料经挤出机塑化，经过机头分流，定型，成为粘流态的圆简状料坯，挤出工艺进料段温度设定为180—19(TC，塑化段设定为170—18(TC，计量段设定为160—17(TC,定型工艺段机头设定温度为180—19(TC;3)冷却料坯进入冷却模具，将料坯冷却至接近玻璃态，机头设定温度为85—110。C;4)拉伸冷却的料坯进入径向扩张模具进行径向拉伸，径向拉伸后的料坯进入径向拉伸稳定段，在牵引作用下进行轴向拉伸；5)定型双向拉伸后的料坯在真空定型槽中进行定型冷却，制成半成品；6)成型将管材一端加热，扩口，制成成品。双向拉伸聚氯乙烯管材连续生产工艺，其生产机头的主要参数为1)机头压缩比为20—50;2)分流梭的扩张角为60—90°;3)收缩角小于扩张角，为40—80°;4)熔融料坯平直段长度为平直段模腔间隙的10倍；5)料坯平直冷却段的长度为平直段模腔间隙的60—80倍；6)料坯径向拉伸段为一圆锥扩张面和一个较长的芯模，圆锥扩张面任意截面的模腔面积相等；径向拉伸段高度值为介于平直段模腔内径数值和稳定段模腔内径数值之间；径向拉伸段扩张角为90—150°;径向拉伸比为1.8—2.7;7)径向拉伸料坯稳定段芯模外径为所生产管材外径的1.01—1.18倍，芯模长度为管材外径的0.6—1.2倍，外模长度为管材壁厚的3—8倍；模腔间隙为所生产管材壁厚的1.2—1.5倍。挤出机头分流定型为料坯分为分流段和平直段，冷却至玻璃态为平直冷却段，拉伸分为径向扩张段和径向扩张稳定段。扩口加热釆用电磁加热器对管材从外侧和内侧进行传导加热。在传统硬质聚氯乙烯管材配方和生产技术基础上，改变现有技术中厚料坯先冷却，后加热，再冷却的传统思路，使塑化成型的粘流态的料坯，均匀冷却到接近玻璃态，然后直接进行径向和轴向拉伸，再经冷却定型得到自增强增韧的管材。减少了对管材重新进行加热的环节，从工序上和能源利用上都具有非常好的技术优势，达到了简化和节能的目的。同时采纳了使用模具精确控制生产工艺的技术方案，使接近玻璃态的料坯的径向拉伸能够做到精确控制温度，精确控制拉伸比例，精确控制拉伸速度，产品质量过程控制能力得到有效的提高，产品质量稳定可靠。采用了特殊结构的电磁加热器对管材从外侧和内侧进行加热，能够精确的控制扩口加热过程，提高了产品质量和成品率。与现有技术相比，本发明的优点是按照本工艺生产的双向拉伸聚氯乙烯管材具备优良的物理机械性能，双向拉伸聚氯乙烯管材环向爆破应力提高了很多，抗压能力得到了很大提高；在落锤冲击试验中，双向拉伸聚氯乙烯管材抗冲击能力得到了增强。PVC-O管材试样l试样2试样3管材外径mm90.2190.1890.23管材最小壁厚mm2.812.822.846<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>具体实施例方式双向拉伸聚氯乙烯管材连续生产工艺，步骤为1)混成熟料按照投料顺序将各种原辅料投入混料机，高速混合到温度约115—125。C，转速为900—1600rpm,然后进行低速冷拌到40—45。C，经搅拌并冷却后的混配料成为熟料，熟料在储料罐内放置18—24小时；2)塑化成熔融料经挤出机塑化，经过机头分流，定型，成为粘流态的圆筒状料坯，挤出工艺进料段温度设定为180—190。C,塑化段设定为170—18(TC,计量段设定为160—17(TC，定型工艺段机头设定温度为180—19(TC;3)冷却料坯进入冷却模具，将料坯冷却至接近玻璃态，机头设定温度为85—ll(TC;4)拉伸冷却的料坯进入径向扩张模具进行径向拉伸，径向拉伸后的料坯进入径向拉伸稳定段，在牵引作用下进行轴向拉伸；5)定型双向拉伸后的料坯在真空定型槽中进行定型冷却，制成半成品；6)成型将管材一端加热，扩口，制成成品。双向拉伸聚氯乙烯管材连续生产工艺，其生产机头的主要参数为1)机头压缩比为20—50;2)分流梭的扩张角为60—90°;3)收缩角小于扩张角，为40—80。；4)熔融料坯平直段长度为平直段模腔间隙的10倍；5)料坯平直冷却段的长度为平直段模腔间隙的60—80倍；6)料坯径向拉伸段为一圆锥扩张面和一个较长的芯模，圆锥扩张面任意截面的模腔面积相等；径向拉伸段高度值为介于平直段模腔内径数值和稳定段模腔内径数值之间；径向拉伸段扩张角为90—150°;径向拉伸比为1.8—2.7;7)径向拉伸料坯稳定段芯模外径为所生产管材外径的1.01—1.18倍，芯模长度为管材外径的0.6—1.2倍，外模长度为管材壁厚的3—8倍；模腔间隙为所生产管材壁厚的1.2—1.5倍。挤出机头分流定型为料坯分为分流段和平直段，冷却至玻璃态为平直冷却段，拉伸分为径向扩张段和径向扩张稳定段。扩口加热釆用电磁加热器对管材从外侧和内侧进行传导加热。很多高分子聚合物通过分子取向能够沿分子排列方向显著增加强度和軔性，聚氯乙烯也不例外。理论上分析认为，当塑料在接近坡璃态时进行拉伸，在取向方向能够达到良好的强度和軔性。对于聚氯乙烯，其粘流态温度约为175—185'C，玻璃态温度约为85—11(TC。本发明的技术要点就在于将粘流态的料坯冷却到接近玻璃态，然后进行先径向拉伸后轴向牵引得到外径尺寸合适的增强增韧料坯，再进一步冷却定型得到外观和几何尺寸满足要求的管材。实验证明，经过先径向后轴向拉伸，管材径向承压能力比传统工艺有了显著增加，体现了本技术方案的先进性。其工艺路线如下1)配料按照聚氯乙烯管材加工要求进行配料，原辅料主要包括聚氯乙烯树脂、增塑剂、固体填料、稳定剂、内润滑剂、改性剂、外润滑剂等几大类；2)混成熟料按照投料顺序将各种原辅料投入混炼机，高速混合到温度约115—125°C，转速为900—1600rpm,然后进行低速冷拌到40—45。C,经搅拌并冷却后的混配料成为熟料，熟料在储料罐内放置18—24小时成为可以加工的原料。3)使用挤出机塑化成熔融料挤出塑化采用双螺杆挤出机。在挤出工艺温度控制上，进料段第一区温度在挤出机各区的加热温度中最高，以后各区温度逐步降低，这可以使物料在进料段就得到高温加热，加速了物料的塑化。进料段温度设定为180—19(TC,塑化段设定为170—18(TC,计量段设定为160—170。C。4)使用机头定型为熔融料坯熔融料经过机头分流，定型，成为粘流态的圆简状料坯，已经具备管材的雏形。机头设定温度为180—19(TC。这个过程中，由于机头中必须存在支撑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。熔接痕的缓解主要依赖于熔料保持熔融状态和合适的分流支架设计。3)冷却料坯进入冷却模具，将料坯冷却至接近玻璃态，机头设定温度为85—110。C;5)拉伸冷却的料坯进入径向扩张模具进行径向拉伸，径向拉伸后的料坯进入径向拉伸稳定段，在牵引作用下进行轴向拉伸；6)定型双向拉伸后的料坯在真空定型槽中进行定型冷却，制成半成品；7)成型将管材一端加热，扩口，制成成品。机头的设计引入了专用模具的生产技术方案，机头分为分流段、平直段、平直冷却段、径向扩张段和径向扩张稳定段。物料从挤出机挤出，经过合流锥后，熔料处于"活塞流"，然后经过分流梭进行分流，经过口模和芯棒的定型，成为圆筒状熔融料坯。圆简状熔融料坯在平直冷却段冷却到接近玻璃态，然后在机头径向扩张段被径向拉伸，在径向拉伸稳定段被轴向拉伸，得到径向和轴向均被拉伸的接近坡璃态管状料坯。1)机头压缩比釆取较高值，取值为20—50;2)分流梭的扩张角是设计中的一个重要参数，一般扩张角为60—90°,扩张角太大，料流阻力大，反之会造成料流时间过长。3)收縮角小于扩张角，取值为40—80。。4)平直段的尺寸与专用模具"平直冷却段"相对应。5)平直段较短，长度为平直段模腔间隙的IO倍。6)硬质聚氯乙烯管材在接近玻璃态径向拉伸比1.8—2.7能够达到较好的增强增韧效果。径向拉伸比的取值需根据原料配方决定的材料玻璃化温度的不同而有所不同，一般玻璃化温度低的管材配方可以釆用较高的径向拉伸比，反之，需要釆用低拉伸比。7)熔融料坯通过专用模具进行冷却和径向拉伸。具体工艺是通过导热油控制专用模具外模和芯模的温度，专用模具的进口尺寸与上一阶段模头出口尺寸完全配合，料坯经过一段平直段冷却后，温度逐渐降到接近玻璃态温度区域，这时料坯进入一迫使料坯进行径向拉伸的区域，料坯在接近玻璃态温度条件下进行径向拉伸。经过径向拉伸的料坯进入一段稳定径向拉伸效果的平直段，然后离开专用模具出口，在牵引机的作用下被轴向拉伸，形成了先径向拉伸，后轴向拉伸的管材料坯。料坯进入定径套进行真空定型冷却，就生产出了径向和轴向都得到增强的管材。8)平直冷却段的长度为平直段模腔间隙的60—80倍。9)径向拉伸段为一圆锥扩张面和一个较长的芯模，圆锥扩张面任意截面的模腔面积相等；径向拉伸段高度值为介于平直短模腔内径数值和稳定段模腔内径数值之间；径向拉伸段扩张角为90_150°;径向拉伸比为1.8—2.7;10)稳定段芯模外径为所生产管材外径的1.01—1.18倍，芯模长度为管材外径的0.6—1.2倍，外模长度为管材壁厚的3—8倍。模腔间隙为所生产管材壁厚的1.2—1.5倍。加热模具分为内加热和外加热两部分，分别从外部和内部对管材进行电磁加热。内加热采用内撑模芯，管材通过传递装置插入内撑模芯，哈夫式电磁加热炉夹紧管材，通电，从管材内部和外部同时加热。管材扩口端加热到接近玻璃态，达到扩口要求，迅速从加热装置中抽出，插入扩口模具进行扩口，然后冷却得到符合要求的扩口管材。权利要求1、双向拉伸聚氯乙烯管材连续生产工艺，其特征在于步骤为1)混成熟料按照投料顺序将各种原辅料投入混料机，高速混合到温度约115-125℃，转速为900-1600rpm，然后进行低速冷拌到40-45℃，经搅拌并冷却后的混配料成为熟料，熟料在储料罐内放置18-24小时；2)塑化成熔融料经挤出机塑化，经过机头分流，定型，成为粘流态的圆筒状料坯，挤出工艺进料段温度设定为180-190℃，塑化段设定为170-180℃，计量段设定为160-170℃，定型工艺段机头设定温度为180-190℃；3)冷却料坯进入冷却模具，将料坯冷却至接近玻璃态，机头设定温度为85-110℃；4)拉伸冷却的料坯进入径向扩张模具进行径向拉伸，径向拉伸后的料坯进入径向拉伸稳定段，在牵引作用下进行轴向拉伸；5)定型双向拉伸后的料坯在真空定型槽中进行定型冷却，制成半成品；6)成型将管材一端加热，扩口，制成成品。2、根据权利要求l所述的双向拉伸聚氯乙烯管材连续生产工艺，其特征在于其生产机头的主要参数为1)机头压缩比为20—50;2)分流梭的扩张角为60_90°;3)收缩角小于扩张角，为40—80°;4)熔融料坯平直段长度为平直段模腔间隙的10倍；5)料坯平直冷却段的长度为平直段模腔间隙的60—80倍；6)料坯径向拉伸段为一圆锥扩张面和一个较长的芯模，圆锥扩张面任意截面的模腔面积相等；径向拉伸段高度值为介于平直段模腔内径数值和稳定段模腔内径数值之间；径向拉伸段扩张角为90—150°;径向拉伸比为1.8—2.7;7)径向拉伸料坯稳定段芯模外径为所生产管材外径的L01—1.18倍，芯模长度为管材外径的0.6—1.2倍，外模长度为管材壁厚的3—8倍；模腔间隙为所生产管材壁厚的1.2—1.5倍。3、根据权利要求l所述的双向拉伸聚氯乙烯管材连续生产工艺，其特征在于挤出机头分流定型为料坯分为分流段和平直段，冷却至玻璃态为平直冷却段,拉伸分为径向扩张段和径向扩张稳定段。4、根据权利要求l所述的双向拉伸聚氯乙烯管材连续生产工艺，其特征在于扩口加热采用电磁加热器对管材从外侧和内侧进行传导加热。全文摘要本发明公开了双向拉伸聚氯乙烯管材连续生产工艺，按照聚氯乙烯管材加工要求进行配料，原辅料按顺序在混料机中混成熟料，经挤出机塑化，在机头中定型为熔融的管状料坯，进入冷却段，料坯冷却至接近玻璃态，接着进入径向扩张段进行径向拉伸，在牵引机牵引作用下进行轴向拉伸，得到径向和轴向增韧增强的管坯，管坯径冷却定型得到半成品，半成品经扩口得到成品，本工艺具有生产的管材抗压、抗冲击性能好，物理机械性能优良等优点。文档编号B29C55/00GK101537712SQ20091002030公开日2009年9月23日申请日期2009年4月7日优先权日2009年4月7日发明者胡宗义申请人:山东陆宇塑胶工业有限公司