專利名稱：制備雙軸取向塑料管材的工藝方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于聚合物成型加工領(lǐng)域，具體涉及一種內(nèi)壓擴(kuò)脹制備雙軸取向塑 料管材的工藝方法及裝置。
背景技術(shù)：
高分子材料的大分子鏈在一定溫度和外應(yīng)力場作用下會產(chǎn)生有序排列，獲 得取向結(jié)構(gòu)，使材料在取向方向上的力學(xué)性能大幅度提高，實現(xiàn)材料的自增強(qiáng)。 在相同外徑和承壓能力下，自增強(qiáng)管管壁更薄，可有效地節(jié)省原材料。目前報 道的制備自增強(qiáng)管是采用模頭拉伸等取向技術(shù)得到雙軸取向的塑料管，如專
利03117548.1公開了一種制造雙軸取向塑料管材的裝置，該裝置由擠出機(jī)、機(jī) 頭、恒溫器、支撐桿、擴(kuò)脹體、壓光輥、噴淋器和牽引機(jī)構(gòu)組成，擠出機(jī)機(jī)頭 體內(nèi)設(shè)芯棒，管材由擠出機(jī)連續(xù)成型擠出并受牽引裝置作用實現(xiàn)軸向拉伸取向， 再經(jīng)二次加熱，由旋轉(zhuǎn)芯榨帶動，j性擴(kuò)脹體實現(xiàn)徑向擴(kuò)脹，獲得雙軸取向性 能管材，該方法采用剛性擴(kuò)脹體擴(kuò)管，由于旋轉(zhuǎn)的剛性擴(kuò)脹體對管坯施加的力 沿剛體表面切線方向，而不能直接施加環(huán)向和軸向力，因此管材的環(huán)向性能與 軸向性能提高有限，而且兩方向擴(kuò)脹取向后增強(qiáng)性能相近，這與管子在承受內(nèi) 壓時的實際應(yīng)力狀況不匹配(一般環(huán)向應(yīng)力大于軸向應(yīng)力)，因此用模頭拉伸法 有一定的局限性。另夕卜在其月干l) Plastic and rubber processing and application中文獻(xiàn) New technology for in line manufacturing of biaxial oriented PVC pipes手艮道了咼壓 水成型法，利用高壓水直接擴(kuò)脹高彈態(tài)下的管坯實現(xiàn)徑向擴(kuò)脹。該方法可以直 接向管坯施加環(huán)向力，通過環(huán)向取向來提高環(huán)向力學(xué)性能。但是，該方法直接 用高壓水注入高彈態(tài)管坯內(nèi)，不僅存在高壓水流通和密封等問題，而且擴(kuò)脹均 勻性較難控制，裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種制備雙軸取向塑料管材的工藝方法及裝置，實現(xiàn)對管材的 柔性擴(kuò)脹，擴(kuò)充后的管材雙向性能都有較大提高，而且環(huán)向性能優(yōu)于軸向性能， 且該方法簡單，易于工業(yè)化實現(xiàn)；該裝置可以實現(xiàn)管材的連續(xù)柔性擴(kuò)脹，擴(kuò)脹 均勻易控制，且結(jié)構(gòu)簡單。
本發(fā)明提供的雙軸取向塑料管材的工藝方法將管坯加熱到高彈態(tài)，由牽 引機(jī)對管坯軸向拉伸取向，然后對管坯進(jìn)行徑向擴(kuò)脹，徑向擴(kuò)脹取向方法是 高彈態(tài)管坯內(nèi)置一個密閉軟囊?guī)Ч?，高彈態(tài)管坯連同囊?guī)Ч芤徊⑦M(jìn)入定徑模具 的擴(kuò)脹位，并使囊?guī)Ч艿挠行U(kuò)脹長度在模具擴(kuò)脹位長度范圍內(nèi)，囊?guī)Ч艿闹?徑等于擴(kuò)后管材的直徑，向囊?guī)Ч苤凶⑷肓黧w使囊?guī)Ч芘蛎浀阶畲笾睆?，間接 地徑向擴(kuò)脹高彈態(tài)的管坯，在定徑模具內(nèi)實現(xiàn)環(huán)向取向，完成徑向擴(kuò)脹過程后， 將囊?guī)Ч苤械牧黧w卸壓，并將擴(kuò)脹管冷卻定徑，得到雙軸取向管材。
本發(fā)明的方法中，對管坯軸向拉伸取向采用通常的牽引拉伸方法，即使用 兩臺牽引機(jī)，采用不同的牽引速度，實現(xiàn)對兩臺牽引機(jī)間夾持的管坯的拉伸， 在前的牽引機(jī)與在后的牽引機(jī)的速比為1.1: 1 3.0: 1。
本發(fā)明的方法中，注入軟囊?guī)Ч艿牧黧w是氣體或液體，.壓力在0.2-6.0MPa。
本發(fā)明的方法中，通過更換不同管徑的軟囊?guī)Ч?，調(diào)節(jié)定徑模具，可以生 產(chǎn)多種規(guī)格的擴(kuò)脹取向塑料管材，實現(xiàn)1.2-3.0的擴(kuò)脹比。
本發(fā)明進(jìn)一步實現(xiàn)連續(xù)擴(kuò)脹的方法，牽引高彈態(tài)管坯的被擴(kuò)段進(jìn)入定徑模 具的初始擴(kuò)脹位，套在預(yù)置于初始擴(kuò)脹位的囊?guī)Ч芡?，向囊?guī)Ч苤凶⑷肓黧w， 使囊?guī)Ч芘蛎浀阶畲笾睆剑_始徑向擴(kuò)脹過程，擴(kuò)脹過程中保持定徑模具、管 坯同速同步運動，并使膨脹的囊?guī)Ч鼙３謮毫愣?，使之依靠與管坯內(nèi)壁的靜 摩擦力實現(xiàn)與管坯、定徑模具的同步運動，三者之間相對靜止，完成一個擴(kuò)脹保壓行程，被擴(kuò)管段徑向擴(kuò)脹完成，將定徑模具打開，將囊?guī)Ч苤械牧黧w卸壓， 囊?guī)Ч芘c管坯內(nèi)壁的靜摩擦力瞬間降為0，囊?guī)Ч苡苫爻萄b置控制迅速返回到定 徑模具的初始擴(kuò)脹位，同時定徑模具亦返回到初始擴(kuò)脹位，對進(jìn)入初始擴(kuò)脹位 的下一被擴(kuò)管段連續(xù)進(jìn)行下一周期的擴(kuò)脹，第二牽引機(jī)將擴(kuò)后的管坯送入冷卻 裝置進(jìn)行冷卻定型，連續(xù)制備雙軸取向管材。
本發(fā)明連續(xù)擴(kuò)脹的方法中，擴(kuò)脹保壓行程可以根據(jù)囊?guī)Ч艿膯未斡行U(kuò)脹 長度調(diào)節(jié)，保壓行程的長度小于囊?guī)Ч苡行U(kuò)脹長度以使連續(xù)兩次擴(kuò)脹段部分 重疊，實現(xiàn)連續(xù)擴(kuò)脹無接痕，得到連續(xù)雙軸取向管。
本發(fā)明提供的連續(xù)制備雙軸向取向塑料管材的裝置包括回程控制裝置， 第一牽引機(jī)，加熱裝置，擴(kuò)脹定徑裝置，冷卻裝置，第二牽引機(jī)，其中擴(kuò)脹定 徑裝置，由內(nèi)而外依次裝有流體注入桿、囊?guī)Ч堋⒍◤侥＞?，其中囊?guī)Ч芄潭?套裝在流體注入桿上，回程控制裝置與流體注入桿連接，流體注入桿上有流體 注入口和卸壓口，定徑模具由電機(jī)驅(qū)動控制。
本發(fā)明裝置中，軟囊?guī)Ч苁强梢员３謿怏w或液體密封的柔性袋或柔性軟管，
具有耐溫20-200°C、耐壓0.2-6.0MPa、耐磨、柔軟等特性。如尼龍布帶管， 合成纖維、碳纖維、金屬絲加強(qiáng)的復(fù)合材料制備的軟帶管等，囊?guī)Ч艿慕Y(jié)構(gòu)為 膨脹后中間管狀，兩端錐狀或半球狀均勻縮口，以保證膨脹時囊?guī)Ч芘c管坯同 軸，擴(kuò)脹均勻。
本發(fā)明的裝置中，所述的加熱裝置可以采用電加熱、紅外加熱、熱風(fēng)加熱、 流體加熱等方式和相應(yīng)的裝置；冷卻裝置為冷卻水槽。
本發(fā)明的裝置中，所述的回程控制裝置是通常的彈簧機(jī)構(gòu)、機(jī)械、液壓、 氣動控制機(jī)構(gòu)。
本發(fā)明的效果1、 本發(fā)明的方法采用柔性軟囊?guī)Ч茏鳛閿U(kuò)脹介質(zhì)間接擴(kuò)脹管材，不僅實現(xiàn) 了對管材的柔性擴(kuò)脹，使徑向取向均勻，擴(kuò)脹后的管材雙向性能都有較大提高，
拉伸強(qiáng)度和彈性模量比擴(kuò)脹前提高20%以上，而且環(huán)向性能優(yōu)于軸向性能，符
合取向管的實際使用需要。該方法操作簡便，加工成本低；擴(kuò)脹后的管材厚度
均勻，可以實現(xiàn)1.2-3.0的擴(kuò)脹比，省料20%以上。通過更換不同管徑的軟囊?guī)?管可以生產(chǎn)多種規(guī)格的塑料增強(qiáng)管材，加工控制方便。
2、 本發(fā)明的方法和裝置實現(xiàn)了柔性擴(kuò)脹管的連續(xù)操作，結(jié)構(gòu)簡單，控制精 確，連續(xù)擴(kuò)脹無接痕，易于實現(xiàn)工業(yè)化；且采用電加熱裝置或紅外線加熱器等 方法進(jìn)行加熱，無二次污染，可使管材均勻受熱，在短時間內(nèi)溫度升至高彈態(tài) 溫度，提高擴(kuò)脹效率和質(zhì)量。


圖l為本發(fā)明擴(kuò)脹裝置示意圖。 圖2為被擴(kuò)管段進(jìn)入初始擴(kuò)脹位狀態(tài)示意圖。 圖3為被擴(kuò)管段擴(kuò)脹狀態(tài)示意圖。 圖4為囊?guī)Ч苓B續(xù)擴(kuò)脹周期示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明的裝置包括流體注入桿l，彈簧回程控制裝置2，第一 牽引機(jī)3，加熱裝置5，擴(kuò)脹定徑模具6，柔性囊管7，冷卻水槽8，第二牽引機(jī) 10。在擴(kuò)脹定徑裝置6內(nèi)，由內(nèi)而外依次裝有流體注入桿1、軟囊?guī)Ч?及定徑 模具6，其中囊?guī)Ч?是可以保持氣體或液體密封的柔性袋或柔性軟管，通過緊 固圈ll固定在流體注入桿l的端部，流體注入桿底端與回程控制裝置連接，回 程控制裝置可以選用通常的彈簧、氣、液動控制裝置，比較簡單的結(jié)構(gòu)是普通 的彈簧回程裝置，如圖3所示，彈簧一端固定在機(jī)架上，另一端連接流體注入體注入桿回位運動，流體注入桿上有流體注入口和卸壓口，流體注入口由電磁 閥控制，定徑模具由電機(jī)驅(qū)動控制移動。當(dāng)一次擴(kuò)脹進(jìn)程結(jié)束，依靠彈簧的回 復(fù)力使注入管及囊?guī)Ч軓?fù)位，進(jìn)行下次循環(huán)。而定徑模具則在指定控制信號下 由電機(jī)驅(qū)動復(fù)位。
本發(fā)明的連續(xù)擴(kuò)脹方法及原理如圖l、圖4所示，取塑料管坯4，由第一
牽引機(jī)3和第二牽引機(jī)10 (位置如圖1)牽引帶動管坯4勻速前進(jìn)，兩牽引機(jī) 保持1.1 3.0的速度比，其中，第二牽引機(jī)速度大于第一牽引機(jī)，管坯4經(jīng)過 加熱裝置5加熱到高彈態(tài)，用牽引速度差實現(xiàn)管坯的軸向拉伸取向；然后牽引 管坯進(jìn)入定徑模具6，流體注入桿1頂端的囊?guī)Ч?置于定徑模具6的初始擴(kuò)脹 位置，管坯4的被擴(kuò)管段首先進(jìn)入定徑模具6的初始擴(kuò)脹位，即套在模具中的 囊?guī)Ч?外，此時開始徑向擴(kuò)脹過程(見圖4a);由流體注入桿l的流體注入口 向柔性囊?guī)Ч?中注入流體，使囊?guī)Ч?膨脹，間接對高彈態(tài)管坯的徑向擴(kuò)脹， 得到直徑擴(kuò)大的擴(kuò)脹管9 (見圖4b);擴(kuò)脹過程中保持定徑模具6、擴(kuò)脹管9同 速同步運動，并使膨脹的囊?guī)Ч?保持壓力恒定，使之依靠與管坯內(nèi)壁的靜摩 擦力實現(xiàn)與擴(kuò)脹管9、定徑模具6的同步運動，三者之間相對靜止(見圖4c); 經(jīng)過一個擴(kuò)脹保壓行程后，完成管坯擴(kuò)脹定徑，將定徑模具6打開，電磁閥控 制停止流體注入并卸壓，囊?guī)Ч?與擴(kuò)脹管內(nèi)壁的靜摩擦力瞬間降為0，在彈簧 回程裝置2彈簧回復(fù)力的作用下，流體注入桿1帶動頂端的囊?guī)Ч?返回到定 徑模6的初始擴(kuò)脹位，同時定徑模具6由電機(jī)控制同步返回到初始擴(kuò)脹位，對 進(jìn)入定徑模具的初始擴(kuò)脹位的下一被擴(kuò)管段進(jìn)行下一周期的擴(kuò)脹(見圖4d、圖 4e);第二牽引機(jī)將擴(kuò)脹管9送入冷卻裝置進(jìn)行冷卻定型，重復(fù)操作周期得到連 續(xù)擴(kuò)脹的管材(見圖2、圖3)。
保壓擴(kuò)脹行程根據(jù)囊?guī)Ч艿膯未斡行U(kuò)脹長度調(diào)節(jié)，行程長度應(yīng)小于囊?guī)Ч艿挠行U(kuò)脹長度，優(yōu)選行程長度為囊?guī)Ч苡行U(kuò)脹長度的三分之二左右，使 連續(xù)兩次擴(kuò)脹段銜接重疊無痕。
下面通過實施例對本發(fā)明的實施進(jìn)一步具體描述，但本發(fā)明不限于這些實 施例。
實施例1 :取(l)25X2mm PVC管材，置于如圖1所示的裝置上，通過兩臺 牽引機(jī)牽引進(jìn)入電加熱裝置5進(jìn)行二次加熱至材料高彈態(tài)溫度(85-175°C)，第 一牽引機(jī)3的速度與第二牽引機(jī)10的速度比調(diào)節(jié)為2: 1，將加熱到高彈態(tài)的管 坯軸向拉伸取向，送入定徑模具6實施徑向擴(kuò)脹，定徑模具6的內(nèi)徑為50mm。 擴(kuò)脹過程是在定徑模具6的擴(kuò)脹位中依次由內(nèi)而外為氣體充氣桿1、防水尼龍 布帶管7、管坯及定徑模具6;電磁閥控制充氣桿接通，向位于管坯內(nèi)的尼龍帶 管中注入壓縮空氣，使尼龍布帶瞬間擴(kuò)脹膨脹，膨脹后尼龍布帶兩端為錐形密 封狀，中段有效擴(kuò)脹長度為150mm，(是模具擴(kuò)脹位長度的3/5)，膨脹后布袋外 徑達(dá)到50mm，間接地徑向擴(kuò)脹高彈態(tài)的管坯，得到徑向取向管。在擴(kuò)脹過程中， 定徑模具、管坯、尼龍布帶及充氣桿同步同速，四者相對靜止，經(jīng)過一個保壓 擴(kuò)脹行程100mm，擴(kuò)脹定徑，打開定徑模具，電磁閥控制壓縮氣注入及卸壓， 尼龍布帶與管坯內(nèi)壁的靜摩擦力瞬間降為0，充氣桿在回程彈簧的回復(fù)力作用下 帶動尼龍布帶返回擴(kuò)脹位初始位置，同時定徑模具在電機(jī)控制下同步回到擴(kuò)脹 初始位置，對進(jìn)入初始擴(kuò)脹位的下一被擴(kuò)管段連續(xù)進(jìn)行下一周期的擴(kuò)脹，第二 牽引機(jī)將擴(kuò)充后的管坯送入冷卻裝置進(jìn)行進(jìn)一步冷卻定型，進(jìn)行下一周期的擴(kuò) 脹，重復(fù)操作周期得到連續(xù)的雙軸取向塑料管材。
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權(quán)利要求
1. 一種制備雙軸取向塑料管材的工藝方法，將管坯加熱到高彈態(tài)，由牽引機(jī)對管坯軸向拉伸取向，然后對管坯進(jìn)行徑向擴(kuò)脹，其特征在于，徑向擴(kuò)脹取向方法是在高彈態(tài)管坯內(nèi)置一個密閉軟囊?guī)Ч埽邚棏B(tài)管坯連同囊?guī)Ч芤徊⑦M(jìn)入定徑模具的擴(kuò)脹位，并使囊?guī)Ч艿挠行U(kuò)脹長度在模具擴(kuò)脹位長度范圍內(nèi)，囊?guī)Ч艿闹睆降扔跀U(kuò)后管材的直徑，向囊?guī)Ч苤凶⑷肓黧w使囊?guī)Ч芘蛎?，間接地對高彈態(tài)的管坯實施徑向擴(kuò)脹，使其實現(xiàn)環(huán)向取向，完成徑向擴(kuò)脹過程后，將囊?guī)Ч苤械牧黧w卸壓，將擴(kuò)脹的管段冷卻定徑，即得到雙軸取向管材。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述的對管坯的軸向拉伸取向是 用兩臺牽引機(jī)，采用不同的牽引速度，實現(xiàn)對兩臺牽引機(jī)間夾持的管坯的拉伸 取向，前后牽引機(jī)的速比一般為l丄1 3.0: 1。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述的注入軟囊?guī)Ч艿牧黧w是壓縮氣體或液體，根據(jù)管坯幾何尺寸和溫度的不同，流體壓力范圍在0.2 6.0MPa。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述的囊?guī)Ч芡鈴礁鶕?jù)被擴(kuò)管坯 的擴(kuò)脹比確定，管坯擴(kuò)脹前后的直徑之比一般在1.2-3.0范圍。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其特征在于，所述的徑向擴(kuò)脹取向的連續(xù)方法 是牽引高彈態(tài)管坯的被擴(kuò)段進(jìn)入定徑模具的初始擴(kuò)脹位，套在預(yù)置于初始擴(kuò) 脹位的囊?guī)Ч芡?，向囊?guī)Ч苤凶⑷肓黧w，使囊?guī)Ч芘蛎浀阶畲笾睆?，開始徑向 擴(kuò)脹過程，擴(kuò)脹過程中保持定徑模具、管坯同速同步運動，并使膨脹的囊?guī)Ч?保持壓力恒定，使之依靠與管坯內(nèi)壁的靜摩擦力實現(xiàn)與管坯、定徑模具的同步 運動，三者之間相對靜止，完成一個擴(kuò)脹保壓行程，被擴(kuò)管段徑向擴(kuò)脹完成， 將定徑模具打開，將囊?guī)Ч苤械牧黧w卸壓，囊?guī)Ч苡苫爻萄b置控制迅速返回到 定徑模具的初始擴(kuò)脹位，同時定徑模具亦返回到初始擴(kuò)脹位，牽引下一被擴(kuò)管 段進(jìn)入初始擴(kuò)脹位，連續(xù)進(jìn)行下一周期的擴(kuò)脹，第二牽引機(jī)將擴(kuò)后的管坯送入冷卻裝置進(jìn)行冷卻定型，連續(xù)制備雙軸取向管材。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于，擴(kuò)脹保壓行程根據(jù)囊?guī)Ч艿膯未斡行U(kuò)脹長度調(diào)節(jié)，保壓行程的長度小于囊?guī)Ч苡行U(kuò)脹長度，以使連續(xù)兩次 擴(kuò)脹段部分重疊。
7、 —種制備雙軸取向塑料管材的裝置，包括第一牽引機(jī)，擴(kuò)脹定徑裝置， 加熱裝置，回程控制裝置，第二牽引機(jī)，冷卻裝置，其特征在于，擴(kuò)脹定徑裝 置，由內(nèi)而外依次裝有流體注入桿、囊?guī)Ч?、定徑模具，其中囊?guī)Ч芄潭ㄌ籽b 在流體注入桿上，流體注入桿上有流體注入口和卸壓口，回程控制裝置與流體 注入桿連接，控制流體注入桿回位，定徑模具由電機(jī)驅(qū)動控制移動。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6的裝置，其特征在于，所述的囊?guī)Ч苁怯杀３謿怏w或液 體密封性，具有耐溫20-200°C、耐壓0.2 6.0MPa的柔性材料制備。
9、 根據(jù)權(quán)利要求6的裝置，其特征在于，所述的囊?guī)Ч艹錆M流體后為中間 管狀，兩端呈錐狀、半球狀及其他圓滑過渡曲面的均勻縮口。
10、 根據(jù)權(quán)利要求6的裝置，其特征在于，所述的回程控制裝置是彈簧、 機(jī)械、液壓或氣動結(jié)構(gòu)控制囊?guī)Ч芊祷爻跏紨U(kuò)脹位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及制備雙軸取向塑料管材的工藝方法及裝置。將管坯加熱到高彈態(tài)，由牽引機(jī)對管坯軸向拉伸取向，然后對管坯進(jìn)行徑向擴(kuò)脹。徑向擴(kuò)脹方法是使高彈態(tài)管坯進(jìn)入定徑模具的擴(kuò)脹位，在處于擴(kuò)脹位的管坯內(nèi)伸入一密閉軟囊?guī)Ч埽⑹鼓規(guī)Ч艿挠行U(kuò)脹長度在初始擴(kuò)脹位長度范圍內(nèi)，囊?guī)Ч艿耐鈴降扔诨蚵源笥跀U(kuò)后管材內(nèi)徑。向囊?guī)Ч苤型ㄈ肓黧w使囊?guī)Ч芘蛎?，間接地沿徑向擴(kuò)脹了高彈態(tài)的管坯；完成徑向擴(kuò)脹過程后，將擴(kuò)脹管冷卻定徑，即得到雙軸取向管材。本發(fā)明可以實現(xiàn)對管材的連續(xù)柔性擴(kuò)脹，擴(kuò)脹后的管材雙向性能提高20％以上，而且環(huán)向性能優(yōu)于軸向性能。所提出的雙軸取向裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。
文檔編號B29C55/00GK101544058SQ200810102889
公開日2009年9月30日 申請日期2008年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月28日
發(fā)明者任冬云, 穎 劉, 吳大鳴, 尤淑波, 博 張, 凱 楊, 王曉潔, 董維煜 申請人:北京化工大學(xué)