CN104760261A - 一种pe超大口径厚壁管材的制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种PE超大口径厚壁管材的制备工艺，该制备工艺采用改进的挤出机机头，改进型机头包括依次连接的口模、口模座、定径套、芯模、机头体和连接器；口模置于口模座中，机头体的两侧设置有调节螺钉，机头体的末端安装所述的连接器，在所述机头体的内部设置有空气流道，空气流道由机头体末端的侧面向外延伸与外部的出气管道相连通。本工艺增加了内部空气冷却，空气流动方向与管材挤出方向相反，以增加管材的冷却效果，以此方法使管材内部同时冷却，防止减弱熔体重力下垂及冷却不及时不足够导致的不圆度超标准问题，并能保证机头尽可能少的热量被空气带走，使机头内部温度均匀，其作用明显，效果显著。

Description

一种PE超大口径厚壁管材的制备工艺
技术领域
本发明涉及一种PE超大口径厚壁管材的制备工艺，属于聚乙烯管材技术领域。
背景技术
超大口径厚壁PE管道通常是指外径(DN)在1000mm以上的实壁管道。近年来，大口径PE压力管道的需求在不断持续上升，其中，高密度聚乙烯HDPE(High DensityPolyethylene，简称为“HDPE”)，以其具有良好的耐热性和耐寒性、化学稳定性好、还具有较高的刚性和韧性、机械强度好等多种特点，而受到人们的青睐，被广泛应用。
HDPE是高结晶性聚合物，成型收缩率在1.5％—3％，在生产制造过程中，使用挤出机熔融塑化挤出，熔融管坯从模头挤出以后通过定径筒，在冷却过程中需精确控制其尺寸。该过程既可采用真空定径法又可采用内压定径法，它们均要求熔融管坯通过定径筒以后，迅速冷却定径，以保证管材精确的外径和椭圆度要求。特别是对于超大口径厚壁管材，厚壁管坯由于自重而易下塌造成壁厚不均匀，且散热困难，外径难以控制。因此，冷却定径显得十分重要，对超大口径厚壁的HDPE管材进行迅速均匀的冷却是十分困难的，虽然通过真空冷却定径以后，管材外表面已冷却固化，但管材大部分仍处于熔融状态，熔融热量迅速传递至管材表面，还未固化的熔融内层极易在管材的自重下下垂，造成管材壁厚的不均匀和较大向的椭圆度。因此，单独使用冷却水箱喷淋式冷却***，很难抵制熔体由于重力作用而下垂。
因此，亟需设计一种针对PE超大口径厚壁管材的制备工艺。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种PE超大口径厚壁管材的制备工艺。
本发明的技术方案如下：
一种PE超大口径厚壁管材的制备工艺，包括以下步骤，
(1)按重量份计，取原料高密度聚乙烯100份、黑色母料2-6份，混合均匀，得混合物料；
(2)将步骤(1)得到的混合物料，在80-90℃下烘干30分钟以上，然后将混合物料放入高速混合机中混合均匀，并在混合机中冷却至25－45℃后打入干燥料仓；
(3)将干燥料仓内的混合物料输送至料斗，通过料斗进入挤出机挤出，得到管材，挤出的工艺参数如下：挤出机机身温度：230-190℃，挤出机中合流芯温度：230-190℃，挤出机的机头温度：190-230℃；挤出机的主机转速：20－100转/分；
(4)将步骤(3)得到的管材通过真空水箱入口处定径套定径，然后进行真空冷却定径，在真空冷却定径的同时在机头内部对管材空气冷却，接着在管材出真空水箱后经过水箱喷淋进一步冷却，得到成型管材；
(5)将步骤(4)得到的成型管材定长切割、喷码、包装。
优选的，步骤(1)中，所述高密度聚乙烯的含水量＜0.05％；所述黑色母料的含水量＜0.05％。
进一步优选的，步骤(1)中，混料前，对原料高密度聚乙烯和黑色母料分别进行水分含量检测，当含水量≥0.05％时，使用烘料机对原料进行烘干。
优选的，步骤(3)中，将干燥料仓内的混合物料通过真空自动上料机输送至料斗。此设计的优点在于，通过真空自动上料机进行混合物料的输送，可以有效保证混合物料在运行过程中不受外界环境的影响，避免受潮，受污染。
优选的，步骤(3)中，所述挤出机的机头包括依次连接的口模、口模座、定径套、芯模、机头体和连接器；所述口模置于口模座中，所述机头体的两侧设置有调节螺钉，所述机头体的末端安装所述的连接器，在所述机头体的内部设置有空气流道，所述空气流道由机头体末端的侧面向外延伸与外部的出气管道相连通。
优选的，在所述机头体的两侧对称设置有两条出气管道，所述两条出气管道均与空气流道相连通。
进一步优选的，所述空气流道内空气的流向与机头内管材挤出的方向相反。此设计的优点在于，通过从挤出管材的末端进风冷却管材内壁，使冷却空气的流向与管材挤出的方向相反，同时管材外壁通过真空定径喷淋冷却，以此方法使管材内部同时冷却，从而使管材成型。管材从出模头位置处，内外壁就开始同时冷却，不致熔体重力下垂导致的壁厚偏差很大不匀，及冷却不及时不足够导致的不圆度超标准的问题。
优选的，步骤(1)中，所述高密度聚乙烯选用挤出级高密度聚乙烯，熔体质量流动速率在0.2-0.4g/10min，抗熔垂性质树脂。
本发明的有益效果在于：
本发明制备工艺在基于原来的生产工艺方式上，增加内部空气冷却，空气流动方向与管材生产方向相反，以增加管材的冷却效果，以此方法使管材内部同时冷却，防止减弱熔体重力下垂及冷却不及时不足够导致的不圆度超标准问题，并能保证机头尽可能少的热量被空气带走，保证机头内部温度均匀，并节省用电、提高能源效率。本发明制备工艺及其该工艺所用到的改进型工艺设备，工艺合理、设备可靠，效果显著，具有良好的经济效益和市场价值，值得推广应用。
附图说明
图1为本发明中挤出机改进后的机头结构示意图；
图2为本发明中挤出机改进后的机头原理示意图；
图3为本发明制备工艺的工艺流程图。
其中：1、挤出机机头；2、出气管道；3、机头进料管；4、空气流道；5、管材。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。
实施例1：
本实施例提供一种制备口径为DN1600×94.11.0MPa的聚乙烯管材的制备工艺，其工艺步骤如下：
(1)配料：按重量份计，取原料高密度聚乙烯100份、黑色母料2份，将高密度聚乙烯、黑色母料混合均匀，在80-90℃烘干，并在该温度范围内保持30分钟以上。选择高密度聚乙烯熔体质量流动速率在0.26-0.4g/10min,抗熔垂性质树脂。
(2)挤出：将步骤(1)得到的混合物料从干燥料仓通过真空自动上料机输送至料斗，放入挤出机挤出管材，挤出机所用机头为改进后的机头，如图1和图2所述；挤出的工艺参数如下：挤出机机身温度：230-190℃，挤出机中合流芯温度：230-190℃，挤出机的机头温度：190-230；挤出机的主机转速：20转/分，原料通过料斗塑化、运输至模具；
(3)冷却定型：将步骤(2)中挤出的管材通过真空水箱入口处定径套定径，真空冷却定径同时在机头内部对管材空气冷却，空气流向与机头内管材挤出的方向相反，管材出真空水箱后经过水箱喷淋进一步冷却，这样管材从出模头位置处内外壁就开始同时冷却，不致熔体重力下垂导致的壁厚偏差很大不匀，及冷却不及时不足够导致的不圆度超标准问题，最后得到成型管材。
(4)定长切割、喷码：将步骤(3)得到的成型管材喷印、定长切割、包装。
其中，在步骤(1)混料前，需要对原料高密度聚乙烯和黑色母料分别进行水分含量检测，当含水量≥0.05％时，使用烘料机对原料进行烘干。
步骤(3)中，改进后的挤出机机头包括依次连接的口模、口模座、定径套、芯模、机头体和连接器；所述口模置于口模座中，所述机头体的两侧设置有调节螺钉，所述机头体的末端安装所述的连接器，在所述机头体的内部设置有空气流道，所述空气流道由机头体末端的侧面向外延伸与外部的出气管道相连通。在所述机头体的两侧对称设置有两条出气管道，所述两条出气管道均与空气流道相连通。空气流道内空气的流向与机头内管材挤出的方向相反。整个工艺过程如图3所示。
实施例2：
本实施例提供一种制备口径为DN1600×94.11.0MPa的聚乙烯管材的制备工艺，工艺步骤如实施例1所述，其不同之处在于：步骤(1)中，取黑色母料6份与高密度聚乙烯100份混合均匀，在80-90℃烘干，并在该温度范围内保持60分钟以上；步骤(2)中，主机转速：100转/分。
实施例3：
本实施例提供一种制备口径为DN1400×82.41.0MPa的聚乙烯管材的制备工艺，其工艺步骤如下：
(4)配料：按重量份计，取原料高密度聚乙烯100份、黑色母料2份，将高密度聚乙烯、黑色母料混合均匀，在80-90℃烘干，并在该温度范围内保持30分钟以上。选择高密度聚乙烯熔体质量流动速率在0.26-0.4g/10min,抗熔垂性质树脂。
(5)挤出：将步骤(1)得到的混合物料从干燥料仓通过真空自动上料机输送至料斗，放入挤出机挤出管材，挤出机所用机头为改进后的机头，如图1和图2所述；挤出的工艺参数如下：挤出机机身温度：230-190℃，挤出机中合流芯温度：230-190℃，挤出机的机头温度：190-230；挤出机的主机转速：20转/分，原料通过料斗塑化、运输至模具；
(6)冷却定型：将步骤(2)中挤出的管材通过真空水箱入口处定径套定径，真空冷却定径同时在机头内部对管材空气冷却，空气流向与机头内管材挤出的方向相反，管材出真空水箱后经过水箱喷淋进一步冷却，这样管材从出模头位置处内外壁就开始同时冷却，不致熔体重力下垂导致的壁厚偏差很大不匀，及冷却不及时不足够导致的不圆度超标准问题，最后得到成型管材。
(4)定长切割、喷码：将步骤(3)得到的成型管材喷印、定长切割、包装。
其中，在步骤(1)混料前，需要对原料高密度聚乙烯和黑色母料分别进行水分含量检测，当含水量≥0.05％时，使用烘料机对原料进行烘干。
步骤(3)中，改进后的挤出机机头包括依次连接的口模、口模座、定径套、芯模、机头体和连接器；所述口模置于口模座中，所述机头体的两侧设置有调节螺钉，所述机头体的末端安装所述的连接器，在所述机头体的内部设置有空气流道，所述空气流道由机头体末端的侧面向外延伸与外部的出气管道相连通。在所述机头体的两侧对称设置有两条出气管道，所述两条出气管道均与空气流道相连通。空气流道内空气的流向与机头内管材挤出的方向相反。整个工艺过程如图3所示。
实施例4：
本实施例提供一种制备口径为DN1400×82.41.0MPa的聚乙烯管材的制备工艺，工艺步骤如实施例3所述，其不同之处在于：步骤(1)中，取黑色母料6份与高密度聚乙烯100份混合均匀，在80-90℃烘干，并在该温度范围内保持60分钟以上；步骤(2)中，主机转速：100转/分。

Claims (8)

1.一种PE超大口径厚壁管材的制备工艺，包括以下步骤，
(1)按重量份计，取原料高密度聚乙烯100份、黑色母料2-6份，混合均匀，得混合物料；
(2)将步骤(1)得到的混合物料，在80-90℃下烘干30分钟以上，然后将混合物料放入高速混合机中混合均匀，并在混合机中冷却至25－45℃后打入干燥料仓；
(3)将干燥料仓内的混合物料输送至料斗，通过料斗进入挤出机挤出，得到管材，挤出的工艺参数如下：挤出机机身温度：230-190℃，挤出机中合流芯温度：230-190℃，挤出机的机头温度：190-230℃；挤出机的主机转速：20－100转/分；
(4)将步骤(3)得到的管材通过真空水箱入口处定径套定径，然后进行真空冷却定径，在真空冷却定径的同时在机头内部对管材空气冷却，接着在管材出真空水箱后经过水箱喷淋进一步冷却，得到成型管材；
(5)将步骤(4)得到的成型管材定长切割、喷码、包装。
2.如权利要求1所述的PE超大口径厚壁管材的制备工艺，其特征在于，步骤(1)中，所述高密度聚乙烯的含水量＜0.05％；所述黑色母料的含水量＜0.05％。
3.如权利要求2所述的PE超大口径厚壁管材的制备工艺，其特征在于，步骤(1)中，混料前，对原料高密度聚乙烯和黑色母料分别进行水分含量检测，当含水量≥0.05％时，使用烘料机对原料进行烘干。
4.如权利要求1所述的PE超大口径厚壁管材的制备工艺，其特征在于，步骤(3)中，将干燥料仓内的混合物料通过真空自动上料机输送至料斗。
5.如权利要求1或2所述的PE超大口径厚壁管材的制备工艺，其特征在于，步骤(3)中，所述挤出机的机头包括依次连接的口模、口模座、定径套、芯模、机头体和连接器；所述口模置于口模座中，所述机头体的两侧设置有调节螺钉，所述机头体的末端安装所述的连接器，在所述机头体的内部设置有空气流道，所述空气流道由机头体末端的侧面向外延伸与外部的出气管道相连通。
6.如权利要求5所述的PE超大口径厚壁管材的制备工艺，其特征在于，在所述机头体的两侧对称设置有两条出气管道，所述两条出气管道均与空气流道相连通。
7.如权利要求6所述的PE超大口径厚壁管材的制备工艺，其特征在于，所述空气流道内空气的流向与机头内管材挤出的方向相反。
8.如权利要求1或2所述的PE超大口径厚壁管材的制备工艺，其特征在于，步骤(1)中，所述高密度聚乙烯选用挤出级高密度聚乙烯，熔体质量流动速率在0.2-0.4g/10min，抗熔垂性质树脂。
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