CN106493965B - 一种连续拉伸增强复合塑料管材的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续拉伸增强复合塑料管材的装置及方法，属于高分子材料加工成型领域。装置由限位拉杆、底部法兰、密封圈、加热装置、旁侧机头、机头体、口模压板、口模、运动芯模、通气芯轴、通气轴、初步定径气囊、初步定径装置、牵引装置、扩张装置、扩张气囊、二次定径装置、二次定径气囊、复合机头法兰、复合机头芯模、复合机头机头体、复合机头口模、限位装置组成；本发明方法综合拉伸取向及复合管材制备高性能增强管材，增强层材料采用气囊进行可控双向拉伸，增强层生产过程与复合内外层过程为连续进行，相比于二次再加工，能耗小、成本低。增强层材料与内外复合层材料为同种或同极性塑料，界面结合性能好，管材稳定性提高，使用寿命长。

Description

一种连续拉伸增强复合塑料管材的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种增强塑料管材的制造装置及方法，属于高分子材料加工成型领域。

背景技术

随着塑料产业的大力发展，塑料管材凭借其质量轻、耐腐蚀、使用寿命长等优点广泛应用于石油化工、农业灌溉、城市建设、电力电缆等多个领域，但是与传统的混凝土管材和金属管材相比，塑料管材仍存在机械强度低、耐蠕变性差、尺寸稳定性差等缺陷，这些缺陷大大限制了塑料管材的推广与应用。目前提高管材性能的方法主要集中在以下四个方面：增加壁厚、改进配方及分子结构、双壁波纹管或者加入径向加强结构、各种复合管材，而其中又以复合管材和改进分子结构应用得更为广泛。

复合管材主要包括铝塑复合、钢塑复合和涂塑复合等，这些复合管材不仅具备金属管材的高强度和耐冲击，而且具备了塑料管材的耐腐蚀、不易结垢的优点。专利CN2011202666790.X公开了一种塑料共挤复合管材的模具，在现有模具基础上通过更换流道锥等部件实现金属骨架塑料复合管材生产制造。专利CN201520828866.1公开了一种连续纤维布或纤维布套多层共挤出模具，利用复合模头、复合外模以及芯模、口模和模头压板使得纤维层在通过口模端口时被来自主料流道和辅料流道的树脂均匀的包覆形成多层的纤维复合管材。复合管材综合了多种材料的性能，但是仍存在界面粘接性能较差、工艺复杂、造价较高等缺陷。

通过拉伸取向改变分子结构来获得具有增强性能的管材也是热门的研究方向。经过拉伸的聚合物可以使其机械性能、阻隔性能、光学性能都有不同程度的提高。专利ZL97107852.1公开了一种自增强塑料管材的制备方法及装置，在普通挤出成型装置的基础上，通过芯棒与口模的相对旋转产生剪切作用，使得塑料熔体大分子链沿管径向取向，获得径向强度大大提高的纯塑料自增强管材。

发明内容

本发明的目的在于提供一种连续拉伸增强复合塑料管材的装置及方法，该方法综合拉伸取向及复合管材两种方式制备高性能增强管材，增强层材料采用气囊进行可控的双向拉伸；复合的内外层材料与增强层材料为同种塑料或者相同极性塑料，克服金属塑料复合管材界面不稳定、易剥离的缺点；采用连续化生产，生产增强层过程与复合内外层过程为连续进行，克服复合管材多次加工能耗大、成本高的缺点。

本发明为了实现以上目标，提供以下技术方案：一种连续拉伸增强复合塑料管材的装置及方法，主要由限位拉杆、底部法兰、密封圈、加热装置、旁侧机头、机头体、口模压板、口模、运动芯模、通气芯轴、通气轴、初步定径气囊、初步定径装置、牵引装置、扩张装置、扩张气囊、二次定径装置、二次定径气囊、复合机头法兰、复合机头芯模、复合机头机头体、复合机头口模、限位装置组成；其中限位拉杆、底部法兰、密封圈、加热装置、旁侧机头、机头体、口模压板、口模、运动芯模、通气芯轴组成网格型增强层制造部分，底部法兰、机头体、口模、口模压板从左至右依次以螺纹连接，旁侧机头安装在机头体上方，运动芯模位于底部法兰、机头体、口模内部，通气芯轴位于运动芯模内部，运动芯轴与底部法兰之间安装有密封圈防止漏料；网格型增强层制造部分中，口模具有独特的多个互不相连内凹小孔，且与运动芯轴配合安装，熔体通过旁侧机头流入运动芯轴与机头体后，通过口模小孔形成互不相连的网格经线，运动芯轴最右端具有周向一圈小凹槽，且与端面外沿线圆滑相切，周向凹槽联通各经线熔体，交汇形成连接经线的网格纬线，当运动芯轴向右运动至与底部法兰靠近时，运动芯轴右端周向凹槽位于口模外部，口模内部熔体仅形成经线，当运动芯轴向左运动至拉杆限位最大处，运动芯轴右端周向凹槽位于机头内部，口模内部熔体除形成经线外，还形成周向纬线，通过运动芯轴的左右往复运动形成连续的网格型增强层；通气轴、初步定径气囊、初步定径装置、牵引装置、扩张装置、扩张气囊、二次定径装置、二次定径气囊组成网格型增强层双向拉伸部分，其中通气轴与通气芯轴同心安装，初步定径气囊、扩张气囊、二次定径气囊依次安装在通气轴上，通气轴通过控制小孔通气量完成气囊的缩小与吹胀，初步定径气囊与初步定径装置配合实现网格型增强层初步定径，扩张气囊与扩张装置配合实现网格型增强层的轴向与周向拉伸，二次定径装置、二次定径气囊配合实现增强层二次定径；复合机头法兰、复合机头芯模、复合机头机头体、复合机头口模、限位装置组成复合管材成型部分，复合机头法兰、复合机头机头体、复合机头口模依次以螺纹连接，复合机头芯模位于复合机头机头体内部，通过左右限位装置安装在通气轴上，限制复合机头芯模的轴向运动；复合管材成型部分中，网格型增强层完全通过复合机头口模后，熔体流入复合机头芯模、复合机头机头体间流道，由于增强层为具有孔隙的网格状结构，熔体透过网格形成包覆增强层的内外层，经复合机头口模与复合机头芯模挤出形成拉伸增强复合管材。

本发明一种连续拉伸增强复合塑料管材的装置及方法，其口模内凹小孔以及芯轴周向凹槽个数及大小可依据所需增强层要求更改。

本发明一种连续拉伸增强复合塑料管材的装置及方法，其复合机头机头体内所充熔体可以与增强层为同种材料，也可为极性相同材料，当复合管材外层与复合管材增强层为同种材料时，在复合成型阶段加热情况下，一方面双向拉伸后增强层的熔点升高，另一方面加热时间较短，增强层内部结构不足以完全发生变化，增强作用仍能保存。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明一种连续拉伸增强复合塑料管材的装置及方法，将拉伸增强与复合材料增强相结合，进一步提高塑料管材的力学性能，应用范围广泛，

(2)本发明一种连续拉伸增强复合塑料管材的装置及方法，实现增强型复合管材的连续化生产，增强层生产过程与复合内外层过程为连续进行，相比于二次再加工，能耗小、成本低。

(3)本发明一种连续拉伸增强复合塑料管材的装置及方法，增强层材料与内外复合层材料为同种或同极性塑料，界面结合性能好，管材稳定性提高，使用寿命长。

(4)附图说明

图1是本发明一种连续拉伸增强复合塑料管材的装置及方法装置剖面示意图。

图2是本发明一种连续拉伸增强复合塑料管材的装置及方法运动芯轴运动至最左端示意图。

图3是本发明一种连续拉伸增强复合塑料管材的装置及方法运动芯轴运动至最右端示意图。

图4是本发明一种连续拉伸增强复合塑料管材的装置及方法A-A断面示意图。

图5是本发明一种连续拉伸增强复合塑料管材的装置及方法增强型复合管材各层结构示意图。

1-限位拉杆、2-底部法兰、3-密封圈、4-加热装置、5-旁侧机头、6-机头体、7-口模压板、8-口模、9-运动芯模、10-通气芯轴、11-通气轴、12-初步定径气囊、13-初步定径装置、14-牵引装置、15-扩张装置、16-扩张气囊、17-二次定径装置、18-二次定径气囊、19--复合机头法兰、20-复合机头芯模、21-复合机头机头体、22-复合机头口模、23-限位装置、24-增强型复合管材内层、25-增强型复合管材增强层、26-增强型复合管材外层。

具体实施方式

本发明一种连续拉伸增强复合塑料管材的装置及方法，如图1所示，主要由限位拉杆1、底部法兰2、密封圈3、加热装置4、旁侧机头5、机头体6、口模压板7、口模8、运动芯模9、通气芯轴10、通气轴11、初步定径气囊12、初步定径装置13、牵引装置14、扩张装置15、扩张气囊16、二次定径装置17、二次定径气囊18、复合机头法兰19、复合机头芯模20、复合机头机头体21、复合机头口模22、限位装置23组成；其中限位拉杆1、底部法兰2、密封圈3、加热装置4、旁侧机头5、机头体6、口模压板7、口模8、运动芯模9、通气芯轴10组成网格型增强层制造部分，底部法兰2、机头体6、口模8、口模压板7从左至右依次以螺纹连接，旁侧机头5安装在机头体6上方，运动芯模9位于底部法兰2、机头体6、口模8内部，通气芯轴10位于运动芯模9内部，运动芯轴9与底部法兰2之间安装有密封圈3防止漏料；如图4所示，网格型增强层制造部分中，口模8具有独特的多个互不相连内凹小孔，且与运动芯轴9配合安装，熔体通过旁侧机头5流入运动芯轴9与机头体6后，通过口模8小孔形成互不相连的网格经线，运动芯轴9最右端具有周向一圈小凹槽，且与端面外沿线圆滑相切，周向凹槽联通各经线熔体，交汇形成连接经线的网格纬线，如图3所示，当运动芯轴9向右运动至与底部法兰2靠近时，运动芯轴9右端周向凹槽位于口模8外部，口模8内部熔体仅形成经线，如图2所示，当运动芯轴9向左运动至限位拉杆1最大处，运动芯轴9右端周向凹槽位于口模8内部，口模8内部熔体除形成经线外，还形成周向纬线，通过运动芯轴9的左右往复运动形成连续的网格型增强层；通气轴11、初步定径气囊12、初步定径装置13、牵引装置14、扩张装置15、扩张气囊16、二次定径装置17、二次定径气囊18组成网格型增强层双向拉伸部分，其中通气轴11与通气芯轴10同心安装，初步定径气囊12、扩张气囊16、二次定径气囊18依次安装在通气轴11上，通气轴11通过控制小孔通气量完成气囊的缩小与吹胀，初步定径气囊12与初步定径装置13配合实现网格型增强层初步定径，扩张气囊16与扩张装置15内壁配合实现网格型增强层的轴向与周向拉伸，二次定径装置17、二次定径气囊18配合实现增强层二次定径；复合机头法兰19、复合机头芯模20、复合机头机头体21、复合机头口模22、限位装置23组成复合管材成型部分，复合机头法兰19、复合机头机头体21、复合机头口模22依次以螺纹连接，复合机头芯模20位于复合机头机头体21内部，通过左右限位装置23安装在通气轴11上，限制复合机头芯模20的轴向运动；复合管材成型部分中，网格型增强层完全通过复合机头口模22后，熔体流入复合机头芯模20、复合机头机头体21间流道，由于增强层为具有孔隙的网格状结构，熔体透过网格形成包覆增强层的内外层，经复合机头口模22与复合机头芯模20挤出形成拉伸增强复合管材。

本发明一种连续拉伸增强复合塑料管材的装置及方法，其口模8内凹小孔以及运动芯轴9周向凹槽个数及大小可依据所需增强层要求更改。

本发明一种连续拉伸增强复合塑料管材的装置及方法，其复合机头机头体21内所充熔体可以与增强层25为同种材料，也可为极性相同材料，当复合管材外层26与复合管材增强层25为同种材料时，在复合成型阶段加热情况下，一方面双向拉伸后增强层25的熔点升高，另一方面加热时间较短，增强层25内部结构不足以完全发生变化，增强作用仍能保存。

Claims (3)

1.一种连续拉伸增强复合塑料管材的装置，其特征在于：由限位拉杆、底部法兰、密封圈、加热装置、旁侧机头、机头体、口模压板、口模、运动芯模、通气芯轴、通气轴、初步定径气囊、初步定径装置、牵引装置、扩张装置、扩张气囊、二次定径装置、二次定径气囊、复合机头法兰、复合机头芯模、复合机头机头体、复合机头口模、和限位装置组成；其中限位拉杆、底部法兰、密封圈、加热装置、旁侧机头、机头体、口模压板、口模、运动芯模、通气芯轴组成网格型增强层制造部分，底部法兰、机头体、口模、口模压板从左至右依次以螺纹连接，旁侧机头安装在机头体上方，运动芯模位于底部法兰、机头体、口模内部，通气芯轴位于运动芯模内部，运动芯轴与底部法兰之间安装有密封圈防止漏料；网格型增强层制造部分中，口模具有多个互不相连内凹小孔，且与运动芯轴配合安装，运动芯轴最右端具有周向一圈小凹槽，且与端面外沿线圆滑相切，周向凹槽联通各经线熔体，交汇形成连接经线的网格纬线，通过运动芯轴的左右往复运动形成连续的网格型增强层；通气轴、初步定径气囊、初步定径装置、牵引装置、扩张装置、扩张气囊、二次定径装置、二次定径气囊组成网格型增强层双向拉伸部分，其中通气轴与通气芯轴同心安装，初步定径气囊、扩张气囊、二次定径气囊依次安装在通气轴上，二次定径装置、二次定径气囊配合实现增强层二次定径；复合机头法兰、复合机头芯模、复合机头机头体、复合机头口模、限位装置组成复合管材成型部分，复合机头法兰、复合机头机头体、复合机头口模依次以螺纹连接，复合机头芯模位于复合机头机头体内部，通过左右限位装置安装在通气轴上，限制复合机头芯模的轴向运动；复合管材成型部分中，网格型增强层完全通过复合机头口模后，熔体流入复合机头芯模、复合机头机头体间流道。

2.一种连续拉伸增强复合塑料管材的方法，其特征在于：熔体通过旁侧机头流入运动芯轴与机头体后，通过口模小孔形成互不相连的网格经线，运动芯轴最右端具有周向一圈小凹槽，且与端面外沿线圆滑相切，周向凹槽联通各经线熔体，交汇形成连接经线的网格纬线，当运动芯轴向右运动至与底部法兰靠近时，运动芯轴右端周向凹槽位于口模外部，口模内部熔体仅形成经线，当运动芯轴向左运动至拉杆限位最大处，运动芯轴右端周向凹槽位于机头内部，口模内部熔体除形成经线外，还形成周向纬线，通过运动芯轴的左右往复运动形成连续的网格型增强层；通气轴通过控制小孔通气量完成气囊的缩小与吹胀，初步定径气囊与初步定径装置配合实现网格型增强层初步定径，扩张气囊与扩张装置配合实现网格型增强层的轴向与周向拉伸，二次定径装置、二次定径气囊配合实现增强层二次定径；复合管材成型部分中，网格型增强层完全通过复合机头口模后，熔体流入复合机头芯模、复合机头机头体间流道，由于增强层为具有孔隙的网格状结构，熔体透过网格形成包覆增强层的内外层，经复合机头口模与复合机头芯模挤出形成拉伸增强复合管材。

3.根据权利要求2所述的一种连续拉伸增强复合塑料管材的方法，其特征在于：所述的复合机头机头体内所充熔体可以与增强层为同种材料，也可为极性相同材料。