CN107415192B

CN107415192B - 多层供水管道的挤出方法

Info

Publication number: CN107415192B
Application number: CN201710645600.7A
Authority: CN
Inventors: 徐涪灵; 陈舰
Original assignee: CHONGQING PIGEON ELECTRICIAN MATERIAL Co Ltd
Current assignee: CHONGQING PIGEON ELECTRICIAN MATERIAL Co Ltd
Priority date: 2017-07-27
Filing date: 2017-07-27
Publication date: 2019-08-02
Anticipated expiration: 2037-07-27
Also published as: CN107415192A

Abstract

本发明属于挤出成型技术领域，具体涉及多层供水管道的挤出方法，步骤一：取无色透明PP‑R母料为内层母料；取经过5%～10%复合玻纤改性后的PP‑R母料为中间层母料；取无色透明PP‑R母料和2%～4%的色母混合形成外层母料；步骤二：通过三台挤出机分别对内层母料、中间层母料和外层母料挤出成型，形成内层材料、中间层材料和外层材料；步骤三：采用复合模具对步骤二中的内层材料、中间步骤四：步骤三中的管坯经过真空定径箱定径成型,形成成型管材；成型管材进入浸水式水箱，最后加入冷淋箱，将管材冷却，切割。本方案在保留PP‑R给水管道的外壁颜色情况下还能够减少有害物质进入到水中；同时还能够提高管道的弯曲模量和承压能力。

Description

多层供水管道的挤出方法

技术领域

本发明属于挤出成型技术领域，具体涉及多层供水管道的挤出方法。

背景技术

PP-R管又叫三型聚丙烯管或PPR管，具有节能节材、环保、轻质高强、耐腐蚀、内壁光滑不结垢、施工和维修简便、使用寿命长等优点，广泛应用于建筑给排水、城乡给排水、城市燃气、电力和光缆护套、工业流体输送、建筑业、市政、工业和农业领域。

市面上销售的PP-R管主要有白色、灰色、绿色和咖喱色，造成这种区别的原因主要是添加的色母料不同；一般是在白色透明的PP-R母料中添加色母来得到需要的颜色。目前，采用的供水管道一般为PP-R给水管道，PP-R给水管道主要是通过在母料中添加色母粒，制作形成多种颜色的管道；另外，还能够在母料中添加其他原料，以增强管道的硬度、抗冲性等；因此，PP-R管不仅质量好还能够起到一定的装饰作用，非常受消费者的喜爱。

但是，由于PPR母料自身性能的原因，在管道加工成型的工艺过程中，可以添加相应的稳定剂、改性剂、加工助剂等，以改善其性能。而目前企业生产PP-R管多采用购买PP-R原料的方式，PP-R原料是用后丙烯、乙烯经过聚合反应得到，在原料、管材的生产过程中或加工助剂的添加使得管材难避免重金属混入(铬、汞、铅等国家标准GB/T 17219对其有具体要求)、PP-R母料及色母(多采用有机颜料)在加工过程中随着时间和温度的变化会分解生产苯等有害物质，上述两种因素使得所生产出来的PP-R管有可能含有一定量对人体有害的物质，因此国家标准对管道中重金属的含量和氯乙烯单体的析出含量做出了具体量的规定，被视为对人体无害，其产品才允许生产。如果其指标超过国家标准规定值，则视为有害人体，其产品不合格，禁止生产。随着经济发展、社会的进步和人民生活水平的日益提高，人们对生活质量及卫生安全等方面的要求越来越高，虽然说PP-R管可以作为给水管，但其含有微量毒性是客观存在的，人们对其微量毒性问题也日益重视起来。

中国专利申请号为CN200910066284.3的专利，公开了一种聚烯烃PP、PVDC和聚烯烃PE多层复合管材的生产方法，，有效解决塑料管材有毒性，强度低、韧性差、抗冲击性弱，成本高，加工复杂的问题，其方法是，将聚烯烃PP外层、PVDC中间层、聚烯烃PE内层分别由挤出机挤出加热后，由同一挤出口模挤出至少有聚烯烃PP外层，PVDC中间层和聚烯烃PE内层的多层共挤、相邻层紧密的结合的复合管材，聚烯烃PP外层和聚烯烃PE内层在挤出机的机筒区和模头区分段加热；PVDC中间层在机筒区和模头区分段加热；结合后的复合管材真空定径后，再置于18-23℃的水中进行二次冷却，产品打印，牵引，定尺切割即成本发明管材，本发明无毒副作用，性价比好，加工简单，强度高，韧性好、抗冲击性强，是管材上的创新。

上述专利还存在以下技术问题：1、采用上述方法制作带颜色的PP-R给水管道时，带颜色的PP-R给水管道成分中仍然有一些有害物质；尤其是将PP-R给水管道作为供水管时，其内壁长期浸泡在水中，难免会有有害物质进入到流水中，影响人体健康；2、现有的PP-R给水管道的弯曲模量和承压能力不好。

发明内容

本发明的目的在于提供多层供水管道的挤出方法，在保留PP-R给水管道的外壁颜色情况下还能够减少有害物质进入到水中；同时还能够提高管道的弯曲模量和承压能力。

为达到上述目的，本发明的基础方案如下：

多层供水管道的挤出方法，步骤如下：

步骤一：取无色透明PP-R母料为内层母料；取经过复合玻纤改性后的PP-R母料为中间层母料，复合玻纤与中间层母料的质量百分比为5％～10％；取无色透明PP-R母料和色母混合形成外层母料，色母与外层母料的质量百分比为2％～4％；

步骤二：通过三台挤出机分别对内层母料、中间层母料和外层母料挤出成型，形成内层材料、中间层材料和外层材料；

步骤三：采用复合模具对步骤二中的内层材料、中间层材料和外层材料进行多层共挤，形成管胚，管胚包括管道外层、管道中间层和管道内层；复合模具包括依次连接的端模、中间模、汇合模和口模；端模上设有第一外层流道和第一中层流道，中间模上设有内层流道，与第一外层流道连通的第二外层流道和与第一中层流道连通的第二中层流道；中间模靠近汇合模的一端为第二外层流道的出口、第二中层流道的出口和内层流道的出口，且第二外层流道的出口位于第二中层流道的出口的外侧，内层流道的出口位于第二中层流道的出口的内侧；所述第二外层流道内设有用于连接第二外层流道的两侧壁的分流支架；汇合模上设有供第二外层流道和第二中层流道内的材料汇合的初次汇合口，汇合模的中部设有与内层出料口连通的螺旋形流道；汇合模靠近口模的一端设有供螺旋形流道内的内层材料与第二中层流道内的中间层材料汇合的二次汇合口；口模上设有与二次汇合口连通的管胚出口；第一外层流道、第二外层流道的压缩比均为6～8；内层流道和螺旋形流道的压缩比均为6～8；第一中层流道和第二中层流道的压缩比为4～7。

步骤四：步骤三中的管坯经过真空定径箱定径成型,形成成型管材，真空定径箱水温控制在45℃～55℃；成型管材进入浸水式水箱，将管材浸泡在80℃～90℃的热水中，最后加入冷淋箱，将管材冷却，切割。

本方案的技术效果：

1、管道内层采用无色透明PP-R母料挤出，由于无色透明PP-R母料中未添加色母以及其他物质，因此在自身本体上能够减少有害物质进入到水中；另外，无色透明PP-R母料挤出形成管道内层，起到了隔离保护的作用，主要是隔离中、外层色母粒及其他添加原料对管道内的饮用水的污染，以此来减少有害物质进入到水中；

2、管道中间层采用无色透明PP-R母料和5％～10％的复合玻纤进行挤出，提高了管道的弯曲模量；而且能够对管道进行加固，提高承压能力。当复合玻纤含量小于5％时，管道中层的硬度不够，承压能力低；当复合玻纤含量大于10％时，管道中层过硬，在埋入墙内时，管道的弯曲模量小，不利于管道的埋设，容易损坏；

3、管道外层采用PP-R并添加色母粒挤出，能够自由的对管道进行上色，保证整个给水管道的外层颜色的多样性；同时还能够进一步降低多层PP-R给水管道的透光性，防止管道内产生青苔等植物；

4、采用本复合模具对内层材料、中间层材料和外层材料进行多层共挤，使得管道外层、管道中间层和管道内层的厚度合适；同时，保证了管道外层、管道中间层和管道内层能够紧密结合，保证了管道结构的整体性能；采用本复合模具能够得到在保留PP-R给水管道的外壁颜色情况下还能够减少有害物质进入到水中的管道，非常方便。

对基础方案的改进得到的优选方案1，内层母料和外层母料的无色透明PP-R母料的粘度大于中间层母料改性后的PP-R母料的粘度。

保证多层PP-R给水管道整体结构的性能。

对基础方案或优选方案1的改进得到的优选方案2，管道内层厚度为管道整体壁厚的10％～25％。

进一步保证内层隔离中、外层色母粒及其他添加原料对饮用水的污染。

对优选方案2的改进得到的优选方案3，管道中间层厚度为管道整体壁厚的20％～40％。

进一步提高管道的弯曲模量，同时能够对管道进行加固，提高管道的承压能力。

对优选方案3的改进得到的优选方案4，管道外层厚度为管道整体壁厚的40％～60％。

保证了管道的内压性，也确保外层在与管件融合时不损伤中层。

对基础方案的改进得到的优选方案5，挤出机为单螺杆挤出机。

进一步保证对多层PP-R给水管道的没层分别进行挤出。

对优选方案5的改进得到的优选方案6，PP-R给水管道的中间层所采用的单螺杆挤出机的螺杆为渗氮螺杆。保证了螺杆的强度和耐磨性。

附图说明

图1是本发明多层供水管道的挤出方法的复合模具的结构示意图；

图2是图1中A的局部放大图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：端模1、第一外层流道11、第一中层流道12、中间模2、内层流道21、第二外层流道22、第二中层流道23、汇合模3、初次汇合口31、螺旋形流道32、二次汇合口33、口模4、管胚出口41、分流锥5、分流支架6。

以实施例1为例详细描述多层供水管道的挤出方法，实施例和对比例的相关数据在表1中体现，未示出的其他文字部分与实施例1相同。

实施例1：

多层供水管道的挤出方法，步骤如下：

步骤一：取无色透明PP-R母料为内层母料；取经过复合玻纤改性后的PP-R母料为中间层母料，复合玻纤与中间层母料的质量百分比为5％(即：本方案中复合玻纤的取量是，其占复合玻纤改性后的PP-R母料的质量百分比)；取无色透明PP-R母料和红色色母混合形成外层母料，红色色母与外层母料的质量百分比为2％～4％2％(本方案的色母取量，是色母占无色透明PP-R母料和色母混合后的总材料的质量百分比)；内层母料和外层母料的无色透明PP-R母料的粘度大于中间层母料改性后的PP-R母料的粘度。

步骤二：通过三台单螺杆挤出机分别对内层母料、中间层母料和外层母料挤出成型，形成内层材料、中间层材料和外层材料；且PP-R给水管道的中间层所采用的单螺杆挤出机的螺杆为渗氮螺杆。

步骤三：采用复合模具对步骤二中的内层材料、中间层材料和外层材料进行多层共挤，形成管胚，管胚包括管道外层、管道中间层和管道内层；管道内层厚度为管道整体壁厚的10％；管道中间层厚度为管道整体壁厚的30％；管道外层厚度为管道整体壁厚的60％；

如图1和图2所示，复合模具包括端模1、中间模2、汇合模3和口模4，且端模1、中间模2、汇合模3和口模4依次连接；

端模1上设有第一外层流道11和第一中层流道12，且端模1的中心设有对第一外层流道11和第一中层流道12内的材料进行分流形成环形通道的分流锥5。

中间模2上设有环形的内层流道21、与第一外层流道11连通的第二外层流道22和与第一中层流道12连通的第二中层流道23；中间模2的中心处也设有分流锥5，使得第二外层流道22和第二中层流道23均为环形；所述内层流道21延伸至中间模2的分流锥5内。第二外层流道22内设有连接中间模2内的分流锥5与中间模2的分流支架6(由于第二外层流道22为圆环形，此处的分流锥5即为第二外层流道22的内壁，中间模2即为第二外层流道22的外壁，分流支架6主要是起到连接的作用)。

中间模2靠近汇合模3的一端为第二外层流道22的出口、第二中层流道23的出口和内层流道21的出口；且第二外层流道22的出口位于第二中层流道23的出口的外侧，内层流道21的出口位于第二中层流道23的出口的内侧；

汇合模3上设有供第二外层流道22和第二中层流道23内的材料汇合的初次汇合口31，汇合模3的中心设有与内层出料口连通的螺旋形流道32；汇合模3靠近口模4的一端设有供螺旋形流道32内的内层材料与第二中层流道23内的中间层材料汇合的二次汇合口33；

口模4上设有与二次汇合口33连通的管胚出口41；第一外层流道11、第二外层流道22的压缩比均为6；内层流道21和螺旋形流道32的压缩比均为6；第一中层流道12和第二中层流道23的压缩比为4。

具体使用复合模具时，中间层材料从第一中层流道12进入端模1中，外层材料从第一外层流道11进入端模1中；中间层材料和外层材料均通过分流锥5进行分流；外层材料经过第二外层流道22后形成包覆在中间层原料外的圆环，此时，外层材料和中间层材料再经过中间模2内的分流锥5一起进入汇合模3内的初次汇合口31中；内层材料从内层流道21进入到螺旋形流道32中进行分流，最后到二次汇合口33处与中间层材料的内壁结合，使得中间层材料包覆在外层材料外，最后三层材料经口模4内的管胚出口41挤出，形成管胚。

步骤四：步骤三中的管坯经过真空定径箱定径成型,形成成型管材；真空定径箱水温控制在45℃；成型管材进入浸水式水箱，将管材浸泡在80℃的热水中，消除管材应力，提高其抗冲性能；最后加入冷淋箱，将管材冷却，切割。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于，为了进一步便于管道的成型，分流支架6上还设有与外界连通的通气孔；当第二外层流道22内的外层母料经过分流支架6处的时候，外层母料会在分流支架6处分叉然后汇合，此时通气孔内的空气会从通气孔处进入，便于外层母料形成空心圆柱形。

由于色母的颜色不同，其成分有所差异，现以红色色母中的有效成分为例(耐晒大红，中文别称：C.I.颜料红；化学类别：单偶氮色淀；分子式：C₁₈H₁₁ClN₂O₆SBa；分子量：556.16)；尽管红色色母耐热可达200-240℃/5min，但是物质的分解、老化是无时无刻不在进行，其分解能产生，苯、芳香烃等物质，以及Ba等重金属。

表1

分别将实施例1至对比例6中得到的多层PP-R给水管道，检测得到的管道的相关情况以及从管道中流出的水中有害物质含量如下：

表2

根据上面的表格可以看出，实施例2为最佳实施例，经实施例2的方式得到的多层供水管道的硬度、弯曲模量和内压性均很好，而且管道中的水有害物质的含量减少。

实施例1与对比例1相比可以看出，管道的内层母料为无色透明PP-R母料，水中芳香烃含量降低、重金属的含量较少；因此，管道内层为无色透明PP-R母料形成，不仅减少了水直接与色母等添加料中的有害物质直接接触，还能够有效的隔离中、外层色母粒及其他添加原料对饮用水的污染。

实施例2与对比例2相比可以看出，管道中间层母料中未添加复合玻纤时，管道的硬度和承压能力均降低。

实施例3与对比例3相比可以看出，管道中间层母料的复合玻纤含量超过10％时，管道中层过硬，在埋入墙内时，管道不易弯曲，不利于管道的埋设；若埋设时强制将其弯曲，则管道容易损坏。

实施例1与对比例4相比可以看出，管道外层母料中未添加红色色母粒时，管道的透光性较大，管道内易长青苔，管道使用寿命短。

实施例1与对比例5相比可以看出，管道内层厚度占管道整体壁厚的百分比小于10％时，管道的内层厚度过小，内层容易损坏，隔离作用不佳。

实施例3与对比例6相比可以看出，管道外层厚度占管道整体壁厚的百分比小于60％时，管道的透光性较大，管道内易长青苔，管道使用寿命短。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims

1.多层供水管道的挤出方法，其特征在于，步骤如下：

步骤一：取无色透明PP-R母料为内层母料；取经过复合玻纤改性后的PP-R母料为中间层母料，所述复合玻纤与中间层母料的质量百分比为5％～10％；取无色透明PP-R母料和色母混合形成外层母料，所述色母与外层母料的质量百分比为2％～4％；

步骤二：通过三台挤出机分别对内层母料、中间层母料和外层母料挤出成型，形成内层材料、中间层材料和外层材料；所述管道外层材料厚度为管道整体壁厚的40％～60％；

步骤三：采用复合模具对步骤二中的内层材料、中间层材料和外层材料进行多层共挤，形成管胚，所述管胚包括管道外层、管道中间层和管道内层；所述复合模具包括依次连接的端模、中间模、汇合模和口模；所述端模上设有第一外层流道和第一中层流道，所述中间模上设有内层流道，与所述第一外层流道连通的第二外层流道和与所述第一中层流道连通的第二中层流道；所述中间模靠近汇合模的一端为第二外层流道的出口、第二中层流道的出口和内层流道的出口，且第二外层流道的出口位于第二中层流道的出口的外侧，内层流道的出口位于第二中层流道的出口的内侧；所述第二外层流道内设有用于连接第二外层流道的两侧壁的分流支架；所述汇合模上设有供第二外层流道和第二中层流道内的材料汇合的初次汇合口，汇合模的中部设有与所述内层出料口连通的螺旋形流道；所述汇合模靠近所述口模的一端设有供所述螺旋形流道内的内层材料与第二中层流道内的中间层材料汇合的二次汇合口；所述口模上设有与所述二次汇合口连通的管胚出口；所述第一外层流道、第二外层流道的压缩比均为6～8；所述内层流道和螺旋形流道的压缩比均为6～8；所述第一中层流道和第二中层流道的压缩比为4～7；

2.根据权利要求1所述的多层供水管道的挤出方法，其特征在于，所述内层母料和外层母料的无色透明PP-R母料的粘度大于中间层母料改性后的PP-R母料的粘度。

3.根据权利要求1或2所述的多层供水管道的挤出方法，其特征在于，所述管道内层厚度为管道整体壁厚的10％～25％。

4.根据权利要求3所述的多层供水管道的挤出方法，其特征在于，所述管道中间层厚度为管道整体壁厚的20％～40％。

5.根据权利要求1所述的多层供水管道的挤出方法，其特征在于，所述挤出机为单螺杆挤出机。

6.根据权利要求5所述的多层供水管道的挤出方法，其特征在于，所述PP-R给水管道的中间层所采用的单螺杆挤出机的螺杆为渗氮螺杆。