CN110271160B - 塑料疏水管道、生产装置和生产塑料疏水管道的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了塑料疏水管道、生产装置和生产塑料疏水管道的方法，所述生产装置包括送风输料装置、塑料挤出模具的口模和芯模，芯模的空心内腔构成水平的气体流通通道，送风输料装置能够输送空气与二氧化硅气凝胶形成的气固混合物，送风输料装置的出气口通过出料管与气体流通通道的进气口连接，芯模的出口端安装有竖直的喷射挡板，喷射挡板与芯模的出口端端面之间以及喷射挡板与气体流通通道的出气口之间均留有空隙，喷射挡板的外径大于气体流通通道的出气口口径并小于芯模的出口端外径。本发明的生产装置结构简单、操作方便，在现有技术已有的塑料挤出模具的基础上加以改进，不需过多的额外改进成本。

Description

塑料疏水管道、生产装置和生产塑料疏水管道的方法

技术领域

本发明属于建筑屋内生活用水管道***及市政給水工程领域，具体涉及塑料疏水管道、生产装置和生产塑料疏水管道的方法。

背景技术

在国家大力推动“环境友好型”城市的背景下，同时随着建筑节能和绿色建筑的蓬勃发展以及人们生活水平的提高，人们对建筑用水舒适性、节能性需求越来多，越来越高，尤其是密切关系到人们日常生活的建筑屋内用水领域。比如在高楼层出现二次供压不足，导致水流量小，严重影响高楼层居民的日常生活，又比如在日常生活中由于水路的接头较多，造成局部阻力水头损失较多，同时随着管路长期使用不清洁，管内的一些沉积物会导致管道内壁粗糙度增加，增加整个用水***的水头损失，因此也需要更大的进水压力来保持原有的用水量。因此一种超疏水性能的低阻力管道需要被迫切开发应用。

目前来说，传统的PP-R管道以及带有一定功能性的PP-R复合管，其内壁的亲水微观结构导致其存在一定自身缺陷：1）一定的粗糙系数，增加整个***水头损失；2）亲水的结构容易导致细菌的滋生，造成水的二次污染；3）容易造成紊流，增加水锤出现的概率。

发明内容

针对现有技术存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供塑料疏水管道、生产装置和生产塑料疏水管道的方法。

所述的一种具有低表面能内壁的塑料疏水管道的生产装置，包括塑料挤出模具的口模和芯模，口模内表面与所述芯模外表面形成供流体流动的环形通路，所述芯模为空心的结构，且芯模的空心内腔构成水平的气体流通通道，其特征在于还包括送风输料装置，所述送风输料装置能够输送空气与二氧化硅气凝胶形成的气固混合物，送风输料装置的出气口通过出料管与所述气体流通通道的进气口连接，所述芯模的出口端安装有竖直的喷射挡板，喷射挡板与芯模的出口端端面之间以及喷射挡板与气体流通通道的出气口之间均留有空隙，所述喷射挡板的外径大于气体流通通道的出气口口径并小于芯模的出口端外径。

所述的一种具有低表面能内壁的塑料疏水管道的生产装置，其特征在于所述气体流通通道为管状空心腔体的结构，所述喷射挡板为表面光滑的圆形钢板，喷射挡板上设有细螺丝孔，通过相配的细螺钉将喷射挡板钉接在芯模的出口端上。

所述的一种具有低表面能内壁的塑料疏水管道的生产装置，其特征在于所述送风输料装置包括加热器、送风机、进料管和物料箱，所述物料箱底部内部填充有二氧化硅气凝胶粉末床层，物料箱上部相对的两侧分别设有进风口和出风口；送风机的进风口与所述加热器由管路连接，送风机的出风口通过所述进料管与物料箱的进风口连接，物料箱的出风口通过所述出料管与所述气体流通通道的进气口连接。

所述的一种具有低表面能内壁的塑料疏水管道的生产装置，其特征在于沿着物料箱向着芯模的水平方向，所述出料管的管径逐渐减小。

所述的一种具有低表面能内壁的塑料疏水管道的生产装置，其特征在于所述出料管与物料箱的进风口连接的一端端部的管内径为50mm，所述出料管远离物料箱的一端端部的管内径的10mm；所述进料管的管内径为50mm。

所述的一种具有低表面能内壁的塑料疏水管道的生产装置，其特征在于所述二氧化硅气凝胶的粒径大小在10-100 nm范围内；所述二氧化硅气凝胶粉末在物料箱底部内部堆积的高度为30-50cm。

所述的一种具有低表面能内壁的塑料疏水管道的生产方法，其特征在于包括以下过程：

S1：常规塑料原料经熔融挤出经过芯模与口模之间的环形通路中形成管胚，该管胚与所述喷射挡板之间设有供气体流通的空隙；

S2：开启加热器和送风机向物料箱内吹入热空气，物料箱内的二氧化硅气凝胶在热空气的带动下，二氧化硅气凝胶与热空气混合形成气固混合物，气固混合物依次通过出料管和气体流通通道并喷射到喷射挡板上，在喷射挡板的阻挡作用下，所述气固混合物沿着喷射挡板进行360度的环向发散，并从喷射挡板与芯模的出口端端面之间的空隙吹过，气固混合物中的二氧化硅气凝胶粉末均匀地嵌入到正在挤出运行的管胚内壁上；

S3：随后将内壁嵌入有二氧化硅气凝胶的管胚进行定型冷却，形成具有低表面能内壁的塑料疏水管道。

所述的一种具有低表面能内壁的塑料疏水管道的生产方法，其特征在于常规塑料原料经熔融挤出形成的管胚的温度在100~200℃，所述热空气的温度在100~200℃，所述管胚的温度与热空气的温度两者之间的温度差不大于30℃。

所述的一种具有低表面能内壁的塑料疏水管道的生产方法，其特征在于经送风机输送的热空气的体积流速在10-40 mL/min，所述管胚的挤出速度不高于30 m/min。

按照上述方法方法制备的具有低表面能内壁的塑料疏水管道，其特征在于包括管壁承压层以及沿管壁承压层内壁圆周方向且沿管道轴向延伸设置的疏水功能层，所述管壁承压层为塑料管道，所述疏水功能层为二氧化硅气凝胶颗粒层，所述疏水功能层的厚度在100~200μm。

相对于现有技术，本发明取得的有益效果是：

本发明公开了一种生产具有低表面能内壁的塑料疏水管道的生产装置及生产方法，该生产装置结构简单、操作方便，在现有技术已有的塑料挤出模具的基础上加以改进，不需过多的额外改进成本。通过本发明的方法制备的塑料疏水管道，在塑料疏水管道内壁均匀嵌入疏水性的二氧化硅气凝胶颗粒层，颗粒层的嵌入厚度在100~200μm以内，通过疏水颗粒层的设置能够降低管材水流阻力，减少整个***水头损失，间接提高能源利用率。疏水颗粒层可以使得水流冲走粘附在管道内壁一定数量的细菌，降低水的二次污染。本发明生产的管道最大程度的保持管道内流态，减低紊流出现频率，使得水更加顺畅输送到使用终端，提高用户用水舒适度。

附图说明

图1为本发明的塑料疏水管道的生产装置的结构示意图；

图2为本发明的口模、芯模以及喷射挡板之间的连接结构示意图；

图3为本发明的塑料疏水管道的端面结构示意图；

图4为图3中A处的放大图；

图5为水珠在疏水功能层上的结构示意图；

图中：1-疏水功能层，2-管壁承压层，3-口模，4-环形通路，5-喷射挡板，6-气体流通通道，7-物料箱，9-二氧化硅气凝胶粉末床层，10-送风机，11-进料管，12-出料管，13-芯模，14-水珠，15-细螺钉。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。

实施例：对照图1~5

一种具有低表面能内壁的塑料疏水管道的生产装置，包括塑料挤出模具的口模3和芯模13，所述芯模13与所述口模3同轴并设置于所述口模3内，口模3内表面与所述芯模13外表面形成供流体流动的环形通路4，所述芯模13为空心的结构，且芯模13的空心内腔构成水平的气体流通通道6（对照图1~2，气体流通通道6为管状空心腔体的结构）。

本申请的结构还包括送风输料装置，所述送风输料装置能够输送空气与二氧化硅气凝胶形成的气固混合物，送风输料装置的出气口通过出料管12与所述气体流通通道6的进气口连接，所述芯模13的出口端安装有竖直的喷射挡板5，喷射挡板5可采用表面光滑的圆形钢板，喷射挡板5上设有细螺丝孔，通过相配的细螺钉15将喷射挡板5钉接在芯模13的出口端上（对照图2，喷射挡板5通过一对细螺钉15钉接在芯模13的出口端上，保证喷射挡板5与芯模13之间固定连接的稳定性，且细螺钉15的直径较小，对从喷射挡板5与芯模13之间的空隙流过的气流干扰小）。从图2可以看出，喷射挡板5与芯模13的出口端端面之间以及喷射挡板5与气体流通通道6的出气口之间均留有空隙，所述喷射挡板5的外径大于气体流通通道6的出气口口径并小于芯模13的出口端外径。从气体流通通道6内部流通的气流垂直撞击在喷射挡板5的中心，由于喷射挡板5表面光滑，气流中的粉末不会附着在喷射挡板5的表面，在喷射挡板5的阻挡作用下，气流沿着喷射挡板5的表面向着四周散开，即在竖直方向上进行360度的环向发散（如图2中的流动路线a所示），发射的气流从喷射挡板5与芯模13的出口端端面之间的空隙流出。

对照图1，本申请的送风输料装置包括加热器、送风机10、进料管11和物料箱7，所述物料箱7底部内部填充有二氧化硅气凝胶粉末床层9（所述二氧化硅气凝胶粉末的粒径大小在10-100 nm范围内，二氧化硅气凝胶粉末在物料箱7底部内部堆积的高度为30-50cm，所述二氧化硅气凝胶采用疏水性的材料），物料箱7上部相对的两侧分别设有进风口和出风口；送风机10的进风口与所述加热器由管路连接（加热器的设置，保证送风机10输送的气体为热空气），送风机10的出风口通过所述进料管11与物料箱7的进风口连接（进料管11的管内径为50mm），物料箱7的出风口通过所述出料管12与所述气体流通通道6的进气口连接。

对照图1，物料箱7的进风口和出风口均设置在其上部，通过送风机10输送的热空气进入到物料箱7内，热空气在物料箱7内的流速大大降低，由于二氧化硅气凝胶粉末的密度小、质轻，二氧化硅气凝胶粉末缓慢的被小流速的热空气扬起，并与热空气混合形成气固混合物，所述气固混合物再进入到出料管12内。

为了使二氧化硅气凝胶与热空气的气固混合物的流速加大形成喷射流，本发明出料管12为口径渐缩管的结构，即沿着物料箱7向着芯模13的水平方向，所述出料管12的管径逐渐减小。出料管12与物料箱7的进风口连接的一端端部的管内径为50mm，所述出料管12远离物料箱7的一端端部的管内径的10mm。由于随着出料管12口径的渐缩，所述气固混合物的流速加快，喷射到喷射挡板5上面，随后进行360度的环向发散，嵌入到正在挤出运行的管道内壁，经过定型冷却之后，形成疏水功能层1，外层则为管壁承压层2，最后形成具有疏水功能的低表面能管材。所述疏水功能层1在管壁承压层2内壁圆周方向且沿管道轴向延伸设置，所述管壁承压层2为挤出形成的塑料管道，所述疏水功能层1为嵌入到塑料管道内壁的二氧化硅气凝胶颗粒层，所述疏水功能层1的厚度在100~200μm。对照图5中，水珠14在疏水功能层1上的情形。

利用上述塑料疏水管道的生产装置，进行生产具有低表面能内壁的塑料疏水管道，包括以下过程：

S1：常规塑料原料经熔融挤出经过芯模13与口模3之间的环形通路4中形成管胚，该管胚与所述喷射挡板5之间设有供气体流通的空隙，所述管胚的挤出速度不高于30 m/min；

S2：开启加热器和送风机10向物料箱7内吹入热空气，热空气的体积流速在10-40mL/min，物料箱7内的二氧化硅气凝胶在热空气的带动下，二氧化硅气凝胶与热空气混合形成气固混合物，气固混合物依次通过出料管12和气体流通通道6并喷射到喷射挡板5上，在喷射挡板5的阻挡作用下，所述气固混合物沿着喷射挡板5进行360度的环向发散，并均匀喷涂在经过芯模13外表面的熔融态管胚的内壁上，在管胚的内壁上形成具有纳米结构的低表面能结构；

S3：随后将内壁嵌入有二氧化硅气凝胶的管胚进行定型冷却，形成具有低表面能内壁的塑料疏水管道。

其中，为保证二氧化硅气凝胶与管胚内壁的相容性，管胚温度范围为100~200℃，热空气的温度范围为100~200℃，二氧化硅气凝胶与热空气的气固混合物温度范围为100~200℃，三者的温度差不大于30℃。

物料箱7应保证充分的密封性，热空气在物料箱7流动过程中应防止回流。为保证二氧化硅气凝胶气凝胶的均匀性，二氧化硅气凝胶的粒径范围为10-100 nm；为保证二氧化硅气凝胶的喷涂效果，管材挤出速度应不高于30 m/min；二氧化硅气凝胶喷涂在管材内壁，应不影响管材的承压性能，同时为达到降低表面能的效果，二氧化硅气凝胶的喷涂厚度不低于100 μm；喷射挡板5的功能仅为调整气流的流动方向，同时确保二氧化硅气凝胶不沉积在其表面。

最终制备得到的具有低表面能内壁的塑料疏水管道，管材内壁水接触角应不小于110°，管材使用最大使用温度不超过90℃，并确保在该温度下二氧化硅气凝胶无脱落、无析出。

本说明书所述的内容仅仅是对发明构思实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式。

Claims (8)

1.一种具有低表面能内壁的塑料疏水管道的生产装置，包括塑料挤出模具的口模（3）和芯模（13），口模（3）内表面与所述芯模（13）外表面形成供流体流动的环形通路（4），所述芯模（13）为空心的结构，且芯模（13）的空心内腔构成水平的气体流通通道（6），其特征在于还包括送风输料装置，所述送风输料装置能够输送空气与二氧化硅气凝胶形成的气固混合物，送风输料装置的出气口通过出料管（12）与所述气体流通通道（6）的进气口连接，所述芯模（13）的出口端安装有竖直的喷射挡板（5），喷射挡板（5）与芯模（13）的出口端端面之间以及喷射挡板（5）与气体流通通道（6）的出气口之间均留有空隙，所述喷射挡板（5）的外径大于气体流通通道（6）的出气口口径并小于芯模（13）的出口端外径；

所述送风输料装置包括加热器、送风机（10）、进料管（11）和物料箱（7），所述物料箱（7）底部内部填充有二氧化硅气凝胶粉末床层（9），物料箱（7）上部相对的两侧分别设有进风口和出风口；送风机（10）的进风口与所述加热器由管路连接，送风机（10）的出风口通过所述进料管（11）与物料箱（7）的进风口连接，物料箱（7）的出风口通过所述出料管（12）与所述气体流通通道（6）的进气口连接；沿着物料箱（7）向着芯模（13）的水平方向，所述出料管（12）的管径逐渐减小。

2.根据权利要求1所述的一种具有低表面能内壁的塑料疏水管道的生产装置，其特征在于所述气体流通通道（6）为管状空心腔体的结构，所述喷射挡板（5）为表面光滑的圆形钢板，喷射挡板（5）上设有细螺丝孔，通过相配的细螺钉将喷射挡板（5）钉接在芯模（13）的出口端上。

3.根据权利要求1所述的一种具有低表面能内壁的塑料疏水管道的生产装置，其特征在于所述出料管（12）与物料箱（7）的进风口连接的一端端部的管内径为50mm，所述出料管（12）远离物料箱（7）的一端端部的管内径为10mm；所述进料管（11）的管内径为50mm。

4.根据权利要求1所述的一种具有低表面能内壁的塑料疏水管道的生产装置，其特征在于所述二氧化硅气凝胶的粒径大小在10-100 nm范围内；二氧化硅气凝胶在物料箱（7）底部内部堆积的高度为30-50cm。

5.一种具有低表面能内壁的塑料疏水管道的生产方法，其特征在于包括以下过程：

S1：常规塑料原料经熔融挤出经过芯模（13）与口模（3）之间的环形通路（4）中形成管胚，该管胚与喷射挡板（5）之间设有供气体流通的空隙；

S2：开启加热器和送风机（10）向物料箱（7）内吹入热空气，物料箱（7）内的二氧化硅气凝胶在热空气的带动下，二氧化硅气凝胶与热空气混合形成气固混合物，气固混合物依次通过出料管（12）和气体流通通道（6）并喷射到喷射挡板（5）上，在喷射挡板（5）的阻挡作用下，所述气固混合物沿着喷射挡板（5）进行360度的环向发散，并从喷射挡板（5）与芯模（13）的出口端端面之间的空隙吹过，气固混合物中的二氧化硅气凝胶粉末均匀地嵌入到正在挤出运行的管胚内壁上；

S3：随后将内壁嵌入有二氧化硅气凝胶的管胚进行定型冷却，形成具有低表面能内壁的塑料疏水管道。

6.根据权利要求5所述的一种具有低表面能内壁的塑料疏水管道的生产方法，其特征在于常规塑料原料经熔融挤出形成的管胚的温度在100~200℃，所述热空气的温度在100~200℃，所述管胚的温度与热空气的温度两者之间的温度差不大于30℃。

7.根据权利要求5所述的一种具有低表面能内壁的塑料疏水管道的生产方法，其特征在于经送风机（10）输送的热空气的体积流速在10-40 mL/min，所述管胚的挤出速度不高于30 m/min。

8.根据权利要求5所述的方法制备的具有低表面能内壁的塑料疏水管道，其特征在于包括管壁承压层（2）以及沿管壁承压层（2）内壁圆周方向且沿管道轴向延伸设置的疏水功能层（1），所述管壁承压层（2）为塑料管道，所述疏水功能层（1）为二氧化硅气凝胶颗粒层，所述疏水功能层（1）的厚度在100~200μm。

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