專(zhuān)利名稱(chēng)：一種低溫近熔點(diǎn)擠出周向自增強(qiáng)塑料管材的成型原理及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本技術(shù)涉及各種塑料管材制件的生產(chǎn)制造的原理方法，尤其是涉及塑料管材在其
周向上實(shí)現(xiàn)低溫近熔點(diǎn)自增強(qiáng)的擠出成型原理及方法。屬塑料制件的生產(chǎn)制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷發(fā)展，對(duì)大口徑塑料管材的需求更加突 出。在給水系統(tǒng)中，大口徑管往往用做主管道，輸送的流體壓力相對(duì)較高，但此時(shí)由于受內(nèi) 壓管的周向應(yīng)力是其軸向應(yīng)力的2倍，就必須將管材的壁厚設(shè)計(jì)得較厚才能滿(mǎn)足其周向強(qiáng) 度的要求。因此，為了提高管材的耐壓強(qiáng)度，如采用普通方法的話就必須增大管材的壁厚。 但是壁厚增大后又帶來(lái)了由不均勻受熱或冷卻、固態(tài)相變時(shí)伴有的體積變化、各部分變形 程度的差異及收縮阻礙等因素引起的附加內(nèi)應(yīng)力，這些附加內(nèi)應(yīng)力經(jīng)過(guò)疊加之后將使管材 的受力狀況更加惡化。因此單純依靠增加管材壁厚的方法將導(dǎo)致管材的內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生更加不 利的疊加效應(yīng)，而且由于壁厚增加其用料增多所導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)效益下降等因素也使得管材的 壁厚不能任意增厚。而目前常規(guī)的塑料管材擠出成型方法還無(wú)法克服如此兩難的困境。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服目前常規(guī)的塑料管材擠出成型方法所生產(chǎn)的管材無(wú)法同
時(shí)滿(mǎn)足既薄壁、低成本、高效益又具有較高周向強(qiáng)度等的不足，提供一種能在同樣壁厚且不
添加任何其他增強(qiáng)劑的前提下較好地提升管材周向強(qiáng)度的擠出成型方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的為了提升管材周向強(qiáng)度，而又不增加其壁厚和添加
其他任何增強(qiáng)劑，則須在管材擠出成型過(guò)程中形成沿管材周向取向結(jié)晶的大分子、串晶及
串晶互鎖等聚合物的高性能凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)，而且將這些高性能凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)盡可能地留存于最
終產(chǎn)品的微觀組織中以較明顯地提升管材周向的性能。其特點(diǎn)是在擠出成型過(guò)程中對(duì)成型
的管材施加周向剪切應(yīng)力場(chǎng)，使聚合物大分子及大分子鏈等微觀結(jié)構(gòu)在此周向剪切應(yīng)力場(chǎng)
的影響驅(qū)動(dòng)下形成沿管材周向取向結(jié)晶的大分子、串晶及串晶互鎖等聚合物的高性能凝聚
態(tài)結(jié)構(gòu)，而且使這一過(guò)程完全在低溫度場(chǎng)下稍高于所成型物料熔點(diǎn)的溫度區(qū)間內(nèi)完成以使
這些高性能凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)盡量留存于制品的微觀結(jié)構(gòu)中而不至于發(fā)生大量的甚至是全部的
高溫結(jié)晶熔融和取向回復(fù)。其工藝步驟為 ——原材料的除濕烘料 ——原材料加入擠出機(jī)塑化—熔融塑料經(jīng)擠出機(jī)擠出—塑料管材在周向剪切應(yīng)力場(chǎng)擠管模內(nèi)進(jìn)行低溫近熔點(diǎn)的周向自增強(qiáng)擠出成 型 ——冷卻定型
——切割收取
本發(fā)明管材周向增強(qiáng)的機(jī)理是這樣實(shí)現(xiàn)的讓塑料材料在擠出成型塑料管材的過(guò) 程中通過(guò)一個(gè)周向剪切應(yīng)力場(chǎng)，該應(yīng)力場(chǎng)由一個(gè)特制的擠管裝置產(chǎn)生并控制調(diào)節(jié)，而此裝 置一直處在一個(gè)僅比該成型物料熔點(diǎn)溫度稍高的溫度場(chǎng)中。在塑料管材的擠出成型過(guò)程 中，熔融塑料通過(guò)該裝置的周向剪切應(yīng)力場(chǎng)時(shí)，由于剪切旋轉(zhuǎn)套筒的旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的誘導(dǎo)作 用而形成線性晶核——原纖，線性晶核在剪切誘導(dǎo)的繼續(xù)作用下不斷生長(zhǎng)、取向、有序排列 而完成初次取向結(jié)晶過(guò)程，并最終形成取向結(jié)晶的串晶互鎖結(jié)構(gòu)。同時(shí)由于整個(gè)應(yīng)力場(chǎng)都 處在低溫近熔點(diǎn)的溫度環(huán)境中，因而這些結(jié)構(gòu)一旦形成就較容易地在聚合物管材中保留下 來(lái)而避免了在高溫熔融狀態(tài)下的大量結(jié)晶熔融和取向回復(fù)。它們與經(jīng)同樣原理大量保留下 來(lái)的仍然沿著管材周向取向的大分子與串晶等結(jié)晶結(jié)構(gòu)一起共同促使管材的周向性能獲 得增強(qiáng)改善。這就是本發(fā)明中聚合物管材能夠獲得周向自增強(qiáng)的機(jī)理。 本發(fā)明將聚合物大分子的取向結(jié)晶結(jié)構(gòu)增強(qiáng)產(chǎn)品性能的原理應(yīng)用于塑料管材的 生產(chǎn)制造行業(yè)并通過(guò)低溫近熔點(diǎn)的溫度環(huán)境將這些性能較好地保留，因此，利用本發(fā)明方 法生產(chǎn)的塑料管材，管材的強(qiáng)度和模量都同時(shí)獲得了周向上的增強(qiáng)，消除了熔接痕缺陷，且 管材周向上的強(qiáng)度與模量都可超過(guò)或接近其軸向上的強(qiáng)度與模量，因而更優(yōu)化地配置了材 料的性能，更好地滿(mǎn)足了受內(nèi)壓管材對(duì)材料性能的現(xiàn)實(shí)需求。經(jīng)增強(qiáng)以后，管材在周向上的 取向程度也比常規(guī)管材的高，且增強(qiáng)管材的晶片厚度更厚，結(jié)晶度更高，因而耐熱性也較常 規(guī)管材有明顯的改善。本發(fā)明生產(chǎn)效率高，設(shè)備投資少，原料成本低，生產(chǎn)費(fèi)用低廉而制品 性能優(yōu)良，能滿(mǎn)足工業(yè)化生產(chǎn)條件，具有較好的工業(yè)化前景與經(jīng)濟(jì)效益。


圖1為本發(fā)明塑料管材擠出工藝流程圖 圖2為本發(fā)明周向剪切應(yīng)力場(chǎng)擠管原理示意圖 圖3為本發(fā)明周向自增強(qiáng)管材內(nèi)的微觀分子結(jié)構(gòu)模型示意圖 圖中1.剪切旋轉(zhuǎn)套筒，2.芯棒，3.熔融塑料，4.測(cè)溫孔，5.溫度控制調(diào)節(jié)裝置， 6. 口模，7.塑料管材，8.取向大分子，9.取向串晶，IO.取向串晶互鎖結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例 在進(jìn)行擠管生產(chǎn)前，通過(guò)溫度控制調(diào)節(jié)裝置5的溫度控制調(diào)節(jié)功能及測(cè)溫孔4內(nèi) 熱電偶的溫度探測(cè)與反饋?zhàn)饔脤⒄麄€(gè)周向剪切應(yīng)力場(chǎng)擠管裝置置于一稍高于所成型物料 熔點(diǎn)的溫度環(huán)境中直至整個(gè)裝置內(nèi)部的溫度都均勻一致后，開(kāi)啟擠出機(jī)擠出熔融物料3，當(dāng) 熔體3流經(jīng)芯棒2的周向剪切應(yīng)力場(chǎng)段時(shí)，由于剪切旋轉(zhuǎn)套筒1的剪切誘導(dǎo)作用而使熔融 塑料3產(chǎn)生線性晶核——原纖，線性晶核在剪切旋轉(zhuǎn)套筒1剪切誘導(dǎo)的繼續(xù)作用下不斷生 長(zhǎng)、取向、有序排列而完成初次取向結(jié)晶過(guò)程，并最終形成取向結(jié)晶的串晶互鎖結(jié)構(gòu)11。同 時(shí)由于整個(gè)應(yīng)力場(chǎng)都處在低溫近熔點(diǎn)的溫度環(huán)境中，因而這些結(jié)構(gòu)一旦形成就大量在聚合 物管材8中保留下來(lái)而避免了在高溫熔融狀態(tài)下的大量結(jié)晶熔融和取向回復(fù)。它們與經(jīng)同 樣原理大量保留下來(lái)的仍然沿著管材周向取向的大分子8和取向串晶結(jié)構(gòu)9 一起共同促使 塑料管材7的周向性能獲得增強(qiáng)改善。
權(quán)利要求
一種低溫近熔點(diǎn)擠出周向自增強(qiáng)塑料管材的成型原理及方法，其特征在于其是在稍高于所成型物料熔點(diǎn)溫度環(huán)境中及周向剪切應(yīng)力場(chǎng)下實(shí)現(xiàn)擠管成型工藝，其工藝步驟為——原材料的除濕烘料——原材料加入擠出機(jī)塑化——熔融塑料經(jīng)擠出機(jī)擠出——塑料管材在周向剪切應(yīng)力場(chǎng)下實(shí)現(xiàn)低溫近熔點(diǎn)周向自增強(qiáng)成型——冷卻定型——切割收取。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低溫近熔點(diǎn)擠出周向自增強(qiáng)塑料管材的成型原理及方 法，其特征在于該方法所成型的塑料管材具有沿管材周向取向結(jié)晶的大分子、串晶及串晶 互鎖等聚合物的高性能凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的一種低溫近熔點(diǎn)擠出周向自增強(qiáng)塑料管材的成型原理及 方法，其特征在于通過(guò)施加周向剪切應(yīng)力場(chǎng)于擠管成型過(guò)程中而獲得具有自增強(qiáng)功能的聚 合物材料的高性能凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1、2和3所述的一種低溫近熔點(diǎn)擠出周向自增強(qiáng)塑料管材的成型原理 及方法，其特征在于在周向剪切應(yīng)力場(chǎng)中，由于周向旋轉(zhuǎn)剪切套筒的剪切誘導(dǎo)作用，高分子 聚合物通過(guò)周向的取向結(jié)晶分布來(lái)實(shí)現(xiàn)管材周向的自增強(qiáng)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1、2、3和4所述的一種低溫近熔點(diǎn)擠出周向自增強(qiáng)塑料管材的成型原 理及方法，其特征在于整個(gè)的擠管成型過(guò)程都是處在一個(gè)稍高于所成型物料熔點(diǎn)溫度的低 溫近熔點(diǎn)溫度場(chǎng)中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低溫近熔點(diǎn)擠出周向自增強(qiáng)塑料管材的成型原理及方法，其特點(diǎn)是在稍高于所成型物料熔點(diǎn)的溫度環(huán)境中的周向剪切應(yīng)力場(chǎng)下實(shí)現(xiàn)擠管成型工藝，其工藝步驟依次為原料干燥，擠出機(jī)塑化，熔料擠出，低溫近熔點(diǎn)周向自增強(qiáng)成型，冷卻定型，切割收取。利用本發(fā)明方法生產(chǎn)的塑料管材，其周向上的強(qiáng)度和模量都獲得較好的增強(qiáng)且都可超過(guò)或接近其軸向上的強(qiáng)度與模量，因而更優(yōu)化地配置了材料的性能，更好地滿(mǎn)足了受內(nèi)壓管材對(duì)材料性能的現(xiàn)實(shí)需求。經(jīng)增強(qiáng)以后，管材的晶片厚度更厚，結(jié)晶度更高，因而耐熱性也較常規(guī)管材有明顯的改善。本發(fā)明設(shè)備投資少，原料成本低，生產(chǎn)費(fèi)用低廉而制品性能優(yōu)良，具有較好的工業(yè)化前景。
文檔編號(hào)B29L23/00GK101746047SQ20081023717
公開(kāi)日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2008年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月22日
發(fā)明者張 杰, 李又兵, 申開(kāi)智, 袁毅, 高雪芹 申請(qǐng)人:重慶工商大學(xué)