专利名称：一种油处理专用耐温耐压双向自增强塑料管材的成型装置的制作方法
技术领域：
本技术涉及各种塑料管材制件生产制造的成型设备，尤其是涉及油处理专用耐温 耐压塑料管材在其轴周向上实现自增强的挤出成型设备。
背景技术：
在废油回收处理和再炼制过程中，输送油液的管道不仅需要承受腐蚀，而且还往 往需要承受一定的压力和温度。但塑料管材毕竟是塑料制品，其刚度强度和耐温性能等都 远不及铸铁管，为了满足在废油回收处理和再炼制过程中的应用，就需要提高塑料管材的 耐压强度和耐温性能，如采用普通方法来提高其强度就必须增大管材的壁厚，但壁厚增大 后又带来了由不均勻受热或冷却、固态相变时伴有的体积变化、各部分变形程度的差异及 收缩阻碍等因素引起的附加内应力，这些附加内应力经过叠加之后将使管材的受力状况更 加恶化。因此单纯依靠增加管材壁厚的方法将导致管材的内应力产生更加不利的叠加效 应，而且由于壁厚增加用料增多导致的经济效益下降等因素也使得管材的壁厚不能任意增 厚。而目前常规的塑料管材挤出成型设备装置还无法克服如此两难的困境。虽然近年来也 开发了不少自增强塑料管材的成型装置，但是由于通过这些装置所获得的管材的自增强结 构和效果又由于其处在较高的温度环境下而大量熔融回复而消失，因而改善效果始终不是 特别明显。
发明内容
本发明的目的在于克服目前常规的塑料管材挤出成型设备装置所生产的管材无 法同时满足既薄壁、低成本又具有较高刚强度与耐温性能等的不足，特别是近年来所出现 的新方法无法大量留存自增强结构与效果的不足，提供一种能在同样壁厚且不添加任何其 他增强剂的前提下同时大幅度提升管材轴周向强度和耐温性能并将这些改善效果保留下 来的挤出成型设备装置。本发明的目的是这样实现的为了同时提升管材周向和轴向强度，而又不增加其 壁厚和添加其他任何增强剂，则特别设计一种温度梯度场与剪切拉伸复合应力场耦合挤出 双向自增强管材成型装置，利用该装置的温度梯度场与剪切拉伸复合应力场的耦合作用可 在挤出成型过程中形成沿管材周向和轴向取向结晶的大分子、串晶及串晶互锁等聚合物的 高性能凝聚态结构，并将这些高性能凝聚态结构留存于最终产品的微观组织结构中。其特 点是对整个成型过程施加一可分段控温的温度梯度场并对挤出成型的管材施加周向剪切 和轴向拉伸的双向复合应力场，使聚合物大分子及大分子链等微观结构在此周向剪切轴向 拉伸双向复合应力场的影响驱动下形成沿管材周向和轴向取向结晶的大分子、串晶及串晶 互锁等聚合物的高性能凝聚态结构，同时利用温度梯度场的分段控温功能将双向增强成型 段后的温度控制在低于熔点温度之下的固态塑料温度环境中而使所获得的沿管材周向和 轴向取向结晶的大分子、串晶及串晶互锁等聚合物的高性能凝聚态结构留存于制品的微观 组织结构中。其工艺步骤为
——原材料的除湿烘料——原材料加入挤出机塑化——熔融塑料经挤出机挤出——塑料管材在温度梯度场与剪切拉伸复合应力场耦合作用下实现挤出双向自 增强成型——冷却定型——切割收取本发明装置使管材双向自增强的机理是这样实现的让塑料材料在挤出成型塑料 管材的过程中通过一个剪切拉伸双向复合应力场，该复合应力场由一个特制的挤管装置产 生并控制调节，而此装置一直处在一个可分段控温的温度梯度场中。在塑料管材的挤出成 型过程中，熔融塑料依次通过该装置的剪切应力场和拉伸应力场，当熔体流经周向剪切应 力场时，由于该应力场中的剪切旋转导筒的剪切旋转诱导作用而产生线性晶核一原纤， 线性晶核在剪切诱导的继续作用下不断生长、取向、有序排列而完成初次取向结晶过程，并 形成初次取向结晶的大分子、串晶及串晶互锁结构。当这些初次取向结晶的大分子、串晶及 串晶互锁结构及聚合物的大分子与大分子链随后流经由口模和芯棒之间的拉伸收敛流道 所产生的拉伸应力场时，初次取向结晶的大分子、串晶及串晶互锁结构及聚合物的大分子 与大分子链又顺着拉伸应力场取向结晶，部分未初次取向结晶的聚合物大分子及大分子链 就形成了与拉伸应力场方向(即管材的轴向方向)一致的初次取向结晶的大分子、串晶及 串晶互锁结构，而已经初次取向结晶的大分子、串晶及串晶互锁结构及聚合物的大分子与 大分子链在拉伸应力场的作用下形成了既不沿着管材的轴向也不沿着管材的周向的倾斜 排列结构，并且这些结构在位置变换的过程中由于拉伸外场的作用进而进行着深度的取向 结晶而形成大量的二次取向结晶结构。同时通过温度梯度场的分段控温功能将这些结构一 旦形成就在聚合物管材中保留下来而避免了在高温状态下的结晶熔融和取向回复。它们与 经同样原理保留下来的仍然沿着管材轴向或周向的取向结晶结构一起共同促使管材的轴 向和周向性能获得增强改善。这就是本发明装置能够使聚合物管材获得轴向和周向双向自 增强的机理。本发明装置将聚合物大分子的取向结晶结构增强产品性能的原理应用于塑料管 材的生产制造行业并通过温度梯度场的分段控温功能使这些性能得以保留，因此，利用本 发明装置生产的塑料管材，管材的强度和模量都可明显获得轴向和周向上的双向增强，极 大地提升了满足受内压管材对材料性能的现实需求。经增强以后管材的晶片厚度更厚，结 晶度更高，因而其耐热性能也较常规管材有明显的改善，特别适合用作为油处理专用管道。 本发明设备投资少，原料成本低，生产费用低廉而制品性能优良，具有较好的工业化前景。
图1为本发明温度梯度场与剪切拉伸复合应力场耦合挤管装置结构原理示意2为本发明装置所生产的双向自增强管材内部的微观分子结构模型示意中1. 口模，2.剪切旋转套筒，3.芯棒，4.熔融塑料，5.温度控制调节装置，6.取向结 晶串晶互锁结构，7.取向结晶串晶结构，8.取向结晶大分子。
I. 口模温度I段，II. 口模温度II段，III. 口模温度III段，IV. 口模温度IV段。A.塑料熔融状态A，B.塑料熔融状态B，C.塑料熔融状态C，D.塑料熔融状态D。a.剪切应力场段，b.拉伸应力场段，c.冷却定型段。
具体实施例在进行挤管生产前，通过温度控制调节装置5的温度分段控制调节功能将整个双 向复合应力场挤管装置的口模温度分段控制为口模温度I段为熔点温度之上，口模温度II 段为熔点温度之上+5°C段，口模温度III段为熔点温度-5°C段，口模温度IV段为熔点温度 之下的固态塑料段后，则装置的温度稳定后口模内塑料熔体各段的状态为A为熔融态塑 料，B为熔融态塑料，C为半固态塑料，D为固态塑料。开启挤出机挤出熔融塑料4，熔融塑 料4流经拉伸应力场段b时已冷却为半固态塑料熔体C。当熔融塑料4流经芯棒3的周向 剪切应力场段a时，由于剪切旋转套筒2的剪切旋转诱导作用而使熔融塑料4产生线性晶 核——原纤，线性晶核在剪切旋转套筒2的剪切诱导的继续作用下不断生长、取向、有序排 列而完成初次取向结晶过程，并形成初次取向结晶的大分子8、串晶7及串晶互锁结构6。当 这些初次取向结晶的大分子8、串晶7及串晶互锁结构6及聚合物的大分子与大分子链随后 流经芯棒3的拉伸应力场段b时，即形成了既不沿着管材的轴向也不沿着管材的周向的倾 斜排列的结构，并且这些结构在位置变换的过程中进行着深度的取向结晶而大量形成二次 取向结晶串晶互锁结构6。同时由于这些串晶互锁结构6形成之后就立即进入熔点温度之 下段的口模IV段的固态塑料温度环境中，因而这些结构一旦形成就大量在聚合物管材中 保留下来促使管材的轴向和周向性能获得增强改善。
权利要求
1.一种油处理专用耐温耐压双向自增强塑料管材的成型装置，其特征在于该成型装 置含有温度梯度场与剪切拉伸复合应力场两个发生装置。
2.根据权利要求1所述的一种油处理专用耐温耐压双向自增强塑料管材的成型装置， 其特征在于该装置的温度梯度场发生装置主要包含可实现分段控温功能的温度控制调节直ο
3.根据权利要求1所述的一种油处理专用耐温耐压双向自增强塑料管材的成型装置， 其特征在于该装置的剪切拉伸复合应力场发生装置含有一个周向剪切应力场发生装置。
4.根据权利要求1所述的一种油处理专用耐温耐压双向自增强塑料管材的成型装置， 其特征在于该装置的剪切拉伸复合应力场发生装置含有一个紧接于其周向剪切应力场发 生装置之后的轴向拉伸应力场发生装置。
5.根据权利要求3所述的一种油处理专用耐温耐压双向自增强塑料管材的成型装置， 其特征在于在该装置的周向剪切应力场发生装置中，设置有一个可周向旋转剪切而诱导产 生周向剪切应力场的套筒。
6.根据权利要求4所述的一种油处理专用耐温耐压双向自增强塑料管材的成型装置， 其特征在于在该装置的轴向拉伸应力场发生装置中，设置有一个通过芯棒与口模之间的拉 伸收敛流动诱导作用而产生轴向拉伸应力场的轴向收敛流道。
全文摘要
本发明涉及各种塑料管材制件生产制造的设备装置，其特点是该成型装置含有一可分段控温的温度梯度场与剪切拉伸复合应力场两个发生装置并能实现温度梯度场与剪切拉伸双向复合应力场耦合挤管成型工艺，利用本发明装置生产的塑料管材，管材的强度和模量都获得了轴向和周向上的双向增强，更优化地配置了材料的性能，提升了受内压管材对材料性能现实需求的满足程度。经增强以后，管材在轴向和周向上的取向程度也比常规管材的高，且增强管材的晶片厚度更厚，结晶度更高，因而其耐温性能也较常规管材有改善，特别适合用作为油处理专用管道。本发明装置投资少，生产费用低廉而制品性能特别优良，具有较好的工业化前景。
文档编号B29C47/24GK102085719SQ200910191780
公开日2011年6月8日 申请日期2009年12月7日 优先权日2009年12月7日
发明者张贤明, 申开智, 袁毅, 邹昌平 申请人:重庆工商大学