专利名称：管子成形用模具以及由管子成形用模具成形的树脂管子的制作方法
技术领域：
本发明涉及管子成形用模具以及由管子成形用模具成形的树脂管子。
背景技术：
管子成形用模具是用于制造例如煤气管道所使用的聚丙烯管子以及聚乙烯管子等细长的树脂管子。
由树脂挤出机将树脂管子原材料的熔融混炼的树脂(以下称为熔融树脂)供给管子成形用模具。供给的熔融树脂经由模具内的流路最终作为挤出成形制品的树脂管子从模具排出。其顺序是先将供给模具内的熔融树脂一次扩大为大直径的圆筒形状，然后慢慢缩小，最后制成所需直径的管子。
管子成形用模具一般基本是由下述构件组成把从树脂挤出机供给的熔融树脂制成圆筒形状的模具部、把从模具部送来的制成圆筒形状的熔融树脂缩小并给予整流效果的颈缩部、使树脂的流速一致的平台部。而且，这些构成部件是分别从熔融树脂的流动方向的上流侧至下流侧并且是同轴依次排列的。
由这样的管子成形用模具所制造的作为挤出成形制品的树脂管子，要求壁厚没有不均匀现象。即要求树脂管子横截面的内表面形状以及外表面形状都为同心的正圆。
这是因为如果管子的壁厚有不均现象则会产生如下①～③所示的问题。
①外观不佳。
②将管子端面之间对接进行对缝焊接时，容易产生中心错位。
③因为当管子表面有污物及损伤时，对于接缝焊接管子的情况不理想，所以必须要切削管子表面。此时要用夹具固定管子的外圆周表面，使切削工具在管子周围移动来切削管子表面，但当壁厚非常不均匀时，因为管子表面为凸凹不平的状态，所以，不能由夹具将管子均匀压紧，会出现固定牢固的部分与未牢固固定的部分而造成管子不稳定。而且，因为用夹具固定的管子的外表面与切削工具之间的距离不均匀，所以，紧密连接性能不佳，即使进行切削也不能得到正圆，会产生切削不均匀。为了不产生切削不均现象而必须加大切削量，由此而必须要有多余的原材料。
因此，为了使得由管子成形用模具所成形的树脂管子的壁厚均匀，一般是使从模具挤出的树脂的流动在模具内的流路的任意部位均相同。为了使流路中的树脂的流动一致，提高整流效果或是提高挤压效果的方法是很有效的。
但是，为了提高整流效果以及挤压效果，必须要使模具大型化，若使模具大型化则必须要提高使熔融树脂流动所需的压力。而且，当提高压力时，熔融树脂的温度会上升，树脂容易劣化，管子表面过于光亮而造成外观不佳、商品价值下降。而且还必须提高模具以及挤出机的耐压性。
而且，由本发明者的实验可知，在制造壁厚8mm以上的厚壁管子时，若使用目前的技术，即使竭力提高整流效果以及挤压效果，也会产生壁厚不均的问题。
本发明的目的是提供管子成形用模具以及由该管子成形用模具成形的树脂管子，其特征在于不论所要求的树脂管子的壁厚尺寸如何，都可以简单地成形壁厚均匀的树脂管子。
发明的公开本发明的管子成形用模具在作为其一个构成部分的颈缩部具有模芯、与前述模芯配合的外壳部、树脂积存部；该树脂积存部在前述模芯与前述外壳部之间形成并构成使作为原材料的熔融树脂流动的流路的一部分。
前述树脂积存部设置在前述模芯以及前述外壳部中的至少一个上，并以管子成形用模具的中心轴作为中心并绕该中心轴卷绕成环状。而且，前述树脂积存部的横截面为凹状。
这样结构的本发明的管子成形用模具，由于树脂积存部而能够使得从模具挤出的树脂的流动在模具内的流路的任何部位均相同，所以，能够控制树脂的流动趋势。因此，流动圆滑从而提高了整流效果。因而能够使得成形的树脂管子在壁厚上不会产生不均匀现象。
而且，树脂积存部的容量可根据所需的成形树脂管子的壁厚尺寸而变化，即在薄壁的树脂管子的情况时，可形成小的树脂积存部，在厚壁的树脂管子的情况时，可形成大的树脂积存部，无论所要求的树脂管子的壁厚尺寸如何，要使得在颈缩部的纵向方向(从流路上流侧至下流侧方向)的熔融树脂量一定，由此而可以在树脂管子上不会产生壁厚不均的现象。
这样，设在模具构成部分的颈缩部上的树脂积存部的大小可根据需成形的树脂管子的壁厚来设定，所以能够不使模具自身大型化并可提高整流效果。
在前述流路上，也可以形成比该流路的其它部位细、而且作成蜂腰形状的颈缩处，也可以在该颈缩处形成前述树脂积存部。
而且，前述树脂积存部的形状是希望在前述熔融树脂的流动中不产生停滞以及滞留(以下将停滞及滞流统称为停滞)的形状。例如树脂积存部的凹状横截面最佳情况是曲面形状、中间为半圆形状。此时曲率半径的最佳情况是10mm～100mm，而且在前述树脂积存部的半圆形圆弧的两端的切线与前述中心轴的角度最好是15～120°。
而且，最佳情况是前述曲率半径为25mm，而且前述角度为75～90°。
本发明的树脂管子是使用前述管子成形用模具成形的管子，能够使用聚烯烃作为管子原材料来成形树脂管子。
管子原材料的聚烯烃最好是聚乙烯。
而且，制造的树脂管子其平均壁厚可设定为5mm～50mm范围内的任何值，而且管子的最大壁厚与最小壁厚的差为1.0mm以下，最佳情况是壁厚差在0.3mm以下。
附图的简单说明图1是本发明的管子成形用模具的纵剖面图。
图2是图1的重要部分的放大图。
图3是图2的重要部分的放大图。
图4是图2所示部分的变形例，表示不同的树脂积存形成位置。
图5是图2所示部分的其它变形例，表示形状不同的树脂积存部。
图6是本发明的树脂积存部的比较例。
图7是本发明的树脂积存部的其它的比较例。
图8是表示由本发明的管子成形用模具所成形的聚乙烯管子的壁厚分布图。
图9是图8的比较图，表示用以往的管子成形用模具所成形的聚乙烯管子的壁厚分布情况。
图10是不具有树脂积存部的以往的颈缩部，是与图3、图6以及图7相对应的图。
实施发明的最佳形式以下参照
适于本发明的具体实例。
图1是管子成形用模具一例的纵剖面图。
该管子成形用模具1从图1中的左端被供给熔融树脂，从图中的右端排出作为挤出成形制品的所需直径的树脂管子P。即左端侧是熔融树脂p流动方向的上流侧，右端侧为下流侧。以下将熔融树脂p的流动方向上流侧以及下流侧简称为「上流侧」以及「下流侧」。
模具1大致由3个部分组成。即模具部2、颈缩部3以及平台部4。这些部分从熔融树脂p的上流侧向下流侧顺序排列。在前述各部位2、3、4的内部分别设置有连续的后述流路。而且，熔融树脂p依次流过这些流路。
模具部2是位于模具1上流侧的部分，是接受来自未图示的树脂挤出机供给的熔融树脂p的部分。供给模具部2的熔融树脂p经由模具部2后而至颈缩部3。
而且，模具部2是由模芯2a与外配合于该模芯2a的外壳部2b组成。
模芯2a位于模具1的中心轴L上，其上流侧端部呈圆锥形状突出的圆柱形状体。而且，颈缩部3以及平台部4分别具有模芯3a以及模芯4a，这些模芯也位于中心轴L上。
外壳部2b其整体形状是一端开口另一端封闭的筒状体，在其上流侧放置圆盘形状的基座2b1，外壳部2b的其它部分为基座2b2。外筒部2b2是从基座2b1的周缘向下流侧延伸的中空筒体。
而且，基座2b1在其中央具有圆锥形状的可拔出的扁平凹部以放入模芯2a的前述上流侧端部，外筒部2b2包住模芯2a的圆柱形状部分。
在这些模芯2a与基座2b1之间、以及模芯2a与外筒2b2之间分别形成模具部2的流路2c以及流路2d。
流路2c整体大致呈三角锥形状(图1中，可见流路2C在进入下流侧时分开为两股形状)。而且，流路2c的顶点侧位于上流侧并有开口。另外，流路2c的开口是管子成形用模具1接受来自树脂挤出机的熔融树脂的熔融树脂输入口，用符号7表示。
流路2d与流路2c在其右侧相连，而且整体呈圆筒形状(图1中，可见与两股形状的流路2C相连的两个平行的通道)。流路2d的直径比树脂管子P的直径大，而且在流路2d的内圆周部切有螺槽8。
从流路2c进入流路2d的熔融树脂p，随着其流动的继续，其流动状态从三角锥形态而变化成为圆筒形态，并且向颈缩部3流动。
另外，因为模具部2具有如前所述的螺槽8，所以将模具1称为螺旋模具。作为模具的种类其它还有辐射模具、十字头模具、笼式模具等，虽然很多情况是使用螺旋模具，但根据用途及需要也可以使用前述各种模具。
颈缩部3是位于模具部2与平台部4之间的部分，即给予所谓整流效果的部分。具体如上所述，把一次扩大为比树脂管子P直径大而且整体为圆筒状态并且从流路2d流来的熔融树脂通过颈缩部3，由此而将该圆筒形状的熔融树脂p的直径慢慢地缩小到树脂管子Q的直径。
这样的颈缩部3是由模芯3a与外配合于该模芯3a的外壳3b所组成。
模芯3a是由占有其上流侧一半且为截头圆锥形状的截头圆锥部3a1、以及同样占有其下流侧一半且为圆柱形状的圆柱形状部3a2所组成。
外壳部3b具有安装座3b1以及颈缩部件3b2，安装座3b1与模芯3a的截头圆锥部分3a1相对应，而颈缩部件3b2与模芯3a的圆柱形状部分3a2相对应。
安装座3b1的横截面为管道形状，在位于其上流侧的侧壁部3b1-1上形成孔3b1-2，在该孔3b1-2放入模芯3a的截头圆锥形状部分3a1，且孔3b1-2的形状与之相同。而且，在由安装座3b1的周壁部3b1-3围住的空间部10内，模芯3a的圆柱形状部分3a2位于中心轴L上。而且，在该圆柱形状部分3a2的外周配合形状为环状的颈缩部件3b2。
在基座3b1安装模芯3a与颈缩部件3b2后，在安装座3b1的侧壁部3b1-1的孔3b1-2与模芯3a的截头圆锥形状部分3a1之间形成流路3c，在颈缩部件3b2与模芯3a的圆柱形状部分3a2之间形成流路3d。
流路3c是与模具部2的流路2d在其右侧相连续而且整体呈截头圆锥形状的流路，其截头侧向着下流侧(图1中，可见在下流侧间隔缩短的两个通道)。
流路3d与流路3c在其右侧相连续，整体呈圆筒形状。而且，流路3d比在模具部2中同样具有圆筒形状的流路2d的直径小(图1中，可见与流路3c连续的两个平行的通道)。流路3d其上流端部以及下流端部粗，中间部细而成为蜂腰状。该蜂腰形状的部分称为颈缩，用符号11表示。将颈缩部件3b2的内圆周面3b2-1的中央部以台状向中心轴L侧突出，从而可形成颈缩11。
由图3可知，在颈缩11中于其中央部设定有成为流路3d一部分的树脂积存部13。树脂积存部13设在颈缩11上而且具有向中心轴L侧开口的凹部，并以中心轴L为中心而作成环状。由图2以及图3可知，树脂积存部13的横截面为半圆形，其曲率半径R为25mm。但是，并不限定25mm，可以是10mm～100mm的范围，最好是10mm～50mm的范围，这可以提高整流效果并减少熔融树脂在树脂积存部13内的滞留时间，可防止所谓的发黑烧焦。
而且，如图3所示，在树脂积存部13的上流侧端13a与下流侧端13b画出的切线，换言之从树脂积存部13的半圆形的横截面的圆弧13c的两端13a、13b画出的切线(仅图示在上流侧端13a画出的切线)t与中心轴L(换言之是与中心轴L平行的圆柱形状部分3a2的壁面3a2’)所成的角度α设定为75～90°的范围。但并不限定75～90°的范围，可以是15°～120°范围。要点是只要是能由树脂积存部13提高整流效果而且不产生停滞并且能够防止发黑烧焦的范围即可，但效果最佳的是在75～90°的范围。以上的数字是根据本发明者进行的实验数据而得出的值。
另外，图上的角度α表示的是两种情况，由切线t与中心轴L所成角度的情况以及切线t与平行于中心轴L的圆柱形状部分3a2的壁面3a2’所成角度的情况。
而且，圆弧两端13a、13b被折为弯曲形状，从而不会阻碍熔融树脂的圆滑的流入。并且，与前述两端13a、13b的圆柱形状部分3a2的间隙a、b为2mm。但是，并不限定2mm，可以在0.5mm～5mm的范围，最佳是设定在1mm～3mm的范围。
而且，如图4所示，也可以不将树脂积存部13设在基座3b1上，而是设在模芯3a的圆柱形状部分3a2上。也可以如图5所示在该两个物体上设置。
而且，形成树脂积存部13的颈缩11也可以设在模芯3a的圆柱形状部分3a2上，也可以设在颈缩部件3b2和圆柱形状部分3a2两个物体上。
而且，树脂积存部13的横截面形状可以是半圆形以外的其它形状，如圆弧形状、椭圆形状的一部分、抛物线形状等光滑的曲面，只要在熔融树脂的流动中不产生停滞的形状均可，但是横截面为半圆形的树脂积存部在熔融树脂流动中最不容易产生停滞，而且加工也简单。
也可以把这样的树脂积存部13设置在位于流路3d的颈缩11以外的位置处。
另外，图6以及图7是本发明的前述树脂积存部13的比较例。如图6所示，树脂积存部13在其角部有圆角，横截面为矩形形状，而如图7所示的树脂积存部13在顶部有圆角，横截面为等腰三角形形状，这些情况下的问题是在这些角部及顶部会产生熔融树脂的停滞，其结果是树脂发黑烧焦并附着在角部及顶部上。因此，选定树脂积存部13的形状无论如何都是重要的。
平台部4是位于模具1的下流侧的部分，是使熔融树脂的流速一致的部分。
这样的平台部4是由模芯4a与外配合于该模芯4a的外壳部4b所组成。
模芯4a具有类似于颈缩部3的模芯3a的形状，是由与模芯3a的截头圆锥部3a1相当的截头圆锥部4a1、以及与模芯3a的圆柱形状部3a2相当的圆柱形状部4a2组成，截头圆锥部4a1，其上流侧与下流侧的落差比截头圆锥部3a1要极少。而且，截头圆锥部4a1为中空。
外壳部4b，其整体形状是具有凸缘体的筒状体，是由具有与模芯3a的颈缩部件3b2相同外径而且与颈缩部件3b2相接触面的凸缘部4b1、从凸缘部4b1接近中心轴L的部分向下流侧延伸的外筒部4b2所组成。
模芯4a的截头圆锥部4a1与外壳部4b的凸缘部4b1之间、以及模芯4a的圆柱形状部4a2与外壳部4b的外筒部4b2之间分别形成平台部4的流路4c以及流路4d。
流路4c与颈缩部3的流路3d在其右侧相连续，而且是非常缓慢倾斜的截头圆锥形状的流路，该截头侧向着图1中的右侧(图1中，可见从颈缩部3的流路3d向下流侧间隔极为缓慢变窄的两个通道)。
流路4d与流路4c其右侧相连续且整体为圆筒形状，要比同样为圆筒形状的流路3d的直径小(图1中，可见与流路4c连续的两个平行的通道。该平行的通道的宽度尺寸w被设定为与作为挤出成形制品的树脂管子P的壁厚相同)。流路4d的直径尺寸W即为树脂管子P的直径尺寸。
另外，符号15所示的是流路4d的出口，换句话说是最终排出作为挤出成形制品的树脂管子P的模具1的管子排出口。
根据这样构造的模具1，当把从前述树脂挤出机的熔融树脂p从熔融树脂接受口7供给模具1内时，该熔融树脂p通过流路2c-流路2d-流路3c-流路3d-流路4c-流路4d而经由模具1内以后，从模具1的管子排出口15作为挤出成形制品的树脂管子P排出。
图8所示为使用本发明的管子成形用模具所成形的聚乙烯管子的壁厚分布情况。从图8可知，管子的最大壁厚与最小壁厚的差即壁厚不均为0.3mm以下，极为微小，所以可知能够画出漂亮的圆。
该情况下的设定条件如下·曲率半径R＝25mm·α＝75～90°·a，b＝2mm·名义尺寸(nomal dimension)200mm(外径216mmφ，平均壁厚17mm)图9是图8的比较图，是用以往的管子成形用模具成形的聚乙烯管子壁厚的分布情况，图10所示的情况是使用在颈缩11没有树脂积存部13的模具来制造与前述同样名义尺寸200mm聚乙烯管子的情况。从图9可知，管子的最大壁厚与最小壁厚的差，即壁厚不均为1.6mm，管子的表面(管子内表面)凸凹不平。
这样，根据本发明的模具1，由于具有树脂积存部13，可以大幅度减小壁厚的不均，能够得到横截面基本为正圆的聚乙烯管子。另外，作为管子原材料并不仅限于使用聚乙烯制造聚乙烯管子，也可以使用聚烯烃作为管子原材料制造聚烯烃管子，但本发明的模具1最适于聚乙烯管子的成形。
综合本发明者所进行的实验结果可知，虽然通常使用管子成形用模具1所成形的树脂管子P的外径(直径)以及平均壁厚分别设定为60mm～500mm以及5mm～50mm的范围，但也适合于树脂管子P的外径设定在80mm～220mm的范围、管子P的平均壁厚设定在8mm～20mm的范围的树脂管子。
而且，该树脂管子P的壁厚分布，最大壁厚与最小壁厚之差的壁厚不均在前述通常的设定时是在0mm～1.0mm，而且在前述最佳范围的设定时能够使其在0mm～0.3mm的范围内，所以可知能够制造理想的树脂管子P。
这样，若使用本发明的模具1制造树脂管子P，则由于树脂积存部13而使从模具1挤出的树脂p的流动在模具1内的流路3d的任一部位均相同，所以能够控制熔融树脂p的流动趋势。因此，熔融树脂p的流动顺利，提高了整流效果。因而，成形的树脂管子P不会产生壁厚不均，可以得到内外径基本接近正圆的树脂管子P。
另外，通过并用挤压效果能够期望更进一步提高上述的效果。
而且，因为可以使得壁厚不均现象少，所以能够解除以往技术中所述的①～③的问题。
产业上的利用可能性如上所述，本发明的管子成形用模具由于树脂积存部而整流熔融树脂的流动，能够使从模具挤出的树脂的流动在模具内的流路的周向的任意部位均能相同。因此，能够用作成形壁厚均匀的树脂管子的管子成形用模具，而且因为使用该管子成形用模具所制造的树脂管子在壁厚上不会产生不均现象，所以其利用价值高。
权利要求
1.一种管子成形用模具，其特征在于在管子成形用模具一个构成部分的颈缩部具有模芯、外壳部、树脂积存部；前述外壳部与该模芯配合并与前述模芯之间形成原材料熔融树脂的流动流路，前述树脂积存部作为前述流路的一部分而设置在前述模芯以及前述外壳部中的至少一个上，并且前述树脂积存部以管子成形用模具的中心轴作为中心并绕该中心轴卷绕为环状且其横截面为凹状。
2.如权利要求1所述的管子成形用模具，其特征在于在前述流路中具有比该流路的其它部分细的蜂腰形状的颈缩，而且在该颈缩处形成前述树脂积存部。
3.如权利要求1或2所述的管子成形用模具，其特征在于将前述树脂积存部的凹状横截面作成曲面形状，以使前述熔融树脂的流动不发生停滞。
4.如权利要求1～3任一项所述的管子成形用模具，其特征在于前述树脂积存部的横截面为半圆形，其曲率半径为10mm～100mm，并且在前述树脂积存部的半圆形圆弧的两端的切线与前述中心轴所成的角度为15～120°。
5.如权利要求4所述的管子成形用模具，其特征在于前述曲率半径为25mm，并且前述角度为75～90°。
6.如权利要求1～5任一项所述的管子成形用模具，其特征在于使用聚烯烃作为管子原材料来成形聚烯烃管子。
7.如权利要求6所述的管子成形用模具，其特征在于聚烯烃是聚乙烯。
8.一种树脂管子，其特征在于管子的平均壁厚设定为5mm～50mm范围内的任意值，而且管子的最大壁厚与最小壁厚之差为0mm以上1.0mm以下，并且是使用权利要求1～7任一项所述的管子成形用模具所制造。
全文摘要
本发明的管子成形用模具,通过树脂积存部整流熔融树脂的流动,能够使得从模具挤出的树脂的流动在模具内流路的周向的任何部位均相同。因此,能够使成形的树脂管子的壁厚不会产生壁厚不均。管子成形用模具在其一个构成部分的颈缩部具有模芯、外壳部、树脂积存部;前述树脂积存部与前述模芯配合并作为在前述模芯与前述外壳部之间所形成的原材料熔融树脂的流动流路的一部分。前述树脂积存部设置在前述模芯以及前述外壳部中的至少一个上,并且前述树脂积存部以管子成形用模具的中心轴作为中心而绕该中心轴卷绕为环状。而且,前述树脂积存部的横截面为凹状。
文档编号B29C47/20GK1193296SQ97190538
公开日1998年9月16日 申请日期1997年3月13日 优先权日1996年3月25日
发明者好村福浩, 西村胜成, 村田巧, 山田雅大 申请人:三井化学株式会社