傳統(tǒng)熱塑性塑料管材的擠出成型益缠，熔體流動方向平行于管材軸線脑奠，管壁中塑料大分子鏈沿平行于管材軸線取向，管壁的強度是軸向大于周向幅慌，而承壓管材的受力則是周向為軸向的二倍宋欺，因此軸向和周向強度與軸向和周向應力相悖。熱塑性塑料管材擠出涂覆成型將熔體流動方向旋轉(zhuǎn)為與管材軸線接近垂直胰伍，塑料大分子鏈以沿管材周向取向為主齿诞，使塑料管材周向強度大于軸向，使軸向骂租、周向的強度和受力保持一致祷杈。
1、前言
熱塑性塑料管材發(fā)明至今渗饮，已有七十余年的歷史但汞，塑料管材的品種宿刮、用量、應用技術(shù)和制造技術(shù)等都取得驚人進步特占。
然而糙置，傳統(tǒng)熱塑性塑料管材的擠出成型，塑料熔體的流動方向平行于管材軸線是目，七十余年來基本無變化谤饭。此舉帶來的弊端是：管壁中塑料大分子鏈是沿平行于管材軸線取向的，管壁的強度是平行于管材軸線方向大于垂直于管材軸線方向懊纳。這與承壓管材承受內(nèi)壓時管壁受力恰恰相反揉抵。根據(jù)承壓管材的受力分析，當管材在承受內(nèi)壓時嗤疯，管壁中沿圓周產(chǎn)生的應力約為管壁中平行于管軸線所產(chǎn)生應力的兩倍以上冤今。
本來塑料的強度就比金屬低很多，塑料強度高的方向并未用于塑料管材強度需要高的環(huán)向管壁上茂缚，而是落在了相對而言強度要求不高的軸向上戏罢，這一現(xiàn)象的存在，無疑是一種很大的浪費脚囊。不同的塑料龟糕，這種各向異性差別的大小也不盡相同，如*容易取向的TLCP悔耘，當采用注射成型時讲岁，平行于熔體流動方向的強度高達垂直于熔體流動方向的三倍左右，也就是說衬以，強度可達150MPa的TLCP缓艳，當采用傳統(tǒng)擠出成型法制造管材時，其可利用強度不足50MPa看峻。
中國專利CN101332667A公開了一種長玻纖增強塑料管材擠出機頭阶淘，具體涉及一種安裝在塑料擠出機上且具有長玻璃纖維在線螺旋復配特點的塑料圓形管材擠出機頭。該裝置具有玻璃纖維的輸入及纖維與熔體的混合分布裝置和芯棒轉(zhuǎn)動裝置互妓，該機頭的混合分布裝置成功將一定長度經(jīng)偶聯(lián)劑處理的玻璃纖維輸入到已塑料化的塑料熔體中舶治，并使玻璃纖維均勻地混合到其中，成為纖塑混合熔體车猬。該機頭的芯棒轉(zhuǎn)動裝置實現(xiàn)了熔體在芯棒和口模間由沿芯棒軸線流動到繞芯棒螺旋方向流動的轉(zhuǎn)變，直至固化尺锚。上述裝置擠出的塑料管材中珠闰，聚合物分子和長玻璃纖維沿軸線的螺旋方向取向，大大提高了管材的周向強度瘫辩。
但是伏嗜，上述塑料管材中長玻璃纖維周向排布是通過芯棒在口模中的旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)的坛悉，需要外加驅(qū)動動力并設(shè)置相應的傳動裝置(如芯棒轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)鏈輪、芯棒旋轉(zhuǎn)傳動鏈輪支架承绸、芯棒旋轉(zhuǎn)傳動鏈條裸影、可旋轉(zhuǎn)芯棒與傳動從動鏈輪)，不僅消耗能量且機頭結(jié)構(gòu)復雜;另外军熏，上述裝置中一個無法克服的弊端是轩猩，熔體隨芯棒旋轉(zhuǎn)并被逐漸推出口模冷卻定型的過程中，管胚中存在著旋轉(zhuǎn)應力荡澎，因此管材除了必須進行直線運動外均践，又增加了一種無謂的的旋轉(zhuǎn)運動，并且這旋轉(zhuǎn)應力將被凍結(jié)在管壁中摩幔，這是所有熱塑性塑料管材的擠出成型所不允許的;另外彤委，多數(shù)塑料的擠出加工熔體溫度約為200℃左右，有的甚至高達400℃左右或衡，塑料在擠出過程中的熔體壓力高達數(shù)兆帕至數(shù)十兆帕焦影，填加了玻纖的聚合物熔體壓力必然更高，致使芯棒與軸承座之間的密封十分困難封断，容易造成熔體泄漏斯辰，影響設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)，并增加操作者勞動強度澄港，有時甚至會導致設(shè)備損壞等情況的發(fā)生椒涯。
2、熱塑性塑料管材的擠出涂覆成型
主要熱塑性塑料管材的成型回梧，傳統(tǒng)方法為擠出成型废岂。如上所述，在擠出成型過程中狱意，熔體流動方向與管材軸線平行湖苞，大分子鏈也平行于管材軸線取向，管壁的強度是平行于管材軸向大于垂直于管材軸向详囤。為提高塑料管材性能财骨，賦予其新的功能，常對塑料管材外表面進行修飾加工藏姐，以提高塑料管材的強度隆箩、韌性、彈性模量羔杨，或阻氧性捌臊、防靜電及導電性、阻燃性等兜材。傳統(tǒng)的擠出涂覆方法理澎，熔體流動方向也是平行于管材軸線的逞力。
為改變這一落后技術(shù)，曼瑞德自控系統(tǒng)公司申請了PCT專利糠爬，并獲美國授權(quán)寇荧，如圖2所示。采用這項專利技術(shù)执隧，使塑料管材在擠出成型過程中揩抡，熔體流動方向由平行于管材軸線轉(zhuǎn)變?yōu)榇怪庇诠懿妮S線方向，塑料大分子鏈取向也由平行于管材軸線轉(zhuǎn)變?yōu)榕c管材軸線垂直殴玛，并與管材園周相切捅膘，管壁強度垂直于管材軸線方向大于平行于管材軸線，纖維增強的熱塑性塑料管材亦將實現(xiàn)真正意義上的垂直于管材軸線方向上的增強滚粟。這個專利提供了一種改變?nèi)垠w流動方向的關(guān)鍵技術(shù)寻仗，即含有導流板的擠出涂覆機頭及含有涂覆機頭的塑料管材涂覆成型裝置。
由導流板兩側(cè)產(chǎn)生的兩股熔體流凡壤，依順署尤、逆時針方向流動，涂覆在芯管形成的管胚外壁亚侠，熱塑性塑料的大分子鏈準沿著管胚周向取向曹体。在牽引機施于管材的軸向線速度的作用下，兩股熔體流將形成交叉排列硝烂，交叉角度由牽引速度與熔體流速決定箕别。
熱塑性塑料管擠出涂覆成型裝置(2、原料預處理裝置;5滞谢、涂覆層供料擠出機;6串稀、擠出涂覆機頭;7、定徑冷卻裝置;8狮杨、牽引裝置;9母截、成品管卷取裝置;10、芯管擠出成型機)
熱塑性塑料管材擠出涂覆成型是這樣實現(xiàn)的：擠出涂覆機頭6中設(shè)有兩只導流板橄教，由兩臺擠出機供料清寇。一只導流板接受來自擠出機10熔融塑化的聚合物熔體并擠出成型芯管，另一只導流板接受來自擠出機5熔融塑化的聚合物熔體并擠出涂覆在芯管之外护蝶，經(jīng)冷卻定型可得成品管华烟。
熱塑性塑料管材的生產(chǎn)過程是靠牽引機的牽引力將管胚引出口模進入定徑冷卻裝置的，在牽引力的作用下持灰，導流板形成的兩股相向而行的熔體流將繞芯棒呈螺旋軌跡被拉伸形成了網(wǎng)狀垦江，可稱為交叉復合。螺旋角的大小由擠出速度與牽引速度之比確定，其中環(huán)向強度等于軸向強度的2倍的螺旋角(交叉復合角)為理想的角度比吭。圖6中成品管實際為四層結(jié)構(gòu)，四層中的大分子鏈沿管材園周取向姨涡。
3衩藤、熱塑性塑料管材擠出涂覆成型的應用
TLCP具有高強度、高模量涛漂、高耐熱赏表、高抗沖、高耐磨匈仗、高阻燃瓢剿、高阻隔、耐腐蝕悠轩、低蠕變间狂、低熱導等特點，性能超群火架。但是其大分子鏈極易取向鉴象，制品各向異性嚴重，熔接縫強度與非熔接縫處強度相差懸殊何鸡，限制了該產(chǎn)品的廣泛應用纺弊。采用熱塑性塑料管材擠出涂覆成型技術(shù)擠出涂覆成型TLCP管材，或者TLCP/TP合金管材骡男，TLCP的棒狀大分子將接近垂直于管材軸線取向淆游，這種取向?qū)⒅饕w現(xiàn)在管材的周向強度上，并且熔接縫強度低的弊端將被交叉復合所補償隔盛。
3.1TLCP輸汽管道
用于輸送較高溫度的蒸汽時犹菱，與金屬管材比較，可以節(jié)省大量防腐費用和保溫費用骚亿，使用壽命長;與傳統(tǒng)擠出成型法比較已亥，管材承壓能力可提高一倍以上。
3.2TLCP原油集輸管道
與金屬管材比較来屠，可以節(jié)省大量防腐費用虑椎、大量伴熱保溫費用，使用壽命長;與傳統(tǒng)擠出成型法比較俱笛，管材承壓能力可提高一倍以上捆姜。
3.3TLCP/TPU合金油井抽油襯管
可適應5000公尺以內(nèi)油井采油，遠遠超過UHMWPE襯管的2500公尺和PEX襯管的3500公尺迎膜。
3.4TLCP/PO合金阻氧塑料管
耐水性泥技、耐熱性、阻隔性能磕仅、力學性能等優(yōu)秀珊豹，二層結(jié)構(gòu)簸呈，性能超過采用EVOH五層結(jié)構(gòu)阻氧塑料管，廢料回收容易店茶。(1蜕便、成品塑料管;2、原料處理裝置;3贩幻、送管機;4轿腺、管材表面預熱等離子處理裝置;5、擠出機;6丛楚、擠出涂覆機頭;7族壳、定型冷卻裝置;8、牽引機;9趣些、涂覆了TLCP/PO合金層的阻氧塑料管)
送管機3和引管機8線速度相等仿荆，將需表面改性或者增加新功能的半成品管如需涂覆阻氧層的PEXb管、PEXc管和同步交聯(lián)PEXa管等的半成品置于半成品管放卷機1上喧务，經(jīng)送管機3和引管機8拖動放卷赖歌，并進入管材表面處理裝置4中對管材表面處理，處理的方法為等離子體處理功茴、電暈處理庐冯，或者火焰處理等，經(jīng)表面處理過的半成品管進入涂覆機頭6中坎穿，與經(jīng)過原料處理裝置2和涂覆層擠出機5熔融塑化的聚合物熔體匯合展父。在涂覆機頭6中，熔體以與半成品管軸線垂直玲昧，并沿與半成品管外壁相切順逆時針方向流動栖茉，被涂覆到半成品管的外表面后進入定型冷卻水箱7冷卻定型，*終得到外表面經(jīng)擠出涂覆改性的管材阻氧層的阻氧管孵延，并被收集到成品收卷機9上吕漂。
采用裝置和TLCP/PE合金，可以制造二層結(jié)構(gòu)阻氧PEX管尘应、阻氧PERT管;采用圖7裝置和TLCP/PP(或PB-1)合金惶凝，可以制造二層結(jié)構(gòu)阻氧PB-1管和阻氧PP管等。
3.5多層結(jié)構(gòu)管材
多層擠出涂覆成型時犬钢，很容易實現(xiàn)功能層的復合苍鲜，如煤礦井下用聚乙烯管中的排水管，各層主要性能和功能要求如下：
內(nèi)層芯管：主要要求阻燃性玷犹、耐磨性混滔，為減少大量阻燃劑降低內(nèi)層管的力學性能，可以以少量不燃的TLCP樹脂取代部分高密度聚乙烯樹脂，阻燃劑添加量減少坯屿，HDPE又被TLCP增強了油湖，也提高了內(nèi)層管的耐磨性。
中間層管：主要要求阻燃性领跛、力學性能肺魁，可以以較多不燃的TLCP樹脂取代高密度聚乙烯樹脂，阻燃劑添加量減少較多隔节，HDPE又被TLCP增強了。
外層管：主要要求阻燃性寂呛、防靜電怎诫，為減少大量阻燃劑降低外層管的力學性能，可以以少量不燃的TLCP樹脂取代部分高密度聚乙烯樹脂贷痪，阻燃劑添加量減少幻妓，HDPE又被TLCP增強了，即使是不能不添加的防靜電劑劫拢，對外層管的力學性能的影響也會大大降低肉津。
為了消除添加量較多TLCP造成的原料成本提高，各層配方中添加晶須是十分有效且必要的舱沧，此外還可以使材料起到增強妹沙、增剛、增韌和提高燃燒溫度熟吏、降低發(fā)煙量等作用距糖。各層均添加有TLCP和晶須，采用熱塑性塑料管材擠出涂覆成型裝置制造的多層復合煤礦井下用聚乙烯管材的周向強度得到提高牵寺，其壁厚減薄的余地較大悍引，可進一步降低管材成本。
4帽氓、結(jié)語
熱塑性塑料管材擠出涂覆成型趣斤，改變了傳統(tǒng)擠出成型大分子鏈取向，克服了CN101332667A旋轉(zhuǎn)芯棒機頭存在的不足黎休，裝置無運轉(zhuǎn)件浓领，無需格外密封，不會增加設(shè)備運轉(zhuǎn)故障率;二股熔體流順逆時針相向而行奋渔，管胚不會旋轉(zhuǎn)镊逝，亦不存在旋轉(zhuǎn)內(nèi)應力;增加了管材周向強度，提高了管材的承壓能力嫉鲸。該技術(shù)適用于絕大多數(shù)熱塑性塑料管材的制造撑蒜。（文章來源于網(wǎng)絡(luò)）
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