本发明专利技术涉及各种塑料管材制件的生产制造的原理方法，其特点是在所成型物料熔点温度之下的温度环境中的剪切拉伸双向复合应力场下实现半固态及固态挤管成型工艺，其工艺步骤为：原材料干燥→挤出机塑化→熔料挤出→半固态及固态挤出自增强成型→冷却定型→切割收取。利用本发明专利技术方法生产的塑料管材，管材的强度和模量都明显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，明显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明显比常规管材的高，且增强管材的晶片厚度更厚，结晶度更高，因而耐热性也较常规管材有明显的改善。本发明专利技术设备投资少，原料成本低，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。
【技术实现步骤摘要】
：本技术涉及各种塑料管材制件的生产制造的原理方法，尤其是涉及塑料管材在其轴向和周向上同时实现自增强的半固态和固态挤出成型原理及方法。属塑料制件的生产制造
技术介绍
：随着国民经济和国家基础设施建设的不断发展，对大口径塑料管材的需求更加突出。在给水系统中，大口径管往往用作主管道，输送的流体压力相对较高，但此时由于受内压管的周向应力是其轴向应力的2倍，就必须将管材的壁厚设计得较厚才能满足其周向强度的要求。同时塑料管材毕竟是塑料制品，其刚度强度等都远不及铸铁管，因而其在工程安装使用中必须合理地进行支撑方能安全使用，尤其是横管，在管径小于50mm的小管径塑料横管安装中最多不超过半米就得使用一个支撑；而且塑料管尤其容易受到破坏，在室外综合管网交叉施工时，人工、机械器具足以对其造成不同程度破坏，甚至粉粹、断裂；管道回填时，塑料管材也常因管道部分架空或遭较大坚硬物压迫而破损。这些不利因素又要求管材的轴向刚度和强度越高越好，才能少用支撑，更不易被破坏。因此，为了提高管材的耐压强度和刚强度，如采用普通方法的话就必须增大管材的壁厚。但是壁厚增大后又带来了由不均匀受热或冷却、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方法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方法，但是由于在这些方法中所获得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。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于克服目前常规的塑料管材挤出成型方法所生产的管材无法同时满足既薄壁、低成本又具有较高刚度与强度等的不足，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周向和轴向强度并将这些改善效果很好地保留下来的挤出成型方法。本专利技术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，则须在管材挤出成型过程中大量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，而且将这些高性能凝聚态结构大量地留存于最终产品的微观组织中。其特点是在所成型物料熔点温度之下的温度区间内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大量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大量留存于制品的微观结构中。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——塑料管材在双向复合应力场挤管模内进行半固态及固态挤出自增强成型——冷却定型——切割收取本专利技术管材双向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，而此装置一直处在所成型物料熔点温度之下的温度场中。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，由于剪切诱导作用而产生线性晶核——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串晶互锁结构。当这些初次取向结晶的串晶互锁结构及聚合物的大分子与大分子链随后流经拉伸应力场时，初次取向结晶的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串晶互锁结构，而已经初次取向结晶的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虽然也向着拉伸应力场方向(管材的轴向方向)取向排列并深度结晶，但是当它们从管材周向方向逐渐向管材轴向方向倾斜靠近时，由于这些取向结晶结构的活动性还不足够强，使得熔体已经流过了拉伸应力场时而这些结构大部分还远没到达管材的轴向方向，因而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。同时由于整个复合应力场都处在熔点温度之下的温度环境中，因而这些结构一旦形成就大量在聚合物管材中保留下来而避免了在高温熔融状态下的大量结晶熔融和取向回复。它们与经同样原理大量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。这就是本专利技术中聚合物管材能够获得轴向和周向双向自增强的机理。本专利技术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半固态及固态的温度环境将这些性能大量地保留，因此，利用本专利技术方法生产的塑料管材，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，因而耐热性也较常规管材有明显的改善。本专利技术设备投资少，原料成本低，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。附图说明：图1为本专利技术塑料管材挤出工艺流程图图2为本专利技术双向复合应力场挤管原理示意图-->图3为本专利技术双向自增强管材内部的微观分子结构模型示意图图中：1.剪切旋转套筒，2.芯棒剪切应力场段，3.熔融塑料，4.测温孔，5.温度控制调节装置，6.芯棒拉伸应力场段，7.芯棒口模成型段，8.塑料管材，9.口模，10.二次取向结晶串晶互锁结构，11.取向串晶互锁结构，12.锥形折叠链片状晶体，13.伸展链晶体。具体实施例：在进行挤管生产前，通过温度控制调节装置5的温度控制调节功能及测温孔4内热电偶的温度探测与反馈作用将整个双向复合应力场挤管装置置于所成型物料熔点温度之下的温度环境中直至整个装置内部的温度都均匀一致后，开启挤出机挤出熔融物料3，熔融塑料3流经双向复合应力场挤管装置时已冷却成固态与半固态的混合物，当此固态与半固态混合熔体流经芯棒周向剪切应力场段2时，由于剪切旋转套筒1的剪切诱导作用而使熔融塑料3产生线性晶核——原纤，线性晶核在剪切旋转套筒1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串晶互锁结构11。当这些初次取向结晶的串晶互锁结构11及聚合物的大分子与大分子链随后流经芯棒拉伸应力场段6时，初次取向结晶的串晶互锁结构11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串晶互锁结构11，而已经初次取向结晶的串晶互锁结构11及聚合物的大分子与大分子链在拉伸应力场的作用下虽然也沿着拉伸应力场方向(管材的轴向方向)取向排列并深度结晶，但是当它们从管材周向方向逐渐向管材轴向方向倾斜靠近时，由于这些取向结晶结构的活动性还不足够强本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种半固态及固态挤出双向自增强塑料管材的成型原理及方法，其特征在于其是处在所成型物料熔点温度之下的温度环境中并在剪切拉伸双向复合应力场下实现半固态及固态挤管成型工艺，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－－塑料管材在双向复合应力场下实现半固态及固态挤出双向自增强成型－－冷却定型－－切割收取。
【技术特征摘要】
1.一种半固态及固态挤出双向自增强塑料管材的成型原理及方法，其特征在于其是处在所成型物料熔点温度之下的温度环境中并在剪切拉伸双向复合应力场下实现半固态及固态挤管成型工艺，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——塑料管材在双向复合应力场下实现半固态及固态挤出双向自增强成型——冷却定型——切割收取。2.根据权利要求1所述的一种半固态及固态挤出双向自增强塑料管材的成型原理及方法，其特征在于该方法所成型的塑料管材具有大量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。3.根据权利要求1和2所述的一种半固态及固态挤出双向自增强塑料管材的成型原理及方法，其特征在于通过施加剪切拉伸双向复合应力场于挤管成型过程中而获得具有自增强功能的聚合物材料的高性能凝聚态结构。4.根据权利要求1、2和3所述的一种半固态及固态挤出双向自增强塑料...
【专利技术属性】
技术研发人员：袁毅，沈洪雷，李又兵，高雪芹，申开智，
申请(专利权)人：重庆工商大学，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]
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