[实用新型]一种制备高性能聚合物管材的装置

说明书

技术领域

本实用新型属于聚合物管材加工设备技术领域，具体涉及一种制备高性能聚合物管材的装置。

背景技术

常规的塑料挤出管材装置因设计上的缺陷，使得管材在加工过程中存在以下问题：(1)熔体流经分流梭会产生熔接痕，降低管的环向强度；(2)加工过程中因轴向(挤出方向)拉伸，聚合物大分子沿轴向取向，结晶有序，使得管材的轴向强度超过环向强度，但实际使用中管材环向受力是轴向的2倍以上，不能满足使用要求；(3)冷却成型时采用的是外壁喷淋方式冷却，使得管材内外壁冷热不均、材料结晶程度不同，存在内应力缺陷，导致管材力学性能不高，因而极大地限制了作为塑料压力管材的应用。

近年来采用旋转挤出技术制备高性能管材引起人们关注。旋转挤出成型法在消除传统管材中的熔接缝的同时，依靠成型管材内表面的芯棒或口模内壁旋转形成的环向剪切力场，使聚合物分子链能沿环向取向，实现管材环向自增强。

Groos(B.Groos，UK.Pat.，946371，1964)利用直接与挤出机螺杆相连的芯棒和口模的旋转，首先实现了聚合物分子链环向取向，提高聚合物管材的环向强度。Debereev(R.Y.Debereev，B.M.Zuev，L.I.Bezruk，Intern.J.Polymeric Mater.，1974，3：177)则报道了在427kg/cm²的应力作用下，相对于传统挤出管材，旋转挤出管由于分子链的取向，其耐压寿命从40min提高到了500min。Shepherd等(G.W.Shepherd，H.G.Clark and G.W.Pearsall，Polymer Engineeri ng and Science，1976，16：827)利用口模处芯棒的旋转，实现了HIPS和HDPE管的挤出。实验结果表明熔体的螺旋流动使得管道内部缺陷减少且聚合物分子链取向，旋转挤出管具有较小的出口膨胀并显著降低其裂缝的扩展。Worth(R.A.Worth，Polymer Engineering and Science，1980，20：551)通过旋转挤出改善了挤出管道的熔接痕，提高了管道的力学性能。Bevis(P.S.Allan，M.J.Bevis，Plastics，Rubber and Composites，1991，16：133)进一步改进了旋转挤出装置，通过四个活塞的推拉运动使熔体沿芯棒环向流动，更加有效地实现了聚合物分子链的取向，得到了较好的结果。Muiden(J.G.M.V.Muiden，U.S.Pat.5639409，1997)和Wang(Chin，J.Chen，L.X.Wang，U.S.Pat.6776945，2004.L.X.Wang，L.Lake，U.S.Pat.7128862，2006)还将旋转挤出与多层共挤技术相结合，实现了聚合物的多层共挤。但上述技术由于挤出温度较高，聚合物分子链松弛较快，使得大部分在剪切力场中形成的取向分子链在加工过程中又被解取向，不能在管材的凝聚态结构中保留下来，旋转挤出管环向性能提高不大。为了固定聚合物分子链在凝聚态中的取向，ZL97107852.1通过安装了芯棒冷却管和口模冷却夹套，使管材壁内的环向剪切取向固定下来，同时增加了控压装置以改变控制口模内的熔体压力，进一步改进了旋转挤出装置，生产出了环向和轴向性能同时得到增强的高密度聚乙烯管。但由于采取的是低温挤出，挤出管材的产量较低，对设备的要求较高，同时管材内应力较大，容易产生裂纹。专利ZL200620033682.7则在挤管机头中设计了能同时形成芯棒套旋转的环向剪切和收敛流的轴向拉伸的复合应力场的结构部件，同时提高了挤出管材的环向和轴向强度，还在设备中实现了剪切诱导和高分子量诱导，使挤出时物料大部分还处在粘流态或熔融态，增加挤出速度。但以上技术仍存在一些问题：(1)实现旋转力场的芯棒套因未延伸至口模的出口端，在口模段仍具有较高温度的情况下，当聚合物熔体离开芯棒套后因不再受到旋转剪切力场的作用时，无疑会使取向后的材料的易于解松弛，从而难以控制管材结晶或分散相形态和结构；(2)由于其在设计时没有考虑对挤出管材内壁进行冷却，不能通过调节温度场和温度梯度来调节和控制管材的结晶或分散相形态或结构。(3)由于在旋转剪切作用下，挤出口模后的管材的管径会发生较大的收缩，一方面会影响管材顺利进入冷却定型机构定型，另一方面也会影响挤出管材直径的精准度。

发明内容