本發(fā)明涉及聚合物及其復合材料先進成型加工技術領域，特別涉及一種無熔接痕的小口徑管材擠出成型方法及裝置，屬于高分子材料成型加工設備領域。

背景技術：

與金屬管和水泥管相比，塑料管材具有比強度高、耐腐蝕性好、抗沖擊及抗拉伸性能好等優(yōu)點，同時由于塑料管材內壁光滑、摩擦系數小、流動阻力低、運輸方便、安裝簡單等優(yōu)勢而在各行各業(yè)中得到廣泛的應用。

管材擠出成型具有效率高、生產過程連續(xù)、對物料適應性廣等優(yōu)點，是目前塑料管材最常用的成型方法。管材擠出成型過程中物料在由螺桿及料筒組成的塑化系統中熔融塑化，依次通過定型裝置、冷卻裝置、牽引裝置、切割裝置而得到制品。由于目前普遍采用的擠出機頭中存在分流梭及支架，使得熔體經過分流梭或其支架時產生多股熔體然后再匯合，由于多股熔體的溫度、壓力等差異而在界面處不能完全融合形成缺陷，在管材表面產生熔接痕，降低了管材制品的環(huán)向強度及外觀質量，極大地限制了作為塑料壓力管材的應用。

國內外學者及生產企業(yè)采取了許多不同的方法來減少熔接痕對制品性能的負面影響，常用的方法主要包括：①提高熔體的流動性；②改變機頭中熔體的流動形式；③優(yōu)化機頭的結構形狀和尺寸。美國專利us5468808公開了一種將不同分子量聚丙烯共同使用減少熔接痕的方法，其中低分子量聚丙烯起到改善熔體流動性能的作用，而高分子量聚丙烯提供必要的力學性能；中國專利cn201410497381通過將具有不同流動性能的聚丙烯混合，顯著地改善了熔接痕的強度，提高了管材性能；中國專利cn200810045785.9通過機頭內口模與芯棒產生相對旋轉運動對熔體產生剪切作用，同時對管材內、外壁分別冷卻定型，提高熔接痕強度的同時對制品凝聚態(tài)結構進行調控，改善了制品性能。中國專利cn201110100814.9通過分流器將從擠出機出來的熔體按照管材的厚度要求分成四股熔體，每股熔體分別輸送從而在管材的不同位置形成交錯熔接痕實現管材自增強。

上述方法在一定程度上減少了熔接痕對制品性能的影響，但熔接痕仍然客觀存于制品中，一旦由于熔接痕區(qū)域受失效，整個管材將報廢。

由此可見,針對目前塑料管材成型方法及設備存在的不足,開發(fā)一種無熔接痕的管材擠出成型方法與裝置對塑料管材擠出成型具有重要的意義。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于克服目前常用管材制品擠出成型過程中熔接痕的存在而導致制品環(huán)向強度低、表面質量差等不足，提供一種無熔接痕的小口徑塑料管材擠出成型方法，提高制品性能的同時減少管材壁厚、降低生產成本、延長管材的使用壽命及減少“白色污染”。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種用于實現上述方法的高性能管材擠出成型裝置。

本發(fā)明目的通過如下技術方案實現：

一種無熔接痕的小口徑管材擠出成型裝置，包括機架、電機、噴淋式冷卻裝置、滾輪式牽引機構、料筒、空心螺桿、芯棒、分流梭和支承蓋；機架兩端分別設有減速箱和芯棒驅動裝置；電機通過聯軸器與減速箱連接；減速箱內設有空心傳動套；料筒的一端安裝在減速箱端蓋的一面上，噴淋式冷卻裝置及滾輪式牽引機構依次同軸安裝在減速箱端蓋的另一面外側；料筒上設有料斗，料斗與料筒的內孔連通；料筒的內孔與減速箱的空心傳動套同軸；料筒的另一端與支承蓋連接；空心螺桿安裝在料筒的內孔中，一端與減速箱的空心傳動套間隙配合并通過平鍵連接，另一端伸入支承蓋中；芯棒同心置于空心螺桿的內孔中，空心螺桿的內孔與芯棒形成圓環(huán)形空隙；芯棒安裝在支承蓋上，芯棒伸出支承蓋與芯棒驅動裝置連接；位于支承蓋內的芯棒上加工出分流梭，分流梭為與芯棒同軸的兩段錐體。

為進一步實現本發(fā)明目的，優(yōu)選地，所述芯棒通過深溝球軸承安裝在支承蓋上，深溝球軸承的外側設有壓蓋；深溝球軸承的內側設有隔熱墊。

優(yōu)選地，空心螺桿的螺棱與普通螺桿類似，內孔為階梯狀結構，靠近螺桿頭的內孔直徑較小，與芯棒組成管材的定型裝置，另一端內孔直徑較大。

優(yōu)選地，所述噴淋式冷卻裝置主要由箱蓋、噴頭、導輪、箱架和箱體組成；箱體與箱蓋組成冷卻水槽，多個噴頭間隔安裝在箱蓋上，箱體中設有導輪。

優(yōu)選地，滾輪式牽引機構主要由牽引架、主動輪和從動輪組成；動輪和從動輪設置在牽引架上，主動輪和從動輪之間形成管材制品的通道。

優(yōu)選地，電阻加熱器通過螺釘固定在料筒的外壁上，其固定位置分別對應塑化系統的固體輸送段、熔融段及計量段。

優(yōu)選地，料筒的一端通過螺釘連接安裝在減速箱端蓋的一面上；料筒的另一端與支承蓋通過螺釘連接。

優(yōu)選地，所述分流梭表面光滑。

應用所述裝置的無熔接痕的小口徑塑料管材擠出成型方法：當電機轉動時，空心螺桿在聯軸器及減速器的帶動下旋轉，空心螺桿的螺棱與料筒的內孔形成塑化系統將來自料斗的物料熔融塑化，并定量、定溫、定壓地向螺桿頭方向輸送；在熔體壓力作用下，熔體通過芯棒上的分流梭進入到由螺桿的內孔與芯棒所組成的環(huán)形空隙中，在環(huán)形空隙中形成形狀與尺寸與制品基本一致的管坯；在熔體壓力滾輪式牽引機構的牽引下實現管坯的連續(xù)擠出；空心螺桿上的溫度分布為從螺桿頭到進料段的溫度逐漸降低，管坯得到定型與初步冷卻，隨后管坯進入噴淋式冷卻裝置中進一步冷卻，得到管材制品。

本發(fā)明無熔接痕的小口徑塑料管材擠出成型方法中，管材擠出方向與塑化時熔體流動方向相反，熔體無需經過芯棒支承裝置的支架，實現了無熔接痕的管材擠出成型。

本發(fā)明與現有管材擠出成型方法及裝置相比，具有如下優(yōu)點：

1、無熔接痕的管材擠出裝置軸向長度縮短，設備結構更緊湊，占地面積小，廠房投資成本低；

2、無熔接痕的管材擠出裝置有效提高了管材制品的環(huán)向強度，在保證制品性能的前提下有利于減小管材的壁厚，減少塑料材料的用量，降低成本的同時減少白色污染；

3、通過螺桿與芯棒的相對運動，對管坯在圓周反向產生強度可控的復合剪切形變作用，從而對管材的結晶形態(tài)與取向結構進行調控，實現對制品性能的提高。

附圖說明

圖1為無熔接痕的小口徑管材擠出成型裝置的結構示意圖。

圖2為無支架芯棒與端蓋連接結構示意圖。

圖3為空心螺桿的結構示意圖。

圖4為圖3中a-a向剖視圖。

圖5為噴淋式冷卻裝置的結構示意圖。

圖6為滾輪式牽引機構的結構示意圖。

圖中示出：機架1、電機2、聯軸器3、減速箱4、噴淋式冷卻裝置5、滾輪式牽引機構6、空心傳動套7、料斗8、料筒9、空心螺桿10、加熱器11、芯棒12、分流梭13、支承蓋14、芯棒驅動裝置15、隔熱墊16、深溝球軸承17、壓蓋18、熔體19、管坯20、箱蓋21、噴頭22、導輪23、箱架24、箱體25、牽引架26、主動輪27、從動輪28和管材制品29。

具體實施方式

為更好地理解本發(fā)明，下面結合附圖對本發(fā)明做進一步的說明，但本發(fā)明要求保護的范圍并不局限于實施方式表述的范圍。

如圖1、2所示，一種無熔接痕的小口徑管材擠出成型裝置，包括機架1、電機2、噴淋式冷卻裝置5、滾輪式牽引機構6、料筒9、空心螺桿10、芯棒12、分流梭13和支承蓋14；機架1兩端分別設有減速箱4和芯棒驅動裝置15；電機2通過聯軸器3與減速箱4連接；減速箱4內設有空心傳動套7，空心傳動套7為減速箱的輸出軸；料筒9的一端通過螺釘連接安裝在減速箱4端蓋的一面上，噴淋式冷卻裝置5及滾輪式牽引機構6依次同軸安裝在減速箱4端蓋的另一面外側；料筒9上設有料斗8，料斗8與料筒9的內孔連通；料筒9的內孔與減速箱4的空心傳動套7同軸；料筒9的另一端與支承蓋14通過螺釘連接；空心螺桿10安裝在料筒9的內孔中，一端與減速箱4的空心傳動套7間隙配合并通過平鍵連接，另一端伸入支承蓋14中；空心螺桿10的螺棱與料筒9的內孔形成塑化系統；芯棒12同心置于空心螺桿10的內孔中，空心螺桿10的內孔與芯棒12形成圓環(huán)形空隙，為管坯20的定型裝置；芯棒12安裝在支承蓋14上，芯棒12伸出支承蓋14與芯棒驅動裝置15連接；芯棒12優(yōu)選通過深溝球軸承17安裝在支承蓋14上，深溝球軸承17的外側設有壓蓋18，用壓蓋18將深溝球軸承17固定在支承蓋14上；深溝球軸承17的內側設有隔熱墊16，通過隔熱墊16減少熱量向芯棒驅動裝置15方向傳遞。位于支承蓋14內的芯棒12上加工出分流梭13，分流梭13為與芯棒12同軸的兩段錐體：熔體在分流梭13的外表面與料筒9的內孔中形成薄的熔體層，促進了熔體與料筒的熱量交換；同時由于熔體流動截面面積的變化對熔體產生壓縮/膨脹作用，提高了塑化混合效果。由于分流梭13表面光滑，芯棒12安裝在支承蓋14上，無須常規(guī)管材擠出成型裝置中支撐芯棒的支架類零部件，熔體流經分流梭13時不會形成多股流體，因而不會產生熔接痕。

電阻加熱器11通過螺釘固定在料筒9的外壁上，其固定位置分別對應塑化系統的固體輸送段、熔融段及計量段，與控制系統配合滿足物料塑化輸運過程中固體輸送段、熔融段及計量段的溫度要求。

如圖3和4所示，空心螺桿10的螺棱與普通螺桿類似，內孔為階梯狀結構，靠近螺桿頭的內孔直徑較小，與芯棒組成管材的定型裝置，通過該成型裝置得到與管材制品形狀、尺寸基本相同的管坯20；另一端內孔直徑較大，用于減少內孔與管坯的摩擦力同時避免管坯冷卻過程中熱量向螺桿傳遞，保證塑化效率及穩(wěn)定性，管坯在定型裝置中得到定型及初步冷卻。

如圖5所示，噴淋式冷卻裝置5主要由箱蓋21、噴頭22、導輪23、箱架24和箱體25組成；箱體25與箱蓋21組成冷卻水槽，多個噴頭22間隔安裝在箱蓋21上，箱體25中設有導輪23，用于支承和引導管坯20；從噴頭22出來的水對管坯20進行進一步的冷卻；箱體25設在箱架24上。

如圖6所示，滾輪式牽引機構6主要由牽引架26、主動輪27和從動輪28組成；動輪27和從動輪28設置在牽引架26上，主動輪27和從動輪28之間形成管材制品29的通道；通過主動輪27摩擦力的作用為已初步定型的管材制品29提供一定的牽引力和牽引速度，實現制品的牽引。管坯進入噴淋式冷卻裝置5中進一步冷卻后形成管材制品29；管坯20只是與管材制品29形狀及尺寸基本相同。

無熔接痕的小口徑管材擠出成型過程如下：當電機2轉動時，空心螺桿10在聯軸器3及減速器4的帶動下旋轉，空心螺桿10的螺棱與料筒9的內孔形成塑化系統將來自料斗8的物料熔融塑化，并定量、定溫、定壓地向螺桿頭方向輸送；在熔體壓力的作用下，熔體17通過芯棒12上的分流梭13進入到由螺桿10的內孔及芯棒12所組成的環(huán)形空隙中，在環(huán)形空隙中形成形狀與尺寸與制品基本一致的管坯20；在熔體壓力滾輪式牽引機構6的牽引下實現管坯的連續(xù)擠出；由于空心螺桿10上的溫度分布為從螺桿頭到進料段的溫度逐漸降低，因而管坯得到定型與初步冷卻，隨后管坯進入噴淋式冷卻裝置5中進一步冷卻，得到形狀、尺寸、性能都滿足使用要求的管材制品29，最后再切割堆放得到需要的制品。

參照圖1、圖2可以看出，與常規(guī)管材擠出成型方法及設備不同的是，一方面芯棒12及分流梭13通過軸承固定在支承蓋14上，因而無需支架類零件來支撐芯棒；另一方面塑化時熔體沿螺槽向螺桿頭方向流動而管坯從螺桿頭向螺桿尾部移動，成型過程中管材擠出方向與塑化時熔體流動方向相反，熔體流經分流梭13時不會形成多股流體，因而在形成管坯時不會形成熔接痕，從而實現了無熔接痕管材的擠出成型。本發(fā)明管材中無熔接痕，有效提高了管材制品的環(huán)向強度，可在保證制品性能的前提下減小管材的壁厚，降低成本的同時減少白色污染。

同時，本發(fā)明充分利用了空間，的管材擠出裝置軸向長度縮短，設備結構更緊湊，廠房投資成本低；本發(fā)明定型套(空心螺桿)內孔與芯棒的相對運動，對管坯在圓周反向產生強度可控的剪切形變作用，有利于管材凝聚態(tài)結構的調控，豐富了管材制品性能的調控手段。

本發(fā)明芯棒可以由電機驅動在螺桿內孔中旋轉，芯棒與螺桿同向旋轉或反向旋轉從而在管坯內壁的圓周反向產生剪切強度可控的剪切形變，對聚合物管材的凝聚態(tài)結構進行調控，提高管材的強度尤其是環(huán)向強度。