CN107639864A - 一种交联聚乙烯管成型工艺及其成型系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种交联聚乙烯管成型工艺，包括以下步骤，将物料进行抽真空处理并搅拌均匀；物料加入至烘箱进行烘干，并进行含水量检测；将干燥合格的物料加入至行星螺杆挤出机进行初步混合和塑化；将行星螺杆挤出机的物料挤入至单螺杆挤出机进行二次混合和塑化，物料通过定型套定型后形成管胚；将管胚通至光辐射交联设备内，完成交联反应形成交联聚乙烯管；交联聚乙烯管通过冷却和切割工序后储存在管材架。本发明还提供了相应的交联聚乙烯管的成型系统。采用本发明技术方案的交联聚乙烯管成型工艺及其成型系统，能够解决现有技术中物料进入机头时压力不稳定及物料流动性差的问题，且采用光辐射的方式形成交联聚乙烯，减少环境污染且提高生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及聚乙烯管成型技术领域，具体涉及一种交联聚乙烯管成型工艺及其成型系统。
背景技术
以聚乙烯为主要物料，经挤出成型而成的管道具有道耐腐蚀、安装、连接方式简单、可靠、韧性、挠性好等优点，PE管道断裂伸长率超过600％，局部位移不会引起全部管子位移，抗震性很强；另外，聚乙烯的挠性使PE管可以盘卷(尤其是小口径管材)，减少大量的连接管件；与金属管道相比，有更好的综合性能，在市政给水、燃气输送、化工流体输送等领域广泛使用。但是聚乙烯的分子由线性的分子链组成，当温度提高时，线性分子链之间的结合力(范德华力)就减弱，使整个分子材料发生形变，因而聚乙烯的性能还不够稳定。
而交联聚乙烯(CLPE)在分子间架起了化学链桥，使分子不能发生位移，有效克服了聚乙烯的不足。但现有的交联聚乙烯一般采用化学交联的方式制取，制备过程需要添加化学试剂进而造成环境污染且对人体有伤害，二采用化学交联的方式生产效率低下，已不能满足市场需求。此外，现有技术中制备聚乙烯管时，由于物料直接进入挤出机机头，会造成出口压力不稳定及物料的流动方向与管材的成型方向不一致现象，进而影响产品的质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种交联聚乙烯管成型工艺，解决现有技术中物料进入机头时压力不稳定及物料流动性差的问题，且采用光辐射的方式形成交联聚乙烯，减少环境污染且提高生产效率。
基于此，本发明提出了一种交联聚乙烯管成型工艺，包括以下步骤：
1)将物料进行抽真空处理，此后将所述物料加入至混合机进行搅拌均匀；
2)将搅拌均匀的所述物料加入至烘箱进行烘干，并对所述物料进行含水量检测，检验所得的含水量A≤0.1％即为合格；
3)将干燥合格的所述物料加入至行星螺杆挤出机进行初步混合和塑化，所述行星螺杆挤出机包括呈行星状排列的一个第一螺杆和多个第二螺杆，所述第一螺杆为中心螺杆，所述第二螺杆均匀分布在所述第一螺杆的外缘，且各所述第二螺杆与所述第一螺杆啮合连接；
4)将行星螺杆挤出机的所述物料挤入至单螺杆挤出机进行二次混合和塑化，所述单螺杆挤出机设置有依次连接的出口模和定型套，物料通过定型套定型后形成管胚；
5)将所述管胚通至光辐射交联设备内，完成交联反应形成交联聚乙烯管；
6)将所述光辐射交联设备形成的所述交联聚乙烯管通过冷却装置进行冷却，此后使用牵引机牵引所述交联聚乙烯管至切割机，由切割机切割得到目标长度，并将所述交联聚乙烯管放入管材架进行存储。
作为优选方案，所述物料包括聚乙烯树脂、炭黑母粒、抗氧化剂和敏化剂，且所述聚乙烯树脂：所述炭黑母粒：所述抗氧化剂：所述敏化剂的质量比值为(91－96)：(5.5－7.5)：(0.6－0.8)：(1.0－2.0)。
作为优选方案，步骤1)中对所述物料进行搅拌的具体过程为，首先以300－400r/min转速搅拌所述物料1－2min，此后再以550－650r/min转速搅拌所述物料2－3min。
作为优选方案，步骤2)中物料含水量的检测方式为电导法、电容法或红外线吸收法中的任意一种。
作为优选方案，步骤3)中所述第一螺杆的直径为所述第二螺杆的直径的3倍，且所述第二螺杆的数量为6－12个。
作为优选方案，在步骤5)中所述物料进入所述光辐射交联设备之前，需对所述物料进行扩展和收缩实验，再选用合适的辐射参数进行作业。
为了实现相同的目的，本发明还提供了一种交联聚乙烯管成型系统，包括工作台，所述工作台依次设置有真空机、混合机、烘箱、行星螺杆挤出机、单螺杆挤出机、光辐射交联设备、冷却装置、牵引机、切割机和管材架，所述行星螺杆挤出机的出料口与所述单螺杆挤出机的加料口相连通，所述单螺杆挤出机的出口依次设置有出口模和定型套。
作为优选方案，所述行星螺杆挤出机设置有第一温控仪表，所述单螺杆挤出机设置有第二温控仪表。
作为优选方案，所述光辐射交联设备中的辐射炉管的截面为“8”字形。
作为优选方案，所述冷却装置设置有相互独立的水冷机和风冷机，且所述水冷装置连接有第三温控仪表。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
1、物料的真空处理保证了物料能够顺畅流通，物料的烘干及含水量检测保证了后续工序正常生产且保证管材的质量，而采用行星螺杆挤出机对物料进行初步混合和塑化，由此使得物料被均匀塑化，改善物料的塑化效果，此后物料由行星螺杆挤出机挤入至单螺杆挤出机进行二次混合和塑化，由此增强了物料的流动性且使得物料均匀进入保证其压力稳定性，进而使得物料塑化效果良好，物料成型后形成的管胚通过光辐射交联设备进行交联反应形成交联聚乙烯管，交联与挤塑在不同的设备内进行，产品质量容易控制，生产效率高，废品率低，此外交联过程中不需要加入另外的化学试剂，减少了环境污染，此后交联聚乙烯管通过冷却和切割工序后储存在管材架上，由此保护交联聚乙烯管的生产流畅性及其安全存放。
2、为了使得物料在进入加工阶段前搅拌均匀，步骤1)中对物料进行搅拌的具体过程为，首先以300－400r/min转速搅拌物料1－2min，此后再以550－650r/min转速搅拌物料2－3min。
3、步骤3)中第一螺杆的直径为第二螺杆的直径的3倍，且第二螺杆的数量为6－12个，上述第一螺杆与第二螺杆的尺寸比例关系及第二螺杆的数量保证物料塑化效果良好。
4、在步骤5)中物料进入光辐射交联设备之前，需对物料进行扩展和收缩实验，再选用合适的辐射参数进行作业，由此保证辐射交联反应效果良好。
5、光辐射交联设备中的辐射炉管的截面为“8”字形，其较圆形炉管来说减小了相邻炉管间的遮蔽效应，保证炉管径环向表面上的温度分布均匀，此外，“8”字形截面的辐射炉管的截面是由两个圆相交构成，此种结构有明显的强化传热效果。
6、冷却装置采用风冷和水冷结合的方式实现交联聚乙烯管的冷却，可以有效减少能耗并且冷却效果良好，且水冷装置连接有第三温控仪表，由此保证冷却至合适温度。
附图说明
图1为本发明实施例的交联聚乙烯管成型工艺的工序流程图。
图2为本发明实施例中行星螺杆挤压机的第一螺杆和第二螺杆的连接关系示意图。
图3为本发明实施例中辐射炉管的截面的结构示意图。
图中：1－第一螺杆，2－第二螺杆，3－辐射炉管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图3所示：本实施例提供了一种交联聚乙烯管成型工艺，包括以下步骤：
1)将物料进行抽真空处理，将物料内的气体抽走，由此避免物料内的空气压缩造成设备内压强增大进而影响物料进入，此后将物料加入至混合机进行搅拌均匀；
2)将搅拌均匀的物料加入至烘箱进行烘干，并对物料进行含水量检测，检验所得的含水量A≤0.1％即为合格，由此严格保障了物料含水量在限定范围内，便于此后的加工；
3)将干燥合格的所述物料加入至行星螺杆挤出机进行初步混合和塑化，所述行星螺杆挤出机包括呈行星状排列的一个第一螺杆1和多个第二螺杆2，所述第一螺杆1为中心螺杆，所述第二螺杆2均匀分布在所述第一螺杆1的外缘，且各所述第二螺杆2与所述第一螺杆1啮合连接，需要指出的是行星螺杆挤出机的第二螺杆2既可以自转也可以绕着中心螺杆进行公转，被加料段螺纹推到第二螺杆2的物料，在其后部螺杆进料的连续强力推动下，向螺杆前方机头挤出处移动，从中心螺杆和机筒间的内螺纹齿间和与其啮合的第二螺杆2齿间通过；由于各个第二螺杆2不断转动，使物料在相互啮合转动的螺纹齿间隙中受到强烈的挤压、辗伸和剪切等多种力作用，使物料在此段不断地被翻动、混合，最后成熔融状态，由此被均匀塑化，逐渐被推向螺杆前段，从机头挤出，从而对物料进行混合塑化，改善了物料的塑化效果；
4)将行星螺杆挤出机的物料挤入至单螺杆挤出机进行二次混合和塑化，由此克服了物料直接进入单螺杆挤出机存在的压力不稳定及物料流动性差的问题，单螺杆挤出机设置有依次连接的出口模和定型套，物料通过定型套定型后形成管胚；
5)将管胚通至光辐射交联设备内，完成交联反应形成交联聚乙烯管，用辐射交联法生产的交联聚乙烯管，交联与挤塑在不同的设备内进行，产品质量容易控制，相对于化学方式的交联反应，光辐射交联反应生产效率高，废品率低，此外交联过程中不需要加入另外的化学试剂，减少了环境污染；
6)将光辐射交联设备形成的交联聚乙烯管通过冷却装置进行冷却，此后使用牵引机牵引交联聚乙烯管至切割机，由切割机切割得到目标长度，并将交联聚乙烯管放入管材架进行存储。
基于以上技术方案，物料的真空处理保证了物料能够顺畅流通，物料的烘干及含水量检测保证了后续工序正常生产且保证管材的质量，而采用行星螺杆挤出机对物料进行初步混合和塑化，由此使得物料被均匀塑化，改善物料的塑化效果，此后物料由行星螺杆挤出机挤入至单螺杆挤出机进行二次混合和塑化，由此增强了物料的流动性且使得物料均匀进入保证其压力稳定性，进而使得物料塑化效果良好，物料成型后形成的管胚通过光辐射交联设备进行交联反应形成交联聚乙烯管，交联与挤塑在不同的设备内进行，产品质量容易控制，生产效率高，废品率低，此外交联过程中不需要加入另外的化学试剂，减少了环境污染，此后交联聚乙烯管通过冷却和切割工序后储存在管材架上，由此保护交联聚乙烯管的生产流畅性及其安全存放。
本实施例中的物料包括聚乙烯树脂、炭黑母粒、抗氧化剂和敏化剂，且聚乙烯树脂：炭黑母粒：抗氧化剂：敏化剂的质量比值为(91－96)：(5.5－7.5)：(0.6－0.8)：(1.0－2.0)。炭黑母粒为管材的着色提供原料，抗氧化剂提高管材的耐氧化性进而延长其使用寿命，敏化剂可以加速辐射交联反应且能够抑制副反应。需要指出的是，而且大剂量的辐射还可能产生氧化降解、破坏材料中的添加剂等副反应，影响材料的使用性能，而敏化剂有效解决了此问题，且上述的质量比值为优选方案。
进一步地，为了使得物料在进入加工阶段前搅拌均匀，步骤1)中对物料进行搅拌的具体过程为，首先以300－400r/min转速搅拌物料1－2min，此后再以550－650r/min转速搅拌物料2－3min。
此外，步骤2)中物料含水量的检测方式为电导法、电容法或红外线吸收法中的任意一种，以电导法为例，通过将被测物料抽样连接入电路并进行测量可得被测物料的电阻，而水含量不同时电阻的差异较大，由此可以精确测量出物料中的含水量，而在实际生产过程中，同批次的物料在稳定生产的状态下可以进行含水量抽测进而提高生产效率。
其中，参见图2，步骤3)中第一螺杆1的直径为第二螺杆2的直径的3倍，且第二螺杆2的数量为6－12个，上述第一螺杆1与第二螺杆2的尺寸比例关系及第二螺杆2的数量保证物料塑化效果良好，而本实施例中第二螺杆2的数量优选为6个，在实际生产过程中根据物料的塑化情况可相应地增加第二螺杆2的数量。
本实施例中，为了使得辐射交联反应效果良好，在步骤5)中物料进入光辐射交联设备之前，需对物料进行扩展和收缩实验，再选用合适的辐射参数进行作业。需要指出的是，同批次的物料只需进行抽样并进行扩展和收缩实验。
本实施例还提供了一种交联聚乙烯管成型系统，包括工作台，工作台依次设置有真空机、混合机、烘箱、行星螺杆挤出机、单螺杆挤出机、光辐射交联设备、冷却装置、牵引机、切割机和管材架，行星螺杆挤出机的出料口与单螺杆挤出机的加料口相连通，单螺杆挤出机的出口依次设置有出口模和定型套。采用上述交联聚乙烯管成型系统，物料在真空管内完成真空作业，此后在混合机内进行物料搅拌，烘箱进行烘烤去除物料含有的水分，接下来通过行星螺杆挤出机进行物料的初步混合和塑化，然后将塑化后的物料通至单螺杆挤出机进行二次混合和塑化，由此增强了物料的流动性且使得物料均匀进入保证其压力稳定性，进而使得物料塑化效果良好，物料成型后形成的管胚通过光辐射交联设备进行交联反应形成交联聚乙烯管，生产效率高，废品率低，此外交联过程中不需要加入另外的化学试剂，减少了环境污染，最后交联聚乙烯管通过冷却装置冷却和切割机切割后储存在管材架上，由此保护交联聚乙烯管的生产流畅性及其安全存放。
进一步地，行星螺杆挤出机设置有第一温控仪表，单螺杆挤出机设置有第二温控仪表，由此在物料混合和塑化过程中对温度进行分段掌控，保证各段生产顺利进行。
在本实施例中，参见图3，光辐射交联设备中的辐射炉管3的截面为“8”字形，其较圆形炉管来说减小了相邻炉管间的遮蔽效应，保证炉管径环向表面上的温度分布均匀，此外，“8”字形截面的辐射炉管3的截面是由两个圆相交构成，此种结构有明显的强化传热效果，无需增加额外的强化传热部件便可以达到有效地减小管内流体边界层、增加传热效果的作用，且使得交联聚乙烯管辐射过程中传热均匀连续，进而保证了良好的辐射效果。
此外，冷却装置设置有相互独立的水冷机和风冷机，由此该冷却装置结合风冷和水冷方式对交联聚乙烯管进行冷却，风冷和水冷结合可以有效减少能耗并且冷却效果良好，且水冷装置连接有第三温控仪表，由此保证冷却至合适温度，需要指出的是，本实施例中需保证冷却后交联聚乙烯管的温度在10－25℃之间。
综上，采用本发明实施例的交联聚乙烯管成型工艺及其成型系统，物料的真空处理保证了物料能够顺畅流通，物料的烘干及含水量检测保证了后续工序正常生产且保证管材的质量，而采用行星螺杆挤出机对物料进行初步混合和塑化，由此使得物料被均匀塑化，改善物料的塑化效果，此后物料由行星螺杆挤出机挤入至单螺杆挤出机进行二次混合和塑化，由此增强了物料的流动性且使得物料均匀进入保证其压力稳定性，进而使得物料塑化效果良好，物料成型后形成的管胚通过光辐射交联设备进行交联反应形成交联聚乙烯管，交联与挤塑在不同的设备内进行，产品质量容易控制，生产效率高，废品率低，此外交联过程中不需要加入另外的化学试剂，减少了环境污染，此后交联聚乙烯管通过冷却和切割工序后储存在管材架上，由此保护交联聚乙烯管的生产流畅性及其安全存放。
应当理解的是，本发明中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种交联聚乙烯管成型工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1)将物料进行抽真空处理，此后将所述物料加入至混合机进行搅拌均匀；
2)将搅拌均匀的所述物料加入至烘箱进行烘干，并对所述物料进行含水量检测，检验所得的含水量A≤0.1％即为合格；
3)将干燥合格的所述物料加入至行星螺杆挤出机进行初步混合和塑化，所述行星螺杆挤出机包括呈行星状排列的一个第一螺杆和多个第二螺杆，所述第一螺杆为中心螺杆，所述第二螺杆均匀分布在所述第一螺杆的外缘，且各所述第二螺杆与所述第一螺杆啮合连接；
4)将行星螺杆挤出机的所述物料挤入至单螺杆挤出机进行二次混合和塑化，所述单螺杆挤出机设置有依次连接的出口模和定型套，物料通过定型套定型后形成管胚；
5)将所述管胚通至光辐射交联设备内，完成交联反应形成交联聚乙烯管；
6)将所述光辐射交联设备形成的所述交联聚乙烯管通过冷却装置进行冷却，此后使用牵引机牵引所述交联聚乙烯管至切割机，由切割机切割得到目标长度，并将所述交联聚乙烯管放入管材架进行存储。
2.根据权利要求1所述的交联聚乙烯管成型工艺，其特征在于：所述物料包括聚乙烯树脂、炭黑母粒、抗氧化剂和敏化剂，且所述聚乙烯树脂：所述炭黑母粒：所述抗氧化剂：所述敏化剂的质量比值为(91－96)：(5.5－7.5)：(0.6－0.8)：(1.0－2.0)。
3.根据权利要求1所述的交联聚乙烯管成型工艺，其特征在于：步骤1)中对所述物料进行搅拌的具体过程为，首先以300－400r/min转速搅拌所述物料1－2min，此后再以550－650r/min转速搅拌所述物料2－3min。
4.根据权利要求1所述的交联聚乙烯管成型工艺，其特征在于：步骤2)中物料含水量的检测方式为电导法、电容法或红外线吸收法中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的交联聚乙烯管成型工艺，其特征在于：步骤3)中所述第一螺杆的直径为所述第二螺杆的直径的3倍，且所述第二螺杆的数量为6－12个。
6.根据权利要求1所述的交联聚乙烯管成型工艺，其特征在于：在步骤5)中所述物料进入所述光辐射交联设备之前，需对所述物料进行扩展和收缩实验，再选用合适的辐射参数进行作业。
7.一种交联聚乙烯管成型系统，其特征在于：包括工作台，所述工作台依次设置有真空机、混合机、烘箱、行星螺杆挤出机、单螺杆挤出机、光辐射交联设备、冷却装置、牵引机、切割机和管材架，所述行星螺杆挤出机的出料口与所述单螺杆挤出机的加料口相连通，所述单螺杆挤出机的出口依次设置有出口模和定型套。
8.根据权利要求7所述的交联聚乙烯管成型系统，其特征在于：所述行星螺杆挤出机设置有第一温控仪表，所述单螺杆挤出机设置有第二温控仪表。
9.根据权利要求7所述的交联聚乙烯管成型系统，其特征在于：所述光辐射交联设备中的辐射炉管的截面为“8”字形。
10.根据权利要求7所述的交联聚乙烯管成型系统，其特征在于：所述冷却装置设置有相互独立的水冷机和风冷机，且所述水冷装置连接有第三温控仪表。
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