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Extrusionsbeschichtung von thermoplastischen Rohren

Beim Extrudieren von herkömmlichen thermoplastischen Rohren ist die Fließrichtung der Schmelze parallel zur Rohrachse und die makromolekularen Kunststoffketten in der Rohrwand sind parallel zur Rohrachse ausgerichtet. Die Festigkeit der Rohrwand ist in axialer Richtung größer als in Umfangsrichtung. Die Umfangsrichtung ist doppelt so groß wie die Axialrichtung, sodass die Axial- und Umfangsfestigkeit der Axial- und Umfangsspannung entgegengesetzt ist. Das thermoplastische Extrusionsbeschichtungsgießen von Rohren dreht die Schmelzflussrichtung, um nahezu senkrecht zur Rohrachse zu sein. Die makromolekulare Kunststoffkette ist hauptsächlich entlang der Rohrumfangsrichtung ausgerichtet, wodurch die Umfangsfestigkeit des Kunststoffrohrs größer ist als die axiale Richtung, wodurch die axiale und die Umfangsrichtungen Die Festigkeit und Kraft sind konsistent.

Extrusionsbeschichtung von thermoplastischen Rohren

1 Einführung

Die Erfindung thermoplastischer Rohre hat eine über 70-jährige Geschichte. Die Vielfalt, Dosierung, Anwendungstechnik und Herstellungstechnik von Kunststoffrohren hat sich erstaunlich weiterentwickelt.

Beim Extrudieren traditioneller thermoplastischer Rohre ist die Fließrichtung der Kunststoffschmelze jedoch parallel zur Rohrachse und hat sich seit über siebzig Jahren im Grunde nicht geändert. Nachteilig an dieser Maßnahme ist, dass die makromolekularen Kunststoffketten in der Rohrwand parallel zur Rohrachse ausgerichtet sind und die Festigkeit der Rohrwand in Richtung parallel zur Rohrachse größer ist als senkrecht zur Rohrachse. Dies ist genau das Gegenteil der Kraft auf die Rohrwand, wenn die Druck-Lager Rohr ist mit Innendruck beaufschlagt. Nach der Spannungsanalyse des Druck-Lager Rohr, wenn das Rohr unter Innendruck steht, ist die in der Rohrwand entlang des Umfangs erzeugte Spannung etwa doppelt so groß wie die in der Rohrwand parallel zur Rohrachse erzeugte Spannung.

Ursprünglich ist die Festigkeit von Kunststoff viel geringer als die von Metall. Die Richtung höherer plastischer Festigkeit wird nicht an der Rohrumfangswandung verwendet, wo die Festigkeit von Kunststoffrohren hoch ist, sondern fällt auf die axiale Richtung mit relativ geringen Festigkeitsanforderungen. Die Existenz des Phänomens ist zweifellos eine große Verschwendung. Unterschiedliche Kunststoffe weisen unterschiedliche Größenordnungen dieser Anisotropie auf. Beispielsweise ist TLCP, das beim Spritzgießen am einfachsten zu orientieren ist, die Festigkeit parallel zur Schmelzflussrichtung etwa dreimal so hoch wie senkrecht zur Schmelzflussrichtung. Das heißt, TLCP mit einer Festigkeit von 150 MPa, wenn das Rohr durch das traditionelle Extrusionsverfahren hergestellt wird, beträgt seine nutzbare Festigkeit weniger als 50 MPa.

Das chinesische Patent CN101332667A offenbart einen Extrusionskopf für langglasfaserverstärkte Kunststoffrohre und betrifft insbesondere einen Extrusionskopf für Rundrohre aus Kunststoff, der an einem Kunststoffextruder installiert ist und die Eigenschaften des Online-Spiralcompoundierens langer Glasfasern aufweist. Die Vorrichtung hat den Glasfasereingang und die Misch- und Verteilvorrichtung für Faser und Schmelze und die Dorndrehvorrichtung. Die Misch- und Verteilvorrichtung des Handstücks gibt erfolgreich eine bestimmte Länge einer mit Haftvermittler behandelten Glasfaser in die plastifizierte Kunststoffschmelze ein. Und machen Sie die Glasfaser gleichmäßig eingemischt, um eine Faser-Kunststoff-Mischschmelze zu werden. Die Dorndrehvorrichtung der Matrize realisiert den Übergang der zwischen dem Dorn und der Matrize fließenden Schmelze vom Fließen entlang der Achse des Dorns zu einem Umströmen des Dorns in einer spiralförmigen Richtung, bis sie sich verfestigt. In dem durch die obige Vorrichtung extrudierten Kunststoffrohr sind Polymermoleküle und lange Glasfasern entlang der Spiralrichtung der Achse orientiert, was die Umfangsfestigkeit des Rohres stark verbessert.

Die umfangsmäßige Anordnung der Langglasfasern im oben erwähnten Kunststoffrohr wird jedoch durch die Rotation des Dorns in der Matrize realisiert, was zusätzliche Antriebsleistung und entsprechende Übertragungseinrichtungen (wie Dorndrehzahl-Einstellrad, Dornrotations-Übertragungskette .) erfordert Radträger, drehbare Antriebskette des Dorns, drehbarer Dorn und angetriebenes Kettenrad) verbraucht nicht nur Energie, sondern hat auch eine komplizierte Kopfstruktur; außerdem besteht einer der unüberwindlichen Nachteile der obigen Vorrichtung darin, dass die Schmelze mit dem Dorn rotiert und beim allmählichen Herausdrücken der Matrize und beim Abkühlen und Formen eine Rotationsspannung im Rohrrohling auftritt. Daher wird zusätzlich zu der linearen Bewegung des Rohres eine Art unnötige Drehbewegung hinzugefügt, und die Drehspannung wird in der Rohrwand eingefroren. Dies ist beim Extrudieren aller thermoplastischen Kunststoffrohre nicht zulässig; Darüber hinaus beträgt die Schmelzetemperatur der meisten Kunststoffextrusionsprozesse etwa 200 ℃, einige sogar bis zu etwa 400 ℃, der Schmelzedruck des Kunststoffs im Extrusionsprozess So hoch wie mehrere Megapascal bis mehrere zehn Megapascal, der Druck des Polymers Die mit Glasfasern gefüllte Schmelze ist zwangsläufig höher, was die Abdichtung zwischen Kernstab und Lagersitz sehr schwierig macht, was zu Schmelzeleckagen führen und den normalen Betrieb der Ausrüstung beeinträchtigen kann. Und die Arbeitsintensität des Bedieners erhöhen und manchmal sogar zu Geräteschäden und anderen Situationen führen.

2. Extrusionsbeschichtungsformen von thermoplastischen Rohren

Es wird hauptsächlich zum Formen von thermoplastischen Rohren verwendet. Das traditionelle Verfahren ist das Strangpressen. Wie oben erwähnt, ist während des Extrusionsformverfahrens die Fließrichtung der Schmelze parallel zur Rohrachse und die makromolekulare Kette ist ebenfalls parallel zur Rohrachse ausgerichtet. Die Festigkeit der Rohrwand ist größer als senkrecht zur Rohrachse. Um die Leistung von Kunststoffrohren zu verbessern und ihnen neue Funktionen zu verleihen, wird die Außenfläche von Kunststoffrohren häufig modifiziert, um Festigkeit, Zähigkeit, Elastizitätsmodul oder Sauerstoffbeständigkeit, antistatische und elektrische Leitfähigkeit, Flammwidrigkeit usw. zu verbessern. von Kunststoffrohren. . Auch beim traditionellen Extrusionsverfahren ist die Fließrichtung der Schmelze parallel zur Rohrachse.

Um diese Rückwärtstechnologie zu ändern, beantragte Manrui De Automation System Co., Ltd. ein PCT-Patent und wurde von den Vereinigten Staaten autorisiert, wie in Abbildung 2 gezeigt. Mit dieser patentierten Technologie wird während des Extrusionsprozesses von Kunststoffrohren die Die Schmelzflussrichtung wird von parallel zur Rohrachse zu senkrecht zur Rohrachse geändert, und die Orientierung der makromolekularen Kunststoffkette wird ebenfalls von parallel zur Rohrachse zu senkrecht zur Rohrachse geändert. , Und tangential zum Umfang des Rohrs ist die Festigkeit der Rohrwand senkrecht zur Rohrachse größer als parallel zur Rohrachse, und das faserverstärkte thermoplastische Rohr erreicht auch in der Richtung senkrecht zum Rohr eine echte Verstärkung Achse. Dieses Patent stellt eine Schlüsseltechnologie zum Ändern der Richtung des Schmelzflusses bereit, nämlich einen Extrusionsbeschichtungsmaschinenkopf, der eine Prallplatte enthält, und eine Kunststoffrohrbeschichtungsformvorrichtung, die einen Beschichtungsmaschinenkopf enthält.

Die beiden auf beiden Seiten des Prallblechs erzeugten Schmelzeströme fließen im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn und werden auf die Außenwand des durch das Kernrohr gebildeten Röhrenembryos beschichtet. Die makromolekularen Ketten des Thermoplasten sind entlang des Umfangs des Röhrenembryos orientiert. Unter der Wirkung der axialen Lineargeschwindigkeit, die der Traktor auf das Rohr ausübt, bilden die beiden Schmelzeströme eine Kreuzanordnung, und der Kreuzungswinkel wird durch die Zuggeschwindigkeit und den Schmelzedurchsatz bestimmt.

Extrusionsbeschichtungsvorrichtung für thermoplastische Rohre (2, Vorbehandlungsvorrichtung für Rohstoffe; 5, Beschichtungsschicht-Zuführextruder; 6, Extrusionsbeschichtungskopf; 7, Dimensionierungskühlvorrichtung; 8, Zugvorrichtung; 9, Fertigrohraufwickelvorrichtung; 10. Kernrohrextrusion Formmaschine)

Das Umspritzen von thermoplastischen Rohren wird wie folgt realisiert: Im Umspritzkopf 6 sind zwei Leitbleche vorgesehen, die von zwei Extrudern gespeist werden. Ein Prallblech empfängt die geschmolzene und plastifizierte Polymerschmelze vom Extruder 10 und extrudiert das Kernrohr, und das andere Prallblech nimmt die geschmolzene und plastifizierte Polymerschmelze vom Extruder 5 auf und extrudiert sie. Über das Kernrohr kann nach dem Abkühlen und Formen das fertige Rohr erhalten werden.

Der Produktionsprozess von thermoplastischen Rohren beruht auf der Zugkraft des Traktors, um den Rohrrohling in die Kalibrierkühlvorrichtung zu führen. Unter der Zugkraft fließen die beiden entgegengesetzten Schmelzeströme, die durch die Prallplatte gebildet werden, um den Dorn. Die spiralförmige Flugbahn wird gestreckt, um ein Netzwerk zu bilden, das als Kreuzverbund bezeichnet werden kann. Die Größe des Drallwinkels wird durch das Verhältnis der Extrusionsgeschwindigkeit zur Zuggeschwindigkeit bestimmt. Der Schrägungswinkel (Kreuzverbundwinkel), dessen Umfangsfestigkeit gleich dem Doppelten der axialen Festigkeit ist, ist der ideale Winkel. Das fertige Rohr in Abbildung 6 hat tatsächlich eine vierschichtige Struktur, und die makromolekularen Ketten in den vier Schichten sind entlang des Umfangs des Rohres ausgerichtet.

3. Anwendung von thermoplastischen Rohrextrusionsbeschichtungsformen

TLCP hat die Eigenschaften hohe Festigkeit, hohes Modul, hohe Hitzebeständigkeit, hohe Schlagzähigkeit, hohe Verschleißfestigkeit, hohe Flammwidrigkeit, hohe Barriere, Korrosionsbeständigkeit, geringes Kriechen, niedrige Wärmeleitfähigkeit usw. und hervorragende Leistung. Seine makromolekularen Ketten lassen sich jedoch leicht orientieren, und die Anisotropie des Produkts ist schwerwiegend, und die Festigkeit der Schweißverbindung unterscheidet sich stark von der der nicht geschweißten Verbindung, was die breite Anwendung des Produkts einschränkt. TLCP-Rohre oder TLCP/TP-Legierungsrohre werden extrudiert und durch thermoplastische Rohrextrusionsbeschichtungsformtechnologie beschichtet. Die stäbchenförmigen Makromoleküle von TLCP werden nahezu senkrecht zur Rohrachse ausgerichtet. Diese Orientierung spiegelt sich hauptsächlich in der Umfangsfestigkeit des Rohres wider. Andererseits werden die Nachteile der geringen Schweißnahtfestigkeit durch Crosscompoundierung ausgeglichen.

3.1TLCP-Dampfleitung

Wenn es zum Transport von Dampf mit höherer Temperatur verwendet wird, kann es im Vergleich zu Metallrohren viele Kosten für Korrosionsschutz und Wärmeerhaltung sparen und hat eine lange Lebensdauer. Im Vergleich zu herkömmlichen Extrusionsverfahren kann die Drucktragfähigkeit von Rohren mehr als verdoppelt werden.

3.2TLCP Rohölsammel- und Transportpipeline

Im Vergleich zu Metallrohren können viele Korrosionsschutzkosten, viele Begleitheizungs- und Isolierungskosten eingespart werden und es hat eine lange Lebensdauer; Im Vergleich zu herkömmlichen Extrusionsverfahren kann die Drucktragfähigkeit von Rohren mehr als verdoppelt werden.

3.3TLCP / TPU-Legierung Ölbrunnen-Pumpliner

kann an die Produktion von Ölquellen innerhalb von 5000 Metern angepasst werden, was die 2500 Meter UHMWPE-Liner und 3500 Meter PEX-Liner weit übersteigt.

3.4TLCP / PO-Legierung Sauerstoffbarriere-Kunststoffrohr

Ausgezeichnete Wasserbeständigkeit, Hitzebeständigkeit, Barriereleistung, mechanische Eigenschaften usw., Zweischichtstruktur, Leistung übertrifft die Verwendung von EVOH-Kunststoffrohr mit fünfschichtiger Struktur, einfach zu recyceln. (1, fertiges Kunststoffrohr; 2. Rohstoffverarbeitungsvorrichtung; 3. Rohrzuführmaschine; 4. Rohroberflächenvorwärmung Plasmabehandlungsvorrichtung; 5. Extruder; 6. Extrusionsbeschichtungskopf; 7. Formgebungskühlvorrichtung; 8. Traktionsmaschine; 9. Sauerstoffbarriere-Kunststoffrohr mit TLCP / PO-Legierungsschicht beschichtet)

Die Liniengeschwindigkeit der Rohrzuführung 3 und der Rohrführung 8 sind gleich, und die Halbzeuge, die eine Oberflächenmodifikation oder neue Funktionen benötigen, wie PEXb-Rohre, PEXc-Rohre und synchron vernetzte PEXa-Rohre, die beschichtet werden müssen mit Sauerstoffsperrschicht, werden in die Halbzeuge eingebracht. Auf der Hülsenabwickelmaschine 1 wird die Abwicklung vom Hülsenzuführer 3 und der Hülsenführung 8 mitgezogen und gelangt in die Hülse Oberflächenbehandlung Vorrichtung 4 zur Behandlung der Rohroberfläche. Das Behandlungsverfahren ist Plasmabehandlung, Koronabehandlung oder Flammbehandlung. Anschließend tritt das oberflächenbehandelte Rohrhalbzeug in den Beschichtungskopf 6 ein und verschmilzt mit der durch die Rohstoffbearbeitungsvorrichtung 2 aufgeschmolzenen und plastifizierten Polymerschmelze und die Beschichtung Schichtextruder 5. Im Beschichtungskopf 6 fließt die Schmelze senkrecht zur Achse des Halbzeugrohres und strömt entgegen dem Uhrzeigersinn entlang der Tangente an die Außenwand des Halbzeugrohres. Nach dem Beschichten der Außenfläche des Halbzeugrohres gelangt es zum Kühlen und Formen in den Formgebungskühlwassertank 7 und schließlich wird ein Sauerstoffsperrrohr mit einer durch Extrusionsbeschichtung modifizierten Sauerstoffsperrschicht auf der Außenfläche erhalten, und wird auf dem Fertigproduktwickler 9 gesammelt.

Unter Verwendung des Geräts und der TLCP/PE-Legierung ist es möglich, das zweischichtige Sauerstoffbarriere-PEX-Rohr und das Sauerstoffbarriere-PERT-Rohr herzustellen; unter Verwendung der in Abbildung 7 gezeigten Vorrichtung und der TLCP/PP (oder PB-1)-Legierung kann das Sauerstoffbarrieren PB-1-Rohr mit zweischichtiger Struktur hergestellt werden und das PP-Rohr mit Sauerstoffbarriere usw.
3.5 Mehrschichtiges Strukturrohr

Beim mehrschichtigen Extrusionsbeschichtungsformen ist die Compoundierung von Funktionsschichten, wie beispielsweise Drainagerohren in Polyethylenrohren, die in Kohlebergwerken verwendet werden, einfach zu realisieren. Die wichtigsten Leistungs- und Funktionsanforderungen jeder Schicht sind wie folgt:

Inneres Kernrohr: Flammhemmung und Abriebfestigkeit werden hauptsächlich gefordert. Um eine große Menge an Flammschutzmitteln zu reduzieren und die mechanischen Eigenschaften des Innenrohrs zu reduzieren, kann ein Teil des hochdichten Polyethylenharzes durch eine kleine Menge nicht brennbares TLCP-Harz ersetzt werden, und die hinzugefügte Menge an Flammschutzmittel wird reduziert. , HDPE wird durch TLCP verstärkt, was auch die Verschleißfestigkeit des Innenrohres verbessert.

Zwischenschichtrohr: Erfordert hauptsächlich Flammschutz und mechanische Eigenschaften. Nicht entflammbares TLCP-Harz kann verwendet werden, um hochdichtes Polyethylenharz zu ersetzen. Die zugesetzte Flammschutzmittelmenge wird reduziert und HDPE wird durch TLCP verstärkt.

Außenrohr: Erfordert hauptsächlich Flammhemmung und Antistatik. Um eine große Menge an Flammschutzmitteln zu reduzieren und die mechanischen Eigenschaften des Außenrohrs zu reduzieren, kann eine kleine Menge nicht brennbares TLCP-Harz verwendet werden, um einen Teil des hochdichten Polyethylenharzes zu ersetzen, und die Menge des hinzugefügten Flammschutzmittels wird reduziert, HDPE Es wurde durch TLCP verbessert, selbst wenn es ein Antistatikum ist, das hinzugefügt werden muss, wird die Auswirkung auf die mechanischen Eigenschaften des Außenrohrs stark reduziert.

Um den Anstieg der Rohmaterialkosten, der durch die Zugabe einer großen Menge an TLCP verursacht wird, zu eliminieren, ist es sehr effektiv und notwendig, der Formulierung jeder Schicht Whisker zuzusetzen. Darüber hinaus kann es das Material auch verstärken, verstärken, härter machen, die Verbrennungstemperatur erhöhen und die Rauchmenge reduzieren. Und so weiter. Jede Schicht wird mit TLCP und Whiskers hinzugefügt. Die Umfangsfestigkeit des mehrschichtigen Polyethylen-Verbundrohres, das in unterirdischen Kohlebergwerken verwendet wird, das durch die Extrusionsbeschichtungs-Formvorrichtung für thermoplastische Rohre hergestellt wird, wurde verbessert und seine Wanddicke wurde verringert. Reduzieren Sie die Kosten für Rohre.

4. Abschluss

Das Spritzgießen von thermoplastischen Rohren durch Extrusionsbeschichtung verändert die Ausrichtung traditioneller makromolekularer Extrusionsketten und überwindet die Unzulänglichkeiten des rotierenden Dornkopfes CN101332667A. Das Gerät hat keine beweglichen Teile, keine spezielle Abdichtung und erhöht nicht die Ausfallrate der Ausrüstung; Der Schmelzefluss geht im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn, der Rohrrohling dreht sich nicht und es gibt keine rotierende innere Spannung; die Umfangsfestigkeit des Rohres wird erhöht und die Drucktragfähigkeit des Rohres verbessert. Diese Technologie ist für die Herstellung der meisten thermoplastischen Rohre geeignet.

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