详解管材的定径与冷却 本文关键字 管材,详解,冷却
详解管材的定径与冷却
当管材型坯刚刚离开挤出机头时，由于温度高(如HPVC管可达180'C)，熔体型坯不能抵抗自重变形，故此必须采取定形状、定尺寸的措施使管材型坯冷却硬化，令其温度降至热变形温度以下。另外，熔体型坯出模后还将产生膨胀效应，也会使管材型坯的形状和尺寸发生变化，因此，必须对离开口模的半熔体型坯实施定形状、定尺寸的措施。这样才能使管材获得良好的粗糙度，准确的尺寸和几何形状。这一过程通常用定径套来完成。经过定径套定径和初步冷却后的管材进入水槽继续冷却，通过水槽时，管材被完全浸没在水中，离开水槽后，管材己经完全定型。
挤出管材的定型工艺方法有两种:外径定径法和内径定径法。外径定径法是用定径套控制管材的外径尺寸和圆度，其中，外径定径法又分为内压法和真空法两种，而内径定径法则是通过定径套来控制管材的内径尺寸和圆度。这几种定径方法的结构特点以及对管材质量的影响列于表8.5中。
在选择定径方法时，除了考虑二者的优缺点外，还取决于管材的规格与标准。如果要求管材外径尺寸精度高，应该选用外径定径，而要求管材内径尺寸精度高时，则选用内径定径。由于我国塑料管材均规定外径尺寸有公差要求，故多数厂家都采用外径定径法。
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(一)定径套结构设计
1.外径定型法的定径套。外径定径是使管材和定径套内壁相接触。经常采用以下两种形式的定径套。
(1)内压法定径套。这种定型方法是在管材内通入压缩空气，使呈现半熔状态的管材型坯紧贴于定径套内壁上冷却定径(见表8. 5中内压法外径定型)。其定径套的结构见图8. 20所示。定径直接在机头上，与口模、芯棒同心，定径后的管材圆度好。但口模散热较大，影响定径套冷却，可采用更热垫圈控制口模对定径套的传热，否则定型后的管材表面粗糙。
采用经法定型需在管材内部通入压缩空气，压力约为0. 2-0. 5kg/cm2为了保持管内压力不变，在离定径套一定距离处(牵引装置和切割装置之间)的管内，装置用橡皮制的气塞，使压缩空气不致逸出。橡皮圈用压圈和螺母固定在气塞杆上(或链条上)，如图8.10所示。生产大口径管材时，气塞杆太长，使用不方便.可用钢丝绳代替。应该注意，压缩空气更好经过预热，因为冷空气会使芯棒温度降低，造成管材内壁不光滑。
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图8. 21所示为外径定径套的另一种形式。在这种定径套内，冷却水在螺旋形的流道里流动，对管材的冷却较为均匀。它常用于挤出大口径的管材。
(2)真空吸附定径套，真空吸附定径法是采用管外抽真空使管材型坯外表面吸附在定径套内壁上进行冷却，定外径尺寸的方法。它特别适宜于生产结晶型塑料管材。其定径套实际上是一个金属圆筒，在某一区域找上许多小孔，作抽真空用，其结构如图8. 22所示。真空定径套并不直接套在机头上，而是与机头相距20^-50mm的间隔。管材型坯先经过空气冷却，然后进入真空定径套。定径套内分隔成三段或更多;段冷却，第二段抽真空，第三段继续冷却。如表8. 5中真空法外径定型图所示。借助真空吸附力使管材外壁贴紧于定径套内壁，同时定径套内通入冷却水，管材伴随真空吸附过程而冷却硬化，得到符合定径套内径形状和尺寸的制品。真空度一般在400一 500mm汞柱。定径套上真空孔的直径很重要，真空吸附力与其有直接的关系。一般真空孔直径在如.6^-1.2mm之间。它的大小还与塑料性质和壁厚有关，对a度较大的塑料可取偏大值，对低a度塑料则取偏小值;对壁厚较大的管材可取偏大值，对薄壁管材则取偏小值。以高a度硬聚氯乙烯管材为例:壁厚在 2mm以下，真空孔直径可取卯. 6^-1. 7mm，壁厚在3mm以上，则取00.9-1.2mmo
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真空吸附定径法生产的管材表面粗糙度小，壁厚均匀，内应力小，不易产生后变形。而且机头中不需装设气塞杆和堵头，操作方便而且废料少。据点是挤出直径较大的管材时，由于抽真空产生的压力有限，难以控制管材的圆度，因而这种方法常用于生产小口径的管材。此外，还需要一套抽真空设备，费用较高。
2.内径定型法的定径套。内径定型法如表8. 5中的图形所示。这种方法通常只有直角机头才能使用。因其出料方向与螺杆轴向垂直，定径套的冷却水管可以从芯棒中心插入。
内径定径套的典型结构如图8. 23所示，它联接在机头芯棒上，定径套内通入循环冷却水，管材型坯从口模挤出来直接套在定径套上。这样冷却定型的管材将得到内径尺寸一定而且圆度较好的制品。
内径定型法特别适用于挤出聚乙烯、聚丙烯和尼龙等塑料管材的定型，尤其是内径尺寸要求稳定的包装筒。由于机头流道较长，对硬聚氯乙烯管等流动性较差且容易分解的塑料管材用的较少。
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3.外径定型与内径定型的比较。与外径定型法相比，内径定型法有以下优点(参看表8. 5的说明):
(1)由于管材内、外壁同时冷却，机头阻力较小，出料快，产量高。
(2)机头内不设分流器和分流器支架，故挤出管材上只有料流包围芯棒而产生的一条接合线。
(3)机头流道较长，料注稳定，竹节化现象少，管材质量较好。
(4)操作方便，不受压缩空气和真空度等因素的影响。
(5)管材内应力分布比外径定型法均匀。外径定型时，外壁先冷却。内壁在外壁定型后才逐渐冷却收缩，因而受到外壁有阻碍，结果管子内壁受拉应力，外壁受压应力。内径定型的管子正好相反，由于内壁先冷却定型，而外壁的收缩受到内壁的阻碍，致使内壁受压应力，而外壁受拉应力。在实际使用中，管材是受到内部压力的，因此沿管壁都受到拉应力的作用。而且在内壁处作用力更大，外壁外更小。管材原有内应力与承受外力综合作用的结果，对外径定型的管材来说，内壁所受的拉应力叠加后更大了，而外壁受力则被抵消了一部分，使得整个管壁截面应力分布很不均匀。而对内径定型的管材来说，内壁虽受到外界作用的较大的拉应力，但因原先存在有压应力，故可以抵消一部分。外壁所受的拉应力较小，再叠加上原有的拉应力，也不会使合成力变得太大，因而整个管子截面上的应力分布就比较均匀
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