一种半固态及固态挤出周向自增强塑料管材的成型原理及方法 技术领域：
本技术涉及各种塑料管材制件生产制造的原理方法，尤其是涉及塑料管材在其周向上实现明显自增强的半固态和固态挤出成型原理及方法。属塑料制件的生产制造技术领域。
背景技术：
随着国民经济和国家基础设施建设的不断发展，对大口径塑料管材的需求更加突出。在给水系统中，大口径管往往用作主管道，输送的流体压力相对较高，但此时由于受内压管的周向应力是其轴向应力的2倍，就必须将管材的壁厚设计得较厚才能满足其周向强度的要求。因此，为了提高管材的耐压强度，如采用普通方法的话就必须增大管材的壁厚。但是壁厚增大后又带来了由不均匀受热或冷却、固态相变时伴有的体积变化、各部分变形程度的差异及收缩阻碍等因素引起的附加内应力，这些附加内应力经过叠加之后将使管材的受力状况更加恶化。因此单纯依靠增加管材壁厚的方法将导致管材的内应力产生更加不利的叠加效应，而且由于壁厚增加用料增多导致的经济效益下降等因素也使得管材的壁厚不能任意增厚。而目前常规的塑料管材挤出成型方法还无法克服如此两难的困境。虽然近年来也开发了不少自增强塑料管材的方法，但是由于在这些方法中所获得的自增强结构和效果又由于其处在较高的温度环境下而大量熔融回复而消失，因而改善效果始终不是特别明显。
发明内容：
本发明的目的在于克服目前常规的塑料管材挤出成型方法所生产的管材无法同时满足既薄壁、低成本又具有较高周向强度等的不足，特别是近年来所出现的新方法无法大量留存自增强结构与效果的不足，提供一种能在同样壁厚且不添加任何其他增强剂的前提下大幅度提升管材周向强度并将这些改善效果很好地保留下来的挤出成型方法。
本发明的目的是这样实现的：为了提升管材周向强度，而又不增加其壁厚和添加其他任何增强剂，则须在管材挤出成型过程中大量形成沿管材周向取向结晶的大分子、串晶及串晶互锁等聚合物的高性能凝聚态结构，而且将这些高性能凝聚态结构大量地留存于最终产品的微观组织中。其特点是在所成型物料熔点温度之下的温度区间内对挤出成型的管材施加周向剪切应力场，使聚合物大分子及大分子链等微观结构在此周向剪切应力场的影响驱动下大量形成沿管材周向取向结晶的大分子、串晶及串晶互锁等聚合物的高性能凝聚态结构并大量留存于制品的微观结构中。其工艺步骤为：
——原材料的除湿烘料
——原材料加入挤出机塑化
——熔融塑料经挤出机挤出
——塑料管材在周向剪切应力场挤管模内进行半固态及固态挤出自增强成型
——冷却定型
——切割收取
本发明管材周向增强的机理是这样实现的：让塑料材料在挤出成型塑料管材的过程中通过一个周向剪切应力场，该应力场由一个特制的挤管装置产生并控制调节，而此装置一直处在所成型物料熔点温度之下的温度场中。在塑料管材的挤出成型过程中，熔融塑料流经周向剪切应力场时，该熔融塑料已经冷却成半固态和固态的混合物，且由于剪切旋转套筒的剪切诱导作用而产生线性晶核——原纤，线性晶核在剪切诱导的继续作用下不断生长、取向、有序排列而完成初次取向结晶过程，并最终形成取向结晶的串晶互锁结构。同时由于整个应力场都处在熔点温度之下的温度环境中，因而这些结构一旦形成就大量在聚合物管材中保留下来而避免了在高温熔融状态下的大量结晶熔融和取向回复。它们与经同样原理大量保留下来地仍然沿着管材周向取向的大分子和结晶结构一起共同促使管材的周向性能获得增强改善。这就是本发明中聚合物管材能够获得周向明显自增强的机理。
本发明将聚合物大分子的取向结晶结构增强产晶性能的原理应用于塑料管材的生产制造行业并通过低于熔点的温度环境将这些性能大量地保留，因此，利用本发明方法生产的塑料管材，管材周向上的强度和模量都可明显获得增强，极大地提升了受内压管材对材料性能的现实需求。经增强以后管材的晶片厚度更厚，结晶度更高，因而耐热性也较常规管材有明显的改善。本发明设备投资少，原料成本低，生产费用低廉而制品性能特别优良，具有较好的工业化前景。
附图说明：
图1为本发明的塑料管材挤出成型工艺流程图
图2为本发明周向剪切应力场挤管原理示意图
图3为本发明自增强管材内部的微观分子结构模型示意图
图中：1.剪切旋转套筒，2.芯棒，3.熔融塑料，4.测温孔，5.温度控制调节装置，6.口模，7.塑料管材，8.取向大分子，9.取向串晶，10.取向串晶互锁结构。
具体实施例：
在进行挤管生产前，通过温度控制调节装置5的温度控制调节功能及测温孔4内热电偶的温度探测与反馈作用将整个周向剪切应力场挤管装置置于所成型物料熔点温度之下的温度环境中直至整个装置内部的温度都均匀一致后，开启挤出机挤出熔融物料3，熔融塑料3流经周向剪切应力场挤管装置时已冷却成固态与半固态的混合物，当此固态与半固态混合熔体流经芯棒2的周向剪切应力场段时，由于剪切旋转套筒1的剪切诱导作用而使熔融塑料3产生线性晶核——原纤，线性晶核在剪切旋转套筒1剪切诱导的继续作用下不断生长、取向、有序排列而完成初次取向结晶过程，并最终形成取向结晶的串晶互锁结构10。同时由于整个复合应力场都处在熔点之下的温度环境中，因而这些结构一旦形成就大量在聚合物管材7中保留下来。它们与经同样原理大量保留下来的仍然沿着管材周向取向的大分子8和结晶结构9一起共同促使管材的周向性能获得明显增强改善。