大直徑塑料管道的成型方法及其研究
發(fā)布時(shí)間 : 2018-07-24 瀏覽次數(shù) : 次隨著管道運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展，對(duì)管道輸送能力的要求越來越高，大直徑塑料管道的應(yīng)用也越來越廣泛，研發(fā)生產(chǎn)強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、耐沖擊、耐腐蝕的大直徑塑料管道是未來管道運(yùn)輸業(yè)的主要發(fā)展方向之一。
本文首先綜述了大直徑塑料管道的成型方法及其研究現(xiàn)狀、存在的問題和發(fā)展趨勢(shì)。針對(duì)傳統(tǒng)大直徑塑料管道成型方法所存在的問題，提出了一種結(jié)合增材制造技術(shù)與擠出成型等傳統(tǒng)模塑技術(shù)的大直徑塑料管道成型新技術(shù)——聚合物熔體噴射堆砌成型，即塑料熔體受到擠出機(jī)壓力的作用，噴射填充由壓延裝置、管坯和擋料塊所形成的約束空間，然后在壓延裝置和牽引機(jī)的作用下連續(xù)螺旋堆砌成型管道。
然后，根據(jù)聚合物熔體噴射堆砌成型工藝的原理，研制了大直徑塑料管道熔體噴射堆砌成型設(shè)備。該設(shè)備由擠出機(jī)、管道成型裝置、牽引機(jī)、控制系統(tǒng)等組成。與傳統(tǒng)的管道成型設(shè)備相比，該設(shè)備不僅不需要擠出模頭、纏繞芯模等模具，還能柔性成型管道，能夠成型外徑?749~?948 mm、壁厚30~50 mm的塑料管道。
接著，分析了該成型工藝的主要工藝參數(shù)，包括成型溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、牽引速度、旋轉(zhuǎn)速度、螺距等，根據(jù)各工藝參數(shù)之間存在的數(shù)學(xué)關(guān)系，設(shè)定并計(jì)算出后續(xù)數(shù)值模擬分析及實(shí)驗(yàn)所需的工藝參數(shù)組。
隨后，根據(jù)該成型工藝的原理建立數(shù)學(xué)模型和幾何模型，利用POLYFLOW軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，分析了熔體的速度分布、溫度分布、局部流動(dòng)等規(guī)律，結(jié)合牽引速度、旋轉(zhuǎn)速度、冷卻定型溫度、噴射成型溫度等工藝參數(shù)，進(jìn)行數(shù)值模擬分析，得到對(duì)實(shí)驗(yàn)具有理論指導(dǎo)意義的結(jié)論。
最后，根據(jù)計(jì)算得到的工藝參數(shù)及數(shù)值模擬分析得到的結(jié)論，進(jìn)行大直徑塑料管道熔體噴射堆砌成型實(shí)驗(yàn)，對(duì)所成型的管道進(jìn)行包括環(huán)剛度、拉伸性能和沖擊性能等力學(xué)性能測(cè)試和，結(jié)合差示掃描量熱分析結(jié)果，分析了牽引速度、旋轉(zhuǎn)速度、冷卻定型溫度、噴射成型溫度等工藝參數(shù)對(duì)所成型管道力學(xué)性能的影響，驗(yàn)證數(shù)值模擬分析結(jié)論。此外，將所成型管道的力學(xué)性能與同尺寸擠出成型管道的力學(xué)性能進(jìn)行比較，結(jié)果表明，通過本工藝成型的大直徑塑料管道的力學(xué)性能比擠出成型的要好，尤其是沖擊性能，其中，軸向沖擊強(qiáng)度是擠出成型管道的 1.6 倍，而周向沖擊強(qiáng)度是擠出成型管道的 2.2 倍。
