[发明专利]一种双轴取向结晶性聚合物管材连续加工成型装置及方法

权利要求书

1.一种双轴取向结晶性聚合物管材连续加工成型装置，其特征在于，包括沿管材牵伸方向依次设置的管材挤出机（1）、挤出机头（2）、一级冷却定径箱（3）、第一牵引机（4）、再加热环境箱（5）、芯棒（6）、多级温控锥形取向装置（7）、二级冷却定径箱（8）、第二牵引机（9）；

其中，所述挤出机头（2）设有挤出口模和挤出芯模（21）；所述多级温控锥形取向装置（7）可对经过一级冷却定径后的管材进行扩径处理，该多级温控锥形取向装置（7）设有多级温控锥形取向口模（71）和多级温控锥形取向芯模（72），该多级温控锥形取向口模（71）设置在多级温控锥形取向芯模（72）的外部，多级温控锥形取向口模（71）的内壁与多级温控锥形取向芯模（72）的外壁之间存在间隙，该间隙宽度即为扩径时管材的壁厚；所述芯棒（6）一端固定于挤出芯模（21），另一端与多级温控锥形取向芯模（72）连接；

该多级温控锥形取向口模（71）为一中空体，所述多级温控锥形取向口模的内径沿着管材牵伸方向逐级变大，所述多级温控锥形取向芯模为一锥体，所述多级温控锥形取向芯模沿着管材牵伸方向径向宽度逐级变大；

所述多级温控锥形取向口模（71）与多级温控锥形取向芯模（72）均具有由圆台段与圆柱段交替排列而构成的多级扩胀结构，圆台锥度为30~60^o，每段圆台段与圆柱段内均设置独立的加热及温控单元，可实现对多级温控锥形取向口模（71）和多级温控锥形取向芯模（72）温度的多级调控；

所述多级温控锥形取向口模（71）与多级温控锥形取向芯模（72）的圆柱段均由磁性材料制成，且该多级温控锥形取向口模（71）的内壁与多级温控锥形取向芯模（72）的外壁磁性相反，形成均匀的磁吸力场以实现芯棒（6）和多级温控锥形取向芯模（72）的水平稳定定位。

2.如权利要求1所述的一种双轴取向结晶性聚合物管材连续加工成型装置，其特征在于，所述多级温控锥形取向口模（71）的内表面和多级温控锥形取向芯模（72）的外表面均具有高耐磨自润滑防腐聚氨酯/聚四氟乙烯-石墨烯纳米复合涂层。

3.如权利要求2所述的一种双轴取向结晶性聚合物管材连续加工成型装置，其特征在于，所述多级温控锥形取向口模（71）内表面与多级温控锥形取向芯模（72）外表面的高耐磨自润滑防腐聚氨酯/聚四氟乙烯-石墨烯纳米复合涂层的制备包括以下步骤：

（i）将0.1-20份部分氟化氧化石墨烯加入500-1000份的N, N-二甲基甲酰胺中，于50-120 ℃下超声分散20-90 min，然后加入0.5-100份的二异氰酸酯和0.05-1份的催化剂1，再次超声分散1-10 h；随后用N, N-二甲基甲酰胺抽滤清洗以去除物理吸附的二异氰酸酯，所得的官能化氟化石墨烯在真空烘箱中于100 ℃下干燥24 h；进一步称取1-20份大分子多元醇，于100-150 ℃真空脱水2-6 h，降温至50-100 ℃，加入0.5-10份官能化氟化石墨烯，超声分散20-90 min，然后加入5-30份二异氰酸酯，搅拌反应1-5 h，再加入5-30份聚四氟乙烯微粉，搅拌均匀，加入200^#溶剂油，继续反应1-5 h；随后抽真空并升温至100-150 ℃，加入1-5份潜固化剂、0.05-1份催化剂2，搅拌反应0.5-2 h，冷却至60 ℃以下出料，获得高耐磨自润滑防腐聚氨酯/聚四氟乙烯-石墨烯纳米复合涂料；

其中，所述二异氰酸酯为4, 4’－二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）、甲苯二异氰酸酯（TDI）、1,5-萘二异氰酸酯（NDI）、对苯二异氰酸酯（PPDI）、1,4-环己烷二异氰酸酯（CHDI）、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）中的至少一种；

所述大分子多元醇为端羟基聚己二酸乙二醇酯（PEA）、端羟基聚己内酯（PCL）、端羟基聚己二酸己二醇酯（PHA）、端羟基聚己二酸丁二醇酯（PBA）、聚四亚甲基醚二醇（PTHF）、聚丙二醇中的至少一种，其平均分子量均为500-3000；

所述潜固化剂为3-羟乙基-1, 3-噁唑烷、2-异丙基-3-羟乙基-1, 3-噁唑烷、酮亚胺型潜固化剂、醛亚胺型潜固化剂中的至少一种；

所述催化剂1为辛酸亚锡、硫醇二辛基锡、二月桂酸二丁基锡中的至少一种；

所述催化剂2为三亚乙基二胺、N-甲基吗啉、三乙胺、辛酸亚锡、硫醇二辛基锡、二月桂酸二丁基锡中的至少一种；

（ii）将多级温控锥形取向口模（71）的内表面与多级温控锥形取向芯模（72）的外表面用砂纸打磨，以除去其表面的氧化层，然后用丙酮除去其表面的油污，自然晾干；用喷枪将上述制备的高耐磨自润滑防腐聚氨酯/聚四氟乙烯-石墨烯纳米复合涂料均匀喷涂到其表面，涂层厚度为0.3-2 mm，随后在23 ℃、相对湿度50%的标准试验条件下放置1-5天，获得表面具有高耐磨自润滑防腐聚氨酯/聚四氟乙烯-石墨烯纳米复合涂层的多级温控锥形取向口模（71）及多级温控锥形取向芯模（72）。

4.一种双轴取向结晶性聚合物管材连续加工成型方法，其特征在于，该加工成型方法采用如权利要求1-3任一所述的双轴取向结晶性聚合物管材连续加工成型装置，该方法包括：首先采用管材挤出机（1）挤出具有较大壁厚的聚合物管坯料，该管坯料在第一牵引机（4）的牵引作用下经一级冷却定径箱（3）冷却定径，随后经再加热环境箱（5）使之温度升高至扩径温度，再在第二牵引机（9）的牵引作用下通过多级温控锥形取向装置（7）按一扩径比扩径得到一管材，该管材管径变大，管壁变薄，经二级冷却定径箱（8）冷却定径后获得双轴取向结晶性聚合物管材；

其中，所述聚合物管材的原料为聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯中的一种；

所述再加热环境箱（5）的温度设定为结晶性聚合物管材原料熔点以下20~70 ℃；

所述多级温控锥形取向装置（7）的温度范围为结晶性聚合物管材原料熔点以下10~50℃，且沿其直径逐渐增大的方向每段圆台段与圆柱段的温度依次升高2~10 ℃；

所述第一牵引机（4）与第二牵引机（9）的牵引速率比为1:1.05~1:3；

该扩径比为1.05~3。