阅读说明：本技术 Ω型硬质半圆排水管的生产工艺 (Production process of omega-shaped hard semicircular drain pipe ) 是由 赵留强 于 2020-05-12 设计创作，主要内容包括：本方案公开了隧道排水管道技术领域Ω型硬质半圆排水管的生产工艺,该工艺以高密度聚乙烯树脂为原料,将挤出机进行梯度升温至180～200℃,并保温1h后设定挤出机各区段的工艺温度,分别是加料段的温度为80～100℃,压缩段的温度为150～170℃,均化段的温度为220～260℃；三个区段的温度完成后保温0.5～1h；然后将高密度聚乙烯树脂通过预热后的挤出机熔融得到高密度聚乙烯树脂熔体,利用波纹成型模具挤压,得到单壁波纹管,分割机从单壁波纹管的轴心线方向进行切割。其外形呈环形波纹状结构,增强了管材的抗压度,从而增强了管道对喷浆负荷的抵抗力,与之前Ω型软式弹簧半圆排水管相比较具有明显的抗压优势不易变形。(The scheme discloses a production process of an omega-shaped hard semicircular drain pipe in the technical field of tunnel drainage pipelines, which takes high-density polyethylene resin as a raw material, and the process comprises the steps of heating an extruder to 180-200 ℃ in a gradient manner, preserving heat for 1h, and setting the process temperature of each section of the extruder, wherein the temperature of a feeding section is 80-100 ℃, the temperature of a compression section is 150-170 ℃, and the temperature of a homogenization section is 220-260 ℃; after the temperature of the three sections is finished, preserving the heat for 0.5-1 h; and then melting the high-density polyethylene resin by a preheated extruder to obtain a high-density polyethylene resin melt, extruding by using a corrugation forming die to obtain a single-wall corrugated pipe, and cutting the single-wall corrugated pipe from the axial lead direction of the single-wall corrugated pipe by a cutting machine. The appearance of the pipe is of an annular corrugated structure, the compression resistance of the pipe is enhanced, the resistance of the pipe to guniting load is enhanced, and compared with the prior omega-shaped soft spring semicircular drain pipe, the pipe has the advantages of obvious compression resistance and difficult deformation.)

Ω型硬质半圆排水管的生产工艺

技术领域

本发明属于隧道排水管道技术领域，特别涉及Ω型硬质半圆排水管的生产工艺。

背景技术

弹簧半圆排水管又称为软式半圆管、半圆排水管、Ω型软式弹簧半圆排水管，是隧道专用半圆排水管。弹簧半圆排水管适用于隧道无压防排水，确保遂道结构内部排水畅通，使隧道衬砌结构外围成为无水压力的环境，以免除隧道外围水压力作用，减少隧道拱墙的承受力，使排水畅通，保证隧道在使用期内不渗漏水。具有耐酸碱、无渗透、弹性柔软、可任意弯曲、能适应围岩逐渐变形等特点；能适应不平整围岩表面和各种形状裂缝的需要；能避免围岩泥沙直接流入而造成的堵塞；能承受喷射混凝土的冲击力而不损坏、不变形；对消除隧道外围水压力发挥一定的作用，改善衬砌结构受力状况。

当前市场上的Ω型软式弹簧半圆排水管主要用于公路、铁路隧道防排水的工程建设中，然而由于其可变性较强，抗压力不足，压力过大时容易变形，导致强度和支撑力不足，进而使得隧道外围排水不畅，隧道横向水排不到纵向的管道中，产生水压导致隧道顶部漏水，需要频繁维修。

发明内容

本发明意在提供一种Ω型硬质半圆排水管的生产工艺，以生产出一种Ω型硬质半圆排水管，以解决现有Ω型弹簧半圆排水管抗压力不足，容易变形的问题。

本方案中的Ω型硬质半圆排水管的生产工艺，包括以下步骤：

步骤一、准备原料：准备高密度聚乙烯树脂，在70～80℃干燥1.5～3.5h后备用；

步骤二、挤出机预热：所述挤出机为具有斜面螺纹的单螺杆挤出机，对单螺杆挤出机的机头进行梯度升温至180～200℃，并保温1h后设定挤出机各区段的工艺温度，分别是加料段的温度为80～100℃，压缩段的温度为150～170℃，均化段的温度为220～260℃；三个区段的温度完成后保温0.5～1h；

步骤三、熔融：将步骤一中准备的高密度聚乙烯树脂从预热后的挤出机的加料段加入，挤出机内带有斜面螺纹的螺杆在加热的料筒中旋转，将高密度聚乙烯树脂向前挤压，使高密度聚乙烯树脂逐渐受热，均匀塑化熔融后被挤出，得到高密度聚乙烯树脂熔体；

步骤四、挤压成型：将步骤三中的高密度聚乙烯树脂熔体输送至波纹成型模具进行挤压成型，所述波纹成型模具由外向内包括同轴设置的内层流道、外层流道、定径套和过水心泵，内层流道和外层流道之间通入压缩空气，所述高密度聚乙烯树脂熔体从内层流道和外层流道通过，得到单壁波纹管；

步骤五、分割：单壁波纹管通过分割机从单壁波纹管的轴心线方向进行切割，即得到Ω型硬质半圆排水管。

本方案的有益技术效果是：本方案生产的Ω型硬质半圆排水管，是以高密度聚乙烯树脂为主要原料，经过70～80℃干燥1.5～3.5h后，其含水量可达到千分之一，结合采用本方案的挤出成型工艺制成了一种单壁平整、外型为Ω弧形(圆波)波纹状的新型塑料管材，主要用于埋于隧道二衬排水领域。其具有以下特点：

1、抗外压能力强：外形呈环形波纹状结构，大大增强了管材的抗压度，从而增强了管道对喷浆负荷的抵抗力，在这个性能方面，Ω型硬质半圆排水管与之前Ω型软式弹簧半圆排水管相比较具有明显的抗压优势不易变形。

2、施工方便：由于Ω型硬质半圆排水管重量轻，搬运和连接都很方便，所以施工快捷、维护工作简单。在工期紧和施工条件差的情况况下，其优势更加明显。

3、流量大：采用Ω型硬质半圆排水管比相口径的Ω型软式弹簧半圆排水管管材可通过更大的流量。

4、良好的耐低温，抗冲击性能：Ω型硬质半圆排水管的脆化温度是-70℃。一般低温条件下(-30℃以上)施工时不必采取特殊保护措施，冬季施工方便，而且，Ω型硬质半圆排水管有良好的抗冲击性。

6、化学稳定性佳：由于HDPE分子没有极性，所以化学稳定性极好。除少数的强氧化剂外，大多数化学介质对其不起破坏作用。一般使用环境的土壤、电力、酸碱因素都不会使该管道破坏，不滋生细菌，不结垢，其流通面积不会随运行时间增加而减少。

7、使用寿命长：在不受阳光紫外线条件下，Ω型硬质半圆排水管的使用年限可达50年以上。

8、优异的耐磨性能：德国曾用试验证明，HDPE的耐磨性甚至比钢管还要高几倍。

9、挠曲度：一定长度的Ω型硬质半圆排水管轴向可360°挠曲，不受隧道一定程度的不均匀凹凸的影响等等。

进一步，所述高密度聚乙烯树脂的型号为HD55O2XA。

进一步，所述原料还包括钙粉。增强改性母料可以增强高密度聚乙烯树脂熔体的可塑性，提升产品外观合格率，增强产品的抗冲击强度和环刚度。本方案将钙粉作为本工艺中使用的增强改性母料，其分散性、偶联性和对聚乙烯改性的程度都具有更好的效果。

进一步，所述挤出机的挤出压力为20～30Mpa。挤出压力过小则制品不利于成型。一般来说，增加挤出压力，熔体体积被压缩，分子链堆积紧密，物料黏度增加，流动性减小，挤出产量下降，而且因黏度增加，剪切热增加而导致物料分解，从而增加了能耗比。但从产品质量来看，产品密实，有利于提高产品质量。如果挤出压力过小，熔体强度低，成型时管坯易被吹破，力学性能也会随之下降。然而当挤出压力在20～30Mpa时，可以有效的避免上述情况的发生。

进一步，所述挤出机中的螺杆的转速为最高转速的75％～85％。螺杆转速很大程度上决定了挤出机的挤出量，但过快的转速会致机筒部产生大量的剪切热能，在相同的温度下对物料性能的折损较大。长时间的高速运转也会使螺杆的寿命提前结束。当挤出机中的螺杆的转速为最高转速的75％～85％时，在正常生产过程中，螺杆的转速可以达到最高的固体输送能力，这样一方面可以防止物料在较大的剪切力作用下发生热降解，另一方面也可以提高制品的质量和挤出的效率；4min内可挤出的高密度聚乙烯树脂熔体的量可生产出6米的单壁波纹管。

进一步，在步骤四中挤压成型前，控制高密度聚乙烯树脂熔体的温度控制在200～250℃。若高密度聚乙烯树脂熔体的温度过高，超过极限温度，则材料的热降解严重，影响管材的质量。温度过低，物料塑化不好，成型产品表面粗糙。

进一步，步骤四中在挤压成型前，控制高密度聚乙烯树脂熔体的温度控制在230℃。该温度的高密度聚乙烯树脂熔体无热降解情况，生产的产品表面光滑。

进一步，步骤二中所述挤出机的料筒沿其轴线方向分为机头和六个分段，其中第一段的温度为80-100℃，第二段～第六段的温度为175—200℃；机头温度为190～220℃。

进一步，步骤二中所述挤出机梯度升温的方式为：第一梯度100～120℃，保温2h；第二梯度150～160℃，保温1h；第三梯度180～200℃，保温1h。

进一步，步骤一所述原料还包括消泡剂。一般原材料视水分含量的大小，可以直接投入使用，如水分较大，可添加2％以内的消泡剂，以提高生产效率。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

实施例1：Ω型硬质半圆排水管的生产工艺，包括以下步骤：

步骤一、准备原料：准备高密度聚乙烯树脂和消泡剂，高密度聚乙烯树脂在70～80℃干燥2h后备用；

步骤二、挤出机预热：所述挤出机为具有斜面螺纹的单螺杆挤出机，对单螺杆挤出机的机头进行梯度升温，梯度升温的方式为：第一梯度100～120℃，保温2h；第二梯度150～160℃，保温1h；第三梯度180～200℃，并保温1h后设定挤出机各区段的工艺温度，分别是加料段的温度为80～100℃，压缩段的温度为150～170℃，均化段的温度为220～260℃；三个区段的温度完成后保温1h；挤出机的料筒沿其轴线方向分为机头和六个分段，其中第一段的温度为80-100℃，第二段～第六段的温度为175～185℃；机头温度为210～220℃；

步骤三、熔融：调节挤出机的挤出压力为25Mpa，挤出机中的螺杆的转速控制为最高转速的75％～85％。将步骤一中准备的高密度聚乙烯树脂从预热后的挤出机的加料段加入，挤出机内带有斜面螺纹的螺杆在加热的料筒中旋转，将高密度聚乙烯树脂向前挤压，使高密度聚乙烯树脂逐渐受热，均匀塑化熔融后被挤出，得到高密度聚乙烯树脂熔体；

步骤四、挤压成型：将步骤三中的高密度聚乙烯树脂熔体的温度控制在230～250℃，然后将其输送至波纹成型模具进行挤压成型，所述波纹成型模具由外向内包括同轴设置的内层流道、外层流道、定径套和过水心泵，内层流道和外层流道之间通入压缩空气，所述高密度聚乙烯树脂熔体从内层流道和外层流道通过，得到单壁波纹管；

步骤五、分割：单壁波纹管通过分割机从单壁波纹管的轴心线方向进行切割。

实施例2：Ω型硬质半圆排水管的生产工艺，包括以下步骤：

步骤一、准备原料：准备高密度聚乙烯树脂、消泡剂和钙粉，高密度聚乙烯树脂在70～80℃干燥3.5h后备用；

步骤二、挤出机预热：所述挤出机为具有斜面螺纹的单螺杆挤出机，对单螺杆挤出机的机头进行梯度升温，梯度升温的方式为：第一梯度100～120℃，保温2h；第二梯度150～160℃，保温1h；第三梯度180～200℃，并保温1h后设定挤出机各区段的工艺温度，分别是加料段的温度为80～100℃，压缩段的温度为150～170℃，均化段的温度为220～260℃；三个区段的温度完成后保温1h；挤出机的料筒沿其轴线方向分为机头和六个分段，其中第一段的温度为80-100℃，第二段～第六段的温度为190～195℃；机头温度为200～210℃；

步骤三、熔融：调节挤出机的挤出压力为20Mpa，挤出机中的螺杆的转速控制为最高转速的75％～85％。将步骤一中准备的高密度聚乙烯树脂从预热后的挤出机的加料段加入，挤出机内带有斜面螺纹的螺杆在加热的料筒中旋转，将高密度聚乙烯树脂向前挤压，使高密度聚乙烯树脂逐渐受热，均匀塑化熔融后被挤出，得到高密度聚乙烯树脂熔体；

步骤四、挤压成型：将步骤三中的高密度聚乙烯树脂熔体的温度控制在220～230℃，然后将其输送至波纹成型模具进行挤压成型，所述波纹成型模具由外向内包括同轴设置的内层流道、外层流道、定径套和过水心泵，内层流道和外层流道之间通入压缩空气，所述高密度聚乙烯树脂熔体从内层流道和外层流道通过，得到单壁波纹管；

步骤五、分割：单壁波纹管通过分割机从单壁波纹管的轴心线方向进行切割。

实施例3：Ω型硬质半圆排水管的生产工艺，包括以下步骤：

步骤一、准备原料：准备高密度聚乙烯树脂和消泡剂，高密度聚乙烯树脂在70～80℃干燥1.5h后备用；

步骤二、挤出机预热：所述挤出机为具有斜面螺纹的单螺杆挤出机，对单螺杆挤出机的机头进行梯度升温，梯度升温的方式为：第一梯度100～120℃，保温2h；第二梯度150～160℃，保温1h；第三梯度180～200℃，并保温1h后设定挤出机各区段的工艺温度，分别是加料段的温度为80～100℃，压缩段的温度为150～170℃，均化段的温度为220～260℃；三个区段的温度完成后保温0.5h；挤出机的料筒沿其轴线方向分为机头和六个分段，其中第一段的温度为80-100℃，第二段～第六段的温度为195—200℃；机头温度为190～200℃；

步骤三、熔融：调节挤出机的挤出压力为30Mpa，挤出机中的螺杆的转速控制为最高转速的75％～85％。将步骤一中准备的高密度聚乙烯树脂从预热后的挤出机的加料段加入，挤出机内带有斜面螺纹的螺杆在加热的料筒中旋转，将高密度聚乙烯树脂向前挤压，使高密度聚乙烯树脂逐渐受热，均匀塑化熔融后被挤出，得到高密度聚乙烯树脂熔体；

步骤四、挤压成型：将步骤三中的高密度聚乙烯树脂熔体的温度控制在200～220℃，然后将其输送至波纹成型模具进行挤压成型，所述波纹成型模具由外向内包括同轴设置的内层流道、外层流道、定径套和过水心泵，内层流道和外层流道之间通入压缩空气，所述高密度聚乙烯树脂熔体从内层流道和外层流道通过，得到单壁波纹管；

步骤五、分割：单壁波纹管通过分割机从单壁波纹管的轴心线方向进行切割。

以上方案中，均优选型号为HD55O2XA的高密度聚乙烯树脂。

消泡剂：生产商为眉山市东坡区奥奇威新材料有限公司。

以上方案中，钙粉的加入量为高密度聚乙烯树脂用量的2％～3％，优选2.5％。

本方案以高密度聚乙烯树脂作为主要原料，采用挤出成型工艺制成了一种单壁平整、外型为Ω弧形(圆波)的波纹状的新型的塑料管材，主要用于埋于隧道二衬排水。这样的形状结构，大大增加了管材的抗压度，从而增强了管道对喷浆负荷的抵抗力，相比于以前的Ω型软式弹簧半圆排水管，本方案制备的Ω型硬质半圆排水管具有明显的抗压优势，而且不易变形。

本发明中所用的波纹成型模具是由数十对哈夫定型模块组成的定型模具，购买于常州市木子传动机械有限公司，型号为：ZLYJ200。