阅读说明：本技术 一种聚偏氟乙烯柔性复合高压管加工工艺 (Processing technology of polyvinylidene fluoride flexible composite high-pressure pipe ) 是由 高雄 于 2020-05-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种聚偏氟乙烯柔性复合高压管加工工艺,涉及柔性复合管技术领域。其技术要点是：包括以下步骤：步骤一,进料,将聚偏氟乙烯原料颗粒加入挤出机的进料斗中；步骤二,挤出,所述挤出机的速度为1-10m/min,螺杆转速50-100r/min,所述挤出机分为机筒加热段、过渡段、机头注模段,所述机筒加热段分为四段加热温度均为215-225℃,所述过渡段温度为220-230℃,所述机头注模段分为注模一、注模二、注模三、注模四、注模五温度分别为215-225℃、215-225℃、225-235℃、225-235℃、230-240℃。步骤三,成型,所述聚偏氟乙烯经过挤出机的机头注模段后通过口模挤出再进入真空定型机中冷却定型形成内层管；步骤四,缠绕增强层,步骤五,包覆层包覆。本发明具有提高柔性复合管的力学性能的优点。(The invention discloses a processing technology of a polyvinylidene fluoride flexible composite high-pressure pipe, and relates to the technical field of flexible composite pipes. The technical key points are as follows: the method comprises the following steps: feeding, namely adding polyvinylidene fluoride raw material particles into a feed hopper of an extruder; and step two, extruding, wherein the speed of the extruder is 1-10m/min, the screw rotation speed is 50-100r/min, the extruder is divided into a barrel heating section, a transition section and a machine head injection section, the heating temperature of the barrel heating section is 215-225 ℃ in four sections, the temperature of the transition section is 220-230 ℃, and the temperature of the machine head injection section is 215-225 ℃, 225-235 ℃ and 230-240 ℃ respectively. Step three, molding, namely extruding the polyvinylidene fluoride through a die after passing through a head injection section of an extruder, and then cooling and molding the polyvinylidene fluoride in a vacuum molding machine to form an inner-layer pipe; and step four, winding the enhancement layer, and step five, coating by a coating layer. The invention has the advantage of improving the mechanical property of the flexible composite pipe.)

一种聚偏氟乙烯柔性复合高压管加工工艺

技术领域

本发明涉及柔性复合管的技术领域，更具体地说，它涉及一种聚偏氟乙烯柔性复合高压管加工工艺。

背景技术

随着石油天然气、煤炭、水利等行业的快速发展，越来越多的输送管道被应用到石油等各种需要较高压力输送物质的管线领域。通过输送管道的物质大多具有一定的腐蚀性，使原有的金属管道经常遭受到剧烈的腐蚀。为了缓解管道的腐蚀问题，现有的输送管道大多为柔性复合管。

柔性复合管一般包括内衬层、中间增强层，包覆层。内衬层作为柔性复合管直接与运输介质接触的部分，聚偏氟乙烯作为一种半结晶高聚物，在石油化工设备的管道等配件中作为内衬层被广泛应用，内沉层采用单一聚偏氟乙烯材料成型时，由于聚偏氟乙烯的独特性，如果采用普通的成型工艺会降低到最终柔性复合高压管的性能。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种聚偏氟乙烯柔性复合高压管加工工艺，其可以提高柔性复合管的力学性能。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种聚偏氟乙烯柔性复合高压管加工工艺，包括以下步骤：

步骤一，进料，将聚偏氟乙烯原料颗粒加入挤出机的进料斗中；

步骤二，挤出，所述挤出机的速度为1-10m/min，螺杆转速50-100r/min，所述挤出机分为机筒加热段、过渡段、机头注模段，所述机筒加热段分为四段加热温度均为215-225℃，所述过渡段温度为220-230℃，所述机头注模段分为注模一、注模二、注模三、注模四、注模五温度分别为215-225℃、215-225℃、225-235℃、225-235℃、230-240℃。

步骤三，成型，所述聚偏氟乙烯经过挤出机的机头注模段后通过口模挤出再进入真空定型机中冷却定型形成内层管；

步骤四，缠绕增强层，将涤纶工业长丝以交叉的方式缠绕在所述内层管外侧2-8层，每层所述工业长丝的根数为50-78根，所述涤纶工业长丝的规格为17000-19800D；

步骤五，包覆层包覆，将包覆层原料加入塑料包覆机的料斗中，原料经过塑料包覆机的挤出机，将缠绕增强层的内层管穿过塑料包覆机的模具，塑料包覆机将原料熔融后基础至模具上包覆在增强层的外侧形成外层管，所述塑料包覆机的挤出机的温度为180-210℃。

通过采用上述技术方案，由于聚偏氟乙烯在加热熔融到挤出成型的过程中，温度的高低以及整个挤出过程中不同时期温度会在很大程度上影响聚偏氟乙烯的塑性，当温度过高，会破坏聚偏氟乙烯的塑性，当温度不足时，聚偏氟乙烯的塑性难以完全发挥出来。因此通过增加更多的加热电，进行多点分散加热，且多点控制温度，对不同时期、不同位置的聚偏氟乙烯进行温度调控，且多段每个加热点加热的范围，减少同一加热点控制范围内的温差。同时根据不同位置聚偏氟乙烯所处的状态的和形状不一样进行温度调控，在机筒加热段仅是对聚偏氟乙烯进行加热使聚偏氟乙烯从颗粒固态变为熔融可流动形态，通过过渡段将原本熔融的可流动的聚偏氟乙烯注入机头注模段的模具中，聚偏氟乙烯的仍处于熔融状态，但是有原来的一团变为特定的形状，过滤段特殊的过渡作用以及机头注模段的成型，整个过程聚偏氟乙烯的状态是不同的，需要分别设定不同的温度使聚偏氟乙烯的作用能充分发挥。在机头注模段内从靠近过渡段向挤出机出口端温度逐渐升高，进一步提高聚偏氟乙烯的塑性，提高最终产品的力学性能。通过通过缠绕增强层，使最终产品达到要求的耐压要求。

进一步优选为，所述步骤二中，所述机筒加热段的温度均为219-221℃。

通过采用上述技术方案，优选机筒加热段温度，可以显著提高聚偏氟乙烯的塑性，尤其时显著提高了内层管的环刚度，提高最终产品抵抗外界负载的能力，减少最终产品在受到外压之后的变形，稳定最终产品使用过程的性质稳定。

进一步优选为，所述过渡段的温度为224-226℃。

通过采用上述技术方案，优选过渡段的温度，可以显著减小内层管的纵向回缩率，从而减小最终产品在使用过程中的收缩变形，稳定最终产品的性质。

进一步优选为，所述注模一、注模二、注模三、注模四、注模五温度分别为219-221℃、219-221℃、229-231℃、229-231℃、234-236℃。

通过采用上述技术方案，优选机头注模段的温度，可以显著减小内层管内壁的粗糙度，减少管材和运输流体的摩擦力，提高运输效率，减少内层管受到的磨损，延长内层管的使用寿命，同时减小运输流体在内层管内壁的残留，提高流体流动的畅通，减少流体对内层管的压力，减少内层管承受的压力，延长内层管的使用寿命。

进一步优选为，5所述步骤二中，所述挤出机的速度为2-3m/min。

通过采用上述技术方案，优选挤出机的速度，可以显著减小内层管的纵向回缩率，从而减小最终产品在使用过程中的收缩变形，稳定最终产品的性质稳定。

进一步优选为，6所述螺杆转速为62-67r/min。

通过采用上述技术方案，优选螺杆的转速可以提高内层管的环刚度，提高最终产品抵抗外界负载的能力，减少最终产品在受到外压之后的变形，稳定最终产品使用过程的性质稳定。

进一步优选为，所述步骤四中，所述内层管外侧供缠绕4层涤纶工业长丝，每层工业长丝的根数均为75-78根。

通过采用上述技术方案，在涤纶工业长丝规格一致的情况下，四层每层75-80根的涤纶工业长丝，使最终产品的耐压能力得到显著提高，如果继续增加层数和每层的根数，最终产品的耐压能力变化极小。

进一步优选为，所述步骤四中，所述涤纶工业长丝的规格为19500-19800D。

通过采用上述技术方案，优选涤纶工业长丝在9000米的重量，使得75-80根的涤纶长丝交叉在一起后的抗变形能力增强，进一步提高最终产品的耐压能力。

综上所述，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)根据不同位置聚偏氟乙烯所处的状态的和形状不一样进行温度调控，使聚偏氟乙烯发挥最好的塑性，提高内层管的塑性，从而提高最终产品的力学性能；

(2)优化机筒加热段的温度和挤出机螺杆的转速共同提高内层管的环刚度；

(3)优化机头注模段的温度显著减小内层管内壁的粗糙度，提高内层管的性能；

(4)优化涤纶工业长丝的规格和数量，提高最终产品的耐压能力。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明进行详细描述。

实施例1：一种聚偏氟乙烯柔性复合高压管加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，进料，将聚偏氟乙烯原料颗粒加入挤出机的进料斗中；

步骤二，挤出，所述挤出机的速度为2.5m/min，螺杆转速65r/min，所述挤出机分为机筒加热段、过渡段、机头注模段，所述机筒加热段分为四段加热温度均为220℃，所述过渡段温度为225℃，所述机头注模段分为注模一、注模二、注模三、注模四、注模五温度分别为220℃、220℃、2305℃、230℃、235℃。

步骤三，成型，所述聚偏氟乙烯经过挤出机的机头注模段后通过口模挤出再进入真空定型机中冷却定型形成内层管；

步骤四，缠绕增强层，将涤纶工业长丝以交叉的方式缠绕在所述内层管外侧4层，每层所述工业长丝的根数为78根，所述涤纶工业长丝的规格为19800D；

步骤五，包覆层包覆，将包覆层原料加入塑料包覆机的料斗中，原料经过塑料包覆机的挤出机，将缠绕增强层的内层管穿过塑料包覆机的模具，塑料包覆机将原料熔融后基础至模具上包覆在增强层的外侧形成外层管，所述塑料包覆机的挤出机的温度为200℃。

本实施例中，缠绕增强层是使用缠绕机将工业涤纶长丝缠绕在内层管上的，缠绕机规格为，鑫达500-20000U-PVC管缠绕机。经过口模基础的内层管的内径为100mm，壁厚为5mm。包覆层为聚乙烯和黑色母的混合物，黑色母站包覆层原料重量的2％。

实施例2-17：一种，与实施例1的不同之处在于，各项参数设置不同，各项参数具体数值如表1所示。

表1实施例1-17中各原料及其重量份数

对比例1：一种聚偏氟乙烯柔性复合高压管加工工艺，与实施例1的不同之处在于，步骤二中，机筒加热段分为三段。

对比例2：一种聚偏氟乙烯柔性复合高压管加工工艺，与实施例1的不同之处在于，步骤二中，机筒加热段分为七段。

对比例3：一种聚偏氟乙烯柔性复合高压管加工工艺，与实施例1的不同之处在于，步骤二中，机头注模段分为四段。

对比例4：一种聚偏氟乙烯柔性复合高压管加工工艺，与实施例1的不同之处在于，步骤二中，机头注模段分为六段。

对比例5：一种聚偏氟乙烯柔性复合高压管加工工艺，与实施例1的不同之处在于，步骤二中挤出速度为15m/min。

对比例6：一种聚偏氟乙烯柔性复合高压管加工工艺，与实施例1的不同之处在于，步骤二中，挤出机螺杆转速为20r/min。

对比例7：一种聚偏氟乙烯柔性复合高压管加工工艺，与实施例1的不同之处在于，步骤二中，挤出机螺杆转速为150r/min。

对比例8：一种聚偏氟乙烯柔性复合高压管加工工艺，与实施例1的不同之处在于，步骤二中机头加热段四段温度均为180℃。

对比例9：一种聚偏氟乙烯柔性复合高压管加工工艺，与实施例1的不同之处在于，步骤二中机头加热段四段温度均为250℃。

对比例10：一种聚偏氟乙烯柔性复合高压管加工工艺，与实施例1的不同之处在于，步骤二中，所述注模一、注模二、注模三、注模四、注模五温度分别为235℃、230℃、230℃、220℃、220℃。

对比例11：一种聚偏氟乙烯柔性复合高压管加工工艺，与实施例1的不同之处在于，步骤四中，将涤纶工业长丝以交叉的方式缠绕在所述内层管外侧10层。

对比例12：一种聚偏氟乙烯柔性复合高压管加工工艺，与实施例1的不同之处在于，步骤四中，涤纶工业长丝的规格为22000D。

对比例13：一种聚偏氟乙烯柔性复合高压管加工工艺，与实施例1的不同之处在于，步骤4中，每层工业长丝的根数均为100根

试验一：环刚度测试。

执行标准：GB9647-2015。

实验仪器：压缩试验机WDS-20。

试验温度：23±2℃。

试验样品：采用实施例1、2、3、4、5、12、13中获得的内层管作为试验样品1、2、3、4、5、12、13，采用对比例1、2、3、4、6、7、8、9中获得的内层管作为对照样品1、2、3、4、6、7、8、9。

试验方法：每个样品截取长度均为300±10mm，试样截取面垂直于管材的轴线，在样品上每隔120°沿管材长度方向划线并做好标记。测量每个样品的公称直径，管材的公称直径小于等于100mm时压缩速度为2mm/min，管材公称直径在大于100mm小于等于200mm时，压缩速度为1mm/min，管材直径在2大于200mm小于等于400mm时，压缩速度为10mm/min；测量每个试样45°、90°、135°、180°处的内径，求每个样品的平均值为di；di*0.03为3％变形的变形量Yi(mm)；从试验仪器上读取3％变形时的力值Fi(kN)，测量试样的沿管材轴线的实际长度为Li(mm)。根据公式求Si。每个样品取三段测量求其平均值。

计算公式：Si＝(0.0186+0.25*Yi/di)*(Fi/Li*Yi)*10⁶其中Si单位为(kN/m²)。

试验数据：环刚度测试结果如表2所示。

表2环刚度测试结果

结果分析：由表2可知，将挤出机的加热分为机筒加热段四段、过渡段以及机头注模五段得到的内层管的环刚度最优，将机筒加热段的温度控制在219-221℃，可以有效提高内层管的环刚度，将挤出机的螺杆控制在62-67r/min，可以显著提高内层管的环刚度。

试验二：纵向回缩率测试。

执行标准：GB/T6671-2001。

实验仪器：烘箱。

试验样品：采用实施例1、2、3、6、7、10、11中获得的内层管作为试验样品1、2、3、6、7、10、11，采用对比例1、2、3、4、5中获得的内层管作为对照样品1、2、3、4、5。

试验方法：每个样品取样，取样长度为200±20mm；先对截取的样品预处理：在23±2℃的环境中放置至少两小时，使用划线器在试样上划两条相距100mm的圆周标线，调节烘箱温度至110℃，将样品放入烘箱中，由附录A2可知，样品在烘箱中放置时间为60min。从烘箱中取出样品，平放于一光滑平面上，待完全冷却至23±2℃时，在样品表面沿母线侧来那个两个标线之间的距离L(mm)。根据公式计算R(％)。

计算公式：R＝(L-100)/100。

试验数据：纵向回缩率的测试结果如表3所示。

表3纵向回缩率的测试结果

结果分析：由表3可知，将挤出机的加热分为机筒加热段四段、过渡段以及机头注模五段得到的内层管的纵向回缩率最优小，内层管的力学性能最优。控制过渡段的温度在224-226℃，可以显著减小内层管的纵向回缩率，提高最终产品的性能的稳定性。通过控制挤出机的速度在2-3m/min，可以有效减小内层管的纵向回缩率，提高最终产品的性能的稳定性。

试验三：表面粗糙度测试。

试验仪器：粗糙度仪。

试验样品：采用实施例1、2、3、4、8、9、10中获得的聚偏氟乙烯柔性复合管作为试验样品1、2、3、4、8、9、10，采用对比例10中获得的聚偏氟乙烯柔性复合管作为对照样品10。

试验方法：使用触针划过样品的内壁。

试验数据：表面粗糙度的测试结果如表4所示。

表4表面粗糙度测试结果

样品	表面粗糙度/mm
		试验样品1	0.0053
试验样品2	0.0082
		试验样品3	0.0072
试验样品8	0.0054
		试验样品9	0.0055
对照样品10	0.0125

结果分析：由表4可知，将机头注模的温度控制在注模一、注模二、注模三、注模四、注模五温度分别为219-221℃、219-221℃、229-231℃、229-231℃、234-236℃，可以有效提高内层管内壁的光滑程度；由表4又可以得到，控制注模一、注模二、注模三、注模四、注模五温度依次升高相比依次降低得到的产品内壁更加光滑；可以减少内层管受到的磨损，延长内层管的使用寿命，同时减小运输流体在内层管内壁的残留，提高流体流动的畅通，减少流体对内层管的压力，减少内层管承受的压力，延长内层管的使用寿命。

试验四：瞬时爆破压力测试

执行标准：GB/T15560—1995

实验仪器：管材耐压爆破试验机

试验样品：采用实施例1、2、3、4、14、15、16、17中获得的聚偏氟乙烯柔性复合管作为试验样品1、2、3、4、14、15、16、17。

试验方法：将密封头安装在试样两端，将试样与试验机连接，启动压力试验机，连续均匀的对试样施加压力，记录试样破裂时的压力。

试验数据：瞬时爆破压力的测试结果如表5所示。

表5瞬时爆破压力的测试结构

样品	瞬时爆破压力/Mpa
		试验样品1	24
试验样品2	18
		试验样品3	20
试验样品14	22
		试验样品15	23
试验样品16	22
		试验样品17	23
对照样品11	24
		对照样品12	24
对照样品13	24

结果分析：由表5可知，涤纶工业长丝缠绕层数过多时对最终产品的耐压能力影响很小，没必要缠绕过多的层数。涤纶工业长丝的规格为19500-19800D时，相比其他规格制备的最终产品的耐压能力更强，且在大于19800D时，瞬时爆破压力不再增长，继续增加涤纶工业长丝的规格不在起作用。每层缠绕的涤纶工业长丝的根数在75-78根时，最终产品的瞬时爆破压力持续增加至最高，再缠绕过多造成浪费。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。