布管擴脹法成型雙向自增強塑料管材的機理研究.pdf

1、高彈態(tài)聚合物在外力作用下會產(chǎn)生大變形，引發(fā)分子鏈取向，使得材料在取向方向上的宏觀力學性能大幅增加。由于雙向拉伸自增強管材在強度、耐熱性、模量以及抗沖擊性等方面得到顯著提高，使其具有廣闊的開發(fā)應用前景。 本課題中采用布管擴脹的方法，以硬聚氯乙烯（PVC-U）管材為原料，采用專門設計的連續(xù)擴脹設備（包括加熱器、行程控制裝置、擴脹裝置、牽引裝置和冷卻裝置），能夠比較精確地控制各工藝參數(shù)，實現(xiàn)管材的連續(xù)擴脹；通過大量實驗確定了最佳擴脹條

2、件。主要工作總結如下： 1．研究了塑料管材的取向機理，對比國內(nèi)外拉伸增強管材的生產(chǎn)工藝，通過一系列可行性實驗，借鑒熱縮管生產(chǎn)中的布管擴脹法，提出了雙向拉伸增強管材的新方法。 2．建立數(shù)學模型深入地研究了管材擴脹過程中的加熱、充氣擴脹和冷卻等關鍵環(huán)節(jié)。按照彈性理論計算，擴脹時管壁內(nèi)的應力近似為線性分布，其中，環(huán)向應力近似為均勻分布；通過傳熱理論計算，可以得到在PVC管坯的加熱效率曲線。通過建立數(shù)學模型分析充氣冷卻過程，得到

3、了管壁溫度在不同換熱系數(shù)下隨時間的變化規(guī)律。 3．設計并改進一套新型的雙向拉伸自增強管材連續(xù)生產(chǎn)裝置。此裝置具有擴脹摩擦阻力小、環(huán)向擴脹率高、生產(chǎn)裝置簡單、生產(chǎn)線啟動容易等優(yōu)點。 4．應用布管內(nèi)壓擴脹方法，在不同參數(shù)條件下，對PVC-U管進行間歇式和連續(xù)式擴脹，獲得一系列擴脹管。對這些擴脹管進行幾何測試和力學性能測試，證明采用布管內(nèi)壓擴脹法可以得到外觀均勻、管徑穩(wěn)定的擴脹管，而且由于材料的取向作用，管材的環(huán)向拉伸強度和拉

4、伸彈性模量都有大幅提高；但是作為代價，擴脹管的斷裂伸長率有一定程度的降低。說明取向后管材的強度增加很大但是韌性略有降低。 5．為了實現(xiàn)定量表征自增強管材的取向度，本文探索了用超聲波測材料取向度的方法。隨著材料拉伸比增加，超聲波沿材料拉伸方向的速度增加，沿拉伸法線方向（同平面上）的速度逐漸降低。由取向度計算公式得，隨材料拉伸比增加，取向度值相應增加。從超聲波的數(shù)據(jù)來看，與單軸拉伸相比，若環(huán)向擴脹比保持不變，雙向拉伸時的取向度有所降