專利名稱：用于擠出塑料殼套的設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于擠出管狀結構周圍的塑料殼套的擠出設備。
背景技術：
本申請的一個計劃實施領域主要是石油化學工業的柔性管，其包括至少一個聚合物殼套。這些柔性管有利地是為連結類型的，如在美國石油學院的標準文件API 17J和APIRP 17B所述的。 已知的設施允許圓柱形物體縱向覆蓋有塑料殼套。這些設施包括螺旋擠壓機和環形擠出頭，被覆蓋的縱向圓柱形目標穿過環形擠出頭。螺旋擠壓機的上游存放有顆粒形式的塑料，例如，存儲在漏斗中且隨后被注入到螺旋擠壓機中。在溫度調節的螺旋擠壓機中，在塑料被逐漸沿螺旋擠壓機的內部朝向擠出頭平移運動的過程中，塑料被軟化和/或在剪切和熱量的影響下熔化。在擠壓機的下游端，塑料被轉換成粘性的均質相。許多熱塑塑料，例如PVCs (聚氯乙烯)或聚乙烯可由此在這些設備中被轉化從而它們可覆蓋縱向物體。對于擠出頭來說，其包括覆蓋有大致圓柱形本體的心軸，所述圓柱形本體形成塑化缸體或桶體，以在所述本體的內壁和所述心軸之間形成環形腔室。環形腔室具有上游部分和在相對端部處的下游部分，在所述上游部分中本體和心軸連結在一起，所述下游部分通過加工而被擴大以構成一對圓形的唇部，所述唇部打開到擠出頭的外部。存在可用于形成這些殼套或管的各種心軸，且通常更有選地使用“衣架”式的或“魚尾”式的心軸。擠出頭因此包括入口開口，其連接到螺旋擠壓機用于注入所述軟化的和/或熔化的塑料進入上游部分，且這類心軸包括對稱分布通道，所述通道從軟化聚合物注入到十字頭的點分支且沿直徑地與該注入點相對的母線相遇。軟化塑料因此能在上游部分中流動以形成軟化塑料多個流動。由此，流動沿交匯區域在所述下游部分中相遇以便預成型軟化塑料的套管，所述套管具有對應于所述交匯區域的再熔化表面。在心軸是“衣架”式的或“魚尾”式的情況下，沿兩個直徑相對分布通道流動的軟化材料的兩個半流相遇且在每一個沿相反方向繞心軸行進了一半之后熔合在一起，在殼套的厚度中產生再熔合表面，且其形成在與注入點直徑相對的母線上看得見的線。分布通道不形成密封腔室且這意味著熔化材料的一部分從分布通道逸出且沿泄漏線大致平行于心軸主軸線在心軸下游流動。由此，在“衣架”式的或“魚尾”式的心軸中，除了對應于分布通道的兩個主流動外，在心軸下游產生許多小的流動。目前，會發生擠出缺陷，主要是厚度的不充分性。這是因為殼套回局部地呈現厚度的不同。
發明內容
因此，所產生的且是本發明所要解決的一個問題是提供一種設備，其用于擠出不具有上述問題的塑料殼套。為此，本發明提出一種在管狀結構周圍擠出塑料殼套的擠出設備所述設備包括能供給熱軟化粘性塑料的擠出螺桿和擠出頭，所述擠出頭包括環形腔室，該環形腔室具有能接收所述粘性塑料的入口開口和相對的圓形出口，所述擠出頭包括多個通道，所述多個通道形成在所述環形腔室中，以便一方面形成粘性塑料的多個流動而另一方面使得所述流動朝向彼此在位于所述環形腔室內部的交匯區域中匯合，所述粘性塑料的套管能流動通過所述圓形出口以形成所述塑料殼套，所述管狀結構能經過所述擠出頭以便接收所述塑料殼套。通過本發明，通過由所述擠出螺桿供應的所述粘性塑料在恒定溫度下具有在給定時間段內從一值μ i變化為恒定值μ cst的年度，其中μ μ i，所述設備進一步包括安裝在所述擠出螺桿和所述擠出頭之間的緩沖腔室，以在其被注入到所述擠出頭之前存儲所述粘性塑料并經過所述給定時間且允許其到達所述粘性值P &，通過其中介的作用，粘性塑料的所述流動在所述交匯區域相遇以形成單個均質的相。由此，本發明的一個目標是展現在塑料在擠出螺桿和擠出頭的圓形出口之間經過時塑料內在性能變化，且特別是，在恒定溫度下表觀粘度作為時間的函數增加。更具體地，已經展現了一旦已經形成在單個相中時粘性塑料的表觀粘度μ i則隨時間在約 ο分鐘的時間范圍內變化，直到其穩定在基本上恒定的表觀粘度μ。#由此，流動通過環形腔室的粘性塑料的表觀粘度以不同方式變化，取決于所述多個流動采取的路徑、沿流動路徑變化的塑料的駐留時間。實際上，在分布通道處較長。由此，材料的這些各種流的熔化材料的粘性變化，且結果，這些各種流動不是均勻地流動，且由此形成的塑料殼套因此呈現厚度不充分形式的缺陷。這些表面缺陷的直接結果是在心軸中材料的不良分布(這是通過流過心軸的粘性塑料的粘性增加造成的，所述流動根據材料采取的流動路徑而不同)。如此，已經展現了在擠出期間粘性塑料的表觀粘度，本發明的一個特征已經實施了在擠出螺桿和擠出頭之間的緩沖腔室，在其被注入到擠出頭之前允許粘性塑料達到其恒定的表觀粘度值。以此方式，穩定的粘性塑料可被分流到多個流動，多個流動再次相遇時形成單個均質的相，而沒有在各種小的材料流流過心軸時各種小的材料流之間粘性的變化。結果，由此產生的塑料殼套的機械性能在殼套的整個圓周周圍是均勻的，而沒有厚度的局部不充分。有利地，所述緩沖腔室包括圓柱形對稱結構的一部分，以便不增加通過使用緩沖腔室造成的顯著壓力下降。所發生的是，壓力下降必須針對沿擠出螺桿的內部使用用于驅動粘性塑料的機械能進行補償。優選地，通過縱向延伸的所述擠出螺桿，圓柱形對稱結構的所述部分沿所述擠出螺桿連續延伸，以便對減少這些壓力下降有貢獻。而且，在另一尤其有利的本發明的實施例中，所述緩沖腔室進一步包括通過U形短管連接到所述一個部分的圓柱形對稱結構的另一部分，從而所述部分可基本上平行于彼此安裝。由此，這種構造可以獲得一種流動，對于給定容量來說其橫截面與兩個部分總長度相比相對較小，且其靜態地確保在緩沖腔室循環流動的粘性塑料的所有部分具有充分的駐留時間。相反地，若緩沖腔室是球形的，優選的通道將在擠出螺桿的出口和所述環形腔室的入口開口之間建立且沿該優選通道流動的粘性塑料的駐留時間對于要實現的恒定表觀粘度μM來說不足夠。而且，以此方式設置該部分限制了用于在擠出螺桿和擠出頭之間安裝緩沖腔室的必要的空間。因此，根據本發明的緩沖腔室可被容易地用于根據現有技術的擠出設備，而沒有大量的結構修改。 根據一個尤其有利的本發明實施例的替換形式，所述部分包括障礙物以將所述緩沖腔室中所述熱軟化的粘性塑料的流動分離，且由此使得粘性塑料均勻化。以此方式，如果粘性塑料沿所述部分的右側橫截面具有不同的表觀年度，則這種差異將在材料沿所述部分流動且在流動進入環形腔室之前逐漸減少至無。有利地，所述障礙物包括環，所述環裝配有安裝在所述環內部的導向部。以此方式，連續地彼此接觸的各種環可進入被確定為將粘性塑料的流動分離至更大的或更小程度的角度位置。根據一個具體實施例，所述導向部具有基本上垂直于所述環軸線的筆直部分且橫向構件固定到所述筆直部分以形成格柵，以便將離開擠出螺桿的粘性軟化塑料的流動分流以便增加其均勻化的程度。例如，所述橫向構件安裝為基本上垂直于所述筆直部分安裝且相對于所述環的軸線成角度。
參考所附附圖，本發明的另一特點和優點本發明一些具體實施例的以下給定描述 了變得明顯，所述實施例通過非限制的方式給出，其中圖I是根據第一替換形式的實施例的、本發明的擠出設備的示意圖；圖2是用在圖I所示擠出設備中的塑料性能的圖表；和圖3是根據第二替換形式的實施例的、本發明的擠出設備的示意圖。
具體實施例方式圖I示出了根據本發明的擠出設備10，所述擠出設備10包括上游擠出螺桿12、下游擠出頭14和在二者之間的兩個緩沖腔室16，其中要被覆蓋的管狀結構15穿過所述擠出頭。這些設備的應用領域是用于石油化學工業的柔性管，所述柔性管包括交替設置的金屬層和塑料層。擠出設備10由此可以在管狀結構15上直接地形成聚合物、或塑料的殼套并擠出它們。這種已證實的解決方案可以生產管或殼套，其例如目的是用于形成石油化學管的保護性殼套，例如壓力殼套或替換地外部殼套。擠出螺桿12具有漏斗18，可漏斗開口到塑化缸體20的入口端19。漏斗18能存儲粉末形式的塑料。塑化缸體20具有圓柱形對稱回轉結構且在所述入口端19和出口端21之間縱向延伸。進而，其配備有加熱套(未示出)，所述加熱套可通過電流提供功率，以便供給熱能到塑化缸體的內部。此外，塑化缸體配備有阿基米德螺紋類型的無端螺紋(endlessscrew :回環螺紋)22，以將塑料從漏斗18朝向緩沖腔室16驅動。在擠出螺桿12中，塑料(其中漏斗18處是固體形式)一點點的被軟化和/或熔化且在200° C和300° C之間的溫度結塊，以形成單相的粘性塑料。經轉換的且在塑化缸體20內運送的塑料的量當然取決于擠出螺桿12的尺寸，但是對于給定設備其是通過阿基米德螺紋22的旋轉速度確定的。因此通過加熱套供應的能量的量根據該阿基米德螺紋22的旋轉速度調整，以便獲得相同狀態的軟化粘性塑料。對于30rpm的旋轉速度和230° C到250° C的材料溫度來說，本文所述的擠出設備可以獲得例如690kg每小時的聚酰胺類型塑料的產量。對于擠出頭14來說，在其中包括環形腔室24，所述環形腔室在一端具有入口開口26且在另一端具有通過兩個同中心的唇部形成的圓形出口 28。該環形腔室通過內部心軸形成，被外部圓錐結構同軸地蓋住。環形腔室24限定在心軸和外部圓柱形結構之間。管狀結構15軸向經過擠出頭14和圓形出口 28。根據將被使用的柔性石油管所在的溫度和壓力選擇所使用的塑料。對于例如低于60° C的溫度來說，所使用的材料是高密度聚乙烯，通常被稱為PEHD。在60和90° C之間的服役溫度時，可使用聚酰胺，例如聚酰胺11或12。在90° C以上，聚偏二氟乙烯或PVDF更合適。聚酰胺是更好疲勞強度的理想塑料。然而，已經發現聚酰胺11的表觀粘度在其經過擠出螺桿12和擠出頭14時不是恒定的，且這正是本發明發揮益處的地方。參考圖2，其示出了表觀粘度μ i的變化，其是用于在230° C溫度下軟化聚酰胺11的時間的函數。該粘性可通過記錄230° C下、在預定長度的時間內流過校準孔口的軟化聚合物的重量而測量。此外，該表觀粘度Ui根據聚酰胺的水含量、按照相同的趨勢(profile)而改變，但具有不同幅度。圖2中示出的三個曲線對應于粘性的變化，其是用于具有三種不同水含量的聚 酰胺11的時間的函數。由此，首先，可以看出在第一個20分鐘內表觀粘度的劇烈變化，在此期間粘性平均增加IOOOpa *s每分鐘，隨后表觀粘度相對停滯。進一步地，可以看到在20分鐘之后，水含量283ppm的聚酰胺具有30000pa · s的粘度，而水含量158ppm的聚酰胺具有約35000pa · s的粘度。隨后的觀察表明控制塑料的水含量是如何重要的。已經注意到在對軟化和粘性狀態下的聚酰胺11進行加工的最初幾分鐘內表觀粘度的這種劇烈增加，和在擠出過程中塑料內在性能的這種變化對根據現有技術制造的塑料殼套中的缺陷是有貢獻的，于是想到了通過首先將軟化的粘性塑料聚集在緩沖腔室16中而延遲軟化粘性塑料向擠出頭14中的注入，以便給它時間到達其表觀粘度穩定水平。由此，因為塑料在擠出頭14中(更精確地，是在環形腔室24中)粘性僅有非常小的改變，所以發現由此擠出的殼套不再呈現表面缺陷和殼套厚度的任何顯著不同。具體說，在塑料在入口開口 26處被注入時，其繞心軸沿流動通道分開進入形成套管的多個流動。一方面，在塑料在環形腔室24內部經過時塑料的粘性是恒定的時，通過通道的流量是相對相似的，而另一方面，在它們更容易形成單獨均質相時流動。根據圖I所示的第一替換形式的實施例，緩沖腔室16包括圓柱形對稱回轉結構的一部分30，和兩個截頭圓錐形端部32、34，它們中的一個32連接塑化缸體20的出口端21，而另一個端部34在環形腔室24的入口開口 26處連接到擠出頭14。該部分30沿塑化缸體20持續縱向延伸，該部分與所述缸體基本上是同軸的。根據一個實施例，在粘性軟化塑料的溫度升高到250° C時，粘性軟化塑料(聚酰胺11)的產量是690kg每小時。在這些條件下，在350秒之后材料達到恒定粘性yest。目前，在常規的擠出設備中，在350秒之后，粘性材料已經被注入的擠出頭14中。由此，設置28000cm3的緩沖腔室16，從而在從材料于250°的溫度軟化的時刻到其通過環形腔室24的入口開口 26注入的時刻，材料的駐留時間將是350秒。以此方式，聚酰胺的表觀粘度在腔室24中不再改變，且因此由此擠出的殼套不呈現任何厚度的不同。而且，根據本發明的一個實施例(未示出)，緩沖腔室16包括一系列內部裝配有導向部的環，且其相繼地滑入到該部分30中。由此，使用這些用作障礙物(chicanes)的導向部，粘性軟化聚酰胺在緩沖腔室16內部分離為多個流動，所述多個流動隨后再次相遇且有助于材料的均質化。以此方式，使得壁處材料速度降低的邊界效應被消除，且其在緩沖腔室16出口處的粘性更均勻。所述導向部例如具有基本上垂直于所述環軸線的筆直部分，且在兩個相對邊緣之間跨過環的內部延伸，而橫向構件固定到所述筆直部分且與之垂直地行進，形成格柵。進而，所述橫向構件安裝為與所述環的軸線成角度，以進一步增加材料的均勻性。根據圖3所示的第二替換形式的實施例，其再次顯示了圖I所述的所有元件，且是相同形式的，只是緩沖腔室16例外，所述緩沖腔室包括平行于彼此安裝且通過U形短管40連結在一起的兩個對半的部分36、38。第一半部36在塑化缸體20的出口端21與之連接，而另一半部38開口到環形腔室24的入口開口 26。 這種替換形式的實施例可以(如果需要)增加緩沖腔室16的容量，但是基本上不改變擠出螺桿12和擠出頭14的相對位置。而且，兩個對半的部分36、38也可裝配為具有上述類型的用作障礙物或阻擋部的環。
權利要求
1.一種用于在管狀結構(15)周圍擠出塑料殼套的擠出設備(10)，所述設備包括能供給熱軟化粘性塑料的擠出螺桿(12)和擠出頭(14)，所述擠出頭包括環形腔室(24)，該環形腔室具有能接收所述粘性塑料的入口開ロ(26)和相對的圓形出口(28)，所述擠出頭包括多個通道，所述多個通道形成在所述環形腔室(24)中，以便一方面形成粘性塑料的多個流動而另一方面使得所述流動朝向彼此在位于所述環形腔室內部的交匯區域中匯合，所述粘性塑料的套管能流動通過所述圓形出口(28)以形成所述塑料殼套，所述管狀結構(15)能經過所述擠出頭(15)以便接收所述塑料殼套； 其特征在于，通過由所述擠出螺桿供應的所述粘性塑料在恒定溫度下具有在給定時間段內從ー值U i變化為恒定值U cst的年度，其中UU i，所述設備進ー步包括安裝在所述擠出螺桿(12)和所述擠出頭(14)之間的緩沖腔室(16)，以在其被注入到所述擠出頭(14)之前存儲所述粘性塑料并經過所述給定時間且允許其到達所述粘性值U d，通過其中介的作用，粘性塑料的所述流動在所述交匯區域相遇以形成單個均質的相。
2.如權利要求I所述的擠出設備，其特征在于所述緩沖腔室(16)包括圓柱形對稱結構 的一部分(30)。
3.如權利要求2所述的擠出設備，其特征在于，通過縱向延伸的所述擠出螺桿(12)，圓柱形對稱結構(30)的所述部分沿所述擠出螺桿連續延伸。
4.如權利要求2所述的擠出設備，其特征在于，所述緩沖腔室(16)進ー步包括圓柱形對稱結構的另一部分(36，38)，其通過U形短管(40)連接到所述ー個部分，從而所述部分可被基本上平行于彼此安裝。
5.如權利要求2到4中任何ー項所述的擠出設備，其特征在于，所述部分(30，36，38)包括障礙物，以將所述熱軟化粘性塑料在中所述緩沖腔室(16)中的流動分離。
6.如權利要求5所述的擠出設備，其特征在于，所述障礙物包括環，所述環裝配有安裝在所述環內部的導向部。
7.如權利要求6所述的擠出設備，其特征在于，所述導向部具有基本上垂直于所述環的軸線的筆直部分和固定到所述筆直部分的橫向構件，以形成格柵。
8.如權利要求7所述的擠出設備，其特征在于，所述橫向構件基本上垂直于所述筆直部分安裝且相對于所述環的軸線成角度。
全文摘要
一種擠出設備(10)包括能供給熱軟化粘性塑料的擠出螺桿(12)和擠出頭(14)。所述擠出頭包括能接收所述粘性塑料的環形腔室(24)。通過所述擠出螺桿提供的所述各種塑料材料在恒定溫度下具有能在給定時間段內從一值μi變化到恒定值μcst，從而μcst>μi，所述設備進一步包括安裝在所述擠出螺桿(12)和所述擠出頭(14)之間的緩沖腔室(16)，以在其被注入到所述擠出頭(14)之前存儲所述粘性塑料并經過所述給定時間且允許其到達所述粘性值μcst。
文檔編號B29C47/02GK102858516SQ201180013146
公開日2013年1月2日 申請日期2011年3月1日 優先權日2010年3月9日
發明者M.貴格農, M.莫蘭德 申請人:泰克尼普法國公司