胶管用增强聚丙烯芯棒生产工艺研究

摘要：具有抗拉抗弯的材料增强骨架的pp软芯棒，通过对设备工装改进，工艺合理，外观性能良好，试用效果稳定。工艺增加再回收利用改进，降低生产成本。

关键词：聚丙烯，胶管，增强

前言

芯棒在高压胶管生产过程中是作为重复利用的模具来使用的，属于控制胶管内径的精细工艺器具，其外径精度直接影响到胶管内径精度，其使用寿命影响胶管的生产成本。

目前国内高压胶管生产流程上使用的pp软芯中间都有一个直径1-2mm大小的中心孔，其外径公差一般在±0.2mm。这种带中心孔的芯棒在经过高压胶管的高温硫化工序（150℃*90min）后容易出现弯曲变形、轴向收缩、径向膨胀等问题而导致报废，增加生产成本。而且由于其外径精度不高，导致芯棒吹出工序的液压系统负荷大、设备磨损严重的问题，而且脱芯难的问题也限制了胶管的单根长度

针对以上问题研发一种新型的pp软芯棒是具有抗拉抗弯的金属材料增强骨架的pp软芯棒，可以按需随时生产所需长度和外径尺寸的软芯，又可以将弯曲或变形或断裂的短芯子粉碎回收，重新加工成新软芯降低成本损耗

实验部分

1主要原材料

1.1PP材料改性

PP材料改性主要包括两个方面：提高材料的热稳定性，能承受包塑瞬间和整型器产生的高温以及降低pp材料的脆性

为有助于PP材料热性能稳定，能承受包塑瞬间和整形器产生的高温，需要在塑料配方中加入热稳定剂可适当抑制PP材料因外界高温所引起的破坏作用。选择防氧能力强的抗氧剂，兼用相对高分子质量和挥发度低的酚类和硫撑二丙烯酸酯类，两者浓度约为0.01～0.05%，通过实验找出最佳浓度配比

为降低塑料的软化温度范围，提高其加工性、柔韧性，可加入相应低挥发性或挥发性可忽略的增塑剂。采用邻本二甲酸二辛脂（DOP），对PP的相容性好、增塑效率高、挥发度低、化学稳定性高、对光热稳定性好，且无色、无臭、无毒、不燃、吸水量低等优点，其相容性好，能符合大多数制品要求，光热稳定性好、挥发性小、耐低温

1.2 骨架材料选择

考虑到骨架材料成本以及拉伸强度、回收利用等因素，将两种方案分别进行了试验对比：（1）采用钢丝帘线作为芯棒增强层，在原始缠绕钢丝股外再增加一股钢丝绕线，从而提高骨架材料的强度以及耐抽出性能。（2）采用PP绳作为芯棒增强层。经过试验对比，两个方案具有以下特点：（1）PP绳材料与PP软芯同为PP材料，收缩率相同，经过若干次使用后不易变形，且在后期回收利用的过程中可省去抽出环节，直接粉碎回收；（2）PP绳价格低廉，可大大降低PP软芯生产成本；（3）钢丝帘线强度大，与PP材料包覆良好，适合小规格pp芯棒。兼用以上两种方案，∮8及以下规格使用钢丝帘线，∮10及以上规格使用PP绳

2主要设备和工装

2.1 骨架材料进机头前增加预热装置

PP材料遇高温熔融、低温固化，钢丝帘线若以常温进机头接触熔融态PP，会引起少量PP塑料遇冷固化，直接影响塑料与骨架材料的粘着力。在挤出工序上增加预热装置，调整预热装置与机头在同一水平线，通过电加温，使骨架材料在通过预热装置时提高其表面温度，避免挤出塑料接触到常温骨架材料后瞬间固化，影响粘着力

2.2 改造挤出半成品冷却设备冷水槽，增加了挤出材料对骨架材料的包覆力。

在芯棒进入冷却水槽的地方增设辅助工装，防止芯棒弯曲变形。工装在使用过程中整体浸没在冷却水中，使用前先选择与芯棒适应的口型安装，一般口径大于芯棒外径约5～8mm，芯棒挤出后进入冷却水槽，通过该工装可保持平行移动冷却，避免向下倾斜、弯曲

2.3 PP芯棒表面干燥工装的研究

PP芯棒经过冷却水槽冷却定型后，表面附带有少量水渍，若不进行干燥处理，在整形环节时经过加热环形刀具，时间长了易使高精度刀具产生锈斑影响其精度。设计一种干燥装置，利用环形压缩空气集中喷向PP芯棒，来达到水渍迅速滴落并干燥的目的

2.4 PP芯棒整形

将挤出后的半成品PP软芯冷却定型，然后通过专用整形设备对其进行拉刮整型。专用整型设备的环形刀具根据软芯的外径尺寸相应更换，刀具内径小于待整型软芯外径0.2mm-0.3mm。通过加热装置使环形刀具的温度上升到350-450℃，待整型PP棒经过高温锋利的环形刀拉刮整形后，外径均匀，表面光滑，公差±0.05mm

2.5 焊接设备的研发

通过对局部断裂或受损较轻pp软芯的焊接，实现胶管的连续大长度生产。通过反复试验找到焊接最佳温度，然后利用整型工装工具对焊接后的软芯进行修整。焊接后目视检验：在焊接前、中、后目视使其不可产生焊接突缘不平整、太大或太小、两管不在同一轴线上、焊接突缘表面有光泽（代表过热，且产生过大之冷却应力）等情形

2.6 PP软芯回收利用的工艺工装设计研发

PP在一定的温度条件下能软化或熔融成任意形状，冷却后形状不变；这种状态可多次反复而始终具有可塑性，且这种反复只是一种物理变化，称这种塑料为热塑性塑料。PP软芯在经过多次使用后若因扭曲变形、膨胀收缩、折断或其他原因而不能使用，可进行粉碎造粒后再作为原材料重新使用。尺寸方面，以生产外径为8mm的PP软芯为例，如果生产芯棒外径超出标准值0.5mm以内，即小于8.5mm，可通过芯棒整形设备对芯棒进行拉刮整形，达到标准外径。如果产品外径超过标准值0.5mm以上，即大于8.5mm，可作为骨架材料再包覆PP材料以达到更大规格的标准值要求，比如10mm、12.5mm等

3 试样制备

初次试验时使用钢丝绳芯，只在整形设备后加一台牵引机，整形套温度设定为380℃左右，因在整形过程中阻力大，影响PP塑料挤出机挤出稳定性，在整形前芯子外径不均匀，给后面的整形造成很大的困难，整形后的芯子外表面有波纹，所有规格芯子使用两次后均有变形、波纹度明显。芯子外径增大0.1～0.2mm，不好脱芯

为使塑料挤出过程保持连续性，在整形设备前加装了一台牵引，将整形温度设定为400℃左右，经反复试验不断总结，确定将整形前PP芯子外径比整形口型外径大0.6-0.8mm左右，整形后芯子外表面较光滑，但使用两次以上波纹度增大，PP芯子外径增大0.1～0.2mm，影响脱芯，严重时影响管体

经分析认为由于所用的钢丝绳与PP的收缩率不一样导致在硫化过程中产生变形。为解决此问题提出了两种方案：第一、加大钢丝绳与PP芯内孔的间隙，使钢丝绳在发生伸缩时有足够的空间；第二故选取收缩率和PP塑料相同的PP绳取代钢丝绳。方案实施后生产的芯子在使用过程中未发现变形，外径增大0.1～0.2mm，易于脱芯。选取PP绳时要求其外表面要平滑不能有绳头，否则影响芯子外径的均匀度。整形刀要控制好，不能太深以免划伤芯子。冷却时要保证芯子全部入水，否则会因冷却不均匀而失圆

结果与讨论

试验出来的产品PP芯棒外观优良、尺寸精确、稳定性好、易操作， PP塑料配方合理，性能稳定，设计并调试出符合标准及我生产条件的生产工艺，且改进了塑料挤出机机头，解决了PP芯棒材料挤出不均匀等问题。同时还开发了PP料回收再利用的工艺，极大地降低了生产成本

参考文献

1、黄锐，曾邦禄.塑料成型工艺学.北京：中国轻工业出版社，2005.8

2、杜小清，陶筱梅. 纳米SiO2填充改性聚丙烯的研究.广东化工 ，1007-1865， 2013， vol.040 ，no.019 ，p.28-31

3、佟大威.聚丙烯工艺技术进展研究.中国化工贸易.2013，vol.005，no.006， p.216-216

作者简介：钟艳玲（1985-），女，助理工程师，从事橡胶工艺与配方工作