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《北京化工大学》 2009年
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布管扩胀法成型双向自增强塑料管材的机理研究

董维煜  
【摘要】:高弹态聚合物在外力作用下会产生大变形,引发分子链取向,使得材料在取向方向上的宏观力学性能大幅增加。由于双向拉伸自增强管材在强度、耐热性、模量以及抗冲击性等方面得到显著提高,使其具有广阔的开发应用前景。 本课题中采用布管扩胀的方法,以硬聚氯乙烯(PVC-U)管材为原料,采用专门设计的连续扩胀设备(包括加热器、行程控制装置、扩胀装置、牵引装置和冷却装置),能够比较精确地控制各工艺参数,实现管材的连续扩胀;通过大量实验确定了最佳扩胀条件。主要工作总结如下: 1.研究了塑料管材的取向机理,对比国内外拉伸增强管材的生产工艺,通过一系列可行性实验,借鉴热缩管生产中的布管扩胀法,提出了双向拉伸增强管材的新方法。 2.建立数学模型深入地研究了管材扩胀过程中的加热、充气扩胀和冷却等关键环节。按照弹性理论计算,扩胀时管壁内的应力近似为线性分布,其中,环向应力近似为均匀分布;通过传热理论计算,可以得到在PVC管坯的加热效率曲线。通过建立数学模型分析充气冷却过程,得到了管壁温度在不同换热系数下随时间的变化规律。 3.设计并改进一套新型的双向拉伸自增强管材连续生产装置。此装置具有扩胀摩擦阻力小、环向扩胀率高、生产装置简单、生产线启动容易等优点。 4.应用布管内压扩胀方法,在不同参数条件下,对PVC-U管进行间歇式和连续式扩胀,获得一系列扩胀管。对这些扩胀管进行几何测试和力学性能测试,证明采用布管内压扩胀法可以得到外观均匀、管径稳定的扩胀管,而且由于材料的取向作用,管材的环向拉伸强度和拉伸弹性模量都有大幅提高;但是作为代价,扩胀管的断裂伸长率有一定程度的降低。说明取向后管材的强度增加很大但是韧性略有降低。 5.为了实现定量表征自增强管材的取向度,本文探索了用超声波测材料取向度的方法。随着材料拉伸比增加,超声波沿材料拉伸方向的速度增加,沿拉伸法线方向(同平面上)的速度逐渐降低。由取向度计算公式得,随材料拉伸比增加,取向度值相应增加。从超声波的数据来看,与单轴拉伸相比,若环向扩胀比保持不变,双向拉伸时的取向度有所降低。
【学位授予单位】:北京化工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TG306

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