Способ непрерывного изготовления армированной полимерной трубы и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК B29C47/02 B29L23/00 

Изобретение относится к технологии и оборудованию непрерывного изготовления методом экструзионного формования армированных полимерных труб, используемых преимущественно в агрессивных средах под высоким давлением, в частности, для обсадки скважин при добыче полезных ископаемых методом выщелачивания, в химическом производстве и т.п., а также в нормальных условиях эксплуатации

Известен способ непрерывного изго товления армированной полимерной трубы методом экструзионного формования/состоящий в том, что расплавленный полимер из центрального подводящего канала от экструдера вводят под углом к осевому направлению в цилиндрическую формующую полость между охлаждаемыми дорном и наружной гильзой и одновременно подают в эту полость армирующий каркас, угол ввода расплавленного полимера в формующую

полость состаляет около 45-75° к направлению перемещения экструдата в формующей полости.

Ближайшим по технической сущности к предлагаемому является способ непрерывного изготовления армированной полимерной трубы методом экструзионного формования, состоящий в том, что в цилиндрическую формующую полость, образованную дорном и охлаждаемой наружной гильзой, нагнетают, расплавленный полимер, поток которого вводят изнутри и направляют под углом к осевому направению, и одновременно подают в формующую полость армирующий каркас; полимер направляют в формующую полость под углом около 30-60° к направлению перемещения экструдата в формующей полости.

Известно устройство для непрерывного изготовления армированной полимерной трубы методом экструзионного формоваО

ю о

W

W

ния, содержащее смонтированные на основании экструзионную головку с центральным подводящим каналом, неподвижные дорн и охлаждаемую наружную гильзу, образующие цилиндрическую формующую по- лость, сообщенную с центральным подводящим каналом посредством экстру- зионного канала с направляющим выход- ным участком, и механизм подачи армирующего каркаса, причем направляющий выходной участок экструзионного канала выполнен с телесным углом 60- 120°, обращенным вершиной в сторону, противоположную выходу из формующей полости.

Недостаток известного способа и устройства для его осуществления состоит в том, что изготовленная таким образом армированная полимерная труба содержит относительно высокий уровень остаточных внутренних продольных напряжений растяжения с максимумом на внутренней поверхности. В результате,снижается долговременная прочность трубы, особенно в низкотемпературных условиях эксплуатации, при термоциклическом нагружении и знакопеременных нагрузках. Причиной возникновения остаточных внутренних напряжений являются, в частности, силы трения экструдата о стенки экструзионного канала и затем формующей полости и фиксация возникшего напряженного состояния полимера при его отверждении в результате охлаждения. В макроструктурном отношении это напряженное состояние характеризуется продольной ориентацией макромолекул полимеоа, наиболее выраженной в пристенных зонах, особенно в зоне прилегания к дорну.

Цель изобретения - повышение долговременной прочности армированной полимерной трубы за счет снижения уровня остаточных внутренних напряжений в ее стенке.

Поставленная цель достигается тем, что в способе непрерывного изготовления армированной полимерной трубы, состоящем в том, что в цилиндрическую формующую полость нагнетают расплавленный полимер, поток которого вводят изнутри и направляют под углом к осевому направлению, и одновременно подают в формующую полость армирующий каркас, полимер направляют в формующую полость под углом в пределах 90-150° к направлению перемещения экструдата в формующей полости.

В устройстве для непрерывного изготовления армированной полимерной трубы,

содержащем смонтированные на основании экструзионную головку с центральным подводящим каналом, неподвижные дорн и охлаждаемую наружную гильзу, образующие цилиндрическую формующую полость, сообщенную с центральным подводящим каналом посредством экструзионного канала с направляющим выходным участком, и механизм подачи армирующего каркаса,

направляющий выходной участок экструзионного канала выполнен с телесным углом в пределах 60-180°, обращенным вершиной в сторону выхода из формующей полости.

На фиг. 1 изображено устройство для непрерывного изготовления армированной полимерной трубы, продольный разрез; на фиг.2 - узел I на фиг.1 в увеличенном масштабе; на фиг.З - производственная

установка для реализации изобретения, общий вид.

Способ непрерывного изготовления армированной полимерной трубы 1 методом экструзионного формования (фиг.1 и 2)

состоит в том, что в цилиндрическую формующую полость 2, образованную охлаждаемым дорном 3 и наружной гильзой 4, нагнетают расплавленный полимер, поток : которого вводят изнутри и направляют под

углом а к осевому направлению, и одновременно подают в формующую полость 2 в направлении по стрелке А армирующий каркас 5.-, Согласно изобретению расплавленный

полимер направляют в формующую полость 2 под углом а,выбранным в пределах 90-150° к направлению перемещения экструдата в формующей полости 2, показанному стрелкой А (фиг.2). При величине угла

а 90°, как установлено экспериментально, уже достигается эффект повышения долговременной прочности готовой трубы по сравнению с традиционным углом а 90°. Величина угла а 150° практически недостижима ввиду сильного относительного сужения экструзионного канала и потери из-за этого возможности влиять на направление потока полимера.

Способ реализуется устройством для непрерывного изготовления армированной полимерной трубы (фиг.1). Оно содержит смонтированные на основании 6 экструзионную головку 7 с центральным

подводящим каналом 8, неподвижные охлаждаемые дорн 3 и наружную гильзу 4, которые образуют цилиндрическую формующую полость 2, сообщенную с подводящим каналом 8 посредством экструзионного канала 9 с направляющим выходным участком 10, и механизм 11 подачи каркаса 5.

Направляющий выходной участок 10 экструзионного канала 9 выполнен с телесным углом Д выбранным в пределах 60- 180° обращенным вершиной в сторону выхода из формующей полости 2, т.е. в сто рону по стрелке А. Телесный угол /J соответствует плоскому углу Д под которым полимер выходит, в формующую полость 2, следовательно, способ может быть реализован только предлагаемым устройством с указанным телесным углом Д

Армирующий каркас 5 полимерной трубы 1 может быть любого известного вида, из любого известног9 материала, поскольку это не влияет на сущность изобретения. На представленных примерах показан, в частности, жесткий проволочный решетчатый каркас 5, состоящий из продольных элем-ен тов 12 с навитой и сваренной с ними спиралью 13.

Установка для реализации изобретения (фиг.З), включающая устройство согласно фиг.1, содержит смонтированные на основании 6 экструдер 14 с экструзионной головкой 7, приводную плйншайбу 15 с отклоняющим роликом 16 для навивки спирали 13, роликовым сварочным электродом 17 и токосъемным устройством 18, свободно вращающуюся бобину 19 с проволокой для спирали 13, бобины 20 для проволоки продольных элементов 12, проходящих по на- .правляющим пазам (не показаны) оправки 21, расположенной на экструзионной головке 7, механизм 11 подачи для натяжения каркаса 5 вместе с принимаемой готовой трубой 1.

Установка работает следующим образом.

Расплавленный полимер подается экс- трудером 14 в центральный подводящий канал 8 экструзионной головки 7 и через экструзионный канал 9 с направляющим выходным участком 10 поступает в цилиндрическую формующую полость 2, образе ванную охлаждаемыми дорном 3 и наружной гильзой 4, под углом а 90-150° к направлению перемещения экструдата в этой полости, показанному стрелкой А. Одновременно в формующую полость 2 подается армирующий каркас 5, перемег щаемый в направлении по стрелке А вместе с готовой трубой 1 с помощью механизма 11 подачи.

После отверждения полимера из формующей полости 2 выходит армированная каркасом 5 полимерная труба 1. Каркас 5 изготавливается известным образом непос

рёдственно в процессе непрерывного изготовления армированной им полимерной трубы 1. Для этого на продольные элементы 12 на оправке 21 с помощью отклоняю- щего ролика 16, вращающегося вместе с планшайбой 15, навивают спираль 13 из проволоки, сматываемой с бобины 19. Непосредственно после навивки спираль 13 приваривают к последовательно пересекае0 мым продольным элементам 12 с помощью роликового сварочного электрода 17, также вращающегося вместе с планшайбой 15. Вращение последней осуществляется от внешнего привода (не показан).

5 Осевая составляющая единичного вектора поступления экструдата в формующую полость 2 противоположна направлению экструдата в формующей полости 2 или в г ределе этот вектор нормален к этому на0 правлению (в противоложность прототипу,

где осевая проекция вектора совпадает с

этим направлением). В результате этого

поток расплавленного полимера претер. певает крутой поворот при выходе из экс5 трузионного канала 9 в формующую полость 2. При этом уже сформировавшаяся в экструзионном канале 9 макрострук- турная ориентация полимера нарушается, и последующая ориентация в формующей

0 полости 2 начинается с дезориентированного состояния полимера. Поскольку дальнейший процесс макроструктурной ориентации полимера требует конечного времени, соизмеримого с временем его

5 прохождения через формующую полость 2, эта ориентация и соответствующие внутренние напряжения к моменту отверждения развиваются в относительно меньшей степени. Это обеспечивает снижение

0 уровня остаточных внутренних напряжений в экструдированной трубе и соответствующее повышение ее долговременной прочности.

Пример 1. В соответствии с изобре5 тением изготовлена полимерная труба 132 х 12 мм из полиэтилена высокой плотности низкого давления (литена), армированная сварным каркасом из низкоуглеродистой стальной проволоки 0 3 мм с

0 ячейкой примерно 10x10 мм. Температура расплава полимера на входе в формующую полость составляет 170-175°, температура начала отверждения полимера около 130°С. Угол ввода полимера в формующую

ц полость сс 135°.

Длительная прочность трубы оценивается ускоренным методом термоцикличе- ского нагружения образцов длиной 300 мм с циклом: выдержка при -40°С в течение 3 ч, затем при +80°С в течение 3 ч. Количество

циклов до начала разрушения - образования отчетливо видимых усталостных трещин на внутренней поверхности образцов - составляет в среднем для нескольких образцов 245 циклов. Для сравнения: тот же показатель для той же трубы, но изготовленной согласно прототипу при всех прочих равных условиях, составляет около 100 циклов.

Пример 2. Условия согласно примеру 1, но угол а 90°. Количество циклов до начала разрушения 165 против 100 для трубы по технологии прототипа.

Пример 3. Условия согласно примеру 1, но труба 0 89 х 10,5 мм, каркас из проволоки 0Г2,5 мм, полиэтилен марки ПЭ 273 - 79, угол 120°. Количество циклов до начала разрушения 130 против 95 для трубы по технологии прототипа.

Пример 4. Условия согласно примеру 3, но угол а 150°. Количество циклов до начала разрушения 155 против 95 для трубы по технологии прототипа.

Изобретение обеспечивает изготовление качественных армированных труб и дополнительную прибыль от повышения срока их службы.

Формула изобретения 1. Способ непрерывного изготовления армированной полимерной трубы методом экструзионного формования, состоящий в том, что в цилиндрическую формующую полость нагнетают расплавленный полимер,

поток которого вводят изнутри и направляют под углом к осевому направлению, и одновременно подают в формующую полость армирующий каркас, отличающийся

тем, что, с целью повышения долговременной прочности армированной полимерной трубы за счет снижения уровня остаточных внутренних напряжений в ее стенке, полимер направляют в формующую полость

под углом в пределах 90-150° к направлению перемещения экструдата в формующей полости.

2. Устройство для непрерывного изготовления армированной полимерной трубы

методом экструзионного формования, содержащее смонтированные на основании экструзионную головку с центральным подводящим каналом, неподвижные дорн и охлаждаемую наружную гильзу, смонтированные с образованием цилиндрической формующей полости, сообщенной с центральным подводящим каналом посредством экструзионного канала с направляющим выходным участком, и механизм

подачи армирующего каркаса, отличающееся тем, что, с целью повышения долговременной прочности армированной полимерной трубы за счет снижения уровня остаточных внутренних напряжений в ее

стенке, направляющий выходной участок экструзионного канала выполнен с телес- ным углом в пределах 60-180°, обращенным вершиной в сторону выхода из формующей полости.

Использование: изготовление армированных труб с повышенной долговременной прочностью, в том числе для работы в агрессивных средах под высоким давлением. Сущность изобретения: способ состоит в подаче в кольцевую формующую полость расплава полимера и армирующего каркаса. При этом полимер на каркас подают изнутри. Угол подачи полимера выбран в пределах 90 - 150° к направлению перемещения каркаса. Устройство содержит головку с центральным подводящим каналом для расплава. Формующая кольцевая полость образована дорном и гильзой и сообщена с экструзионным каналом. Выходной участок экструзионного канала выполнен с телесным углом в пределах 60-180°, обращенным вершиной к выходу из формующей полости. 2 с.п.ф-лы, 3 ил.

te/

/z /5

/(9 9 4

Фиг.З