Способ непрерывного изготовления армированной полимерной трубы и устройство для его осуществления

 

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.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4891267/05 (22) 23.10.90. (46) 29.02.92. Бюл. М 8 (76) Л.Л. Стриковский и Е.Л. Стриковская (53) 678.057.374.6 (088.8) (56) Патент ФРГ М 2216948, кл, В 29 D 23/05, опублик, 1977.

Авторское свидетельство СССР

N- 657997, кл. В 29 С 47/02, 1977. (54) СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ АРМИРОВАННОЙ ПОЛИМЕРНОЙ

ТРУБЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕ.СТВЛЕНИЯ (57) Использование: изготовление армированных труб с повышенной долговременной прочностью, в том числе для работы в

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

„„5U„„1716963 АЗ (я)з В 29 С 47/02// В 29 L 23:00 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 — 1800, обращенным вершиной к выходу из формующей полости, 2 с.п.ф-лы, 3 ил. полость состаляет около 45-750 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 поли. мер, 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 формова1716963 ния, содержащее 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, причем направляющий выходной участок экструзионного канала выполнен с телесным углом 60120, 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. B 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 макромолекчл 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 подуглом 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.

B устройстве для непрерывного изготовления армированной полимерной трубы, !

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 касодержащем смонтированные на основании экструзионную головку с центральным подводящим каналом, неподвижные дорн и охлаждаемую наружную гильзу, образую5 щие цилиндрическую формующую полость, сообщенную с центральным подводящим каналом посредством экструзионного канала с направляющим выходным участком, и механизм подачи армирующего каркаса, 10 направляющий выходной участок экструзионного канала выполнен с телесным углом в пределах 60-180О, обращенным вершиной в сторону выхода из формующей полости.

15 На фиг.1 изображено устройство для непрерывного изготовления армированной полимерной трубы, продольный разрез; на фиг.2 — узел! на фиг.1 в увеличенном масштабе; на фиг,3 — производственная

20 установка для реализации изобретения, общий вид.

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

25 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

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

Согласно изобретению расплавленный

35 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

40 а= 90, как установлено экспериментально, уже достигается эффект повышения долговременной прочности готовой трубы по сравнению с традиционным углом а < 90 . Величина угла а > 150 практиче45. ски недостижима ввиду сильного относительного сужения экструзионного канала и потери из-за этого возможности влиять на направление потока полимера.

1716963

15

25

35 зом

45

55 нала 9 с направляющим выходным участком

10, и механизм 11 подачи каркаса 5.

Направляющий выходной участок 10 экструзионного канала 9 выполнен с телесным углом Р выбранным в пределах 60180 обращенным вершиной в сторону выхода из формующей полости 2, т.е. в сторону по стрелке А. Телесный угол Р соответствует плоскому углу Р под которйм полимер выходит в формующую полость 2, следовательно, способ может быть реализован только предлагаемым устройством с указанным телесным углом Р.

Армирующий каркас 5 полимерной трубы 1 может быть любого известного вида; из любого известногд материала, поскольку это не влияет на сущность изобретения. На представленных примерах показан, в частности, жесткий проволочный решетчатый каркас 5, состоящий из продольных элементов 12 с навитой и сваренной с ними cninралью 13, Установка для реализации изобретения. (фиг.3), включающая устройство согласно фиг.1, содержит смонтированные на основании 6 экструдер 14 с экструзионной головкой 7, приводную планшайбу 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 rio направляющим 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 обраРасплавленный 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, образованную 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, перемещаемый 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 непосредственно в процессе непрерывного изготовления армированной им полимерной трубы 1. Для этого на продольные элементы 12 на оправке 21 с помощью отклоняющего ролика 16, вращающегося вместе с планшайбой 15, навивают спираль 13 из проволоки, сматываемой с бобины 19. Непосредственно после навивки спираль 13 приваривают к последовательно пересекае- . мым продольным элементам 12 с помощью роликового сварочного электрода 17, также вращающегося вместе с планшайбой 15.

Вращение последней осуществляется от внешнего привода (не показан).

Осевая составляющая единичного вектора поступления экструдата в формующую полость 2 противоположна направлению экструдата в формующей полости 2 или в

Пределе этот вектор нормален к этому направлению (в противоложность прототипу, где осевая проекция вектора совпадает с этим направлением). В результате этого поток расплавленного полимера претерпевает крутой поворот при выходе из экструзионного канала 9 в формующую полость 2, При этом уже сформировавшаяся в экструзионном канале 9 макроструктурная ориентация полимера нарушается, и последующая ориентация в формующей полости 2 начинается с дезориентированного состояния полимера, Поскольку дальнейший процесс макроструктурной ориентации полимера требует конечного времени, соизмеримого с временем его прохождения через формующую полость

2, эта ориентация и соответствующие внутренние напряжения к моменту отверждения развиваются в относительно меньшей степени. Это обеспечивает снижение уровня остаточных внутренних напряжений в экструдированной трубе и соответствующее повышение ее долговременной прочности.

Пример 1. B соответствии с изобретением изготовлена полимерная труба ф132 х 12 мм из полиэтилена высокой плотности низкого давления (литена), армированная сварным каркасом из низкоуглеродистой стальной проволоки g 3 мм с ячейкой примерно 10 х 10 мм. Температура расплава полимера на входе в формующую полость составляет 170 — 175, температура начала отверждения полимера около

130 С, Угол ввода полимера в формующую полость а=135 .

Длительная прочность трубы оценивается ускоренным методом термоциклического нагружения образцов длиной 300 мм с циклом; выдержка при -40 С в течение 3 ч, затем при +80 С в течение 3 ч, Количество

1716963 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 a = 90О, Количество циклов до начала разрушения 165 против 100 для трубы по технологии прототипа.

Пример 3. Условия согласно примеру

1, но труба О 89 х 10 5 мм, каркас из проволоки ф 2,5 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

5 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

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

2. Устройство для непрерывного изготовления армированной полимерной трубы

15 методом экструзионного формования, содержащее смонтированные на основании экструзионную головку с центральным подводящим каналом, неподвижные дорн и охлаждаемую наружную гильзу, смонти20 рованные с образованием цилиндрической формующей полости, сообщенной с центральным подводящим каналом посредством экструзионного канала с направляющим выходным участком, и механизм

25 подачи армирующего каркаса, о т л и ч а ющ е е с я тем, ° что, с целью повышения долговременной прочности армированной полимерной трубы за счет снижения уровня остаточных внутренних напряжений в ее

30 стенке, направляющий выходной участок экструзионного канала выполнен с телес, ным углом в пределах 60 — 180О, обращенным вершиной в сторону выхода из формующей полости, 35

1716963

Фиг.2

1

Составитель Л. Кольцова

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор О. Кундрик

Редактор И. Касарда

Заказ 620 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101