聚氯乙烯(PVC)管的固有优势决定了自身可以提供不同的工程领域建设的需求,同样也是塑料供应市场份额占比最大的管材塑料。但对于硬聚氯乙烯(PVC-U)管材而言,由于受单轴拉伸工艺影响导致自身环向强度不足,增加壁厚保证强度会导致生产PVC管用料的增多,同时也会带来其他新的问题。而通过分析现有的PVC改性材料中,物理自增强的双轴取向聚氯乙烯(PVC-O)管与化学改性自增强管材相比更具有发展潜力与优势。完善现有的双轴取向聚氯乙烯管材扩张成型工艺及对工艺提出技术改进是发展PVC材料的必然需求。下面是本课题的主要内容:(1)分析现有PVC管材应用状况,就为何选择PVC-O管展开讨论,介绍适用于该种管材生产的双轴取向拉伸工艺的技术方法,并与合作方完成了一种改进式的PVC-O管的成型工艺,提供了详细地原料、设备与工艺流程。(2)针对基于模拉法双轴取向拉伸工艺,对取向装置的模头进行改进,引出阶梯扩张芯模的设计概念,并归类主参数设计阶梯扩张芯模外结构,并给出了两种承布方案,此举旨在促使管坯逐级扩张,通过细节化设计,提升了取向的可靠性与易实施性,并通过生产线引入阶梯扩张芯模完成了PVC-O管的制备。(3)为验证管材发生了材料自增强,通过有序度测试实验与材料力学相关测试实验对比了取向工艺生产的成品管材料与传统同配方未取向材料的性能参数,X衍射仪得到的结果是PVC-O比PVC-U进程原子排布更加有序,材料力学试验表明PVC-O比PVC-U在环刚度、环柔度上占优,且环柔度与材料裂纹试验表明PVC-O比PVC-U更难被破坏,材料力学试验均证实了PVC-O管优于传统PVC-U管材,且对应章节列举的试验表明改进工艺提升了PVC管材产品的质量。(4)在完成上述任务的基础上进一步提出扩张芯模拓扑优化设计,借助渐进结构优化算法重新设计了扩张芯模的内结构,根据优化结果挑选了值得优化的一种承布方案,针对承布方案中所属的内支撑片进行了轻量化设计,得到最优设计工况,材料去除了16%,最大应力下降了2%,并重新输出了可以二次编辑的优化模型。