CN100593660C - 不锈钢纤维增强塑料管道及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轴向、环向强度高的的不锈钢纤维增强塑料管道，它的管壁由从里到外依次下列三层结合在一起构成，由连续长纤维浸渍热塑性塑料后轴向排列构成的内衬层，由连续长纤维浸渍热塑性塑料的环向浸渍纤维和连续长纤维浸渍热塑性塑料的轴向浸渍纤维交替缠绕构成的结构层，由不锈钢带螺旋缠绕构成的不锈钢外层。本发明还公开了一种不锈钢纤维增强塑料管道的生产工艺，该工艺采用拉挤与缠绕相结合的工艺生产不锈钢纤维增强塑料管道，以增强管道的轴向强度、环向强度及扭曲强度。
Description
技术领域
本发明涉及一种管道及其生产工艺，尤其是一种不锈钢纤维增强塑料管道及其生产工艺。
背景技术
用拉挤法制造的纤维增强复合材料管，由于只有轴向的单向增强纤维，环向强度和扭曲强度都不高，因而作为耐压管道使用时，承压较低。而采用纤维缠绕成型的纤维增强塑料管材，虽然可按不同层的螺旋角设计可得到耐环压很高的管材，但轴向强度也较低。
为了解决上述问题，中国专利ZL03138047.6公开了“一种具有编织结构的纤维增强塑料拉挤管材及其制备方法”，该拉挤管材的管壁从里到外依次为具有纤维织物增强材料的内表面层、具有二维编织结构的纤维增强塑料的主增强层、在主增强层与外表面层之间为轴向排列的长纤维增强塑料层以及具有纤维织物增强材料的外表面层。该管道是通过在编织机上连续编织主增强层套管，编织完成后，主增强层、内表面层、外表面层和长纤维增强层通过拉挤的预成型模预先成型为设计的管材形状。将预成型的管材同时经过浸胶槽浸胶后，经过所选择的拉挤模具使树脂固化，最后在拉挤模具中一次成型为拉挤管材。该工艺的工序多、所需的加工设备也较多，而且，该工艺是先编制成型再浸渍塑料，导致纤维浸渍不均匀，最终造成管道的强度低；并且，所使用的浸渍装置的长度较长，占地面积大。
发明内容
本发明目的之一在于提供一种轴向、环向强度高的不锈钢纤维增强塑料管道。
为了实现上述目的，本发明的具体方案是：一种不锈钢纤维增强塑料管道，其管壁由从里到外依次下列三层固化在一起构成：
由连续长纤维浸渍热塑性塑料后轴向排列构成的内衬层；
由连续长纤维浸渍热塑性塑料的环向浸渍纤维和连续长纤维浸渍热塑性塑料的轴向浸渍纤维交替缠绕构成的结构层；
由不锈钢带螺旋缠绕构成的不锈钢外层。
作为本发明的优选实施例，内衬层和结构层所用的连续长纤维优选为玻璃纤维或玄武岩纤维或碳纤维，所用的热塑性塑料优选为聚乙烯或聚丙烯或聚氯乙烯。
由于本发明的不锈钢纤维增强塑料管道的结构层由连续长纤维浸渍热塑性塑料的环向浸渍纤维和连续长纤维浸渍热塑性塑料的轴向浸渍纤维交替缠绕构成，因此，该不锈钢纤维增强塑料管道的轴向强度、环向强度以及扭曲强度比现有纤维增强塑料管道高；又由于管道通常是埋在地下，然而塑料的表面强度不够，容易被尖锐的物体刺破，本发明在管道的外层设置的不锈钢层来增加管道的表面强度，还可达到抗静电，阻燃的作用，且还有利于通过金属探测器探测管道的位置。
本发明的另一目的在于提高一种连续的、工艺简单的不锈钢纤维增强塑料管道的生产工艺，包括如下步骤：
a.连续长纤维浸渍热塑性塑料后，轴向排列成管状，包裹在管道模具的外表面，在管道模具上形成内衬层；
b.在步骤(a)所得的内衬层外表面上，交替螺旋缠绕热塑性塑料浸渍后的环向浸渍纤维和热塑性塑料浸渍后的轴向浸渍纤维，直至厚度达到设计要求，然后经管外径定型模具进行整形、冷却定型；
c.用牵引装置将步骤(b)所得的预成型管道牵引出来，在管道的外表面上螺旋缠绕内表面涂覆有热熔胶的不锈钢带，冷却后，用切割装置切割成需要的尺寸。
作为优选实施例，上述纤维为玻璃纤维或玄武岩纤维或碳纤维；上述热塑性塑料为聚乙烯或聚丙烯或聚氯乙烯。
本发明的管道生产工艺采用拉挤工艺形成轴向内衬层，再采用缠绕工艺在内衬层上形成结构层和不锈钢层，所生产的管道的轴向强度和环向强度均较高，且生产工艺简单，又能连续生产；此外，由于内衬层、第一外层、第二外层和第三外层均采用先均匀浸渍热塑性塑料，再成型，对浸渍模具的长度要求不高，生产设备占地面积小。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明采用拉挤与缠绕相结合的工艺生产不锈钢纤维增强塑料管道，该管道的轴向强度、环向强度及扭曲强度都较高；并且，由于所使用的纤维增强塑料都均匀、充分浸渍塑料，纤维增强塑料的强度是普通纤维增强塑料强度的2～3倍，进一步增加了管道的强度；
(2)本发明的生产工艺简单，且能连续加工成型不锈钢纤维增强塑料管道，提高了生产效率，而且，所使用的浸渍模具长度短，整个装置占地面积小。
附图说明
图1为本发明不锈钢纤维增强塑料管道的结构示意图；
图2为本发明的生产工艺流程图；
图3为管外径定型模具8的结构示意图。
附图3中各编号的意义为：1-旋转纱盘、2-纤维纱、3-导向旋转盘、4-纤维浸渍模具、5-塑料挤出机、6-管道模具、7-恒温区、8-管外径定型模具、9-牵引机、10-不锈钢带、11-切割装置、12-涂胶机、14-结构层轴向浸渍纤维、15-结构层环向浸渍纤维、16-传动系统。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步对本发明加以说明。
如图1所示，不锈钢纤维增强塑料管道的管壁由从里到外依次下列三层固化在一起构成：由连续长纤维浸渍热塑性塑料后轴向排列构成的内衬层20；由连续长纤维浸渍热塑性塑料的环向浸渍纤维和连续长纤维浸渍热塑性塑料的轴向浸渍纤维交替缠绕构成的结构层21；由不锈钢带螺旋缠绕构成的不锈钢外层22。
如图2和图3所示，本发明不锈钢纤维增强塑料管道的加工工艺如下：
a.连续长纤维浸渍热塑性塑料后，轴向排列成管状，包裹在管道模具6的外表面，在管道模具6上形成内衬层20；
b.在步骤a所得的内衬层20外表面上，交替螺旋缠绕热塑性塑料浸渍后的环向浸渍纤维15和热塑性塑料浸渍后的轴向浸渍纤维14，直至厚度达到设计要求，然后经管外径定型模具8进行整形、冷却定型；
c.用牵引装置9将步骤b所得的预成型管道牵引出来，在管道的外表面上螺旋缠绕内表面涂覆有热熔胶的不锈钢带10，冷却后，用切割装置11切割成需要的尺寸。
下面结合实施例详细说明：
实施例1，生产内径φ300的不锈钢玻璃纤维增强聚丙烯管道。
a.先在旋转纱盘1上分别放置有117筒2400tex玻璃纤维纱，按每支纱浸塑后的厚度1mm、宽8～10mm计，117支纱达936mm，能满足φ300管径的内衬层。纤维纱经导向旋转盘3轴向进入浸渍模具4内浸渍塑料，浸渍模具4内装有含聚丙烯、二丁酯稀释剂、马来酸酐接枝剂和硅烷偶联剂的浸渍料，通过加热使浸渍料熔化，浸渍模具4的温度控制在270℃左右，消耗的浸渍料是通过挤塑机5补充到浸渍模具4内，浸渍模具4在传动系统16的带动下旋转，旋转纱盘1和导向旋转盘3也绕浸渍模具4的轴心线旋转。
纤维纱充分浸渍塑料后，在浸渍模具4的出口排列成管状，再与管道模具6相结合，内衬层基本定型后进入下一道工序。。
b.在步骤a所得的内衬层20外表面上，先螺旋缠绕结构层环向浸渍纤维15，环向浸渍纤维15由连续长玻璃纤维浸渍聚丙烯后并排成一组。再在环向浸渍纤维15螺旋缠绕结构层轴向浸渍纤维14，轴向浸渍纤维14由连续长玻璃纤维浸渍聚丙烯后用编织机织成编制带，这样反复缠绕直至厚度达到设计要求。
然后在牵引机9的作用下进入管外径定型模具8内，如图3所示，管外径定型模具8由管道内模具8a和套在管道内模具8a外部的管道外模具8b组成，管道内模具8a和管道内模具8a之间留有间距。使用时，在管道内模具8a的内腔内装有冷却水，同时在管道内模具8a的表面注涂润滑油脂，这样，预成型管道在外径定型模具8内进行整形、冷却定型，进入下一道工序。
c.用牵引装置9将步骤b所得的预成型管道牵引出来，在管道的外表面上螺旋缠绕不锈钢带10，用涂胶机12在不锈钢带10内表面涂覆有丙烯酸酯热熔胶，利用预成型管道的预热将不锈钢带10粘接在管道的表面，最后用切割装置11根据需要的尺寸进行切割。
实施例2
如生产不锈钢玻璃纤维增强聚乙烯管道，生产工艺与实施例1相同，只是将内衬层20、结构层轴向浸渍纤维14和结构层环向浸渍纤维15的塑料改为聚乙烯塑料。
同样，将实施例1中玻璃纤维的改为玄武岩纤维或碳纤维，可生产不锈钢玄武岩纤维增强聚乙烯管道和不锈钢碳纤维纤维增强聚乙烯管道。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。比如，需要生产热塑性、热固复合管时，将实施例1中的结构层轴向浸渍纤维14和结构层环向浸渍纤维15改为玻璃纤维浸热固性树脂。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (7)
1.一种不锈钢纤维增强塑料管道，其特征在于：它的管壁由从里到外依次下列三层固化在一起构成：
由连续长纤维浸渍热塑性塑料后轴向排列构成的内衬层(20)；
由连续长纤维浸渍热塑性塑料的环向浸渍纤维和连续长纤维浸渍热塑性塑料的轴向浸渍纤维交替螺旋缠绕构成的结构层(21)；
由不锈钢带螺旋缠绕构成的不锈钢外层(22)。
2.根据权利要求1所述的不锈钢纤维增强塑料管道，其特征在于：所述内衬层(20)和结构层(21)所用的连续长纤维为玻璃纤维或玄武岩纤维或碳纤维。
3.根据权利要求1所述的不锈钢纤维增强塑料管道，其特征在于：所述内衬层(20)和结构层(21)所用的热塑性塑料为聚乙烯或聚丙烯或聚氯乙烯。
4.一种生产如权利要求1所述的不锈钢纤维增强塑料管道的工艺，其特征在于包括如下步骤：
a.连续长纤维浸渍热塑性塑料后，轴向排列成管状，包裹在管道模具(6)的外表面，在管道模具(6)上形成内衬层(20)；
b.在步骤(a)所得的内衬层(20)外表面上，交替螺旋缠绕热塑性塑料浸渍后的环向浸渍纤维(15)和热塑性塑料浸渍后的轴向浸渍纤维(14)，直至厚度达到设计要求，然后经管外径定型模具(8)进行整形、冷却定型；
c.用牵引装置(9)将步骤(b)所得的预成型管道牵引出来，在管道的外表面上螺旋缠绕内表面涂覆有热熔胶的不锈钢带(10)，冷却后，用切割装置(11)切割成需要的尺寸。
5.根据权利要求4所述的不锈钢纤维增强塑料管道的生产工艺，其特征在于：所述纤维为玻璃纤维或玄武岩纤维或碳纤维。
6.根据权利要求4所述的不锈钢纤维增强塑料管道的生产工艺，其特征在于：所述热塑性塑料为聚乙烯或聚丙烯或聚氯乙烯。
7.根据权利要求4所述的不锈钢纤维增强塑料管道的生产工艺，其特征在于：在步骤(c)中所用的热熔胶为丙烯酸酯或低密度聚乙烯。
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