CN101813216A - 一种复合结构壁管材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合结构壁管材，结构中包括平带缠绕的管壁和沿管壁外表面螺旋缠绕排列的加强筋，所述平带包括纤维复合材料带和包覆在纤维复合材料带外的高密度聚乙烯层或聚丙烯层；所述加强筋包括纤维复合材料中空肋和包覆在纤维复合材料中空肋上的高密度聚乙烯管层或聚丙烯管层。本发明同时公开了该复合结构壁管材的制备方法，采用两个平行的挤出机，一个挤出机共挤出包覆有高密度聚乙烯层或聚丙烯层的纤维复合材料带作为管壁平带，另一个挤出机共挤出包覆有高密度聚乙烯管层或聚丙烯管层的纤维复合材料中空肋作为加强筋，在线依次螺旋热缠绕到转动并轴向平移的模具芯管上，粘结成型大口径结构壁管材。本发明采用纤维复合材料取代原有高密度聚乙烯或聚丙烯，提高了产品的环刚度，同时在管材结构壁主体外表面热粘结不同材料、不同颜色的复合层，以满足工业应用当中的多样化需求。

Description

一种复合结构壁管材及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种结构壁管材，尤其是一种高环刚度的复合结构壁管材。本发明还涉及该复合结构壁管材的制备方法。
背景技术
目前，大口径结构壁管材属于化学建材领域，是以塑代钢，以塑代水泥的换代产品，应用于市政排水，远距离低压输水，矿山及化工排水，农田水利灌溉及通风管道及化工容器的制作等，对节省能源，减少污染，保护环境有重要意义。现有的结构壁管材通常包括管壁和沿管壁外表面螺旋排列的加强筋，其管壁单一采用高密度聚乙烯或聚丙烯材料热挤出缠绕成型，其加强筋包括聚丙烯骨架管和包覆在聚丙烯骨架管外的高密度聚乙烯层。这样的结构壁管材，主体材料为高密度聚乙烯和聚丙烯，层次单一，受材料弹性模量的限制，随着结构壁管材管径的增加其环刚度会迅速降低，给产品的正常使用带来极为不利的影响。目前这种结构壁管材的生产普遍采用单挤出机生产方式，用这种方式生产的管材存在如下缺陷：1、加强筋的高密度聚乙烯层有时不能完全包敷聚丙烯骨架管，形成外露，降低产品环刚度；2、包敷聚丙烯骨架管直径不宜过大，最大为54毫米，骨架尺寸受限制，影响产品环刚度；3、高密度聚乙烯用量多，生产成本高。
针对上述技术问题，中国专利200510012751.6公开了一种共挤热缠绕结构壁管材、加工方法及专用模具，借助共挤机头使得高密度聚乙烯能够完全包敷聚丙烯骨架管，同时也节省了材料，提高了生产效率。但是，其管材结构壁主体由高密度聚乙烯或聚丙烯组成，受材料弹性模量的限制，随着管径的增加其环刚度依然会迅速降低，影响产品的正常使用；另一方面，现有技术只能生产单一材料的管材，不能够在管材结构壁主体表面热粘结不同材料、不同颜色的复合层，以满足工业应用当中的多样化需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种复合结构壁管材，采用纤维复合材料取代原有高密度聚乙烯或聚丙烯，提高产品的环刚度，同时在管材结构壁主体外表面热粘结不同材料、不同颜色的复合层，以满足工业应用当中的多样化需求；本发明同时提供该复合结构壁管材的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种复合结构壁管材，结构中包括平带缠绕的管壁和沿管壁外表面螺旋缠绕排列的加强筋，所述平带包括纤维复合材料带和包覆在纤维复合材料带外的高密度聚乙烯层或聚丙烯层；所述加强筋包括纤维复合材料中空肋和包覆在纤维复合材料中空肋上的高密度聚乙烯管层或聚丙烯管层；所述纤维复合材料带和所述纤维复合材料中空肋的材料为高密度聚乙烯与纤维的复合材料。
本发明复合结构壁管材所述高密度聚乙烯与纤维的复合材料中的纤维采用玻璃纤维、碳纤维、木纤维、竹纤维、涤纶纤维中的一种或几种。
本发明复合结构壁管材所述高密度聚乙烯与纤维的复合材料中纤维的含量为5-55％。
本发明复合结构壁管材所述加强筋还包括一金属骨架管，所述纤维复合材料中空肋包覆于此金属骨架管上。
一种所述的复合结构壁管材的制备方法，采用两个平行的挤出机，一个挤出机共挤出包覆有高密度聚乙烯层或聚丙烯层的纤维复合材料带作为管壁平带，另一个挤出机共挤出包覆有高密度聚乙烯管层或聚丙烯管层的纤维复合材料中空肋作为加强筋，在线依次螺旋热缠绕到转动并轴向平移的模具芯管上，粘结成型大口径结构壁管材。
本发明的复合结构壁管材的制备方法，将高密度聚乙烯与纤维一次混炼挤出造粒，产物作为挤出机原料制备所述纤维复合材料带和所述纤维复合材料中空肋，其中纤维的含量为5-55％。
本发明的复合结构壁管材的制备方法，将纤维母粒与高密度聚乙烯原料机械搅拌混匀，作为挤出机原料制备所述纤维复合材料带和所述纤维复合材料中空肋，其中纤维的含量为5-55％。
本发明的复合结构壁管材的制备方法，所述纤维或纤维母粒采用玻璃纤维、碳纤维、木纤维、竹纤维、涤纶纤维中的一种或几种。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：由于采用纤维复合材料取代原有高密度聚乙烯或聚丙烯作为管材结构壁的主体，有效提高了产品的环刚度；另一方面，在同等的环刚度条件下，采用本发明的技术方案制备的结构壁管材的管重得到较大幅度的降低；同时纤维复合材料较高密度聚乙烯或聚丙烯材料成型效果好，利于产品的缠绕制造；由于在管材结构壁主体表面热粘结的复合层具有不同的颜色，其可以作为信号层，对产品的破裂、磨损等质量问题能够迅速的显示出来；复合层为高密度聚乙烯或聚丙烯材料，使得结构壁管材外表光滑整洁，保证产品的外观质量。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明第一实施例制备的结构壁管材的截面示意图；
图2是本发明第二实施例制备的结构壁管材的截面示意图；
图3是本发明第三实施例制备的结构壁管材的截面示意图；
图4是本发明第四实施例制备的结构壁管材的截面示意图；
图5是本发明制备过程的示意图。
图中：1-1、高密度聚乙烯层  1-2、聚丙烯层  2、纤维复合材料带  3、纤维复合材料中空肋  4、模具芯管  5-1、高密度聚乙烯管层  5-2、聚丙烯管层
具体实施方式
以下实施例详细说明了本发明。
实施例1
参看附图1、5，一种复合结构壁管材，结构中包括平带缠绕的管壁和沿管壁外表面螺旋缠绕排列的加强筋，所述平带包括纤维复合材料带2和包覆在纤维复合材料带2外的高密度聚乙烯层1-1；所述加强筋包括纤维复合材料中空肋3和包覆在纤维复合材料中空肋3上的高密度聚乙烯管层5-1；所述纤维复合材料带2和所述纤维复合材料中空肋3的材料为高密度聚乙烯与纤维的复合材料，其中纤维的含量为5％，纤维采用玻璃纤维、碳纤维和木纤维。
此复合结构壁管材的制备方法是：采用两个平行的挤出机，一个挤出机共挤出包覆有高密度聚乙烯层1-1的纤维复合材料带2作为管壁平带，另一个挤出机共挤出包覆有高密度聚乙烯管层5-1的纤维复合材料中空肋3作为加强筋，在线依次螺旋热缠绕到转动并轴向平移的模具芯管4上，粘结成型大口径结构壁管材；其中，将高密度聚乙烯与纤维一次混炼挤出造粒，产物作为挤出机原料制备纤维复合材料带2和纤维复合材料中空肋3。
根据环刚度计算公式：SN＝E*I/(D+2e)3(其中SN为环刚度，E为弹性模量，I为惯性矩，D为管直径，e为型心高)，计算采用本实施例的方法制备的结构壁管材的环刚度比现有结构壁管材提高了20-30％。
实施例2
参看附图2、5，一种复合结构壁管材，结构中包括平带缠绕的管壁和沿管壁外表面螺旋缠绕排列的加强筋，所述平带包括纤维复合材料带2和包覆在纤维复合材料带2外的聚丙烯层1-2；所述加强筋包括纤维复合材料中空肋3和包覆在纤维复合材料中空肋3上的聚丙烯管层5-2；所述纤维复合材料带2和所述纤维复合材料中空肋3的材料为高密度聚乙烯与纤维的复合材料，其中纤维的含量为10％，纤维采用竹纤维和涤纶纤维。
此复合结构壁管材的制备方法是：采用两个平行的挤出机，一个挤出机共挤出包覆有聚丙烯层1-2的纤维复合材料带2作为管壁平带，另一个挤出机共挤出包覆有聚丙烯管层5-2的纤维复合材料中空肋3作为加强筋，在线依次螺旋热缠绕到转动并轴向平移的模具芯管4上，粘结成型大口径结构壁管材；其中，将纤维母粒与高密度聚乙烯原料机械搅拌混匀，作为挤出机原料制备纤维复合材料带2和纤维复合材料中空肋3。
根据环刚度计算公式：SN＝E*I/(D+2e)3计算采用本实施例的方法制备的结构壁管材的环刚度比现有结构壁管材提高了60-70％。
实施例3
参看附图3、5，一种复合结构壁管材，结构中包括平带缠绕的管壁和沿管壁外表面螺旋缠绕排列的加强筋，所述平带包括纤维复合材料带2和包覆在纤维复合材料带2外的高密度聚乙烯层1-1；所述加强筋包括纤维复合材料中空肋3和包覆在纤维复合材料中空肋3上的聚丙烯管层5-2；所述纤维复合材料带2和所述纤维复合材料中空肋3的材料为高密度聚乙烯与纤维的复合材料，其中纤维的含量为20％，纤维采用碳纤维、木纤维和竹纤维。
此复合结构壁管材的制备方法是：采用两个平行的挤出机，一个挤出机共挤出包覆有高密度聚乙烯层1-1的纤维复合材料带2作为管壁平带，另一个挤出机共挤出包覆有聚丙烯管层5-2的纤维复合材料中空肋3作为加强筋，在线依次螺旋热缠绕到转动并轴向平移的模具芯管4上，粘结成型大口径结构壁管材；其中，将高密度聚乙烯与纤维一次混炼挤出造粒，产物作为挤出机原料制备纤维复合材料带2和纤维复合材料中空肋3。
根据环刚度计算公式：SN＝E*I/(D+2e)3计算采用本实施例的方法制备的结构壁管材的环刚度比现有结构壁管材提高了190-210％。
实施例4
参看附图4、5，一种复合结构壁管材，结构中包括平带缠绕的管壁和沿管壁外表面螺旋缠绕排列的加强筋，所述平带包括纤维复合材料带2和包覆在纤维复合材料带2外的聚丙烯层1-2；所述加强筋包括纤维复合材料中空肋3和包覆在纤维复合材料中空肋3上的高密度聚乙烯管层5-1；所述纤维复合材料带2和所述纤维复合材料中空肋3的材料为高密度聚乙烯与纤维的复合材料，其中纤维的含量为55％，纤维采用玻璃纤维和涤纶纤维。
此复合结构壁管材的制备方法是：采用两个平行的挤出机，一个挤出机共挤出包覆有聚丙烯层1-2的纤维复合材料带2作为管壁平带，另一个挤出机共挤出包覆有高密度聚乙烯管层5-1的纤维复合材料中空肋3作为加强筋，在线依次螺旋热缠绕到转动并轴向平移的模具芯管4上，粘结成型大口径结构壁管材；其中，将纤维母粒与高密度聚乙烯原料机械搅拌混匀，作为挤出机原料制备纤维复合材料带2和纤维复合材料中空肋3。
根据环刚度计算公式：SN＝E*I/(D+2e)3计算采用本实施例的方法制备的结构壁管材的环刚度比现有结构壁管材提高了280-300％。
本发明的上述实施例中，由于在管材结构壁主体表面热粘结的复合层具有不同的颜色，其可以作为信号层，当产品发生破裂、磨损等质量问题的时候，能够迅速的显示出来；另外，还可以通过在复合层的材料中添加不同的添加剂以达到抗紫外线、抗老化、特殊耐磨、耐油、阻燃、导电等功能，以满足工业应用当中的多样化需求。
本发明上述实施例中管壁和加强筋的厚度均依照行业标准确定，其中包覆层的厚度为0.1-3mm。
上述描述仅作为本发明可实施的技术方案提出，不作为对其技术方案本身的单一限制条件。

Claims (8)

1.一种复合结构壁管材，结构中包括平带缠绕的管壁和沿管壁外表面螺旋缠绕排列的加强筋，其特征在于：所述平带包括纤维复合材料带(2)和包覆在纤维复合材料带(2)外的高密度聚乙烯层(1-1)或聚丙烯层(1-2)；所述加强筋包括纤维复合材料中空肋(3)和包覆在纤维复合材料中空肋(3)上的高密度聚乙烯管层(5-1)或聚丙烯管层(5-2)；所述纤维复合材料带(2)和所述纤维复合材料中空肋(3)的材料为高密度聚乙烯与纤维的复合材料。
2.根据权利要求1所述的复合结构壁管材，其特征在于：所述高密度聚乙烯与纤维的复合材料中的纤维采用玻璃纤维、碳纤维、木纤维、竹纤维、涤纶纤维中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的复合结构壁管材，其特征在于：所述高密度聚乙烯与纤维的复合材料中纤维的含量为5-55％。
4.根据权利要求1所述的复合结构壁管材，其特征在于：所述加强筋还包括一金属骨架管，所述纤维复合材料中空肋(3)包覆于此金属骨架管上。
5.一种权利要求1所述的复合结构壁管材的制备方法，其特征在于：采用两个平行的挤出机，一个挤出机共挤出包覆有高密度聚乙烯层(1-1)或聚丙烯层(1-2)的纤维复合材料带(2)作为管壁基层，另一个挤出机共挤出包覆有高密度聚乙烯管层(5-1)或聚丙烯管层(5-2)的纤维复合材料中空肋(3)作为加强筋，在线依次螺旋热缠绕到转动并轴向平移的模具芯管(4)上，粘结成型大口径结构壁管材。
6.根据权利要求5所述的复合结构壁管材的制备方法，其特征在于：将高密度聚乙烯与纤维一次混炼挤出造粒，产物作为挤出机原料制备所述纤维复合材料带(2)和所述纤维复合材料中空肋(3)，其中纤维的含量为5-55％。
7.根据权利要求5所述的复合结构壁管材的制备方法，其特征在于：将纤维母粒与高密度聚乙烯原料机械搅拌混匀，作为挤出机原料制备所述纤维复合材料带(2)和所述纤维复合材料中空肋(3)，其中纤维母粒的含量为5-55％。
8.根据权利要求6或7所述的复合结构壁管材的制备方法，其特征在于：所述纤维或纤维母粒采用玻璃纤维、碳纤维、木纤维、竹纤维、涤纶纤维中的一种或几种。
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