CN102072365B - 柔性编织金属丝网骨架塑料复合管制造方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种柔性编织金属丝网骨架塑料复合管制造方法及其装置，在钢丝编织机导向盘的中心安装一个固定芯轴，分别为芯轴尾段、芯轴中段和芯轴头段。设置纵向牵引圆周钢丝列，直线钢丝的锭子安装在固定芯轴的四周，直线钢丝逐根穿过限定器呈圆周均匀排列。编织机将编网钢丝交叉在直线钢丝外进行筒形编织时纵向前进，挤出机将熔融的塑料通过注射机头热流道环形带，使塑料压力均匀分配并包覆丝网骨架向前推进，形成管道的雏形再通过定型模的真空吸附定型，从而得到内外壁较光滑的塑料管。本发明采用了纵向牵引圆周钢丝列，使编网钢丝可以在带有一定斜度的固定芯轴及其圆周排列的直线钢丝上进行菱形孔状的丝网骨架编织。本发明的生产工艺简单，明显降低生产成本，提高了生产效率。

Description

柔性编织金属丝网骨架塑料复合管制造方法及其装置

技术领域

本发明涉及城市给排水管材，特别涉及一种柔性编织金属丝网骨架塑料复合管制造方法及其装置。

背景技术

近年来市政建设改造工程有了极大的发展，为此建设部门和环保部门对城市给排水采用的管材提出了更高的要求，在给水管道的制作中目前大量采用聚乙烯PE、HDPE材料，与传统的钢管、球墨铸铁管、水泥管相比较，聚乙烯塑料管具有安全卫生、管件连接稳定可靠、抗冲击、抗开裂、抗老化、耐腐蚀等一系列优点，尤其管内壁材料的非粘附性可避免水垢的生成，光滑的管内壁降低了输送水的压力与能耗的损失。但由于材料的单一性，聚乙烯塑料管也存在着管道抗压强度不足(如10Mpa)、热变形与膨胀系数大等缺陷，由此使得其使用范围受到局限。为此，近年来国内外均采用多种工艺方法及装置制作钢塑复合管，以提高塑料管的强度与刚度，获得耐压10Mpa以下的各种压力等级的管材，使其应用领域更为广泛。

目前国内外钢塑复合管材生产的现状如下：

一、多层塑料钢丝网骨架复合塑料管

这是当前应用较为普遍的一种钢塑复合管，已制定了标准号为CJ/T189行业标准。参看图1，钢丝网骨架置于多层塑料的中间层，图中标号：11为内层塑料，12为专用热溶胶，13为缠绕钢丝网，14为专用热溶胶，15为外层塑料。这种钢塑复合管的成型工艺及生产过程如下：

挤出机挤出内层塑料管→牵引定型过程中，内层塑料管逐渐降温定型→内层塑料管外壁喷涂一层专用热溶胶→热溶胶空气表面降温后，再由钢丝编织机在其表面交叉编织钢丝网骨架→丝网表面再喷涂一层热溶胶→另一台挤出机挤出外层塑料塑料管→牵引定型。

该工艺是以内层塑料管作为金属丝网编织的钢性基体，金属丝较容易在钢性的内层塑料管外围进行钢丝网骨架编织成型，再进行后续外覆塑料工艺，其中专用热熔胶的作用是固定丝网骨架和内外层管壁塑料热熔粘结的过度界面层。

采用上述生产方法制作的复合管具有下列优点：

(1)可连续挤出成型生产，管材长度可随机定尺取割。

(2)根据复合管压力等级的要求可以调整钢丝的线径与丝网编织的密度，可方便获得各种压力等级的管材。

所具有的缺点如下：

(1)工艺繁琐，流水线需内、外管两台挤出机及两台热溶胶喷涂机以及相应的辅助装置。

(2)多层结构，尤其中间层的热溶胶与内外层塑料非同种材料，仅靠塑料管内外表面热熔胶过渡粘接，影响复合管的整体强度。

二、孔网钢带塑料复合管

孔网钢带塑料复合管是近年来国内外较流行并应用较为普遍的一种复合塑料管，其结构实际是采用冲孔钢板卷成管筒状，卷筒后采用直流脉冲氩弧焊机对管状冲孔钢板进行纵缝式螺旋状焊接而形成一个钢性管筒金属骨架。

挤出工艺采用侧进复合机头，骨架通过机头中心外层的熔融塑料层，挤出机的压力使塑料均匀分布在骨架外表并通过冲孔板的孔口进入骨架内形成复合管内壁。

具有下列优点：

(1)采用一体化设计，管材强度、刚度高。

(2)由于冲孔板加工成钢性的管筒体作为骨架，简化了包塑工艺，可采用单一挤出机直接复合成型。

所具有的缺点如下：

(1)冲孔钢板受工艺限制，一般冲孔率在20％～30％左右，因此复合管内外层塑料相互接触的面积基本上也在30％左右，由于塑料与钢的线膨胀系数相差近一个数量级，故温度的变化引起的内应剪切力直接影响复合管制品的质量。

(2)骨架采用钢板精密裁剪后冲孔切割、分段、卷筒、焊接等一系列工序，因此制作工艺繁琐，骨架制作成本高。

三、关于类似钢塑复合管之类的产品及其应用前景，自上世纪90年代初有关的厂商和研究部门已对此进行了专门的研究试验，并对其生产装置和工艺完成了多项专利申请、公开技术和文献。如专利文献《制造金属骨架增强复合塑料管材的方法及装置》阐述了网状筒形钢筋骨架的制造方法，该方法主要采用多根轴向钢筋，用至少一根周向钢筋通过螺旋型旋转缠绕，并通过焊接装置将周向和轴向钢筋交叉点焊接形成网状筒形钢筋骨架。但是该方法存在某些不足之处：

(1)抗弯强度差。

采用周向钢筋以螺纹绕转方式在多根轴向钢筋外围进行缠绕，由于塑与钢膨胀系数的较大差异会导致塑料与钢筋粘合的实际脱离，其螺旋环形状圆周钢丝周围形成内含钢丝类似阶段螺旋式的环形空腔，使此处的有效壁厚减少，并且空腔处为应力集中处，使抗弯强度降低。

(2)多次连续焊接。

采用正负极连接的焊接将焊接电流传到周向钢筋和轴向钢筋交叉接触点进行连续焊接，当焊接时钢筋交叉点的钢筋在瞬间会发生熔融，其间钢筋的力学性能发生极大的变化。但轴向钢筋一直处于较强的张力状态，轴向钢筋会发生崩断，特别是采用较细的轴向钢筋时，此类情况尤为突出。

发明内容

本发明的目的是提供一种柔性编织金属丝网骨架塑料复合管制造方法及其装置，它克服了上述现有技术的缺点，解决了上述国内外各种钢塑复合管材在制造中所存在的问题。

本发明的技术解决方案如下：

一种柔性编织金属丝网骨架塑料复合管制造方法，采用牵引机、钢丝编织机和挤出机，采取以下制造方法：

在钢丝编织机导向盘的中心安装一个固定芯轴，固定芯轴由三段组成，分别为芯轴尾段、芯轴中段和芯轴头段；其中芯轴尾段与编织机导向盘的中心固定连接；芯轴中段带有向前顺势的斜度6°～8°，作为丝网编织的基体，使编网钢丝在其上进行编织网状骨架层；芯轴头段为塑料管成型部位，芯轴头段的直径尺寸为塑料管的内径，塑料管的外径由成型模具腔体直径而定，芯轴头段也带有向前顺势的斜度2°～3°，为塑料管内腔的脱模斜度；

设置纵向牵引圆周钢丝列，直线钢丝的锭子安装在固定芯轴的四周，直线钢丝逐根穿过限定器呈圆周均匀排列，圆周最终直径调整为产品管壁的中心直径；在工作时数根直线钢丝纵向与芯轴外围紧贴，由于编网钢丝的锭子安装在钢丝编织机导向盘的外沿周，编网钢丝再在直线钢丝外周交叉进行编织，形成类似多角形轨迹圆形的丝网管状；

在生产时先将纵向直线钢丝和编织丝网的钢丝牵头集束穿过挤出机定型口模和真空定型冷却段至牵引机处，用一个钢丝夹持分配器将纵向直线钢丝均匀圆周分列，当牵引机开动时由于直线钢丝受较大的牵引拉力使钢丝呈绷紧状态，调整牵引速度，使编网的速度与塑料成型速度同步，当生产线全部设备启动后正式开始生产运作；

编织机将编网钢丝交叉在直线钢丝外进行筒形编织时纵向前进，挤出机将熔融的塑料通过注射机头热流道环形带，使塑料压力均匀分配并包覆丝网骨架向前推进，形成管道的雏形再通过定型模的真空吸附定型，从而得到内外壁较光滑的塑料管。

所述牵引机的牵引速度调整为24～68m/h。

牵引力通过锭子装置进行调整，直线钢丝采用Φ1mm，单根牵引力调整为100kg；编网钢丝采用Φ0.7mm，单根牵引力调整为20kg。

一种实施柔性编织金属丝网骨架塑料复合管制造方法的装置，所述钢丝编织机导向盘外沿周设有数个以行星齿轮方式转动的轴，转动轴上承插缠绕编网钢丝的锭子，可调整钢丝张力，运转时锭子进行相互交叉和正弦曲线状的环行运动，使钢丝在管体上编织网状骨架层；

所述钢丝编织机导向盘的中心装有一个固定芯轴，该固定芯轴由芯轴尾段、芯轴中段和芯轴头段组成，在固定芯轴的四周安装直线钢丝锭子；

所述固定芯轴的芯轴尾段与芯轴中段之间装有限定器，直线钢丝逐根穿过限定器呈圆周均匀排列，并呈纵向牵引圆周钢丝列。

本发明的制造方法及其装置具有下列主要特点和积极的效果：

1、通过纵向牵引圆周钢丝列的装置使之成为牵引力的主要载体，因直线钢丝具有较强的张力，使编织在上面的类似多角形轨迹圆形的柔性丝网筒形在与塑料复合成型时仍保持稳定状态，解决了丝网受牵引力变形的问题。

2、编织机中心部位安装具有一定斜度的固定芯轴，固定芯轴外周置有纵向圆周钢丝列，可以使编网钢丝在其外周编织具有菱形孔形的金属丝网筒型骨架，固定芯轴具有一定的斜度(即脱模斜度)，可以使编织的筒形网在牵引力下方便脱滑出，并在圆周钢丝列外围保持稳定状态。

3、与传统的多层塑料丝网骨架塑料复合管比较，生产工艺相对简单，可直接将编织的柔性金属丝网骨架与塑料一次挤出成型，明显降低生产成本。

4、与刚性冲孔板的金属网骨架比较，本发明的丝网骨架具有较大的穿透率，使复合管内外层塑料相互接触的面积达85％以上，形成整体强度高、线膨胀系数稳定的钢塑复合管。

5、由于编织机原理可使编网钢丝可反复交叉重叠编出菱形孔状，编网层厚度均匀，网孔大小可调，使管体的抗压强度等综合性能得到保证，尤其提高了管体的抗弯强度。

6、管材生产长度可不受长度限制，单个锭子附属的梭芯可缠绕钢丝约300m长，再考虑线接头及焊接因素，理论上可不间断连续生产，提高生产效率。

附图说明

图1是目前普遍采用的一种钢塑复合管的结构示意图。

图2是本发明的一种柔性编织金属丝网骨架塑料复合管制造装置的结构示意图。

图1中标号：11为内层塑料，12为专用热溶胶，13为缠绕钢丝网，14为专用热溶胶，15为外层塑料。

图2中标号：1为钢丝编织机，2为导向盘，3为固定芯轴，31为芯轴尾段、32为芯轴中段，33为芯轴头段，4为直线钢丝锭子，5为直线钢丝，6为编网钢丝锭子，7为编网钢丝，8为限定器，21为侧进挤出机，22为管材成型模，23为热流道环形带，24为注射孔，25为N个分流孔，26为塑料管内径，27为塑料管外径。

具体实施方式

下面结合附图和较佳实施例对本发明作详细描述。

按本发明的一种柔性编织金属丝网骨架塑料复合管制造方法，采用通用设备牵引机、钢丝编织机和挤出机，挤出机例如为螺杆挤出机。塑料成型工艺也为普通塑料管的成型工艺，如挤出→成型→真空定型→冷却等。

参看图2，卧式钢丝编织机1具有大型固定竖立的导向盘2，在导向盘2的中心安装一个固定芯轴3，固定芯轴3由三段组成，分别为芯轴尾段31、芯轴中段32和芯轴头段33。芯轴尾段31与编织机导向盘2的中心固定连接。芯轴中段32带有向前顺势的斜度6°～8°，作为丝网编织的基体，可以使编网钢丝7在其上进行编织网状骨架层，当稍有纵向牵引力时可方便地从芯轴中段32滑出至芯轴头部。芯轴头段33为塑料管成型部位，芯轴头段33的直径尺寸为塑料管的内径26，塑料管的外径27由管材成型模具22腔体直径而定。芯轴头段33也带有向前顺势的斜度2°～3°，为塑料管内腔的脱模斜度。

在固定芯轴上编织网状骨架层时，芯轴的外径限定了筒网的尺寸，当筒网受力后脱离芯轴但此时已编织好的丝网无内部支撑物呈柔性状态，丝网受牵引力的影响，菱形孔状网变窄、拉长向内收缩变形，在塑料共挤时将会使钢丝网暴露出内壁而导致失效。

因此本发明增设了纵向直线牵引的圆周钢丝列，直线钢丝数量视管径大小而定，如Φ100的管径，采用八根直线钢丝或十六根钢丝。将直线钢丝的锭子4安装在固定芯轴3的四周，直线钢丝5逐根穿过限定器8呈圆周均匀排列，圆周最终直径调整为产品管壁的中心直径。在工作时八根直线钢丝5纵向与芯轴3外围紧贴，由于编网钢丝的锭子6安装在钢丝编织机导向盘2的外沿周，编网钢丝7再在直线钢丝5外周交叉进行编织，形成类似多角形轨迹圆形的丝网管状。在工作时直线纵向钢丝将主要承担牵引力而同时在已编织的柔性丝网内部起支撑依托作用，编织丝网与侧进挤出机21定向推力挤出的熔融塑料随附直线钢丝牵引同步向前推进，完成挤塑复合过程。

由于纵向直线钢丝5承担主要牵引载荷，并作为柔性丝网骨架与塑料成型受力时的依附载体，在生产时，先将纵向直线钢丝5和编织丝网7的钢丝牵头集束穿过挤出机定型口模和真空定型冷却段至牵引机处，用一个钢丝夹持分配器将纵向直线钢丝均匀圆周分列，当牵引机开动时由于直线钢丝5受较大的牵引拉力使钢丝呈绷紧状态，调整牵引速度，使编网的速度与塑料成型速度同步，如将牵引速度调整为24～68m/h。当生产线全部设备启动后正式开始生产运作。

在具体操作时牵引力通过锭子装置可进行适当调整，如直线钢丝5采用Φ1mm，单根牵引力调整为100kg；而编网钢丝7采用Φ0.7mm，单根牵引力调整为20kg。

编织机将编网钢丝7交叉在直线钢丝5外进行筒形编织时纵向前进，挤出机将熔融的塑料通过注射机头热流道环形带23，使塑料压力均匀分配并包覆丝网骨架向前推进，形成管道的雏形再通过定型模的真空吸附定型，从而得到内外壁较光滑的塑料管。

在工作初始状态，尤其是挤出机机头初段出料时，置于中层位置的钢丝网结构受到塑料的挤压产生部分游离位移，当进料速度均匀后直线钢丝由于张力和熔融塑料的阻尼作用而逐步使丝网骨架回复至设计要求的位置，即金属丝网处于管壁的中心位置。

当成型管头部进入牵引段时，在牵引力的作用下由塑料、直线钢丝、编织丝网骨架形成的整体管也将均速同步前进。

再参看图2，本发明的一种柔性编织金属丝网骨架塑料复合管制造装置的构造如下：

钢丝编织机导向盘2外沿周设置数个以行星齿轮方式转动的轴，在转动轴上承插编网钢丝锭子6，锭子6缠绕编网钢丝7，并可调整钢丝使之具有所要求的张力。运转时编网钢丝锭子6进行相互交叉和正弦曲线状的环行运动，使钢丝在管体上编织网状骨架层。

钢丝编织机导向盘2的中心安装一个固定芯轴3，该固定芯轴3由芯轴尾段31、芯轴中段32和芯轴头段33组成。在固定芯轴3的四周安装直线钢丝锭子4。在固定芯轴3的芯轴尾段31与芯轴中段32之间装有限定器8，直线钢丝5逐根穿过限定器8呈圆周均匀排列，并呈纵向牵引圆周钢丝列。

本发明采用了纵向牵引圆周钢丝列，使编网钢丝可以在带有一定斜度的固定芯轴及其圆周排列的直线钢丝上进行菱形孔状的丝网骨架编织，作为载体直线圆周钢丝列外周编织的类似多角形轨迹圆形的筒形柔性丝网在受牵引力向前移动，尤其在脱离固定芯轴时仍保持一定的稳定状态。通过直线钢丝的牵引减小了柔性丝网骨架的牵引变形，并因塑料挤出导向推力使之同步纵向前进，实现了制作具有金属丝网骨架塑料复合管的要求。

当然，本技术领域内的一般技术人员应当认识到，上述实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对上述实施例的变换、变型都将落在本发明权利要求的范围内。

Claims (4)

1.一种柔性编织金属丝网骨架塑料复合管制造方法，采用牵引机、钢丝编织机和挤出机，其特征在于，采取以下制造方法：

在钢丝编织机导向盘的中心安装一个固定芯轴，固定芯轴由三段组成，分别为芯轴尾段、芯轴中段和芯轴头段；其中芯轴尾段与编织机导向盘的中心固定连接；芯轴中段带有向前顺势的斜度6°～8°，作为丝网编织的基体，使编网钢丝在其上进行编织网状骨架层；芯轴头段为塑料管成型部位，芯轴头段的直径尺寸为塑料管的内径，塑料管的外径由成型模具腔体直径而定，芯轴头段也带有向前顺势的斜度2°～3°，为塑料管内腔的脱模斜度；

设置纵向牵引圆周钢丝列，直线钢丝的锭子安装在固定芯轴的四周，直线钢丝逐根穿过限定器呈圆周均匀排列，圆周最终直径调整为产品管壁的中心直径；在工作时数根直线钢丝纵向与芯轴中段的外围紧贴，由于编网钢丝的锭子安装在钢丝编织机导向盘的外沿周，编网钢丝再在直线钢丝外周交叉进行编织，形成类似多角形轨迹圆形的丝网管状；

在生产时先将纵向直线钢丝和编织丝网的钢丝牵头集束穿过挤出机定型口模和真空定型冷却段至牵引机处，用一个钢丝夹持分配器将纵向直线钢丝均匀圆周分列，当牵引机开动时由于直线钢丝受较大的牵引拉力使钢丝呈绷紧状态，调整牵引速度，使编网的速度与塑料成型速度同步，当生产线全部设备启动后正式开始生产运作；

编织机将编网钢丝交叉在直线钢丝外进行筒形编织时纵向前进，挤出机将熔融的塑料通过注射机头热流道环形带，使塑料压力均匀分配并包覆丝网骨架向前推进，形成管道的雏形再通过定型模的真空吸附定型，从而得到内外壁较光滑的塑料管。

2.根据权利要求1所述的柔性编织金属丝网骨架塑料复合管制造方法，其特征在于，所述牵引机的牵引速度调整为24～68m/h。

3.根据权利要求1所述的柔性编织金属丝网骨架塑料复合管制造方法，其特征在于，牵引力通过锭子装置进行调整，直线钢丝采用Φ1mm，单根牵引力调整为100kg；编网钢丝采用Φ0.7mm，单根牵引力调整为20kg。

4.一种实施权利要求1所述的柔性编织金属丝网骨架塑料复合管制造方法的装置，其特征在于，所述钢丝编织机导向盘外沿周设有数个以行星齿轮方式转动的轴，转动轴上承插缠绕编网钢丝的锭子，可调整钢丝张力，运转时锭子进行相互交叉和正弦曲线状的环行运动，使钢丝在管体上编织网状骨架层；

所述钢丝编织机导向盘的中心装有一个固定芯轴，该固定芯轴由芯轴尾段、芯轴中段和芯轴头段组成，在固定芯轴的四周安装直线钢丝锭子；

所述固定芯轴的芯轴尾段与芯轴中段之间装有限定器，直线钢丝逐根穿过限定器呈圆周均匀排列，并呈纵向牵引圆周钢丝列。

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