CN103802327A - 一种热塑性复合材料连续管的生产线 - Google Patents

Abstract

一种热塑性复合材料连续管的生产线，包括前热塑管材挤出机、牵引机、纤维结构层成型机组、热烘箱、后热塑管材挤出机、冷却装置、收卷机，其特征在于：纤维结构层成型机组与台热烘箱组合成若干个结构层塑化单元组合，第一种塑化单元组合由纵向间隔排列的一至三台条束缠绕机与后续的一个热烘箱组成、第二种由纵向间隔排列的一至三台编织机与后续的一个热烘箱组成、第三种由纵向间隔排列的一至三台条束缠绕机与一至三台编织机交错混编后与后续的一个热烘箱组成，在牵引机与后热塑管材挤出机之间是上述三种结构层塑化单元组合中一种的若干个结构层塑化单元组合的纵向排列。提高了各层二次热熔均匀度，加强了连续管承压力，混编提高性价比。

Description

一种热塑性复合材料连续管的生产线

技术领域：

本发明涉及复合材料管材加工设备，特别是一种热塑性复合材料连续管的生产线。

背景技术：

管道在液气输送过程中，要求具备高强度、小阻力、抗腐蚀等能力，同时在各种工况要求承受不同压力，为了满足从低压至高压的各种不同的场所使用，提供不同性价比产品，热塑性复合材料连续管应运而生。这种热塑性复合材料管，其优点在于：耐压、耐腐蚀，重量轻，同时理论上一根管可以无限长，可按需取长。

现有热塑性连续管生产线由依次排列的前热塑管材挤出机、牵引机、纤维结构层成型机组、热烘箱、后热塑管材挤出机、冷却装置、收卷机组成。热塑管材挤出机为常规设备，前热塑管材挤出机注塑成型挤出塑料管后经过外圆真空定型、再行冷却，其终端挤推出塑料管作为连续管的内层管。 

而后内层管进入牵引机，牵引机由电机传动机构带动上下两副履带，履带上的活节块外侧呈梯形槽状，上下活节块梯形槽夹持内层管上下外圆，将其往前推送进入纤维纤维结构层成型机。现有生产线上纤维结构层成型机组是若干台条束缠绕机纵向间隔排列、或是若干台编织机纵向间隔排列，机种择一使用。 

纤维条原材料为预浸塑性树脂的纤维束，即将若干根纤维丝条并拢后浸入树脂，使之抱团成束。国外有专业生产这种预浸纤维束的工厂，国内则为生产热塑性连续管的厂家自行加工后，再用在连续管生产线上，这种生产预浸纤维束技术已为常规技术。 

常规设备条束缠绕机结构为一个纵立机架中央固定的轴套外圆通过轴承套合一个转盘，转盘与电机传动机构实施传动连接，转盘上环周均布若干个轴承，纱锭座下段轴套合在轴承内圆中，纱锭座上段轴上套合一个附有阻尼力的纱锭套筒，纱锭套筒上套合纤维卷筒；纱锭套筒的作用在于纱锭套筒附有阻尼机构，放线时不会自由放线要有一定的拉力克服阻尼力才放线，以便绷紧拉线。环周均布的若干个纤维卷筒上牵引出若干条纤维条向前从对应限位杆绕过后，绕卷在穿过纵立机架中央轴套内孔、并向前行进的内层管外圆上。由于转盘是旋转的、内层管是前行的、纤维条是周向间隔的，所以纤维条是一根根紧挨呈螺旋线状缠绕在内层管外圆上。缠绕机是多台呈纵向间隔排列，内层管过一台缠绕机就缠绕一层纤维条，相邻的两台缠绕机转盘旋向互为反向，所以纤维条缠绕层呈正反向多层次缠绕。 

常规设备编织机由纵立底盘、电机传动机构、内外圈小转盘组、滑行销轴、纱锭座组成。纵立底盘为组合件，盘面上设有两组内外环槽，环槽形状为环周S形槽，两组S形槽交叉形成环周弦向“8”字形槽。若干个滑行销轴分成A.B两组其底段台阶轴等间距分别套在内外环槽中作A.B两组环周公转，同时又作周向S形滑行，A.B两组滑行销轴的环周公转互为反向。纵立底盘上环周均布的若干个定位销轴上动配合套有小转盘，每两个小转盘互为紧邻，每个小转盘上均布设有四个U形缺口，这U形缺口可四分之一圈运行套合在滑行销轴上、四分之一圈运行与滑行销轴脱开，可夹持滑行销轴顺沿着纵立底盘上的环周S形槽前行，相邻的两个小转盘旋向互为反向，每个小转盘皆与电机传动机构实施齿轮传动连接。以顺时针方向的M、N紧邻的二个小转盘为例 ，当M小转盘上外半圆一个U形缺口夹持A组滑行销轴转到M、N小转盘相连续管处时，N小转盘上一个内空U形缺口反时针方向也转到相切处接过A组滑行销轴在N小转盘下方的A组S形槽内半圆中作滑行，滑行总体方向是顺时针S形公转；下一个四分之一圈是N小转盘上外半圆一个U形缺口夹持B组滑行销轴转到M、N小转盘相切处时，M小转盘上一个内空U形缺口顺时针方向也转到相切处接过B组滑行销轴在M小转盘下方的B组S形槽内半圆中作滑行，滑行总体方向是反时针S形公转，实现A.B两组的错时交叉互为反向运行。每个滑行销轴顶部安装一个纱锭座，若干个纱锭座上纱锭套筒的纤维条被牵引到内层管外圆上，则作同样的错时交叉互为反向运行，而且是一个又一个纤维条轮转交替换位的错时交叉互为反向运行，从而实现一个纤维条网状编织。 

纱锭座由纱锭底盘、纱锭轴、纱锭套筒、阻尼机构、张紧机构组成，纱锭套筒内设有上、下轴承座，台阶轴状的纱锭轴固定在纱锭底盘通孔中，纱锭轴通过上、下轴承与纱锭套筒的上、下轴承座套合固定；纱锭套筒上附有阻尼机构，其作用在于：放线时不会自由放线要有一定的拉力克服阻尼力才放线，以便绷紧拉线。纱锭座上的张紧机构是让纱锭座的纱锭轴外圆动配合的纤维卷筒上引出的纤维条绕行张紧机构后，才引向内层管外圆。其作用是让纤维条在张紧机构出口至贴上内层管外圆面之间丝条能有预拉力、呈紧绷状态。该张紧机构为纱锭座上固定两根平行的钢管作为轨道，一个定滑轮的定位底座套合固定在一根钢管底部，另有一个动滑轮的矩形底座的两个通孔动配合套在两根钢管上。在一根钢管上套合有压缩弹簧，压缩弹簧两端分别压迫在定位底座、矩形底座之间，纤维条从纤维卷筒上引出后，先环绕定滑轮，再环绕动滑轮，而后才引向内层管外圆面，而拉力是从内层管向前行进引发的，该前行拉力迫使动滑轮向定滑轮靠近从而压迫压缩弹簧获得纤维条张紧的预拉力。当纤维卷筒随滑行销轴作S形运行时，其与纵立底盘中心孔轴心线的间距半径是个变量，这变量等于小转盘的直径长，所以卷筒放线存在这个变量差，若没有张紧结构，这突发的变量差会使这引出线突发松懈状，则纤维条无法有序紧贴在内层管外圆上。 

这种网状编织层比缠绕机的螺旋线纤维丝条层的包复机械强度更大，但设备成本高些。编织机是多台呈纵向间隔排列，内层管过一台编织机就缠绕一层网纤维条编织网。 

从终端条束缠绕机或终端编织机引出的内层管外圆包裹着纤维条层形成包裹管进入热烘箱进行二次热熔，热烘箱由机架、箱形体及内置电热器组成。 

从热烘箱引出的已二次热熔的双层管进入后热塑管材挤出机进行外层管注塑。 

从后热塑管材挤出机引出的三层成品管再进入冷却装置进行过水槽或水喷淋冷却。

从冷却装置引出的三层成品管被收卷机牵引卷绕在连续管卷筒上。 

这种结构的缺陷在于： 

1、纱锭座上的张紧机构以压缩弹簧进行调压，滑行销轴走S形，放线变量差大，张紧力变量也大，使纤维条产生突发松懈，也影响了缠绕在内层管上的包裹力；弹簧力是与弹簧轴向长度变量的平方成正比，不是线性比，所以纤维条张紧的预拉力变量不是线性比而是几何级比，幅度变数大。纤维条是有弹性的，其截面粗细受拉力影响，所以预拉力变量引发缠绕纤维条粗细变量，则在内层管上缠绕的纤维条粗细。松紧不均。

2、这种多层预浸纤维束包裹后进入热烘箱二次热熔时，内层比外层受热的温度低，各层的热熔度不匀，影响到产品机构强度和品质。 

3、纤维包裹层若全是螺旋线，其包裹耐压机械强度不大，若全用编织机，包裹层是交叉网状结构，其耐压机械强度大，但编织机结构比缠绕机结构复杂，成本高，同样直径的产品仅有两种承压档次的产品，没有中间承压档次产品，不能满足不同梯次、不同性价比产品的需求。 

发明内容：

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种热塑性复合材料连续管的生产线。

本发明的方案是：包括前热塑管材挤出机、牵引机、纤维结构层成型机组、热烘箱、后热塑管材挤出机、冷却装置、收卷机，其特征在于：纤维结构层成型机组与台数增加的热烘箱组合成若干个结构层塑化单元组合，第一种结构层塑化单元组合由纵向间隔排列的一至三台条束缠绕机与后续的一个热烘箱组成、第二种结构层塑化单元组合由纵向间隔排列的一至三台编织机与后续的一个热烘箱组成、第三种结构层塑化单元组合由纵向间隔排列的一至三台条束缠绕机与一至三台编织机交错混编后与后续的一个热烘箱组成，在牵引机与后热塑管材挤出机之间是上述三种结构层塑化单元组合中一种的若干个结构层塑化单元组合的纵向排列。 

本发明的优点在于：提高了各纤维结构层间的二次热熔均匀度，同时也加强了连续管的承压力度。可按压力要求组合缠绕机、编织机混编，提高性价比，适应各种档次要求；张紧机构的预拉力较均衡，提高产品质量；纤维条底层与内层管管面粘结强度提高。本生产线除能够生产预浸后全热熔管，还可以生产预浸非热熔管，非预浸非热熔管。 

附图说明：

图1为本发明的结构示意图。

图2为热塑管材挤出机的结构示意图。 

图3为条束缠绕机的结构示意图。 

图4为编织机的结构示意图。 

图5为现有技术编织机纱锭座张紧机构的结构示意图。 

图6为本发明的编织机纱锭座张紧机构的结构示意图。 

具体实施方式：

本发明结构包括前热塑管材挤出机1、牵引机2、纤维结构层成型机组、热烘箱7、后热塑管材挤出机6、冷却装置9、收卷机8，其特征在于：纤维结构层成型机组与台数增加的热烘箱组合成若干个结构层塑化单元组合，第一种结构层塑化单元组合由纵向间隔排列的一至三台条束缠绕机4与后续的一个热烘箱7组成、第二种结构层塑化单元组合由纵向间隔排列的一至三台编织机5与后续的一个热烘箱7组成、第三种结构层塑化单元组合由纵向间隔排列的一至三台条束缠绕机4与一至三台编织机5交错混编后与后续的一个热烘箱7组成，在牵引机2与后热塑管材挤出机6之间是上述三种结构层塑化单元组合中一种的若干个结构层塑化单元组合的纵向排列。

编织机5纱锭座包括纱锭底盘、纱锭轴、纱锭套筒、张紧机构，张紧机构由纱锭底盘21、纱锭轴22、纱锭套筒25、力矩电机24、内接轴23，上锁盘27组成，纱锭轴22设有中央通孔，台阶轴状内接轴23动配合状套在纱锭轴22中央通孔内；圆环盘状上锁盘27通过四螺栓固定在上轴承座28上表面，内接轴23上台阶螺纹轴穿过上锁盘27的中央通孔后用双螺母锁定，内接轴23后台阶轴处于纱锭底盘21下方并设有中央盲孔，一个通过支架固定在纱锭底盘21下表面的力矩电机24输出轴套入内接轴23后台阶轴中央盲孔后用销轴实施二者传动连接；力矩电机24与固定在纱锭底盘21上的蓄电池线路连接。 

可在冷却装置9、收卷机8之间插入一台牵引机，加強牵引力。 

结构层塑化单元组合内若干台编织机5与若干台条束缠绕机4纵向间隔混编排列指编织机5、条束缠绕机4任意交错排列，同样数量的编织层组合比同样数量螺旋线层组合，编织层组合承压大得多。条束缠绕机4与编织机5混编组合可按需求承压档次进行调节。可加工同样直径大小但不同承压档次、不同性价比要求的产品。生产线上条束缠绕机4与编织机5可以按设定层次的次序固定混编排列，生产线也可以混编排列多台缠绕机4与编织机5，按层次的次序需求选择性交错开几台停几台实施不同的混编组合。则产品中层为螺旋线层与编织层任意混编组合。 

将原纤维结构层成型机组分割成若干个小单元机组，分别与一台台热烘箱7组合形成结构层塑化单元的作用在于：每个小单元机组中可以是一台或少量的几台纤维结构层成型机，它只包裹了一层或少量几层纤维束后在热烘箱7内二次热熔各层受热均匀，小单元塑化后再进入下一个小单元塑化，可以是包裹一层热熔一层，也可以是包裹少量几层马上热熔少量几层，这样塑化均匀度提高、承压效果也同样提高。若是按原方法几十层全包裹后再二次热熔，内层与外层间距大受热度则有较大的温差。此外，几十层叠加二次热熔时，层与层之间的间隙会叠加产生较大的几何空间积累间隙，严重的会产生层内气泡；而单层或少量几层叠合后马上二次热熔，热熔过程也是排气、塑料密实过程，容易消除小单元内间隙；分道次逐个消除小单元内间隙，则大为缩小了这种几何空间积累间隙，加強了连续管承压力度。 

纱锭座的张紧机构的力矩电机24通过内接轴23、上锁盘27与纱锭套筒26传动连接，使纱锭套筒26始终保持有均衡的反向扭力矩，可实现快速回位，但力矩电机24对纤维束的后拉力始终小于生产线内层管前行对纤维束的前拉力。力矩电机24在控制器的作用下产生输出1公斤的力，当外在力小于马达张力时，纱锭反向旋转收线。当负载力矩增加或大于马达张力时，纱锭正向旋转，但是马达反向的张力依然存在。其工作原理目的是当外在力小于马达张力时收线，当外在力大于马达张力时放线。由于纱锭座作自转及公转，不能用有线电源，所以使用定位在纱锭底盘21上的蓄电池。同时，纱锭座的张紧机构设立也确立了纱锭座放线时的反向力，则纱锭座上的纱锭套筒原附有的阻尼机构取消，简化了纱锭座结构。 

还可以生产预浸非热熔管，原材料为预浸塑性树脂的纤维束，生产线不开热烘箱7。 

生产非预浸非热熔管，原材料为非浸润树脂的纤维束，生产线不开热烘箱7。 

  

Claims (2)

1.一种热塑性复合材料连续管的生产线，包括前热塑管材挤出机（1）、牵引机（2）、纤维结构层成型机组、热烘箱（7）、后热塑管材挤出机（6）、冷却装置（9）、收卷机（8），其特征在于：纤维结构层成型机组与台数增加的热烘箱组合成若干个结构层塑化单元组合，第一种结构层塑化单元组合由纵向间隔排列的一至三台条束缠绕机（4）与后续的一个热烘箱（7）组成、第二种结构层塑化单元组合由纵向间隔排列的一至三台编织机（5）与后续的一个热烘箱（7）组成、第三种结构层塑化单元组合由纵向间隔排列的一至三台条束缠绕机（4）与一至三台编织机（5）交错混编后与后续的一个热烘箱（7）组成，在牵引机（2）与后热塑管材挤出机（6）之间是上述三种结构层塑化单元组合中一种的若干个结构层塑化单元组合的纵向排列。

2.根据权利要求1所述的一种热塑性复合材料连续管的生产线，其特征在于：编织机（5）纱锭座包括纱锭底盘、纱锭轴、纱锭套筒、张紧机构，张紧机构由纱锭底盘（21）、纱锭轴（22）、纱锭套筒（25）、力矩电机（24）、内接轴（23），上锁盘（27）组成，纱锭轴（22）设有中央通孔，台阶轴状内接轴（23）动配合状套在纱锭轴（22）中央通孔内；圆环盘状上锁盘（27）通过四螺栓固定在上轴承座（28）上表面，内接轴（23）上台阶螺纹轴穿过上锁盘（27）的中央通孔后用双螺母锁定，内接轴（23）后台阶轴处于纱锭底盘（21）下方并设有中央盲孔，一个通过支架固定在纱锭底盘（21）下表面的力矩电机（24）输出轴套入内接轴（23）后台阶轴中央盲孔后用销轴实施二者传动连接；力矩电机（24）与固定在纱锭底盘（21）上的蓄电池线路连接。

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