CN104500867A - 一种压力管结构及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种压力管结构及其制造方法，结构的管壁包括内层、中间层和外层，内层为聚乙烯层，中间层为聚乙烯与玻璃纤维混合层，玻璃纤维含量为20％～40％，外层为聚乙烯层；中间层和外层由带材螺旋缠绕而成，或内层、中间层和外层由带材螺旋缠绕而成。方法包括安装缠绕模具、内层涂覆、中间层涂覆、外层涂覆等步骤。本发明压力管管壁采用三层结构，内外层增加管道柔性，中间层采用聚乙烯加玻璃纤维材料增加管道强度，满足压力管强度要求，可减小管道壁厚，降低制管材料消耗；压力管中间层的玻璃纤维走向同时沿管道周向和轴向分布，对管道轴向和周向进行加强，特别是管道周向强度的加强，对增强压力管道强度具有重要意义。

Description

一种压力管结构及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种压力管结构，还涉及该压力管结构的制造方法。
背景技术
现有饮用水压力输送管道主要采用混凝土管道和球墨铸铁管道。混凝土管道和球墨铸铁管道抗腐蚀性差，在腐蚀性环境下(如沿海高盐份土壤)，使用寿命短，并且影响水质。同时，混凝土管道和球墨铸铁管道刚度大、柔性低，难以满足我国大部分城市抗震设计6度以上“抗震设防烈度”的要求。
为了提高饮用水输送管道抗腐蚀和抗震要求，出现了给水用聚乙烯管，按照国家标准GB/T 13663-2000要求，给水用聚乙烯管采用挤出成型，给水压力1.0MPa、直径为1000mm的给水管管壁厚度为59.3mm。目前国家标准对PE给水管生产只限定在1000mm以下，在现有技术条件下，PE实壁压力管目前只做到直径为1600mm。现有压力管结构难以满足大口径管或高压管的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题之一在于，提供一种压力管结构，克服现有压力管结构难以满足大口径管或高压管的要求的缺陷。
本发明要解决的技术问题之二在于，提供一种压力管结构制造方法，克服现有压力管结构难以满足大口径管或高压管的要求的缺陷。
本发明解决其技术问题之一所采用的技术方案是：构造一种压力管结构，其特征在于，其管壁包括内层、中间层和外层，内层为聚乙烯层，中间层为聚乙烯与玻璃纤维混合层，玻璃纤维含量为20％～40％，外层为聚乙烯层；中间层和外层由带材螺旋缠绕而成，或内层、中间层和外层由带材螺旋缠绕而成。
在本发明的压力管结构中，中间层由带材多层螺旋缠绕而成，中间层中相邻两层的螺旋方向相反。
在本发明的压力管结构中，所述内层厚度为1～5毫米和/或所述外层厚度为1～5毫米。
在本发明的压力管结构中，所述中间层包括沿管道轴向和管道周向分布的玻璃纤维。
在本发明的压力管结构中，所述玻璃纤维长度大于等于3毫米。
在本发明的压力管结构中，所述中间层玻璃纤维含量为30％，玻璃纤维长度为4毫米。
本发明解决其技术问题之二所采用的技术方案是：提供一种压力管结构制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、根据制作管材直径和压力等级规格，调整涂覆缠绕加工台两个滚轮之间距离，选择缠绕模具并吊装至涂覆缠绕加工台上，通过电机控制两个滚轮中的主动轮旋转，驱动缠绕模具旋转；
S2、开启热风枪对缠绕模具表面进行预热，内外层挤出机对聚乙烯料进行塑化，通过管材模具挤出聚乙烯管，然后用刀具割开，形成聚乙烯片材；调整压辊装置使片材粘合在预热的缠绕模具表面进行内层涂覆，至内层需要厚度；涂覆时，内外层挤出机固定，缠绕模具在涂覆加工台上旋转同时作水平移动，缠绕模具每旋转一圈水平移动一个等于片材宽度的缠绕螺距，热风枪固定在内外层塑化挤出机机架上、与缠绕模具保持一定距离并位于涂覆片材前面；
S3、混料机混合好的聚乙烯料经自动上料机送到平行同向双螺杆啮合挤出机料斗中，经平行同向双螺杆啮合挤出机混炼塑化，玻璃纤维从侧向强制输送入料口中，按比例输送到平行同向双螺杆啮合挤出机内，与塑化好的聚乙烯料熔体进行混合，保证玻璃纤维含量为20％～40％，玻璃纤维长度大于等于3毫米；
混合料塑化混炼好后，熔体经口模挤出管状料，管状料被刀具剖开，通过压辊机构压平，形成片材；或混合料塑化混炼好后，熔体进入单螺杆挤出机稳定挤出，经口模挤出管状料，管状料被刀具剖开，通过压辊机构压平，形成片材；
将涂覆缠绕加工台水平移动到单螺杆挤出机旁，将片材贴合在压力管的内层上进行涂覆缠绕，至中间层需要厚度；中间层相邻两涂覆层之间的螺旋方向相反；
S4、将涂覆缠绕加工台水平移动到内外层挤出机旁，与涂覆内层相同，调整压辊装置使聚乙烯片材粘合在中间层表面进行外层的涂覆，至外层需要厚度。
在本发明的压力管结构制造方法中，所述内层厚度为1～5毫米和/或所述外层厚度为1～5毫米。
在本发明的压力管结构制造方法中，步骤S3中，所述混合料塑化混炼好后，熔体经旋转模具挤出管状料，管状料被刀具剖开，通过压辊机构压平，形成片材；或混合料塑化混炼好后，熔体进入单螺杆挤出机稳定挤出，经旋转模具挤出管状料，管状料被刀具剖开，通过压辊机构压平，形成片材；所述旋转模具包括旋转口模和旋转芯棒、连接旋转口模的链轮和连接旋转芯棒的链轮。
在本发明的压力管结构制造方法中，所述中间层玻璃纤维含量为30％，玻璃纤维长度为4毫米。
实施本发明的压力管结构及其制造方法，与现有技术比较，其有益效果是：
1、压力管管壁采用三层结构，内外层增加管道柔性，中间层采用聚乙烯加玻璃纤维材料增加管道强度，满足压力管强度要求，可减小管道壁厚，降低制管材料消耗；
2、压力管中间层的玻璃纤维走向同时沿管道周向和轴向分布，对管道轴向和周向进行加强，特别是管道周向强度的加强，对增强压力管道强度具有重要意义。
附图说明
图1是本发明压力管结构的剖面图。
图2是本发明压力管结构的局部剖面图。
图3是本发明压力管结构制造方法中旋转模具的立体图。
图4是本发明压力管结构制造方法中平行同向双螺杆啮合挤出机的主视图。
图5是本发明压力管结构制造方法中中间层的涂敷示意图。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
如图1、图2所示，本发明的压力管结构10为管壁包括内层13、中间层12和外层11，内层13为聚乙烯层(PE(Polyethylene)层)，中间层12为聚乙烯与玻璃纤维混合层(PE+GF(Polyethylene+Glassfiber)层)，其中，玻璃纤维的含量为20％～40％，外层11为聚乙烯层(PE层)；中间层12和外层11采用带材螺旋缠绕而成，内层13可以采用带材螺旋缠绕而成，也可以采用模具挤出成型而成。
内层13与外层11主要为管道提供柔性，满足抗震要求，并保证所输送水的质量，通常内层13的厚度取1～5毫米，外层11的厚度取1～5毫米。在其他实施例中，内层13与外层11的厚度也可根据需要在上述取值范围之外确定。
中间层12是管道的加强层，厚度根据管道强度确定，通常较厚，一般由带材多层螺旋缠绕而成。为了提高中间层12的强度，通常中间层12中相邻两层的螺旋方向取相反方向。当然，中间层12中相邻两层的螺旋方向取相同方向，也能够实现本发明目的。
为了进一步提高管道强度，使中间层12中的玻璃纤维的纤维走向包括沿管道轴向和管道周向分布，这样，可使管道在轴向和周向两个方向均得到加强，特别是在管道周向方向，可大大提高管道的圆周周向强度。
为了保证玻璃纤维的加强效果，保证玻璃纤维长度大于等于3毫米。当然，不限定玻璃纤维的纤维长度，也能够实现本发明目的。
中间层12优选玻璃纤维含量为30％，玻璃纤维长度为4毫米。
如图3至图5所示，本发明的压力管结构制造方法包括如下步骤：
第一步，根据制作管材直径和压力等级规格，调整涂覆缠绕加工台(图中未示出)两个滚轮之间距离，选择缠绕模具100并吊装至涂覆缠绕加工台上，通过电机控制两个滚轮中的主动轮旋转，驱动缠绕模具100旋转。
第二步，开启热风枪(图中未示出)对缠绕模具100表面进行预热，内外层挤出机(图中未示出)对聚乙烯料进行塑化，通过管材模具(图中未示出)挤出聚乙烯管，然后用刀具割开，形成聚乙烯片材；调整压辊装置使片材粘合在预热的缠绕模具100表面进行内层13的涂覆，至内层需要厚度(根据需要，可单层涂覆也可多层涂覆)；涂覆时，内外层挤出机固定，缠绕模具100在涂覆加工台上旋转同时作水平移动，缠绕模具100每旋转一圈水平移动一个等于片材宽度的缠绕螺距，热风枪固定在内外层塑化挤出机机架(图中未示出)上、与缠绕模具100保持一定距离并位于涂覆片材前面。
第三步，混料机(图中未示出)混合好的聚乙烯料(包括粘合剂)经自动上料机(图中未示出)送到平行同向双螺杆啮合挤出机30的料斗31中，经平行同向双螺杆啮合挤出机30混炼塑化，玻璃纤维从平行同向双螺杆啮合挤出机30的料斗32从侧向强制输送入料口中，按比例输送到平行同向双螺杆啮合挤出机30内，与塑化好的聚乙烯料熔体进行混合，保证玻璃纤维含量为20％～40％，玻璃纤维长度大于等于3毫米；混合料塑化混炼好后，熔体进入单螺杆挤出机40，经口模挤出管状料，管状料被刀具剖开，通过压辊机构压平，形成片材；将涂覆缠绕加工台水平移动到单螺杆挤出机40旁，将片材贴合在压力管的内层13上进行涂覆缠绕，至中间层需要厚度；中间层12中相邻两涂覆层121、122之间的螺旋方向可以相反、也可以相同。用于挤出管状料的口模是现有设备。
在其他实施例中，混合料塑化混炼好后，熔体可以不经单螺杆挤出机，直接由平行同向双螺杆啮合挤出机30经口模挤出管状料，管状料被刀具剖开，通过压辊机构压平，形成片材，也能够实现本发明目的。
第四步，将涂覆缠绕加工台水平移动到内外层挤出机旁，与涂覆内层13相同，调整压辊装置使聚乙烯片材粘合在中间层12表面进行外层涂覆，至外层需要厚度(根据需要，可单层涂覆也可多层涂覆)。
压力管结构的内层13厚度通常取1～5毫米、外层11厚度通常取1～5毫米。在其他实施例中，内层13与外层11的厚度也可根据需要在上述取值范围之外确定。
在步骤三中，为了实现中间层12中的玻璃纤维的纤维走向包括沿管道轴向和管道周向分布的玻璃纤维，在熔体进入单螺杆挤出机挤出，再经旋转模具20挤出管状料。旋转模具20为现有设备，包括旋转口模23和旋转芯棒22、连接旋转口模23的链轮24和连接旋转芯棒22的链轮21，链轮21、24受驱动带动旋转芯棒22和旋转口模23相互转动，使进入旋转模具20的熔体既作旋转运动又作轴向移动，从而使熔体内的玻璃纤维的纤维走向既产生沿管道周向的纤维走向分布、又产生沿管道轴向的纤维走向分布，对管道周向和轴向同时进行加强。
优选中间层玻璃纤维含量为30％，玻璃纤维长度为4毫米。

Claims (10)

1.一种压力管结构，其特征在于，其管壁包括内层、中间层和外层，内层为聚乙烯层，中间层为聚乙烯与玻璃纤维混合层，玻璃纤维含量为20％～40％，外层为聚乙烯层；中间层和外层由带材螺旋缠绕而成，或内层、中间层和外层由带材螺旋缠绕而成。
2.如权利要求1所述的压力管结构，其特征在于，中间层由带材多层螺旋缠绕而成，中间层中相邻两层的螺旋方向相反。
3.如权利要求1所述的压力管结构，其特征在于，所述内层厚度为1～5毫米和/或所述外层厚度为1～5毫米。
4.如权利要求1至3之一所述的压力管结构，其特征在于，所述中间层包括沿管道轴向和管道周向分布的玻璃纤维。
5.如权利要求4所述的压力管结构，其特征在于，所述玻璃纤维长度大于等于3毫米。
6.如权利要求5所述的压力管结构，其特征在于，所述中间层玻璃纤维含量为30％，玻璃纤维长度为4毫米。
7.一种压力管结构制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、根据制作管材直径和压力等级规格，调整涂覆缠绕加工台两个滚轮之间距离，选择缠绕模具并吊装至涂覆缠绕加工台上，通过电机控制两个滚轮中的主动轮旋转，驱动缠绕模具旋转；
S2、开启热风枪对缠绕模具表面进行预热，内外层挤出机对聚乙烯料进行塑化，通过管材模具挤出聚乙烯管，然后用刀具割开，形成聚乙烯片材；调整压辊装置使片材粘合在预热的缠绕模具表面进行内层涂覆，至内层需要厚度；涂覆时，内外层挤出机固定，缠绕模具在涂覆加工台上旋转同时作水平移动，缠绕模具每旋转一圈水平移动一个等于片材宽度的缠绕螺距，热风枪固定在内外层塑化挤出机机架上、与缠绕模具保持一定距离并位于涂覆片材前面；
S3、混料机混合好的聚乙烯料经自动上料机送到平行同向双螺杆啮合挤出机料斗中，经平行同向双螺杆啮合挤出机混炼塑化，玻璃纤维从侧向强制输送入料口中，按比例输送到平行同向双螺杆啮合挤出机内，与塑化好的聚乙烯料熔体进行混合，保证玻璃纤维含量为20％～40％，玻璃纤维长度大于等于3毫米；
混合料塑化混炼好后，熔体经口模挤出管状料，管状料被刀具剖开，通过压辊机构压平，形成片材；或混合料塑化混炼好后，熔体进入单螺杆挤出机稳定挤出，经口模挤出管状料，管状料被刀具剖开，通过压辊机构压平，形成片材；
将涂覆缠绕加工台水平移动到单螺杆挤出机旁，将片材贴合在压力管的内层上进行涂覆缠绕，至中间层需要厚度；中间层相邻两涂覆层之间的螺旋方向相反；
S4、将涂覆缠绕加工台水平移动到内外层挤出机旁，与涂覆内层相同，调整压辊装置使聚乙烯片材粘合在中间层表面进行外层的涂覆，至外层需要厚度。
8.如权利要求7所述的压力管结构方法，其特征在于，所述内层厚度为1～5毫米和/或所述外层厚度为1～5毫米。
9.如权利要求7或8所述的压力管结构方法，其特征在于，步骤S3中，所述混合料塑化混炼好后，熔体经旋转模具挤出管状料，管状料被刀具剖开，通过压辊机构压平，形成片材；或混合料塑化混炼好后，熔体进入单螺杆挤出机稳定挤出，经旋转模具挤出管状料，管状料被刀具剖开，通过压辊机构压平，形成片材；所述旋转模具包括旋转口模和旋转芯棒、连接旋转口模的链轮和连接旋转芯棒的链轮。
10.如权利要求9所述的压力管结构方法，其特征在于，所述中间层玻璃纤维含量为30％，玻璃纤维长度为4毫米。
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