CN105387288B - 塑钢加强筋聚乙烯复合管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

塑钢加强筋聚乙烯复合管包括内管，内管由一层或多层螺旋缠绕的聚乙烯片材形成，内管外表面的片材接缝处安装聚乙烯加强片，加强片沿内管外表面的片材接缝螺旋设置，内管外表面设置螺旋状的聚乙烯加强筋，加强筋与加强片平行，加强筋内嵌有碳素弹簧钢丝，碳素弹簧钢丝沿加强筋的长度方向设置。它的聚乙烯内管的壁厚仅为现有管道的30%左右，大幅度降低了材料的消耗和管材的成本，不存在普通管道的接缝容易开裂的问题，使用寿命长，另外，它的制备方法在管道内管片材螺旋缠绕复合时，加强筋和钢丝是一次性通过挤出机模具复合到内管上的，生产效率与现有管道产品相比大幅提升。

Description

塑钢加强筋聚乙烯复合管及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子量管材，具体涉及一种塑钢加强筋聚乙烯复合管及其制备方法。

背景技术

对于大中口径的排水管道，铸铁管的造价太高，水泥管道的耐久性差，新型的聚乙烯管道有其独特的优势，但也存在以下缺点：螺杆挤出工艺得到的聚乙烯管的管壁厚，材料的成本高，强度低无法满足使用，因此目前在制作大口径聚乙烯管时大都采用缠绕钢带或钢丝，以达到增加其强度的目的。

聚乙烯钢带复合管道存在以下缺点：由于缠绕带宽度一般在150mm左右，所以管道每隔150mm就是一圈焊缝，由于管道的内表面布满大量的接缝，凹凸不平，流动阻力很大；管身布满大量焊缝的管道纵向很容易开裂，所以该管道只能用作无压排水管，并且对施工的要求很高；钢带和内外聚乙烯保护层的粘结性不好，很容易剥离，钢带容易被水侵蚀，使用寿命短。而聚乙烯钢丝缠绕复合管由于需交叉缠绕钢丝，需对管材进行多次的加工，受到生产设备和工艺的限制，直径大于800mm的大口径管很难加工生产，并且现有工艺中常常存在钢丝交叉缠绕使得管材的可弯曲性丧失，接头处因应力集中而导致经常出现开裂的情况。

发明内容

本发明的目的是提供一种塑钢加强筋聚乙烯复合管及其制备方法，它能够解决现有技术存在的问题。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：塑钢加强筋聚乙烯复合管包括内管，内管由一层或多层螺旋缠绕的聚乙烯片材形成，内管外表面的片材接缝处安装聚乙烯加强片，加强片沿内管外表面的片材接缝螺旋设置，内管外表面设置螺旋状的聚乙烯加强筋，加强筋与加强片平行，加强筋内嵌有碳素弹簧钢丝，碳素弹簧钢丝沿加强筋的长度方向设置。所述内管由螺旋缠绕的多层片材形成，相邻两层螺旋缠绕的片材中外层片材中心线与内层片材的接缝对齐。相邻两层螺旋缠绕的片材之间设置加强钢丝。所述加强筋的横截面形状为两端带有折边的U字型，U字型两端的折边与内管连接，U字型中部内嵌有碳素弹簧钢丝。所述加强筋的横截面形状为工字型，工字型的两个平行平面中的一个平面与内管连接，工字型的两个平行平面中的另一个平面内嵌有碳素弹簧钢丝。加强筋与内管的连接位置也设置碳素弹簧钢丝。所述片材的原料成分如下：按体积百分比计： 30万-95万单位的高分子量聚乙烯树脂96%、高分子量聚乙烯蜡3.5%、抗氧化剂0.5%，片材的宽度为300mm-1000mm，片材的厚度为1mm-5mm。所述片材的原料成分如下：按体积百分比计：100万-300万单位的超高分子量聚乙烯树脂93%、3000单位的聚乙烯蜡4.5%、增塑剂2%、抗氧化剂0.5%，片材的宽度为300mm-1000mm，片材的厚度为1.5mm-3mm。

塑钢加强筋聚乙烯复合管的制备方法，包括以下步骤：

①取加强片，在加强片一侧敷设粘合材料；

②使用塑料挤出机将加强筋及内嵌的碳素弹簧钢丝一同挤出，并在加强筋上敷设粘合材料；

③取聚乙烯片材进行一层或多层螺旋缠绕形成内管；

④在步骤③片材缠绕的同时，将步骤①敷设粘合材料的加强片沿着片材外表面接缝螺旋缠绕，加强片敷设粘合材料的一侧与片材接触，缠绕过程中对加强片与片材的接触位置加热、加压使二者粘合；

⑤在步骤④中的加强片缠绕的同时，将步骤②得到的敷设粘合材料的加强筋沿着加强片的间隙螺旋缠绕在片材外表面，使加强筋与加强片平行，缠绕过程中对加强筋与片材的接触位置加热、加压使二者粘合，得到塑钢加强筋聚乙烯复合管。

步骤②中所述的塑料挤出机填入的原料按体积百分比计为：聚乙烯70%-80%，白炭黑和/或滑石粉20%-30%。

本发明的优点在于：本发明的塑钢加强筋聚乙烯复合管的内表面非常平整光滑，并且管道的接缝少，并且接缝的焊接宽度和截面积均远远小于普通钢带聚乙烯排水管的接缝，保证了塑钢加强筋聚乙烯复合管纵向良好的抗开裂能力和可弯曲特性；在同样的承压能力下，本发明的聚乙烯内管的壁厚仅为现有管道的30%左右，大幅度降低了材料的消耗和管材的成本，由于聚乙烯内管和加强筋属于一次性加工成型工艺，聚乙烯内管和加强筋为一个整体，两部分的粘合性好，不易剥离，不存在普通管道的接缝容易开裂的问题，使用寿命长，另外，本发明的制备方法在管道内管片材螺旋缠绕复合时，加强筋和钢丝是一次性通过挤出机模具复合到内管上的，生产效率与现有管道产品相比大幅提升。

附图说明

图1是本发明结构示意图，图中所示加强筋采用实施例一的结构；

图2是本发明结构示意图，图中所示加强筋采用实施例二的结构，内管采用二层片材螺旋缠绕；

图3是图1中的I部放大结构示意图，图中所示内管采用一层片材螺旋缠绕；

图4是图2中的II部放大结构示意图，图中所示内管采用二层片材螺旋缠绕。

具体实施方式

本发明所述的塑钢加强筋聚乙烯复合管包括内管1，内管1由一层或多层螺旋缠绕的聚乙烯片材11形成，内管1外表面的片材11接缝处安装聚乙烯加强片2，加强片2沿内管1外表面的片材11接缝螺旋设置，内管1外表面设置螺旋状的聚乙烯加强筋3，加强筋3与加强片2平行，加强筋3内嵌有碳素弹簧钢丝4，碳素弹簧钢丝4沿加强筋3的长度方向设置。本发明使用片材11、加强片2及加强筋3均同向螺旋缠绕的方式制成内管1，各材料不需交叉缠绕，因此可同步缠绕成型，大大简化了制作工艺，其生产设备也随之简化，不需对管道的直径加以限制，可生产800mm以上的大直径管道。加强片2用于实现片材11接缝处的连接及加强，采用这种连接方式可确保管道内壁平整光滑，聚乙烯材料的片材11、加强片2及加强筋3的加工长度远远超过钢带，因此本发明所述管道中的接缝更少，并且接缝的焊接宽度和截面积均远远小于普通钢带聚乙烯排水管的接缝，保证了塑钢加强筋聚乙烯复合管纵向良好的抗开裂能力和可弯曲性能；在同样的承压能力下，本发明的聚乙烯内管的壁厚仅为现有管道的30%左右，大幅度降低了材料的消耗和管材的成本，由于聚乙烯内管和加强筋属于一次性加工成型工艺，聚乙烯内管和加强筋为一个整体，两部分的粘合性好，不易剥离，不存在普通管道的接缝容易开裂的问题，使用寿命长，另外，本发明的制备方法在管道内管片材螺旋缠绕复合时，加强筋的和钢丝是一次性通过挤出机模具复合到内管上的，生产效率与现有管道产品相比大幅提升。

本发明所述内管1可由一层或多层螺旋缠绕的聚乙烯片材11形成，一层片材11缠绕形成的内管1可达到以下性能：纵向抗拉强度60-80MPa，伸长率60-160%，横向抗拉强度25-30MPa，伸长率600%左右，抗冲击强度大于40kJ/m²，弹性模量大于1GPa，耐磨性是普通PE100聚乙烯管道的2倍以上，主要用于中小口径低压供排水管道；多层片材11缠绕形成的内管1的拉伸强度可超过150MPa，弹性模量可达到2GPa以上。

可用于中高压中小口径管道和中低压大中口径管道。当采用多层片材11制作内管11时，为增强其抗开裂及承压能力，可采用下述结构：所述内管1由螺旋缠绕的多层片材11形成，相邻两层螺旋缠绕的片材11中外层片材中心线与内层片材的接缝对齐。在上述结构基础上，为进一步增加承压能力及可弯曲性能，本发明还可在相邻两层螺旋缠绕的片材11之间设置加强钢丝5。

本发明设置加强筋结构相当于显著增加了管材的壁厚，从而大幅度增加管材的环刚度（匀质管材的环刚度与其壁厚的3次方成正比）。加强筋如在外力作用下变形，必须有某处的碳素弹簧钢丝被拉断，以2mm直径的碳素弹簧钢丝为例，若要拉断，需要的力量大约是600kg。一根加强筋内并排设置4根钢丝则需要2.4吨的拉力。在局部小范围内管材承受如此大的力显然是不现实的，所以管材的稳固性可得到极大地增强。本发明所述的加强筋3可采用多种形状，其中优选将加强筋3中的碳素弹簧钢丝4设置在加强筋3的外侧，这种结构可以最大程度的利用碳素弹簧钢丝4的强度来增加管道的环刚度，而加强筋的聚乙烯材料部分可在确保其具有良好的抗变形强度的基础上尽量减少聚乙烯材料的体积，减少材料成本、降低管道自重。其实施例如下：

实施例一：

所述加强筋3的横截面形状为两端带有折边的U字型，U字型两端的折边与内管1连接，U字型中部内嵌有碳素弹簧钢丝4；

实施例二：

所述加强筋3的横截面形状为工字型，工字型的两个平行平面中的一个平面与内管1连接，工字型的两个平行平面中的另一个平面内嵌有碳素弹簧钢丝4。

当内管1采用一层聚乙烯片材11缠绕或聚乙烯片材厚度较薄时，可在加强筋3与内管1的连接位置也设置碳素弹簧钢丝4来提升管道的环刚度。

本发明所述的片材11可使用高分子量聚乙烯或超高分子量聚乙烯材料制作，高分子量聚乙烯片材制作的管道主要用于镇供排水、农田灌溉等领域，超高分子量聚乙烯片材制作的管道可用于对管道的耐磨、耐腐蚀性能较高的领域，如输送海水等。当所述片材11使用高分子量聚乙烯材料制作时，所述片材11的原料成分如下：按体积百分比计： 30万-95万单位的高分子量聚乙烯树脂96%、高分子量聚乙烯蜡3.5%、抗氧化剂0.5%，片材11的宽度为300mm-1000mm，片材11的厚度为1mm-5mm。当所述的片材11使用超高分子量聚乙烯材料制作时，所述片材11的原料成分如下：按体积百分比计：100万-300万单位的超高分子量聚乙烯树脂93%、3000单位的聚乙烯蜡4.5%、增塑剂2%、抗氧化剂0.5%，片材11的宽度为300mm-1000mm，片材11的厚度为1.5mm-3mm。

本发明所述的塑钢加强筋聚乙烯复合管的制备方法包括以下步骤：

①取加强片2，在加强片2一侧敷设粘合材料；

②使用塑料挤出机将加强筋3及内嵌的碳素弹簧钢丝4一同挤出，并在加强筋3上敷设粘合材料；

③取聚乙烯片材11进行一层或多层螺旋缠绕形成内管1；

④在步骤③片材11缠绕的同时，将步骤①敷设粘合材料的加强片2沿着片材11外表面接缝螺旋缠绕，加强片2敷设粘合材料的一侧与片材11接触，缠绕过程中对加强片2与片材11的接触位置加热、加压使二者粘合；

⑤在步骤④中的加强片2缠绕的同时，将步骤②得到的敷设粘合材料的加强筋3沿着加强片2的间隙螺旋缠绕在片材11外表面，使加强筋3与加强片2平行，缠绕过程中对加强筋3与片材11的接触位置加热、加压使二者粘合，得到塑钢加强筋聚乙烯复合管。

上述方法可使塑钢加强筋聚乙烯复合管的内表面非常平整光滑，并且管道的接缝少，并且接缝的焊接宽度和截面积均远远小于普通钢带聚乙烯排水管的接缝，保证了塑钢加强筋聚乙烯复合管纵向良好的抗开裂能力和可弯曲特性；在同样的承压能力下，本发明的聚乙烯内管的壁厚仅为现有管道的30%左右，大幅度降低了材料的消耗和管材的成本，由于聚乙烯内管和加强筋属于一次性加工成型工艺，聚乙烯内管和加强筋为一个整体，两部分的粘合性好，不易剥离，不存在普通管道的接缝容易开裂的问题，使用寿命长，另外，本发明的制备方法在管道内管片材螺旋缠绕复合时，加强筋和钢丝是一次性通过挤出机模具复合到内管上的，生产效率与现有管道产品相比大幅提升。

本发明所述的加强筋3优选采用下述原料制作：步骤②中所述的塑料挤出机填入的原料按体积百分比计为：聚乙烯70%-80%，白炭黑和/或滑石粉20%-30%。白炭黑能够提升加强筋3的耐磨性，滑石粉能够提升加强筋3的耐腐蚀性，这两种组分之间的配比可根据管道的用途确定。

Claims (6)

1.塑钢加强筋聚乙烯复合管，其特征在于：包括内管（1），内管（1）由一层或多层螺旋缠绕的聚乙烯片材（11）形成，内管（1）外表面的片材（11）接缝处安装聚乙烯加强片（2），加强片（2）沿内管（1）外表面的片材（11）接缝螺旋设置，内管（1）外表面设置螺旋状的聚乙烯加强筋（3），加强筋（3）与加强片（2）平行，加强筋（3）内嵌有碳素弹簧钢丝（4），碳素弹簧钢丝（4）沿加强筋（3）的长度方向设置，内管（1）由螺旋缠绕的多层片材（11）形成，相邻两层螺旋缠绕的片材（11）中外层片材中心线与内层片材的接缝对齐，相邻两层螺旋缠绕的片材（11）之间设置加强钢丝（5），加强筋（3）的横截面形状为两端带有折边的U字型，U字型两端的折边与内管（1）连接，U字型中部内嵌有碳素弹簧钢丝（4），片材（11）的原料成分如下：按体积百分比计：100万-300万单位的超高分子量聚乙烯树脂93%、3000单位的聚乙烯蜡4.5%、增塑剂2%、抗氧化剂0.5%，片材（11）的宽度为300mm-1000mm，片材（11）的厚度为1.5mm-3mm。

2.根据权利要求1所述的塑钢加强筋聚乙烯复合管，其特征在于：加强筋（3）与内管（1）的连接位置也设置碳素弹簧钢丝（4）。

3.塑钢加强筋聚乙烯复合管，其特征在于：包括内管（1），内管（1）由一层或多层螺旋缠绕的聚乙烯片材（11）形成，内管（1）外表面的片材（11）接缝处安装聚乙烯加强片（2），加强片（2）沿内管（1）外表面的片材（11）接缝螺旋设置，内管（1）外表面设置螺旋状的聚乙烯加强筋（3），加强筋（3）与加强片（2）平行，加强筋（3）内嵌有碳素弹簧钢丝（4），碳素弹簧钢丝（4）沿加强筋（3）的长度方向设置，内管（1）由螺旋缠绕的多层片材（11）形成，相邻两层螺旋缠绕的片材（11）中外层片材中心线与内层片材的接缝对齐，相邻两层螺旋缠绕的片材（11）之间设置加强钢丝（5），加强筋（3）的横截面形状为工字型，工字型的两个平行平面中的一个平面与内管（1）连接，工字型的两个平行平面中的另一个平面内嵌有碳素弹簧钢丝（4），片材（11）的原料成分如下：按体积百分比计：100万-300万单位的超高分子量聚乙烯树脂93%、3000单位的聚乙烯蜡4.5%、增塑剂2%、抗氧化剂0.5%，片材（11）的宽度为300mm-1000mm，片材（11）的厚度为1.5mm-3mm。

4.根据权利要求3所述的塑钢加强筋聚乙烯复合管，其特征在于：加强筋（3）与内管（1）的连接位置也设置碳素弹簧钢丝（4）。

5.生产如权利要求1或2所述的塑钢加强筋聚乙烯复合管的方法，其特征在于：包括以下步骤：

①取加强片（2），在加强片（2）一侧敷设粘合材料；

②使用塑料挤出机将加强筋（3）及内嵌的碳素弹簧钢丝（4）一同挤出，并在加强筋（3）上敷设粘合材料；

③取聚乙烯片材（11）进行一层或多层螺旋缠绕形成内管（1）；

④在步骤③片材（11）缠绕的同时，将步骤①敷设粘合材料的加强片（2）沿着片材（11）外表面接缝螺旋缠绕，加强片（2）敷设粘合材料的一侧与片材（11）接触，缠绕过程中对加强片（2）与片材（11）的接触位置加热、加压使二者粘合；

⑤在步骤④中的加强片（2）缠绕的同时，将步骤②得到的敷设粘合材料的加强筋（3）沿着加强片（2）的间隙螺旋缠绕在片材（11）外表面，使加强筋（3）与加强片（2）平行，缠绕过程中对加强筋（3）与片材（11）的接触位置加热、加压使二者粘合，得到塑钢加强筋聚乙烯复合管。

6.根据权利要求5所述的生产塑钢加强筋聚乙烯复合管的方法，其特征在于：步骤②中所述的塑料挤出机填入的原料按体积百分比计为：聚乙烯70%-80%，白炭黑和/或滑石粉20%-30%。