CN105587942A - 一种连续纤维增强压力管及其成型工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种连续纤维增强压力管及其成型工艺，为了解决现有管道中纤维层与塑料层之间不能充分熔融产生分层而影响管道力学性能，外加强筋与基管之间脱层，以及加强筋自身结构不合理、不能连续缠绕、造成成本高、环刚度低的问题，包括由塑料层、纤维层组成的基管，其特征是在所述的基管外表面缠绕并熔融螺旋状管式加强筋；通过连续基管缠绕成型、管式加强筋缠绕与基管熔融获得整体式产品。质量较轻，环刚度高，并解决了大口径管的运输问题。

Description

一种连续纤维增强压力管及其成型工艺

技术领域

本发明涉及管道制造技术领域，尤其涉及一种连续纤维增强压力管及其成型工艺。

背景技术

连续型缠绕管是近年来广泛应用的大口径管道制造方法，采用塑料等能熔融材料进行加工，并复合成多种结构的管成品。如专利公告号为CN203051987U提供的一种热塑性复合材料管，包括热塑性塑料管管体，在管体的外周壁上包覆一层或一层以上连续纤维增强热塑性复合材料预浸纱层，在连续纤维增强热塑性复合材料预浸纱层外挤塑包覆有热塑性保护层。又如专利公开号为CN102700253A公开的一种螺旋缠绕管外壁及加强筋表面连续喷刻标记的方法，管材由芯管和螺旋缠绕在芯管外壁上的加强筋组成，目的是给管材外壁做连续螺旋喷刻，留下永久即时可追溯的信息标记、标示。再如专利公开号为CN1614286A涉及的一种高密度聚乙烯钢增强缠绕管承插式连接装置，设一个连接插口，连接插口所套的橡胶密封圈，一个连接承口，连接承口所套的加强套管，两支对接的高密度聚乙烯钢增强缠绕管，套有橡胶密封圈的连接插口焊接在某一支高密度聚乙烯钢增强缠绕管的一端，带有加强套管的连接承口焊接在对接的另一支高密度聚乙烯钢增强缠绕管的一端，施工时，将两对接管材中心调直，带连接插口的某一支管材的插口端插入对接的另一支管材的连接承口。该装置主要是为了解决连接件的环刚度不足及由此使管件受压而产生的过量变形，保证连接的密封性。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有管道中纤维层与塑料层之间不能充分熔融产生分层而影响管道力学性能，外加强筋与基管之间脱层，以及加强筋自身结构不合理、不能连续缠绕、造成成本高、环刚度低的问题，提供一种结构设计合理，使各组成部分完全相互熔融为一体、具有较理想承重结构的连续纤维增强压力管及其成型工艺。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种连续纤维增强压力管，包括由塑料层、纤维层组成的基管，其特征是在所述的基管外表面缠绕并熔融螺旋状管式加强筋。本方案产品主要用于地下供排水管网，需要具有较大的承重抗压能力，单一的基管显然不合理，在基管外层加实心加强筋虽然工艺简单，但由于实心加强筋熔化过程难以控制，耗能大，与基体熔融时易脱层、变形。管式加强筋因其管壁厚度可控，在保证强度的前提下，使管壁层材料完全处理塑化状态，并在保证基管也处于塑化状态下使两者配合表面完全熔融，而又不会影响加强管的主体变形。

作为优选，所述的基管包括内层塑料层，中间部位的纤维层，外表的外层塑料层。根据产品要求进行层厚的往复缠绕，得到各组合层的不同厚度。

作为优选，所述的管式加强筋为圆管加强筋，圆管内设有PP衬管。圆管加强筋需要设置PP衬管才能完全保证工艺的实现，也才能在应用时得到较大的承载能力，但其缠绕过程得不到连续，因为衬管不可能无限长。

作为优选，所述的管式加强筋为方管加强筋。方管是本技术方案的主要设计对象，一是方管加强筋无需内置衬管，完全可以凭四角形成自身骨架；二是在缠绕过程中是面面结合在基管上；三是冷却定型作为产品，在埋于地面之后是以平面的方式支承整个管体，环刚度大大提高。

作为优选，所述的一种连续纤维增强压力管的成型工艺，其特征在于包括以下步骤：

（一）将塑料挤出带缠绕在旋转的圆柱形高温模具上，形成熔为一体的内层塑料层。

（二）在保温状态下，将纤维带以40～85度角连续缠绕在熔融状态的内层塑料层表面形成纤维层，经多层往复缠绕达到目标厚度。40～85度角是指管式加强筋行走路线与基管轴线之间的角度。

（三）继续保持纤维层塑化状态，通过挤出机将带状塑料不间断地缠绕在纤维层表面，形成整体式外层塑料层。在组合层完全处于熔融状态下，配合面分子具有较好的流动性，使组合层相互渗透，互相紧密结合。

（四）在进行外层塑料层缠绕的同时，由挤出机挤出管式加强筋，将管式加强筋缠绕在外层塑料层表面，形成螺旋状，并与外层塑料层粘结在一起。

（五）管式加强筋分布在每支管体的中间部位，管体的一端制成插口，管体的另一端制成承口；插口外圈设有密封槽，在连接时装上密封胶圈套，前一节管体的插口插装到后一节管体的承口，完成组装。

（六）冷却定型。完全熔合，不会分层分离。

连续纤维增强压力管虽然已问世多年，但由于纤维层与塑料层之间不能充分熔合，两者处于分层状态，直接影响管道的力学性能，本技术方案采用圆柱形高温模具，使需要熔融组合的两种材料或相同材料均处于塑化状态状态。

作为优选，所述的挤出管式加强筋的挤出机模口为圆形孔模，圆形孔模挤出的塑料层包覆在PP衬管表面形成圆管加强筋。

作为优选，所述的挤出管式加强筋的挤出机模口为方形孔模，挤出后的方管加强筋其中一边连续与外层塑料层粘结在一起形成螺旋状。

作为优选，所述的挤出管式加强筋的挤出机模口为梯形孔模，挤出后的梯形管加强筋底边连续与外层塑料层粘结在一起形成螺旋状。

作为优选，所述的外层塑料层和内层塑料层在管体承口和插口部位将纤维层包覆在中间且两塑料层合并成一体。

作为优选，所述压力管成型的各模块为集装箱组合式结构，包括缠绕工位模块、冷却工位模块、切削模块、脱模模块、模具加温工位模块。本方案采取集装箱组合式装备，便于设备在需要工地上现场制作生产。

本发明的有益效果是：管体质量较轻，尤其是方管加强筋，比同类塑料管质轻15%以上；管体承载强度大，环刚度高；可以连续缠绕生产管体，按需要定长；集装箱组合式成型装置，便于设备在需要的工地生产，解决了大口径管的运输问题；具有管状加强筋的管体，韧性好，具有较高的耐冲击和抗缓冲能力，不易断裂，使用寿命长。

附图说明

图1是本发明的一种管道产品结构示意图。

图2是本发明的一种基管结构示意图。

图3是本发明图2的M处局部放大结构示意图。

图4是本发明图2的N处局部放大结构示意图。

图5是本发明的一种圆管加强筋实施例局部结构示意图。

图6是本发明的一种方管加强筋实施例局部结构示意图。

图中：1.基管，11.插口，12.承口，2.管式加强筋，21.圆管加强筋，22.方管加强筋。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

本实施例一种连续纤维增强压力管，如图1所示，由基管1和基管1外表面缠绕并熔融的螺旋状管式加强筋2组成。

具体地，基管1由内层塑料层、中间部位的纤维层、外表的外层塑料层组成。基管1的一端为插口11，如图2、图3所示，插口11端部设有密封胶圈套槽，插口11处纤维层除了密封胶圈套槽之外，均由熔融成一体的内层塑料层和外层塑料层包裹。基管1的另一端为承口12，如图2、图4所示，承口12部位的纤维层均由经管口处熔融成一体的内层塑料层和外层塑料层包裹。

管式加强筋2有三种结构形式，一为圆管加强筋21，圆管内设有PP衬管，如图5所示。二为方管加强筋22，如图6所示。三为梯形管加强筋。

一种连续纤维增强压力管的成型工艺，除常规工序外还包括以下步骤：

1.将塑料挤出带缠绕在旋转的圆柱形高温模具上，形成熔为一体的内层塑料层，承口部位按钢模进行表面缠绕。

2.在保温状态下，将纤维带以50度角连续缠绕在熔融状态的内层塑料层表面形成纤维层，根据产品厚度设计要求可以经过多层往复缠绕达到目标厚度。（请注明温度范围）

3.继续保持纤维层塑化状态，通过挤出机将带状塑料不间断地缠绕在纤维层表面，形成整体式的外层塑料层。

4.在进行外层塑料层缠绕的同时，在外层塑料层成型的部位，由另一台挤出机挤出管式加强筋2，此时的外层塑料层同样处于塑化状态，将管式加强筋2缠绕在外层塑料层表面形成螺旋状加强筋，这样管式加强筋2与外层塑料层完全粘结在一起。注：管式加强筋2分布在每支管体的中间部位，因为两端要制作插口11和承口12。

5.管体的一端成型为承口12。

6.管体的冷却定型，然后管体的另一端通过车床制成插口11。

挤出管式加强筋2有三种模具结构形式：

一是挤出机模口为圆形孔模，圆形孔模挤出的塑料层包覆在PP衬管表面形成圆管加强筋21。

二是挤出管式加强筋2的挤出机模口为方形孔模，挤出后为方管加强筋22，方管加强筋22挤出后的其中一边整个面连续与外层塑料层粘结在一起形成螺旋状加强筋。具体地，外层塑料层不断地缠绕，挤出的塑料带缠绕时相互搭边，在压模的作用下使带状塑料缠绕出圆形的塑料管；刚挤出的塑料带处于塑化状态，相互搭接的地方很快熔为一体；随着塑料管均匀往前移动，此时，采用另一部挤出机挤出方形塑料管，刚从方形孔模出来的塑料也处于塑化状态，方管的一条边外表面与带状塑料在塑化状态下粘结为一体，同时，方形塑料管的另三条边进行快速降温，使塑化状态的方管快速固化。

三是挤出管式加强筋2的挤出机模口为梯形孔模，挤出后的梯形管加强筋其底边整个面连续与外层塑料层粘结在一起形成螺旋状加强筋。

本实施例特别提出：压力管成型的各模块为集装箱组合式结构，主要由缠绕工位模块、冷却工位模块、切削模块、脱模模块、模具加温工位模块五大部分组成，能在安装工地现场进行缠绕加工，减少大口径管道运输问题。

上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明的简单变换后的结构、工艺均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种连续纤维增强压力管，包括由塑料层、纤维层组成的基管（1），其特征是在所述的基管外表面缠绕并熔融螺旋状管式加强筋（2）。

2.根据权利要求1所述的连续纤维增强压力管，其特征在于所述的基管（1）包括内层塑料层，中间部位的纤维层，外表的外层塑料层。

3.根据权利要求1或2所述的连续纤维增强压力管，其特征在于所述的管式加强筋（2）为圆管加强筋（21），圆管内设有PP衬管。

4.根据权利要求1或2所述的连续纤维增强压力管，其特征在于所述的管式加强筋（2）为方管加强筋（22）。

5.一种如权利要求1～4所述的连续纤维增强压力管的成型工艺，其特征在于包括以下步骤：

（一）将塑料挤出带缠绕在旋转的圆柱形高温模具上，形成熔为一体的内层塑料层；

（二）在保温状态下，将纤维带以40～85度角连续缠绕在熔融状态的内层塑料层表面形成纤维层，经多层往复缠绕达到目标厚度；

（三）继续保持纤维层塑化状态，通过挤出机将带状塑料不间断地缠绕在纤维层表面，形成整体式外层塑料层；

（四）在进行外层塑料层缠绕的同时，由挤出机挤出管式加强筋（2），将管式加强筋缠绕在外层塑料层表面，形成螺旋状，并与外层塑料层粘结在一起；

（五）管式加强筋分布在每支管体的中间部位，管体的一端制成插口（11），管体的另一端制成承口（12）；

（六）冷却定型。

6.根据权利要求5所述的连续纤维增强压力管成型工艺，其特征在于所述的挤出管式加强筋（2）的挤出机模口为圆形孔模，圆形孔模挤出的塑料层包覆在PP衬管表面形成圆管加强筋。

7.根据权利要求5所述的连续纤维增强压力管成型工艺，其特征在于所述的挤出管式加强筋（2）的挤出机模口为方形孔模，挤出后的方管加强筋其中一边连续与外层塑料层粘结在一起形成螺旋状。

8.根据权利要求5所述的连续纤维增强压力管成型工艺，其特征在于所述的挤出管式加强筋（2）的挤出机模口为梯形孔模，挤出后的梯形管加强筋底边连续与外层塑料层粘结在一起形成螺旋状。

9.根据权利要求5或6或7或8所述的连续纤维增强压力管成型工艺，其特征在于所述的外层塑料层和内层塑料层在管体承口（12）和插口（11）部位将纤维层包覆在中间且两塑料层合并成一体。

10.根据权利要求5或6或7或8所述的连续纤维增强压力管成型工艺，其特征在于：压力管成型的各模块为集装箱组合式结构，包括缠绕工位模块、冷却工位模块、切削模块、脱模模块、模具加温工位模块。