CN105987237A - 热塑性连续纤维预浸带高强管及其制造方法和制造设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及塑料或用塑性状态的物质生产的管材制品领域，具体为一种热塑性连续纤维预浸带高强管及其制造方法和制造设备。一种热塑性连续纤维预浸带高强管，包括从内至外依次套设的内层管(1)、芯层(2)和面层管(3)。一种热塑性连续纤维预浸带高强管的制造方法，其特征是：按如下步骤实施：加热、熔融、挤出、冷却、切割等。一种热塑性连续纤维预浸带高强管的制造方法的设备，其特征是：包括依次设置的如下部件：挤出机及其连接的共挤复合模具等。本发明高耐压，高刚性，低膨胀。
Description
技术领域
本发明涉及塑料或用塑性状态的物质生产的管材制品领域，具体为一种热塑性连续纤维预浸带高强管及其制造方法和制造设备。
背景技术
聚烯烃热塑性塑料管道具有不生锈、耐腐蚀、使用寿命长，节能、可回收再利用等优点，深受市场欢迎，已经在采暖管道、集中空调管道、工业管道、矿山管道、给水管道、排水管道等领域得到大量的推广和应用。
相对于复合材料体系中，纯塑料管道拉伸强度低、环刚度低、抗蠕变低、膨胀高缺点，如：1、在温度和压力下高分子材料极易产生蠕变，致使随着时间的延长，管道的承受压力会逐步降低，为使塑料管道使用足够长时间，管道生产企业以增加管道的壁厚来实现管道的长期使用寿命，这就造成塑料管道尤其是大口径的塑料管道成本居高不下，给市场推广和使用带来困难，同时也给社会增加了能源浪费和资源的负担；2、线膨胀系数过大，在距离较长的管道系统中，极易产生蛇弯现象，严重威胁着管道系统的安全使用；3、环刚度太小，管材强度不够，安装在立管使用时，易产生管道平面位移晃动，给安装增加了许多管卡和人工费用；拉伸强度低，极易产生横管弯曲下垂，增加管卡的密度和工程的造价等。
为解决纯塑料管道的缺点，通常采用金属材料复合复合来提高塑料管道的耐压强度、环刚度和降低线膨胀系数，如铝塑管、钢衬塑管、钢丝网骨架塑料管、钢骨架塑料管等。但金属复合塑料管道也存在许多缺点，如金属材料与塑料结合面要依靠胶水才能结合成为整体，金属层与塑料层不同的线膨胀系数等问题都会造成管道系统使用寿命的影响以及金属与塑料材料回收过程的分离等问题。
在工业用管道系统，所输送的介质除了有酸碱盐性腐蚀性外，通常或多或少还带有微粒固体或者输送固体物，经常造成快速磨损管道内壁致使管道破坏失去输送介质能力。
为解决纯塑料管道的缺点，通常还采用纤维增强的方式，如短玻纤增强三层夹芯管、长玻纤热固性玻璃钢管等。短玻纤三层夹芯管无法满足塑料管道只能部分提高塑料管道在高温、高压下长期使用抗蠕变、高环刚度、低线膨胀系数的要求；热固性玻璃钢管道耐热低、脆性打、管道接口无法热熔易漏水等，以及不能回收再利用等问题。
热塑性PO塑料材料，通过连续纤维增强的制成预浸带，具有高强度、高模量、高抗冲、比重轻、耐疲劳、热稳定性好、耐腐蚀、低膨胀、低翘曲及环保可回收等优越性能。用长纤维浸渍的方法，通过加热热塑料塑料，在温度、压力下，将熔融的塑料预先包覆在纤维表面后，做成“热塑性连续长纤维柔性预浸带”备用，再通过二次加热、多层缠绕的方法复合在内层塑料管材或内外层塑料管材的芯层上，形成热塑性连续长纤维柔性预浸带复合塑料管道即“多层缠绕热塑性连续纤维预浸带增强聚烯烃塑料管道”来提高复合塑料管道的强度、慢性撕裂与韧性，继提高“多层缠绕热塑性连续纤维预浸带增强聚烯烃塑料管道”抗蠕变、环刚度和降低线膨胀系数，实现高强、高刚、高韧、高压、高温、低胀、特点和薄壁、质轻、经济、长寿命的优点。
连续纤维预浸带增强PE、PP、PA、ABS、PVC等柔性预浸带，在复合增强热塑性压力管道和大口径引排水管道领域的研究具有极具影响力和广阔的应用前景。
热塑性连续纤维预浸带增强PE、PP、PA、ABS、PVC等塑料复合管，是在内层塑料管外表面层熔融状态下，柔性的多层预浸带以45°～85°的不同角度边加热、边缠绕在内层管与熔融的预浸带上，由于目前市售的热塑性连续纤维预浸带是力学性能是单向带，不管以何种角度与熔贴方式生产过程中与之产品增强复合管RTP都存在以下几个问题：
专利CN101474873A公开了一种增强热塑性塑料管的生产工艺与设备，该技术生产的内外层管为纯塑料实壁管，存在以下问题：
1. 内层塑料薄壁管道的刚性不够，在旋转定位轮、加压轮、与缠绕带的带动下，在熔贴缠绕带表面加热温度下内层管极易产生扭曲变形，严重时成麻花状以至无法生产出合格产品。
2. 由于纯塑料内层管本身的环刚度不够，在表面加热温度下熔贴缠绕带，内层薄壁管在加压轮轮压点处极易凹陷变形，凹陷变形处极易引发缠绕带从内层管的外表面分离而产生质量缺陷。
3. 由于连续纤维预浸带的力学性能是单向带，缠绕后可以提高管材环向爆破应力与挤压刚性（环刚度），但对轴向抗拉强度几乎没有起到提高作用，所以直接用连续纤维预浸带缠绕所生产出的复合管，与纯塑料管存在相同的轴向大线膨胀系数，不能满足于热水管管道的使用要求。
4. 由于内层纯塑料管被加热熔贴缠绕带后，其管材纵向收缩率（环向收缩应力）大，在缠绕芯层管后冷却过程中，，尤其是大口径的缠绕芯层管，内层管的收缩应力极易将热熔熔贴预浸带缠绕层间拉脱、分离，或者存留残余应力留下隐患；
5. 由于内层纯塑料管的刚性不够，间接影响到缠绕后管道的刚性，直接降低了1～2数量等级的刚性指标。
6. 由于内层纯塑料管的线膨胀系数大，导致热膨胀应力大，间接降低了缠绕后的复合管的耐压强度。
7. 芯层增强材料如钢丝网、钢骨架网、铝箔等采用热熔胶形式黏结内外层材料，极易因为热熔胶的质量而管材断面产生分层现象，或者用芳纶带、纤维带不熔缠绕在管材断面中层，以上二种形式的增强结构都不能形成合力整体来提高管材的耐压强度。
8. 未发泡的外层管起不到保温层的作用，在热力、空调、热水输送管道应用中要做二次保温材料，既让费人工又增加能耗。
专利CN201202892Y公开了一种增强型PPR复合管，该三层复合管技术只是在芯层增加了一层短纤维增强的复合材料，短切的纤维热塑性材料不能极大提高管道的耐压强度与长期的抗蠕变以及环刚度等性能，所以用该技术增强型PPR等复合管的管道壁厚与纯塑料管几乎一样是连续纤维预浸带增强管道2～10倍的壁厚，起不到降低壁厚、节约材料、减低能耗的作用；同时，该技术的外层也是实壁材料，同样存在与专利CN101474873A一样的缺点。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，提供一种具有高耐压、高刚性、低膨胀、抗蠕变、外保温的综合性优异技术指标的塑料管材，本发明公开了一种热塑性连续纤维预浸带高强管及其制造方法和制造设备。
本发明通过如下技术方案达到发明目的：
一种热塑性连续纤维预浸带高强管，包括从内至外依次套设的内层管、芯层和面层管，其特征是：
内层管由热塑性塑料熔融后挤出制成，内层管为单层或双层；芯层由热塑性连续纤维预浸带制成，芯管至少包括1层；面层管由热塑性塑料熔融后挤出制成，面层管为坚实管壁状或发泡状；
内层管为单层时，内层管的管壁厚度为2mm～6mm，内层管的材料和芯层的材料相同，内层管采用经单螺杆挤出机挤出、真空定径箱冷却后制成，起到缠绕预浸带内模与管材内壁导流、防腐蚀层的作用；
内层管为双层时，内层管的内层采用聚烯烃耐磨管道专用料制成，所述内层的厚度为2mm～4mm，所述内层起到高耐磨并延长管道使用时间的作用，内层管的外层采用聚乙烯或聚丙烯制成，所述外层的厚度为2mm～4mm，所述外层起到结合聚烯烃耐磨管道专用料与结合芯层熔融连续纤维预浸带的作用；内层管的内层材料和内层管的外层材料分别通过两台单螺杆挤出机和复合共挤模具共挤后制成；
芯层采用边加热熔贴方式使热塑性连续纤维预浸带之间交错形成接口错层叠加、并与内层管斜交后再多层次地缠绕整体熔贴在内层管的外表面上，芯层与内层管形成一体后极大来极大提高管道的耐压强度、耐热温度、环刚度、抗蠕变速度与抗冲击韧性；
面层管为坚实管壁状时，面层管的管壁厚度为2mm～4mm，热塑性塑料在线熔融复合与芯层的热塑性连续纤维预浸带中同晶结构的塑料材料，随后直接熔融贴敷在芯层的外表面上构成坚实管壁状的面层管；
面层管为发泡状时，面层管的管壁厚度为10mm～40mm，热塑性塑料在线包覆与芯层的热塑性连续纤维预浸带中同晶结构的熔融发泡材料，随后直接熔融贴敷在芯层的外表面上构成发泡状的面层管。
所述的热塑性连续纤维预浸带高强管，其特征是：
芯层的热塑性连续纤维预浸带选用纤维和热塑性塑料构成的单向连续纤维，其中纤维的质量百分比为60%～70%，纤维选用玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维中的任意一种；热塑性塑料的质量百分比为30%～40%，热塑性塑料选用指PP或PE，热塑性塑料的熔融指数为216℃下每10kg被挤出20g～40g；
面层管为发泡状时，所述的发泡材料选用PP发泡体或PE发泡体，
所述的PP发泡体的配方为：
| 组分名称 | 质量百分比(%) |
| PP | 60～70 |
| 高熔体PP | 28～18 |
| 含有10%～30%纳米级碳酸钙的PP成核剂 | 10 |
| AC发泡剂 | 2 |
；
所述的PE发泡体的配方为：
| 组分名称 | 质量百分比(%) |
| PE | 87 |
| 含有10%～30%纳米级碳酸钙的PE成核剂 | 10 |
| AC发泡剂 | 3 |
所述的热塑性连续纤维预浸带高强管的制造方法，其特征是：按如下步骤实施：
a. 启动电加热开关并加热内外层挤出机及其连接的模具，材料选用PP时挤出机螺杆各段温度设定为170℃～210℃，模具设定为210℃，并保温30分钟；
从牵引机前部穿越牵引管直到内层管模具前，启动内层管挤出机挤出内层管熔体，启动牵引机并带动牵引管与内层管熔体进入真空箱定径套内；
将PP发泡体或PE发泡体在高速搅混合机内加入少许白油以1000转/分～1500转/分搅拌3min；
b. 将聚烯烃耐磨管道专用料、热塑性塑料、发泡体分别倒入最内层管内层、内层管外层、面层管挤出机的料桶中，预浸带装入缠绕机放卷盘上；
c. 启动真空箱真空机与水泵冷却、定型内层管后进入缠绕机；
内层管为单层时，直接启动内层管的挤出塑料熔体挤入共挤复合模具成型复合管胚熔体后进入真空定径箱冷却、定型内层管后在牵引机的牵拉下进入缠绕机；内层管为双层时，同时启动内层管内层和内层管外层的两层挤出机挤出塑料熔体挤入共挤复合模具成型二层复合管胚熔体后进入真空定径箱冷却、定型内层管后在牵引机的牵拉下进入缠绕机；
d. 根据缠绕层数要求，先后分别启动多台缠绕机，边加热纤维预浸带边缠绕熔贴在内层管上后进入面层模具中；
启动缠绕机上的加热设备与旋转盘，边加热预浸带与内层管的外表面，边错层缠绕熔融的预浸带，边挤压熔融的预浸带层使内层管与预浸带各层形成一体后进入到加热箱内或直接进入后端设有加长加热管的面层管模体内；
e. 启动面层挤出机挤出坚实管壁状或发泡状的面层管的熔融体包覆于芯层纤维带的外表面上后进入风机冷却表皮后进入冷却水箱；
将芯层的预浸带层表面加热到熔融态后进入到面层管模体内；
f. 启动面层挤出机挤出塑料熔体或发泡熔体挤入面层管模具中，在挤出机螺杆的推力作用下，将塑料熔体或发泡熔体包覆并熔贴于预浸带外表面上成为一体；
g. 启动冷却水箱水泵喷淋冷却管道后进入牵引机；面层管熔体表面鼓风机冷风冷却表面结晶后进入冷却箱内；
h. 启动喷淋水箱的水泵，喷淋冷却管材直常温；
i. 启动标识机标示管材后进入切割机；标示、切割、检查、包装、入库。
所述的热塑性连续纤维预浸带高强管的制造方法的设备，其特征是：包括依次设置的如下部件：
a. 内层二台单螺杆挤出机及其连接的共挤复合模具，b. 内层真空定径箱与内置定径套，c. 芯层缠绕纤维带带备用机组多台纤维带旋转缠绕机组，d. 面层一台挤出机及其连接带接长加热的外包覆模具，e. 冷却分机，f. 冷却水箱，g. 多抓牵引机，h. 标示机，i. 切割机和j. 管道接收台；
每一条管材生产线多备两台正反转缠绕机，作为接续其它两台正反转旋转缠绕纤维带即将用完之前的备用机组，以确保管材生产线接续换纤维带时连续不间断生产；
在外包覆模具的后方，连接外表面电加热300mm～500mm长度的空心圆柱体，供缠绕纤维层穿过时加热纤维带管的外表层呈熔融状态后进入外包覆模具内，与确保外包覆的熔体与纤维带管外表面层熔体成为一体；
所包覆的内层管的外层熔体必须经过冷风吹冷表面结晶结皮后才能进一步喷淋冷却，方可确保管道外表面不产生麻面呈光滑状态。
本发明采用的是三层保温复合管的制作工艺，实现增强后的复合管具有高耐压、高刚性、低膨胀、抗蠕变、外保温的综合性优异技术指标。三层保温复合管管材断面为三层叠加结构：内层介质导流层或高耐磨层、芯层连续纤维预浸带多层次叠加熔融缠绕增强层、面层同晶结构材料实壁或发泡保温层。
一、内层的配置
1. 内层导流层的配置
内层管道在管道断面结构处于最内壁层，承担起导流管内介质、防止介质腐蚀管道和渗漏以及纤维带缠绕内模的作用。
从导流管内介质性质要求来看，内层管内壁应致密、光滑、平整、卫生，起到减少表面粗糙度与阻力、防止介质从内壁渗漏到芯层、防止内层塑料材料部分或全部溶解到流动的介质中污染介质、防止微生物在管内壁细胞产生保持水质卫生等作用；导流层内壁作为输送介质的性质来看，应具有足够稳定的分子结构与晶格和足够小的结构间隙来防止介质中的分子迁移、溶胀塑料晶格而造成化学腐蚀；内层作为纤维带缠绕内模的性质来看，内层管应具有较高的热变形温度与熔化点，才能确保内层管表面层加热熔化后保持一定的刚性来承受来自纤维带缠绕张力的作用，因此需要导热系数低、熔融指数低、微卡软化点较高的塑料。
2. 内层高耐磨层的配置
高耐磨层位于管道断面结构处于最内壁层，承担起导流管内介质、防止介质腐蚀管道、防止固体物快速磨损管道内壁的作用。GXCG-1101是乙烯、丙烯、聚硅氧烷三元结构的新型热塑性弹性体，带有烯烃结构的聚硅氧烷，作为内层为高耐磨聚烯烃管道专用料，具有优异的抗磨耗性能，特别适用于砂浆、水泥、矿渣等输送管道，与聚乙烯、聚丙烯管道料的相容性好，挤出速度匹配，适用于双层或多层共挤。既保持了塑料材料的可加工性和优良的物理机械性能，又大大提高了管道的耐磨性能。
二、连续纤维预浸带缠绕增强芯层管的配置
芯层连续纤维预浸带缠绕层，按一定角度交叉熔融缠绕在内层管的外部，缠绕层数是根据管材不同管径dn75mm～2000mm的大小不同与承受压力不同来确定数量，一般为2～100层次。
连续纤维预浸带缠绕增强芯层管的制作，是将不同宽度的力学性能单向的连续纤维预浸带组装在旋转缠绕机上，在旋转缠绕机上加装加热装置，边旋转缠绕机边加热预浸带与内层管外表层，内层管在牵引机的牵拉下均匀连续的前行，被加热的预浸带在旋转缠绕机的带动下缠绕并熔贴在内层管上后前行到下一个缠绕机上，后续缠绕机边旋转边加热预浸带与前道工序缠绕的预浸带外表面，内层管在牵引机的牵拉下带动缠绕带一起均匀连续的前行，被加热的预浸带在第二台反方旋转缠绕机的带动下反方向缠绕并熔贴在前道工序缠绕的预浸带外表面上前行到下一个缠绕机上，如此不断的反复直到缠绕到足够的层次为止。
所述的预浸带中纤维含量为60%～70%，预浸带的厚度为0.2mm～1.0mm，预浸带的密度为1.50ton/m3～1.65ton/m3，预浸带中热塑性PP、PE材料的熔融指数≤40g，预浸带的抗拉强度为PP700MPa～1500MPa，PE600MPa～1400MPa。
连续纤维预浸带增强材料的作用：
1. 连续纤维预浸带缠绕后，极大提高了管材的耐压环应力，降低了塑料复合管的壁厚与成本。当管材受力后，应力优先传递到塑料，塑料传递到热塑性纤维预浸带中的纤维，因为纤维的高力学行的作用，吸收并承载了塑料传递的应力，限制了其周边塑料的形变，极大提高了管材的耐压能力；
2. 连续预浸带缠绕后，极大提高了复合管的耐热与使用温度。当管材受热受力后，热应力优先传递到塑料，塑料传递到热塑性纤维预浸带中的纤维，稳定、高强、耐热、大量的纤维束缚了塑料的形变、提高了塑料复合材料的高温下的弹性模量和热变形温度，继而提高了管材的耐热与使用温度；
3. 连续预浸带缠绕后，极大延长了复合管道的使用寿命。当管材受力后，应力优先传递到塑料，塑料传递到热塑性纤维预浸带中的纤维，因为纤维的高力学、高稳定性的作用，吸收并承载了塑料传递的应力，限制了其周边塑料的形变，高含量纤维整体束缚了连续/间断热塑性纤维预浸带中塑料应力蠕变，极大延长了塑料及其合管道的使用寿面；
4. 热塑性纤维预浸带按一定角度隔层叠加缠绕后，极大提高了复合管材环向尤其是轴向抗拉强度，极大降低了复合管道的线膨胀系数到13×10-6/℃。当管材因温度引起的热胀与冷缩应力后，应力优先传递到塑料，塑料传递到热塑性纤维预浸带中的纤维，单向力学性能连续环向缠绕的纤维带部分吸收了轴向应力，尤其是隔层缠绕各向力学性能同性的纤维毡热塑性纤维预浸带吸收了轴向的热胀冷缩应力，极大限制了管材热胀冷缩现象的产生，降低了90%管材因温差引起的长度变化；
5. 芯层连续纤维预浸带缠绕层起到增强耐压强度与刚度的作用，预浸带缠绕后与同壁厚的塑料管相比，其耐压强度提高了6倍以上；预浸带缠绕后与同壁厚的有缝钢管相比，其耐压强度提高了2倍以上。
三、发泡保温层制作
首先根据预浸带塑料的性质在双螺杆挤出机中配置含有10%纳米碳酸钙切粒的成核剂待用；将热塑性塑料、成核剂、发泡剂、少许白油倒入1000转/分钟搅拌机内搅拌3min～5min取出；将搅拌好的发泡配方材料倒入生产外保温层的挤出机料桶内，挤出机与管材生产线成一定角度设置后连接有反抽真空的面层模具，缠绕有纤维增强层的芯层管经牵引机的牵拉后进入烘箱加热，经烘箱加热后的芯层管的外表面层的塑料呈熔融态后穿过面层模具，挤出的发泡塑料熔体在模具内发泡后呈环形管状包覆在芯层管的外表面上，在反抽真空的作用下熔贴在芯层管的外表面上，经冷却定径套定径保温管的外径后，进入到水喷淋冷却箱中继续冷却定型，经打字、切割、包装、入库。
发泡保温层的作用
1. 隔热管内热介质传导散发，防止管内外温差引起的结露；
2. 保护芯层的纤维预浸带中的纤维免受运输、安装、使用等过程外力冲击中受伤。
3. 确保该复合管道中的纤维在不同酸碱盐等环境条件下不受腐蚀而长期使用。
4. 确保复合管在与管件、法兰连接件、伸缩节等部件热熔表面承插、热熔端面对接过程。
5. 保护管材芯层的纤维预浸带在不同应用环境不受紫外线、红外线、氧气等有害射线、气体的干扰与破坏。
所述的连续纤维共同增强保温复合管的配置，其特征还在于该内层管总壁厚为3mm～6mm；
所述的外保温连续纤维预浸带增强热塑性复合管配置，其特征在于该芯层的预浸带是由单向连续纤维经偶联浸润剂预浸润所制作的高强度连续纤维复合而成，以确保芯层材料断面各项的力学性能相同继而提高管材的环向内耐压强度、环向外耐压刚度、轴向抗拉强度以及降低管材的线膨胀系数。
所述的所述外保温连续纤维预浸带增强热塑性复合管配置，其特征在于在线制作发泡保温层与内层、芯层材料形成同晶结构熔融无缝结合成为整体共同增强管道。
所述的纤维浸润剂是指：阳离子型丙烯酸酯、硅烷偶联剂、去离子水等组成。
所述的纤维是指：玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、聚酯纤维等。
所述的热塑性塑料是指：PP、PE、PVC、PA、ABS等。
所述的连续纤维预浸带是指：不间断单向连续纤维浸渍热塑性塑料0.2mm～1.0mm薄膜经分切成60mm～300mm宽度的纤维含量60%～70%的纤维复合带。
所述的无机发泡材料是指：用纳米级碳酸钙、氧化钛与少量的AC发泡剂复合后经双螺杆造粒机切粒发泡倍率在0.2～20倍的预先发泡的材料。
所述的GXCG-1101是指四川鑫成新材料科技有限公司出售高耐磨改性聚烯烃管道材料。
外保温连续纤维预浸带增强热塑性复合管的制作方法
管材三步骤在线制作：第一步短纤维增强三层内层管的制作；第二步连续纤维预浸带角度交叉叠加缠绕增强的芯层管的制作；第三步面层发泡保温层的制作。
第一步短纤维增强三层内层管的制作：分别将预先制作好的热塑性塑料粒子与短纤维增强热塑性粒子分别倒入二台挤出机料桶内，一台挤出机挤出内层导流层与过渡层，一台挤出机挤出增强层并通过复合模具夹在导流层与过渡层中间组合成三层管后，在牵引机的牵引下进入到纤维带缠绕机中，根据不同塑料的熔点，挤出机温度设定在180℃～240℃。
第二步连续纤维预浸带角度交叉叠加缠绕增强的芯层管的制作：边旋转缠绕机边加热预浸带与内层管外表层，内层管在牵引机的牵拉下均匀连续的前行，被加热的预浸带在旋转缠绕机的带动下缠绕并熔贴在内层管上前行到下一个缠绕机上，后续缠绕机边旋转边加热预浸带与前道工序缠绕的预浸带外表面，内层管在牵引机的牵拉下均匀连续的前行，被加热的预浸带在旋转缠绕机的带动下反方向缠绕并熔贴在前道工序缠绕的预浸带外表面上前行到下一个缠绕机上，如此不断的反复直到缠绕到足够的层次为止，根据预浸带不同塑料的熔点，加热预浸带工具温度设定在200℃～600℃，加热方式有电阻加热、红外加热、激光加热、超声波加热、火焰加热等，内层管表面加热采用电加热器。
第三步面层发泡保温层的制作：将发泡配方料倒入生产发泡保温层的挤出机料桶内，挤出机与管材生产线成一定角度设置后连接有反抽真空的面层模具，缠绕有纤维增强层的芯层管经牵引机的牵拉后进入烘箱加热，经烘箱加热后的芯层管的外表面层的塑料呈熔融态后穿过面层模具，挤出的发泡塑料熔体从模具中环形包覆在芯层管的外表面上，在反抽真空的作用下熔贴在芯层管的外表面上，经定径套定径三层管材的外径后，进入到水喷淋冷却箱中冷却定型后，打字、切割、包装、入库，根据不同塑料的熔点，发泡挤出机温度控制在160℃～190℃，模具温度控制在190℃～210℃。
本发明具有高耐压、高刚性、低膨胀、抗蠕变、外保温的综合性优异技术指标。
附图说明
图1是本发明的剖面示意图。
具体实施方式
以下通过具体实施例进一步说明本发明。
实施例1
一种热塑性连续纤维预浸带高强管，包括从内至外依次套设的内层管1、芯层2和面层管3，如图1所示，具体结构是：
内层管1由热塑性塑料熔融后挤出制成，内层管1为单层或双层；芯层2由热塑性连续纤维预浸带制成，芯管2至少包括1层；面层管3由热塑性塑料熔融后挤出制成，面层管3为坚实管壁状或发泡状；
内层管1为单层时，内层管1的管壁厚度为2mm～6mm，内层管1的材料和芯层2的材料相同，内层管1采用经单螺杆挤出机挤出、真空定径箱冷却后制成，起到缠绕预浸带内模与管材内壁导流、防腐蚀层的作用；
内层管1为双层时，内层管1的内层采用聚烯烃耐磨管道专用料制成，所述内层的厚度为2mm～4mm，所述内层起到高耐磨并延长管道使用时间的作用，内层管1的外层采用聚乙烯或聚丙烯制成，所述外层的厚度为2mm～4mm，所述外层起到结合聚烯烃耐磨管道专用料与结合芯层熔融连续纤维预浸带的作用；内层管1的内层材料和内层管1的外层材料分别通过两台单螺杆挤出机和复合共挤模具共挤后制成；
芯层2采用边加热熔贴方式使热塑性连续纤维预浸带之间交错形成接口错层叠加、并与内层管1斜交后再多层次地缠绕整体熔贴在内层管1的外表面上，芯层2与内层管1形成一体后极大来极大提高管道的耐压强度、耐热温度、环刚度、抗蠕变速度与抗冲击韧性；
面层管3为坚实管壁状时，面层管3的管壁厚度为2mm～4mm，热塑性塑料在线熔融复合与芯层2的热塑性连续纤维预浸带中同晶结构的塑料材料，随后直接熔融贴敷在芯层2的外表面上构成坚实管壁状的面层管3；
面层管3为发泡状时，面层管3的管壁厚度为10mm～40mm，热塑性塑料在线包覆与芯层2的热塑性连续纤维预浸带中同晶结构的熔融发泡材料，随后直接熔融贴敷在芯层2的外表面上构成发泡状的面层管3。
芯层2的热塑性连续纤维预浸带选用纤维和热塑性塑料构成的单向连续纤维，其中纤维的质量百分比为60%～70%，纤维选用玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维中的任意一种；热塑性塑料的质量百分比为30%～40%，热塑性塑料选用指PP或PE，热塑性塑料的熔融指数为216℃下每10kg被挤出20g～40g；
面层管3为发泡状时，所述的发泡材料选用PP发泡体或PE发泡体，
所述的PP发泡体的配方为：
| 组分名称 | 质量百分比(%) |
| PP | 60～70 |
| 高熔体PP | 28～18 |
| 含有10%～30%纳米级碳酸钙的PP成核剂 | 10 |
| AC发泡剂 | 2 |
；
所述的PE发泡体的配方为：
| 组分名称 | 质量百分比(%) |
| PE | 87 |
| 含有10%～30%纳米级碳酸钙的PE成核剂 | 10 |
| AC发泡剂 | 3 |
本实施例制造时，按如下步骤实施：
a. 启动电加热开关并加热内外层挤出机及其连接的模具，材料选用PP时挤出机螺杆各段温度设定为170℃～210℃，模具设定为210℃，并保温30分钟；
从牵引机前部穿越牵引管直到内层管模具前，启动内层管挤出机挤出内层管熔体，启动牵引机并带动牵引管与内层管熔体进入真空箱定径套内；
将PP发泡体或PE发泡体在高速搅混合机内加入少许白油以1000转/分～1500转/分搅拌3min；
b. 将聚烯烃耐磨管道专用料、热塑性塑料、发泡体分别倒入最内层管1内层、内层管1外层、面层管3挤出机的料桶中，预浸带装入缠绕机放卷盘上；
c. 启动真空箱真空机与水泵冷却、定型内层管1后进入缠绕机；
内层管1为单层时，直接启动内层管1的挤出塑料熔体挤入共挤复合模具成型复合管胚熔体后进入真空定径箱冷却、定型内层管1后在牵引机的牵拉下进入缠绕机；内层管1为双层时，同时启动内层管1内层和内层管1外层的两层挤出机挤出塑料熔体挤入共挤复合模具成型二层复合管胚熔体后进入真空定径箱冷却、定型内层管1后在牵引机的牵拉下进入缠绕机；
d. 根据缠绕层数要求，先后分别启动多台缠绕机，边加热纤维预浸带边缠绕熔贴在内层管1上后进入面层模具中；
启动缠绕机上的加热设备与旋转盘，边加热预浸带与内层管1的外表面，边错层缠绕熔融的预浸带，边挤压熔融的预浸带层使内层管1与预浸带各层形成一体后进入到加热箱内或直接进入后端设有加长加热管的面层管3模体内；
e. 启动面层挤出机挤出坚实管壁状或发泡状的面层管3的熔融体包覆于芯层2纤维带的外表面上后进入风机冷却表皮后进入冷却水箱；
将芯层2的预浸带层表面加热到熔融态后进入到面层管3模体内；
f. 启动面层挤出机挤出塑料熔体或发泡熔体挤入面层管3模具中，在挤出机螺杆的推力作用下，将塑料熔体或发泡熔体包覆并熔贴于预浸带外表面上成为一体；
g. 启动冷却水箱水泵喷淋冷却管道后进入牵引机；面层管3熔体表面鼓风机冷风冷却表面结晶后进入冷却箱内；
h. 启动喷淋水箱的水泵，喷淋冷却管材直常温；
i. 启动标识机标示管材后进入切割机；标示、切割、检查、包装、入库。
制造本实施例所用的设备，包括依次设置的如下部件：
a. 内层二台单螺杆挤出机及其连接的共挤复合模具，b. 内层真空定径箱与内置定径套，c. 芯层缠绕纤维带带备用机组多台纤维带旋转缠绕机组，d. 面层一台挤出机及其连接带接长加热的外包覆模具，e. 冷却分机，f. 冷却水箱，g. 多抓牵引机，h. 标示机，i. 切割机和j. 管道接收台；
每一条管材生产线多备两台正反转缠绕机，作为接续其它两台正反转旋转缠绕纤维带即将用完之前的备用机组，以确保管材生产线接续换纤维带时连续不间断生产；
在外包覆模具的后方，连接外表面电加热300mm～500mm长度的空心圆柱体，供缠绕纤维层穿过时加热纤维带管的外表层呈熔融状态后进入外包覆模具内，与确保外包覆的熔体与纤维带管外表面层熔体成为一体；所包覆的内层管1的外层熔体必须经过冷风吹冷表面结晶结皮后才能进一步喷淋冷却，方可确保管道外表面不产生麻面呈光滑状态。
Claims (4)
1. 一种热塑性连续纤维预浸带高强管，包括从内至外依次套设的内层管(1)、芯层(2)和面层管(3)，其特征是：
内层管(1)由热塑性塑料熔融后挤出制成，内层管(1)为单层或双层；芯层(2)由热塑性连续纤维预浸带制成，芯管(2)至少包括1层；面层管(3)由热塑性塑料熔融后挤出制成，面层管(3)为坚实管壁状或发泡状；
内层管(1)为单层时，内层管(1)的管壁厚度为2mm～6mm，内层管(1)的材料和芯层(2)的材料相同，内层管(1)采用经单螺杆挤出机挤出、真空定径箱冷却后制成；
内层管(1)为双层时，内层管(1)的内层采用聚烯烃耐磨管道专用料制成，所述内层的厚度为2mm～4mm，内层管(1)的外层采用聚乙烯或聚丙烯制成，所述外层的厚度为2mm～4mm；内层管(1)的内层材料和内层管(1)的外层材料分别通过两台单螺杆挤出机和复合共挤模具共挤后制成；
芯层(2)采用边加热熔贴方式使热塑性连续纤维预浸带之间交错形成接口错层叠加、并与内层管(1)斜交后再多层次地缠绕整体熔贴在内层管(1)的外表面上；
面层管(3)为坚实管壁状时，面层管(3)的管壁厚度为2mm～4mm，热塑性塑料在线熔融复合与芯层(2)的热塑性连续纤维预浸带中同晶结构的塑料材料，随后直接熔融贴敷在芯层(2)的外表面上构成坚实管壁状的面层管(3)；
面层管(3)为发泡状时，面层管(3)的管壁厚度为10mm～40mm，热塑性塑料在线包覆与芯层(2)的热塑性连续纤维预浸带中同晶结构的熔融发泡材料，随后直接熔融贴敷在芯层(2)的外表面上构成发泡状的面层管(3)。
2. 如权利要求1所述的热塑性连续纤维预浸带高强管，其特征是：
芯层(2)的热塑性连续纤维预浸带选用纤维和热塑性塑料构成的单向连续纤维，其中纤维的质量百分比为60%～70%，纤维选用玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维中的任意一种；热塑性塑料的质量百分比为30%～40%，热塑性塑料选用指PP或PE，热塑性塑料的熔融指数为216℃下每10kg被挤出20g～40g；
面层管(3)为发泡状时，所述的发泡材料选用PP发泡体或PE发泡体，
所述的PP发泡体的配方为：
；
所述的PE发泡体的配方为：
。
3. 如权利要求1或2所述的热塑性连续纤维预浸带高强管的制造方法，其特征是：按如下步骤实施：
a. 启动电加热开关并加热内外层挤出机及其连接的模具，材料选用PP时挤出机螺杆各段温度设定为170℃～210℃，模具设定为210℃，并保温30分钟；
从牵引机前部穿越牵引管直到内层管模具前，启动内层管挤出机挤出内层管熔体，启动牵引机并带动牵引管与内层管熔体进入真空箱定径套内；
将PP发泡体或PE发泡体在高速搅混合机内加入少许白油以1000转/分～1500转/分搅拌3min；
b. 将聚烯烃耐磨管道专用料、热塑性塑料、发泡体分别倒入最内层管(1)内层、内层管(1)外层、面层管(3)挤出机的料桶中，预浸带装入缠绕机放卷盘上；
c. 启动真空箱真空机与水泵冷却、定型内层管(1)后进入缠绕机；
内层管(1)为单层时，直接启动内层管(1)的挤出塑料熔体挤入共挤复合模具成型复合管胚熔体后进入真空定径箱冷却、定型内层管(1)后在牵引机的牵拉下进入缠绕机；内层管(1)为双层时，同时启动内层管(1)内层和内层管(1)外层的两层挤出机挤出塑料熔体挤入共挤复合模具成型二层复合管胚熔体后进入真空定径箱冷却、定型内层管(1)后在牵引机的牵拉下进入缠绕机；
d. 根据缠绕层数要求，先后分别启动多台缠绕机，边加热纤维预浸带边缠绕熔贴在内层管(1)上后进入面层模具中；
启动缠绕机上的加热设备与旋转盘，边加热预浸带与内层管(1)的外表面，边错层缠绕熔融的预浸带，边挤压熔融的预浸带层使内层管(1)与预浸带各层形成一体后进入到加热箱内或直接进入后端设有加长加热管的面层管(3)模体内；
e. 启动面层挤出机挤出坚实管壁状或发泡状的面层管(3)的熔融体包覆于芯层(2)纤维带的外表面上后进入风机冷却表皮后进入冷却水箱；
将芯层(2)的预浸带层表面加热到熔融态后进入到面层管(3)模体内；
f. 启动面层挤出机挤出塑料熔体或发泡熔体挤入面层管(3)模具中，在挤出机螺杆的推力作用下，将塑料熔体或发泡熔体包覆并熔贴于预浸带外表面上成为一体；
g. 启动冷却水箱水泵喷淋冷却管道后进入牵引机；面层管(3)熔体表面鼓风机冷风冷却表面结晶后进入冷却箱内；
h. 启动喷淋水箱的水泵，喷淋冷却管材直常温；
i. 启动标识机标示管材后进入切割机；标示、切割、检查、包装、入库。
4. 如权利要求3所述的热塑性连续纤维预浸带高强管的制造方法的设备，其特征是：包括依次设置的如下部件：
a. 内层二台单螺杆挤出机及其连接的共挤复合模具，b. 内层真空定径箱与内置定径套，c. 芯层缠绕纤维带带备用机组多台纤维带旋转缠绕机组，d. 面层一台挤出机及其连接带接长加热的外包覆模具，e. 冷却分机，f. 冷却水箱，g. 多抓牵引机，h. 标示机，i. 切割机和j. 管道接收台；
每一条管材生产线多备两台正反转缠绕机，作为接续其它两台正反转旋转缠绕纤维带即将用完之前的备用机组；
在外包覆模具的后方，连接外表面电加热300mm～500mm长度的空心圆柱体，供缠绕纤维层穿过时加热纤维带管的外表层呈熔融状态后进入外包覆模具内，与确保外包覆的熔体与纤维带管外表面层熔体成为一体。
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