CN108407345A - 螺纹钢筋增强聚丙烯波纹管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及波纹管领域，特别涉及一种螺纹钢筋增强聚丙烯波纹管及其制造方法；该波纹管包括外层、加强层以及涂塑钢筋层，外层包括外层波峰和外层波谷，涂塑钢筋层的截面积为加强层截面积的14％～16％，涂塑钢筋层为螺旋状，加强层设有容置腔，涂塑钢筋层包括螺纹钢筋以及涂塑层，本发明提供的一种螺纹钢筋增强聚丙烯波纹管及其制造方法，该波纹管的外层波峰内设有实心波峰加强层且加强层内设有涂塑钢筋层，不仅使得该波纹管具有更优良的抗压强度，而且螺纹钢筋和聚丙烯塑料共同起到增强作用，使管材无应力集中点，受力更加均匀，大大延长了使用寿命，该制造方法不仅工艺稳定、简单、生产速度快，而且熔接强度高、质量稳定。
Description
技术领域
本发明涉及波纹管领域，特别涉及一种螺纹钢筋增强聚丙烯波纹管及其制造方法。
背景技术
目前排水排污等领域的管材一般为钢塑复合螺旋波纹管和HDPE双壁波纹管，其中钢塑复合螺旋波纹管存在如下的缺点：1、钢与塑料的粘接性较差，在加工过程中，钢带存在极大的内应力，造成管材在室外放置一定时间后，因热胀冷缩等因素的影响，钢塑出现严重的分离现象，从而造成管材在埋地后，其环刚度严重下降，引起工程事故；2、由于钢带的耐腐蚀性较差，在生产和施工过程中，易造成钢带腐蚀，从而破坏管材引起工程事故；3、冲击性能差，钢塑复合管在受到外力冲击时，钢塑易出现分层；4、抗破坏性较差，管材波峰处为单波峰结构，只要波峰处受到外力破坏，则水液或异物将进入波腔内，腐蚀钢带并破坏内层，最终造成管材的整体破坏。
HDPE双壁波纹管存在如下的缺点：1、管材波峰处为单波峰结构，同时内外层壁厚较薄，抗冲击及抗破坏性均较差；2因波峰处为单波峰结构、管材抗压性能较差，因此整体环刚度较低，一般不超过8kN/m2，如需提高环刚度，则需大幅增加单位材料用量，成本较高；3、生产设备投入高，一般是螺纹波纹管类设备的8倍以上，同时生产越大口径越有局限性，造成生产成本高；同时受技术限制目前不能生产直径超过1500mm管材。
发明内容
本发明的目的在于克服以上缺点，提供一种螺纹钢筋增强聚丙烯波纹管及其制造方法，该波纹管的外层波峰内设有实心波峰加强层且加强层内设有涂塑钢筋层，不仅使得该波纹管具有更优良的抗压强度、抗冲击破坏性和环柔性，而且螺纹钢筋和聚丙烯塑料共同起到增强作用，使管材无应力集中点，受力更加均匀，各部位抗压性能均匀，大大延长了使用寿命，该制造方法不仅工艺稳定、操作简单、生产速度快，而且熔接强度高、质量稳定。
本发明是这样实现的：
方案(一)：
一种螺纹钢筋增强聚丙烯波纹管，其特征在于：该波纹管包括外层、加强层以及设置于加强层内的涂塑钢筋层，所述外层包括相互交替设置且沿波纹管轴向方向呈螺旋延伸的外层波峰和外层波谷，所述外层波峰的内表面为一个螺旋状空腔，所述加强层为实心波峰结构且沿波纹管轴向方向螺旋延伸设置，所述加强层位于螺旋状空腔内，所述加强层的外表面与外层波峰的内表面贴设固定且加强层的内表面与外层波谷的内表面平齐，所述涂塑钢筋层的截面积为加强层截面积的14％～16％，所述涂塑钢筋层为螺旋状，所述加强层内设有用于容置涂塑钢筋层的容置腔，所述涂塑钢筋层包括螺纹钢筋以及包覆设置于螺纹钢筋外周的涂塑层，所述涂塑层外表面与容置腔内表面固定连接。
优选的，所述外层和加强层为聚丙烯层，所述涂塑层为接枝改性聚烯烃树脂层。
优选的，所述螺纹钢筋采用拉伸强度不小于450MPa、屈服强度不小于300MPa、弹性模量为205000MPa～215000MPa、延伸率不小于25％的螺纹钢筋。
为了进一步提高环刚度，所述外层波峰的高度为波纹管内径的4.5％～5.5％，所述波纹管的螺距为波纹管内径的11.5％～13.5％，所述外层波峰的宽度为波纹管内径的5％～7％，所述外层波谷的宽度为波纹管内径的6.5％～8.5％，所述外层波谷的宽度为外层波峰的宽度的1.25～1.35倍，所述外层波峰两侧壁延伸线的夹角为20°～24°。
优选的，所述外层采用截面为几字形的直线形型材螺旋缠绕而成，直线形型材相邻边的重叠部分相互熔融粘接在一起。
方案(二)：
一种螺纹钢筋增强聚丙烯波纹管的制造方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
①对直线螺纹钢筋型材进行加热，使其表面温度控制在250℃～280℃，同时将接枝改性聚烯烃树脂进行熔融处理，熔融温度控制在180℃～220℃；然后将熔融的接枝改性聚烯烃树脂均匀地涂抹在直线螺纹钢筋型材表面，涂层厚度控制在0.8mm～1.2mm，之后进行冷却处理，使接枝改性聚烯烃树脂固化在直线螺纹钢筋型材表面并紧密粘合，制得直线形涂塑钢筋层；
②在进行步骤①时，同时将制作加强层的聚丙烯材料进行熔融，熔融温度控制在180℃～250℃，将步骤①中的涂塑直线螺纹钢筋引入并固定在制作直线形加强层的模具中，然后往模具中注入熔融的聚丙烯，使聚丙烯充满涂塑直线螺纹钢筋和模具之间的整个空间，然后用牵引机连续匀速地牵引出来，冷却后使得步骤①制得的直线形涂塑钢筋层固定在直线形加强层中；
③将步骤②中制得的直线形加强层和直线形涂塑钢筋层进行表面预热，使其表面温度控制在130℃～160℃，然后引入弯曲机弯曲成螺旋状，制得加强层和涂塑钢筋层；
④将制作外层的材料进行熔融，熔融温度控制在180℃～250℃，并在模具中成型，形成截面为几字形的直线形型材，在完成步骤③后，将截面为几字形的直线形型材螺旋粘接于加强层外表面，直线形型材相邻边的重叠部分相互熔融粘接在一起，最终形成螺纹钢筋增强聚丙烯波纹管。
较之现有技术而言，本发明具有以下优点：
(1)本发明提供的螺纹钢筋增强聚丙烯波纹管及其制造方法，该波纹管的外层波峰内设有实心波峰加强层且加强层内设有涂塑钢筋层，不仅使得该波纹管具有更优良的抗压强度、抗冲击破坏性和环柔性，而且螺纹钢筋和聚丙烯塑料共同起到增强作用，使管材无应力集中点，受力更加均匀，各部位抗压性能均匀，大大延长了使用寿命，该制造方法不仅工艺稳定、操作简单、生产速度快，而且熔接强度高、质量稳定；
(2)本发明提供的螺纹钢筋增强聚丙烯波纹管，通过设置加强层和涂塑钢筋层使管材具有更加优良的环刚度，环刚度可达24kN/m2以上；
(3)本发明提供的螺纹钢筋增强聚丙烯波纹管，涂塑钢筋层包括螺纹钢筋以及包覆设置于螺纹钢筋外周的涂塑层，螺纹钢筋表面呈螺纹状，表面积大，经表面涂塑后，与聚丙烯增强波峰之间复合效果好，在受外部环境热胀冷缩影响时两者材料同步性好，极大克服了钢塑复合天然存在的应力问题，避免了钢筋与聚丙烯之间因膨胀系数和收缩不同引起的应力破坏问题，增强了钢塑复合的协同抗压作用和相互保护作用；
(4)本发明提供的螺纹钢筋增强聚丙烯波纹管，涂塑钢筋层的截面积为加强层截面积的14％～16％，尽可能地降低钢塑复合存在的应力问题，改善钢塑复合的增强效果；
(5)本发明提供的螺纹钢筋增强聚丙烯波纹管，各层均采用相容性良好的材质，并经高温熔融复合，确保各层复合良好，使管材具有良好的结构性能，使用寿命长；
(6)本发明提供的螺纹钢筋增强聚丙烯波纹管，设计巧妙，使用性能可靠，具有广阔的市场前景。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步说明：
图1是本发明螺纹钢筋增强聚丙烯波纹管的结构示意图；
图2是图1中A的局部放大示意图；
图3是本发明加强层的三维结构示意图；
图4是本发明直线形型材的三维结构示意图。
图中符号说明：1、外层，11、外层波峰，12、外层波谷，13、直线形型材，2、加强层，21、容置腔，3、涂塑钢筋层，31、螺纹钢筋，32、涂塑层，ɑ、外层波峰两侧壁延伸线的夹角，b1、外层波峰的宽度，b2、外层波谷的宽度，d、波纹管内径，h、外层波峰的高度，p、波纹管的螺距。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明内容进行详细说明：
具体实施方式(一)：
如图1-4所示为本发明提供的一种螺纹钢筋增强聚丙烯波纹管，其特征在于：该波纹管包括外层1、加强层2以及设置于加强层2内的涂塑钢筋层3，所述外层1包括相互交替设置且沿波纹管轴向方向呈螺旋延伸的外层波峰11和外层波谷12，所述外层波峰11的内表面为一个螺旋状空腔，所述加强层2为实心波峰结构且沿波纹管轴向方向螺旋延伸设置，所述加强层2位于螺旋状空腔内，所述加强层2的外表面与外层波峰11的内表面贴设固定且加强层2的内表面与外层波谷12的内表面平齐，所述涂塑钢筋层3的截面积为加强层2截面积的14％～16％，所述涂塑钢筋层3为螺旋状，所述加强层2内设有用于容置涂塑钢筋层3的容置腔21，所述涂塑钢筋层3包括螺纹钢筋31以及包覆设置于螺纹钢筋31外周的涂塑层32，所述涂塑层32外表面与容置腔21内表面固定连接。
优选的，所述外层1和加强层2为聚丙烯层，所述涂塑层32为接枝改性聚烯烃树脂层。
优选的，所述螺纹钢筋31采用拉伸强度不小于450MPa、屈服强度不小于300MPa、弹性模量为205000MPa～215000MPa、延伸率不小于25％的螺纹钢筋。
如图1所示，所述外层波峰11的高度h为波纹管内径d的4.5％～5.5％，所述波纹管的螺距p为波纹管内径d的11.5％～13.5％，所述外层波峰11的宽度b1为波纹管内径d的5％～7％，所述外层波谷12的宽度b2为波纹管内径d的6.5％～8.5％，所述外层波谷12的宽度b2为外层波峰11的宽度b1的1.25～1.35倍，所述外层波峰11两侧壁延伸线的夹角ɑ为20°～24°。
如图1、图4所示，所述外层1采用截面为几字形的直线形型材13螺旋缠绕而成，直线形型材13相邻边的重叠部分相互熔融粘接在一起。
具体实施方式(二)：
一种螺纹钢筋增强聚丙烯波纹管的制造方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
①对直线螺纹钢筋型材进行加热，使其表面温度控制在250℃～280℃，同时将接枝改性聚烯烃树脂进行熔融处理，熔融温度控制在180℃～220℃；然后将熔融的接枝改性聚烯烃树脂均匀地涂抹在直线螺纹钢筋型材表面，涂层厚度控制在0.8mm～1.2mm，之后进行冷却处理，使接枝改性聚烯烃树脂固化在直线螺纹钢筋型材表面并紧密粘合，制得直线形涂塑钢筋层；
②在进行步骤①时，同时将制作加强层2的聚丙烯材料进行熔融，熔融温度控制在180℃～250℃，将步骤①中的涂塑直线螺纹钢筋引入并固定在制作直线形加强层的模具中，然后往模具中注入熔融的聚丙烯，使聚丙烯充满涂塑直线螺纹钢筋和模具之间的整个空间，然后用牵引机连续匀速地牵引出来，冷却后使得步骤①制得的直线形涂塑钢筋层固定在直线形加强层中；
③将步骤②中制得的直线形加强层和直线形涂塑钢筋层进行表面预热，使其表面温度控制在130℃～160℃，然后引入弯曲机弯曲成螺旋状，制得加强层2和涂塑钢筋层3；
④将制作外层1的材料进行熔融，熔融温度控制在180℃～250℃，并在模具中成型，形成截面为几字形的直线形型材13，在完成步骤③后，将截面为几字形的直线形型材13螺旋粘接于加强层2外表面，直线形型材13相邻边的重叠部分相互熔融粘接在一起，最终形成螺纹钢筋增强聚丙烯波纹管。
表1：本发明螺纹钢筋增强聚丙烯波纹管与其它波纹管的主要性能对比表
从表1中可以看出，本发明的螺纹钢筋增强聚丙烯波纹管，环刚度、冲击性能、环柔性和管材重量明显优于现有的管材。
表2：不同波峰角度、波峰高度、波峰与波谷宽度比对管材质量和成本的影响
注：1、以上以DN800管为例；
2、峰/谷抗压比即为管材波峰环刚度与管材波谷环刚度之比，用以检验管材整体抗压性能是否均匀，避免抗压性能差异过大，两者相比越大，说明抗压性能越不均匀，反之则抗压性能更均匀；
3、成本系数越高则说明管材成本越高，反之则越低；
4、以上对任一项目的比较是基于其它三个项目一致的前提下作出的结论。
上述具体实施方式只是对本发明的技术方案进行详细解释，本发明并不只仅仅局限于上述实施例，凡是依据本发明原理的任何改进或替换，均应在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种螺纹钢筋增强聚丙烯波纹管，其特征在于：该波纹管包括外层(1)、加强层(2)以及设置于加强层(2)内的涂塑钢筋层(3)，所述外层(1)包括相互交替设置且沿波纹管轴向方向呈螺旋延伸的外层波峰(11)和外层波谷(12)，所述外层波峰(11)的内表面为一个螺旋状空腔，所述加强层(2)为实心波峰结构且沿波纹管轴向方向螺旋延伸设置，所述加强层(2)位于螺旋状空腔内，所述加强层(2)的外表面与外层波峰(11)的内表面贴设固定且加强层(2)的内表面与外层波谷(12)的内表面平齐，所述涂塑钢筋层(3)的截面积为加强层(2)截面积的14％～16％，所述涂塑钢筋层(3)为螺旋状，所述加强层(2)内设有用于容置涂塑钢筋层(3)的容置腔(21)，所述涂塑钢筋层(3)包括螺纹钢筋(31)以及包覆设置于螺纹钢筋(31)外周的涂塑层(32)，所述涂塑层(32)外表面与容置腔(21)内表面固定连接。
2.根据权利要求1所述的螺纹钢筋增强聚丙烯波纹管，其特征在于：所述外层(1)和加强层(2)为聚丙烯层，所述涂塑层(32)为接枝改性聚烯烃树脂层。
3.根据权利要求1所述的螺纹钢筋增强聚丙烯波纹管，其特征在于：所述螺纹钢筋(31)采用拉伸强度不小于450MPa、屈服强度不小于300MPa、弹性模量为205000MPa～215000MPa、延伸率不小于25％的螺纹钢筋。
4.根据权利要求1所述的螺纹钢筋增强聚丙烯波纹管，其特征在于：所述外层波峰(11)的高度(h)为波纹管内径(d)的4.5％～5.5％，所述波纹管的螺距(p)为波纹管内径(d)的11.5％～13.5％，所述外层波峰(11)的宽度(b1)为波纹管内径(d)的5％～7％，所述外层波谷(12)的宽度(b2)为波纹管内径(d)的6.5％～8.5％，所述外层波谷(12)的宽度(b2)为外层波峰(11)的宽度(b1)的1.25～1.35倍，所述外层波峰(11)两侧壁延伸线的夹角(ɑ)为20°～24°。
5.根据权利要求1所述的螺纹钢筋增强聚丙烯波纹管，其特征在于：所述外层(1)采用截面为几字形的直线形型材(13)螺旋缠绕而成，直线形型材(13)相邻边的重叠部分相互熔融粘接在一起。
6.一种螺纹钢筋增强聚丙烯波纹管的制造方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
①对直线螺纹钢筋型材进行加热，使其表面温度控制在250℃～280℃，同时将接枝改性聚烯烃树脂进行熔融处理，熔融温度控制在180℃～220℃；然后将熔融的接枝改性聚烯烃树脂均匀地涂抹在直线螺纹钢筋型材表面，涂层厚度控制在0.8mm～1.2mm，之后进行冷却处理，使接枝改性聚烯烃树脂固化在直线螺纹钢筋型材表面并紧密粘合，制得直线形涂塑钢筋层；
②在进行步骤①时，同时将制作加强层(2)的聚丙烯材料进行熔融，熔融温度控制在180℃～250℃，将步骤①中的涂塑直线螺纹钢筋引入并固定在制作直线形加强层的模具中，然后往模具中注入熔融的聚丙烯，使聚丙烯充满涂塑直线螺纹钢筋和模具之间的整个空间，然后用牵引机连续匀速地牵引出来，冷却后使得步骤①制得的直线形涂塑钢筋层固定在直线形加强层中；
③将步骤②中制得的直线形加强层和直线形涂塑钢筋层进行表面预热，使其表面温度控制在130℃～160℃，然后引入弯曲机弯曲成螺旋状，制得加强层(2)和涂塑钢筋层(3)；
④将制作外层(1)的材料进行熔融，熔融温度控制在180℃～250℃，并在模具中成型，形成截面为几字形的直线形型材(13)，在完成步骤③后，将截面为几字形的直线形型材(13)螺旋粘接于加强层(2)外表面，直线形型材(13)相邻边的重叠部分相互熔融粘接在一起，最终形成螺纹钢筋增强聚丙烯波纹管。
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