CN111022781A - 中空壁结构玻璃钢管道及其制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中空壁结构玻璃钢管道，至少包括内外两层实壁层，相邻的两实壁层之间设有中空层，所述中空层包括环内侧实壁层周向缠绕的硬质的中空管。在此基础上，本发明还公开了该种中空壁结构玻璃钢管道的制作工艺：制作最内侧的实壁层、缠绕中空管、填充缠绕树脂纤维材料、制作外实壁层、固化、切割。本发明的有益效果是：具有重量轻、强度高、方便制造的优势，有利于先进技术的推广。

Description

中空壁结构玻璃钢管道及其制作工艺

技术领域

本发明属于给排水领域，具体是一种中空壁结构玻璃钢管道，及其制作工艺。

背景技术

玻璃钢管道的管壁结构一般包括内衬层、结构层和外保护层，其中内衬层、外保护层通常不作为形成力学性能的结构纳入设计，因此玻璃钢管的力学性能由结构层决定。国标GB/T19472.2-2004中公开了聚乙烯缠绕结构壁管材及管件的定义、符号和缩略语、原料、管材分类和标记、结构型式和连接方式、技术要求、试验方法、检验规则、标志、运输和贮存，其结构特征也可供玻璃钢管道制造业借鉴。2015年5月13日，中国专利文献CN104613242A《一种树脂基复合夹层结构管及其二次缠绕制作方法》，“公开了一种树脂基复合夹层结构管及其二次缠绕制作方法。由内到外依次为内衬层、内结构层、夹层结构、外结构层；其中，内衬层、内结构层、外结构层均为树脂基复合材料采用传统的缠绕方式制作，所述夹层结构按如下方式制备而来：在条形骨架结构上采用浸胶的纤维或其织物环向缠绕形成缠绕结构，再将缠绕结构和骨架结构按纤维缠绕的方法环向缠绕到内结构层的表面形成夹层结构”。该申请人认为“采用中空或轻质材料填充的夹层结构制作的树脂基复合夹层结构管，使得管道的重量大幅降低，实现了轻量化；夹层结构外部的缠绕结构，与内外结构层材料相一致，能很好的结合在一起，不存在界面问题，具有更高的可靠性”。由于该现有技术采用的是柔性材料二次缠绕的方式，因此制作工艺过于复杂，生产效率低，推广难度大。

发明内容

基于上述问题，本发明提供一种中空壁结构玻璃钢管道，具有重量轻、强度高、方便制造的优势，有利于先进技术的推广。

为了实现发明目的一，本发明采用如下技术方案：一种中空壁结构玻璃钢管道，至少包括内外两层实壁层，相邻的两实壁层之间设有中空层，所述中空层包括环内侧实壁层周向缠绕的硬质的中空管。

本技术方案设计的中空壁结构玻璃钢管道，设计有至少内外两层实壁层，相邻的两实壁层之间设有中空层，通过中空层的设计，可以降低结构的重量。本方案中的中空层包括环绕内侧实壁层周向缠绕的硬质的中空管，中空管管壁与相邻实壁层之间可以是紧贴的，必要时也可以以树脂纤维材料填充。由于实壁层的材料通常也是树脂纤维材料，因此可以将中空管视为以树脂纤维材料周向包围形成的空腔，空腔为长条形，环绕在内、外侧实壁层之间。环绕的方式可以是封闭式环绕，每个中空壁结构玻璃钢管道上同轴的缠绕若干个中空管，也可以是螺旋式缠绕，每个中空壁结构玻璃钢管道上只缠绕一个或并列缠绕数个中空管。相邻的两中空管之间的共同的管壁部分形成工字型结构，因此具有很强的径向支撑力，可以大大提升管道环刚度，也具有很强的轴向刚度。各实壁层的厚度可以是相等的，也可以根据设计需要定义为不相等。制作这样的中空管结构，可以是预埋内模具，例如球囊，成型后将内模具取出的传统脱模工艺，也可以是使用类似失蜡法的方法，成型后将内模具自行消除，等等。本领域技术人员可以根据需要选择合适的制造工艺。中空管的截面形状可以是圆形、矩形、梯形、拱形等。中空壁结构玻璃钢管道的截面形状可以是业内常用形状，并无特别限制，管内壁一般是光滑平整的以利排水，管外壁即最外层的实壁层外侧面可以是平整的，也可以随中空管的缠绕布局而制成表面突起成螺旋状，以利埋设在地下时的径向稳定性。实际应用中，中空壁结构玻璃钢管道的最内侧和最外侧一般还设有内衬层和外保护层，该两层结构通常不影响玻璃钢管道的力学结构，本方案中未述及，但不意味着包括该两层结构的至少其中一种的中空壁结构玻璃钢管道落在本技术方案的保护范围之外。此外，通常情况下本方案适用的中空壁结构玻璃钢管道的管径为米级，而中空管的管径为厘米级，两者有显著的数量级差。

作为优选，所述中空层为两层或以上，相邻两层中空层之间设有一实壁层。该方案为多层结构方案，可以在内侧的中空管外层缠绕另一层中空管，缠绕的层数可以由本领域技术人员根据工艺设计要求自行决定。相邻层的中空层的中空管可以是内外对位的，也可以是内外错位的。

作为优选，同中空层内相邻的中空管之间设有间隙，间隙内以树脂纤维材料填充。同中空层内相邻的中空管之间的间隙可以是等距的，也可以是间隔等距的，后者例如双中空管紧靠并列在一起缠绕。具体缠绕模式可以由本领域技术人员按需选择。

作为优选，中空管内设有中空管成型模具。本方案的中空管成型模具，直接埋设在内外两层实壁层之间，在以树脂纤维材料填充并固定后，不再取出，可以视为形成了中空管的一部分。中空管成型模具可以使用轻质材料如铝、塑料等，以降低重量；如果成型后无需取下，直接和内外两层实壁层复合固定，构成玻璃钢管道壁的一部分，则结构上通常是中空的，在强度、重量、保温、隔音上有优势。

作为优选，所述中空管成型模具为PE管。为便于制造，本方案将PE管作为中空管成型模具，结构轻便，材料具有一定的柔韧性，方便缠绕操作。PE管的管壁厚度可以预选，PE管可以是自制的，也可以是外购的，不同截面形状、尺寸的PE管可以形成中空壁结构玻璃钢管道管壁的不同的力学指标，满足不同的设计需求。

作为优选，所述中空管的截面形状为矩形，矩形的其中一对边平行于玻璃钢管道轴向。从缠绕便利的角度及形成工字型的中空管间间隙的要求看，优选使用矩形横截面的中空管。

为了实现发明目的二，本发明采用如下技术方案：一种中空壁结构玻璃钢管道的制作工艺，包括如下步骤：

（一）在连续缠绕模具上缠绕玻璃钢管道最内侧的实壁层；

（二）在最内侧的实壁层外缠绕中空管成型模具；

（三）在相邻中空管成型模具之间的沟槽内填充缠绕树脂纤维材料，直至填充顶面齐平，形成中空层；

（四）在中空层外缠绕本层中空层外侧的实壁层；

（五）在步骤（4）的实壁层外侧，视需要重复步骤（二）、（三）、（四），直至达到设计层数；

（六）固化；

（七）按要求长度切割管道，进行后处理。

本方案的工艺步骤中，首先需要在玻璃钢管道的连续缠绕模具上缠绕形成最内侧的实壁层，然后在最内侧的实壁层外缠绕中空管成型模具，进行必要的定位，然后将树脂纤维材料填充缠绕至相邻的中空管成型模具间的间隙中，直至间隙被填满，顶面齐平，从而形成中空层；此时再在中空层外缠绕形成外侧的实壁层，构成内、外两实壁层夹设中间层的结构。在此基础上，可以按需要进一步在外侧缠绕更多的中间层、实壁层，形成多层空心层的管壁结构。在缠绕完毕后进行固化，固化工艺可以参考现有的树脂纤维材料固化工艺。固化完成，即可对玻璃钢管道进行后处理，包括中空管成型模具的处理，或抽出或融化等，并对成品进行必要的切割，如有内衬层和外保护层还可以进一步覆盖在管壁内外，等等。

作为优选，所述中空管成型模具为截面形状为矩形的PE管；PE管在中空壁结构玻璃钢管道的制作现场同步挤出，在步骤（二）中缠绕在最内侧的实壁层外。本方案选择的是矩形的PE管作为中空管成型模具，采用的是螺旋缠绕的方式。PE管是现场制作的，拉管的速率与玻璃钢管道的缠绕速度同步，PE管一边挤出，一边就同步缠绕至玻璃钢管道的实壁层上。这样做有两个优势，一是持续挤出的PE管没有断头，整条玻璃钢管道无论多长，都可以使用一条PE管整体缠绕而成，工艺不间断，效率更高，二是现场制得的PE管具有一定的热度，马上缠绕后马上填充树脂纤维材料，有利于材料间的复合、固化，有利于产品的结构强度提升，还有利于节能减排。

作为优选，步骤（二）中，缠绕在最内侧的实壁层外时PE管的温度控制范围为30℃~100℃。根据发明人实际测试，30℃~100℃的范围内，PE管与周围树脂纤维材料的复合固化效果较佳。本领域技术人员可以根据现场环境的温度、湿度、制管速度等环境参数自行选择最为合适的产品温度。

作为优选，步骤（三）中树脂纤维材料在缠绕前先经过树脂纤维定位梳的分流限位；树脂纤维定位梳与连续缠绕模具间隙固定，长度方向平行于连续缠绕模具的转轴轴向，梳齿朝向转轴，相邻梳齿的间距与连续缠绕模具上对应位置的中空管成型模具的相邻圈间距对应。为了便于在相邻中空管成型模具间间隙中填充树脂纤维材料，本方案中使用到了一个特别的工装：树脂纤维定位梳。树脂纤维定位梳的形状类似普通的梳头发的梳子，其长度方向平行于连续缠绕模具的转轴轴向，位置则是固定在空中，与连续缠绕模具之间留有固定间隙，梳齿朝向连续缠绕模具的转轴。多条树脂纤维材料同步以切向缠绕在连续缠绕模具上，中间经过树脂纤维定位梳的限位。由于树脂纤维定位梳的相邻梳齿的间距与连续缠绕模具上对应位置的中空管成型模具的相邻圈间距对应，因此经过树脂纤维定位梳限位后的树脂纤维材料被分成若干股，每一股均准确的落到两中空管成型模具之间的间隙中。这样就可以实现快速填充，保证玻璃钢管道的管壁质量稳定可靠。

综上所述，本发明的有益效果是：具有重量轻、强度高、方便制造的优势，有利于先进技术的推广。

附图说明

图1是本发明实施例1的径向局部剖面图。

图2是本发明实施例2的径向局部剖面图。

图3是本发明实施例3的径向局部剖面图。

图4是树脂纤维定位梳的结构示意图。

图5是树脂纤维定位梳的使用状态示意图。

其中：1实壁层、2中空层、21中空管，22中空管成型模具，3树脂纤维定位梳，31梳齿，4工字型结构，5树脂纤维材料。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。

实施例1

如图1所示的实施例1，为一种中空壁结构玻璃钢管道，口径为1200mm，主体结构材料为树脂纤维材料。图中左侧为内侧，右侧为外侧，内侧和外侧均为实壁层1，内、外两层实壁层之间夹设有中空层2。

中空层包括紧贴实壁层周向缠绕的中空管21。中空管四周均由树脂纤维材料填充，因此为硬质管。本例中，中空管内填充有中空管成型模具22，中空管成型模具选择的是截面形状为矩形的PE管，矩形的其中一对边平行于玻璃钢管道轴向。相邻的两PE管之间以树脂纤维材料紧密填充，与内外两实壁层构成工字型结构4。

本例中，内侧的实壁层与外侧的实壁层的厚度均为3mm，中空管即PE管的截面尺寸为宽30mm高25mm，PE管的管壁为2mm，相邻的两PE管之间的间距是相等的，其值w=10mm。因此本例的中空壁结构玻璃钢管道的管壁总厚度为26mm（未计算内衬层和外保护层）。

本例的中空壁结构玻璃钢管道的制作工艺包括如下步骤：

（一）在连续缠绕模具上缠绕玻璃钢管道最内侧的实壁层；

（二）在最内侧的实壁层外螺旋缠绕PE管；

（三）在相邻PE管之间的沟槽内填充缠绕树脂纤维材料，直至填充顶面齐平，形成中空层；

（四）在中空层外缠绕本层中空层外侧的实壁层；

（五）固化；

（六）按要求长度切割管道，进行后处理。

其中，PE管在中空壁结构玻璃钢管道的制作现场同步挤出，在步骤（二）中缠绕在最内侧的实壁层外。缠绕在最内侧的实壁层外时PE管的温度控制范围为30℃~100℃，本例选择的是60℃。

在本例制作工艺的步骤（三）中，还使用到了如图4所示的树脂纤维定位梳3。树脂纤维定位梳与连续缠绕模具间隙固定，长度方向平行于连续缠绕模具的转轴轴向，梳齿31朝向转轴，相邻梳齿的间距与连续缠绕模具上对应位置的PE管的相邻圈间距对应，即前述的w。如图5所示，树脂纤维材料5在缠绕填充至相邻PE管之间的沟槽内前先经过树脂纤维定位梳的分流限位。

发明人对本例的中空壁结构玻璃钢管道做了相关的强度对比测试，相关对比数据如下：同样规格的常规玻璃钢管道，口径1200mm，米重为101kg，环刚度为1630N/m2；而本例的中空壁结构玻璃钢管道，控制米重基本不变，内外实壁层厚度均为3mm，单层中空管高度20mm，环刚度达到16000N/m2。对比可见，在材料使用量基本不变的情况下，环刚度提升至常规为玻璃钢管道的将近10倍。

实施例2

如图2所示的实施例2，为另一种中空壁结构玻璃钢管道。

本例中，包括内侧、中间和外侧三个实壁层，相应的设有2个中空层。同中空层内相邻的中空管之间均设有取值为w的间隙，内、外两层中空层中的中空管的对应位置互错。

本例中，内侧、外侧的实壁层的厚度均为4mm，中间的实壁层的厚度为3mm。中空管即PE管的截面尺寸同实施例1相同，为宽30mm高25mm，PE管的管壁为2mm，相邻的两PE管之间的间距是相等的，其值w=10mm。因此本例的中空壁结构玻璃钢管道的管壁总厚度为61mm（未计算内衬层和外保护层）。

余同实施例1。

在制作工艺步骤上，步骤（四）之后再重复步骤（二）、（三）、（四），以完成外层的中空层和实壁层。

余同实施例1。

实施例3

如图3所示的实施例3，为另一种中空壁结构玻璃钢管道。

本例与实施例2的区别在于，内外两层中空层中的中空管的位置为内外对位的。

余同实施例2。

Claims (10)

1.一种中空壁结构玻璃钢管道，至少包括内外两层实壁层（1），其特征在于，相邻的两实壁层之间设有中空层（2），所述中空层包括环内侧实壁层周向缠绕的硬质的中空管（21）。

2.根据权利要求1所述一种中空壁结构玻璃钢管道，其特征在于，所述中空层为两层或以上，相邻两层中空层之间设有一实壁层。

3.根据权利要求1或2所述的一种中空壁结构玻璃钢管道，其特征在于，同中空层内相邻的中空管之间设有间隙，间隙内以树脂纤维材料填充。

4.根据权利要求1或2所述的一种中空壁结构玻璃钢管道，其特征在于，中空管内设有中空管成型模具（22）。

5.根据权利要求4所述的一种中空壁结构玻璃钢管道，其特征在于，所述中空管成型模具为PE管。

6.根据权利要求1或2所述的一种中空壁结构玻璃钢管道，其特征在于，所述中空管的截面形状为矩形，矩形的其中一对边平行于玻璃钢管道轴向。

7.一种中空壁结构玻璃钢管道的制作工艺，其特征在于，包括如下步骤：

（一）在连续缠绕模具上缠绕玻璃钢管道最内侧的实壁层；

（二）在最内侧的实壁层外缠绕中空管成型模具；

（三）在相邻中空管成型模具之间的沟槽内填充缠绕树脂纤维材料，直至填充顶面齐平，形成中空层；

（四）在中空层外缠绕本层中空层外侧的实壁层；

（五）在步骤（4）的实壁层外侧，视需要重复步骤（二）、（三）、（四），直至达到设计层数；

（六）固化；

（七）按要求长度切割管道，进行后处理。

8.根据权利要求7所述的一种中空壁结构玻璃钢管道的制作工艺，其特征在于，所述中空管成型模具为截面形状为矩形的PE管；PE管在中空壁结构玻璃钢管道的制作现场同步挤出，在步骤（二）中缠绕在最内侧的实壁层外。

9.根据权利要求8所述的一种中空壁结构玻璃钢管道的制作工艺，其特征在于，步骤（二）中，缠绕在最内侧的实壁层外时PE管的温度控制范围为30℃~100℃。

10.根据权利要求7或8或9所述的一种中空壁结构玻璃钢管道的制作工艺，其特征在于，步骤（三）中树脂纤维材料在缠绕前先经过树脂纤维定位梳（3）的分流限位；树脂纤维定位梳与连续缠绕模具间隙固定，长度方向平行于连续缠绕模具的转轴轴向，梳齿（31）朝向转轴，相邻梳齿的间距与连续缠绕模具上对应位置的中空管成型模具的相邻圈间距对应。

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