CN111070743B - 一种中空结构壁复合材料管道的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中空结构壁复合材料管道的生产方法，依次按照拉丝、预混纺、挤出制管、管外缠绕、加热熔接、复合中空管缠绕、填充、成型外实壁层、热固化等步骤处理。本发明的有益效果是：复合中空壁结构更稳定，PE管与玻璃钢管道复合牢固，因而玻璃钢管道强度更高。

Description

一种中空结构壁复合材料管道的生产方法

技术领域

本发明属于管道制造，产品主要用在给排水领域，具体是将热塑性与热固性材料复合在一起的中空结构壁复合材料管道的生产方法。

某些非极性塑料（例如PE，即聚乙烯），与其它材料（例如玻璃钢）不易粘结。现有技术中，常用解决办法有，增加表面粗糙度可以收到一定效果，但不够理想。或可采用在非极性塑料管上加工燕尾榫结构，形成锚固结构，再与玻璃钢复合；但是在连续挤出的非极性塑料管上加工燕尾榫结构，只能局限于挤出方向，而这个方向对抵抗管道径向变形作用不明显。或可采用表面活性剂，对非极性塑料管表面进行活化处理；但表面活化处理控制难、费用高、不便于连续生产，而且从长期性能看，粘结后的界面层易出现过早老化。

中国专利文献CN104613242A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》，它的夹层结构采用中空或轻质材料制作，使得管道的重量大幅降低。但其夹层结构，是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而形成的。此二次缠绕的方式制作工艺比较复杂，生产效率较低，不利于推广应用。其中“纤维或其织物”的材质没有公开。

在中空结构壁复合材料管道中，非极性塑料与周围玻璃钢材料如果能够良好复合，则能形成较强力学性能的界面层，发挥非极性塑料管、特别是非极性塑料方管的力学性能，进一步增加中空壁管道的环刚度和其他力学性能。这一直是本领域在寻求解决的课题。

发明内容

本发明需要克服背景技术存在的不足，提供一种保持重量轻优点，但工艺相对简单、制造方便，且中空壁结构稳定、牢固，力学性能更高的玻璃钢管道的生产方法。

本发明中空结构壁复合材料管道的生产方法，按如下步骤：

1）热塑性材料拉丝得到的纤维和玻璃纤维，预混纺得到混纺纱，其中热塑性材料用量占混纺纱重量的30~70%；

热塑性材料可选用PE、PVC、PP，或其他工程塑料，但要与中空管材质相同，以确保能相互热熔。

2）以热塑性材料为原料连续挤出，制作成中空管，冷却成型；中空管的外轮廓高度为10~100mm，宽度为20~120mm，管壁厚度为1~15mm；中空管截面可以是矩形、梯形、门拱形、三角形等。

3）在中空管外缠绕混纺纱，混纺纱层的厚度为0.5～3 mm；

4）将缠好混纺纱的中空管进入加热烘道，穿过内置的压轮机构（也叫井字辊座），在四周压轮的作用下，使混纺纱中的PE纤维复合粘接到中空管外壁，得到复合中空管，加热烘道温度为180~280℃，时间为2~15min；

由于混纺纱外露的热塑性材料纤维与中空管同质，在加热烘道中同时热熔，又经过四周压轮滚压作用，纤维部分与中空管会熔接在一起，会复合得非常牢固，这是本申请的一个创新点。

5）将复合中空管缠绕到已经缠制好的玻璃钢管道内实壁的外侧，复合中空管之间留有间隙，间隙为2~30mm；

复合中空管缠绕到玻璃钢管道上，可以是预先制备好的复合中空管在室温下缠绕。作为优先，即刻将步骤4）得到的复合中空进行缠绕，即趁热缠绕。由于玻璃钢管道口径较大，复合中空管刚经过加热烘道后温度较高，柔性更好，加之复合中空管外露的玻璃纤维与玻璃钢管道内实壁同质，因而在管道模具-玻璃钢管道的转动带动下缠绕到玻璃钢管道上会更加贴合、更加紧密。

6）在复合中空管之间的间隙中用经过浸胶的玻璃纤维缠绕直立筋，至直立筋与复合中空管之侧平面同高度（例如对于矩形复合中空管，直立筋与复合中空管同高度，但对于门拱形复合中空管，一般直立筋高度为直线与圆弧的交界处）；玻璃纤维的着胶方式可以是浸胶，也可以是淋胶。这样，在复合中空管的两侧面都有玻璃纤维挤住，它与玻璃钢管道实壁的固定也更牢固。玻璃钢管道上缠绕的直立筋与缠绕的复合中空管互相间隔，形成了本申请的复合中空壁结构。

7）然后再用浸胶的玻璃纤维缠绕出玻璃钢管道的外实壁，外实壁的厚度为3~15mm；

复合中空管最外面再次被形成外实壁的玻璃纤维缠绕包覆，从而与玻璃钢管道的结合更加牢固。

8）将得到的玻璃钢管道加热固化成型，加热固化成型温度为80~200℃，时间为10~60min；

上述热塑性材料为同一材质，上述玻璃钢纤维为同一材质。

作为优选，所述的热塑性材料为PE，所述的中空管为截面成矩形的矩形管，或截面成梯形的梯形管。当PE梯形管是以正梯形方式缠绕到玻璃钢管道内实壁层的外侧时，得到的直立筋成倒梯形，比较容易缠绕；当PE梯形管是以倒梯形方式缠绕到玻璃钢管道内实壁层的外侧时，得到的直立筋成正梯形，有利于提高环刚度和直立筋稳定性。

作为优选，步骤5）前，所述的复合中空管在缠绕机的牵引下先经过热固性树脂的胶池浸胶，然后再缠绕到已经缠制好的玻璃钢管道内实壁层的外侧。

本发明玻璃钢管道内实壁层、外实壁层、直立筋缠绕用的玻璃纤维，以及混纺纱中的玻璃纤维材质相同；缠绕玻璃纤维时用的胶，以及缠绕复合中空管时管外表面用的胶，均为热固性树脂胶。由于材质相同，即使产品各部分结构形成有先后，但当它们整体加热固化后，各部分结构基本成一体，其强度也应该是最优的。

作为优选，步骤1）所述的热塑性材料用量占混纺纱重量为40~60%；

步骤4）所述的加热烘道时间为2~10min；

步骤5）所述的内实壁层厚度为2~15mm；

步骤7）所述的外实壁层的厚度为3~15mm；

步骤8）所述的加热固化成型温度为80~200℃，时间为10~60min；

其中，步骤8）后还有步骤9）：后固化；后固化温度为室温~160℃，时间为1~144h。

在成型模具上的快速固化虽然已经确保管道成型，但难以保证树脂得到充分固化，纤维树脂材料的性能未能得到充分发挥；而后固化是将尚未充分固化的树脂进一步进行固化。如果采用高温固化，则1~3小时就可以；如果采用中低温或者室温固化，最长要到一周左右。

与背景技术相比，保持了重量轻以外，本发明的有益效果在于复合中空壁结构更稳定，PE管与玻璃钢管道复合牢固，因而玻璃钢管道强度更高。

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。

图中：1内实壁层，2复合中空壁结构，3外实壁层。复合中空壁结构中，21是PE管，22是混纺纱层，23是直立筋。

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，见图1。

本例的中空结构壁复合材料管道，口径为1200mm，主体结构材料为玻璃钢材料。图中下侧为内实壁层1厚度为3mm ，上侧为外实壁层3厚度为3mm，内、外两实壁层之间是复合中空壁结构2。

本例的复合中空管是管腔截面形状为矩形的PE矩形管。PE矩形管的高度为25mm，宽度为30mm，厚度为2mm。复合中空壁结构中，PE矩形管21外缠绕有厚度为0.5mm的混纺纱层22，混纺纱中PE用量占混纺纱重量的45%。它们一起紧贴内实壁层1周向缠绕，PE矩形管之间留有间隙，间隙为9mm。间隙中缠绕有玻璃钢纤维形成的直立筋23，直立筋高度与PE矩形管同高度。

本例的中空结构壁复合材料管道的生产方法，按如下步骤：

1）PE拉丝得到的纤维和玻璃纤维，预混纺得到混纺纱；

2）以PE为原料连续挤出，制作成截面形状为矩形的PE矩形管，冷却成型；

3）在PE矩形管外均匀缠绕混纺纱；

4）将缠好混纺纱的PE矩形管进入加热烘道在四周压轮的作用下，使混纺纱复合到PE矩形管外壁，得到复合PE矩形管，加热烘道温度为250℃左右，时间为20min；

5）将复合PE矩形管缠绕到已经缠制好的玻璃钢管道内实壁层的外侧，复合PE矩形管之间留有间隙；

6）在复合PE矩形管之间的间隙用经过着胶的玻璃纤维缠绕直立筋，至直立筋与复合PE矩形管同高度；

7）然后再用玻璃纤维缠绕出玻璃钢管道的外实壁层；

8）将得到的玻璃钢管道加热固化成型，加热固化温度为150℃，时间为30min。

实施例2，见图2。

本例的复合中空壁结构玻璃钢管道，口径为1200mm，主体结构材料为玻璃钢材料。图中下侧为内实壁层1厚度为4.5mm ，上侧为外实层壁3厚度为5.5mm，内、外两实壁层之间是复合中空壁结构2。

本例的复合中空管是截面形状为等腰梯形的PE管。PE梯形管的高度为25mm，上底宽度为6mm、下底宽度10mm，四壁厚均为3mm。复合中空壁结构2中，PE梯形管21外缠绕有厚度为0.5mm的混纺纱层22，混纺纱中PE用量占混纺纱重量的45%。PE梯形管成正梯形一起紧贴内实壁层1周向缠绕，PE梯形管之间留有间隙，底部间隙为3mm。间隙中缠绕有玻璃钢纤维形成的直立筋23，直立筋截面成倒梯形，与PE梯形管同高度。

本例的生产方法，所述的热塑性材料为PE，所述的复合中空管为PE梯形管；步骤4）压轮机构的工作窗口调整成相应的梯形；步骤5）前，所述的复合中空管在缠绕机的牵引下先经过热固性树脂（与内外实壁缠绕用的相同）的胶池浸胶，然后实施步骤5）；步骤5）中 PE梯形管成正梯形一起紧贴内实壁层1周向缠绕；步骤8）加热固化温度为160℃左右，时间为20min；并在步骤8）后增加步骤9）后固化，后固化温度为140℃左右，时间为2h。其余均同实施例1。

实施例3，见图3。

本例的复合中空管同实施例2。

本例的生产方法，步骤5）中 PE梯形管成倒梯形一起紧贴内实壁层1周向缠绕；直立筋截面成正梯形。其余同实施例2。

经过测试，效果如下

上表表明：在采用相同数量纤维树脂材料的情况下，中空壁管道比实壁管道能大幅度提高管道的环刚度，而采用复合中空管后，进一步发挥了PE内模具的力学性能，环刚度得到进一步提高，PE与玻璃钢界面实现了一定剪切强度的连接，能满足本发明要求。

当采用梯形管时，梯形管使直立筋呈现上大下小结构，降低了直立筋纤维的缠绕难度；而梯形管使直立筋呈现上小下大结构时，直立筋与内壁接触面积大，使得在环压情况下最容易破坏的这个位置强度有所提高，即在环刚度不降低的情况下，实例3的挠曲性B水平高于实例2。

本发明所涉原料及设备均为业内普遍使用的。

Claims (1)

1.一种中空结构壁复合材料管道的生产方法，其特征在于按如下步骤：

1）热塑性材料拉丝得到的纤维和玻璃纤维，预混纺得到混纺纱，其中热塑性材料用量占混纺纱重量的40~60%；

2）以热塑性材料为原料连续挤出，制作成中空管，冷却成型；中空管为截面成梯形的梯形管，外轮廓高度为10~100mm，宽度为20~120mm，管壁厚度为1~15mm；

3）在中空管外缠绕混纺纱，混纺纱层的厚度为0.5～3 mm；

4）将缠好混纺纱的中空管进入加热烘道，穿过内置的压轮机构，在四周压轮的作用下，使混纺纱中的PE纤维复合粘接到中空管外壁，得到复合中空管，加热烘道温度为180~280℃，时间为2~10min；

5）即刻将复合中空管缠绕到已经缠制好的玻璃钢管道内实壁层的外侧，复合中空管之间留有间隙，间隙为2~30mm；

6）在复合中空管之间的间隙中用经过浸胶的玻璃纤维缠绕直立筋，至直立筋与复合中空管之侧面同高度；

7）然后再用玻璃纤维缠绕出玻璃钢管道的外实壁层；

8）将得到的玻璃钢管道加热固化成型；

9）后固化；后固化温度为室温~160℃，时间为1~144h；

所述的热塑性材料材质相同，均为PE，所述的玻璃纤维材质相同；

步骤5）前，所述的复合中空管在缠绕机的牵引下先经过热固性树脂的胶池浸胶，然后再缠绕到已经缠制好的玻璃钢管道内实壁层的外侧；

步骤5）所述的复合中空管是以倒梯形方式缠绕到玻璃钢管道内实壁层的外侧；所述的内实壁层厚度为2~15mm；

步骤7）所述的外实壁层的厚度为3~15mm；

步骤8）所述的加热固化成型温度为80~200℃，时间为10~60min。

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