CN111231385A - 一种多层钢丝缠绕改性聚乙烯复合管的制备工艺 - Google Patents

一种多层钢丝缠绕改性聚乙烯复合管的制备工艺 Download PDF

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Abstract

一种多层钢丝缠绕改性聚乙烯复合管的制备工艺，包括这种工艺利用现有成熟的设备，易于实施、生产效率高、从而使聚乙烯内外管的中间设置有三层交错缠绕形成的钢丝网格状增强结构层，使钢丝缠绕后，经过加热，套挤出高强度中间结合粘接剂，然后再外管套外层；这样就保证了钢丝网格状增强结构层牢固地镶嵌复合在管壁中间，保证了高强度钢丝与内外层PE之间融为一体，从而获得性能优良的复合管材；实施本发明工艺后使该管材具有阻燃抗静电，轻质高强、高耐压、耐腐蚀、使用寿命长、韧性好、耐冲击、耐磨损、流阻小等优点，可应用于煤炭开采、地下布管用管道系统中，本发明工艺所得到管材具有高抗拉强度对地下运动和端载负荷具有有效的抵抗能力和良好的系统挠性。

Description

一种多层钢丝缠绕改性聚乙烯复合管的制备工艺
技术领域
本发明涉及一种多层钢丝缠绕改性聚乙烯复合管的制备工艺。
背景技术
随着我国管道建议的高速发展、特别是在煤炭开采、地下布管等工程中所需各种输送管道，管道安全隐患问题尤为急迫需要从根本上得到彻底解决，必须有耐酸、耐碱、耐油、耐腐蚀、重量轻、成本低、服务年限长性能管材，而管材的制造方法是实现管材的关键之一。我们研制了一种多层钢丝缠绕改性聚乙烯耐磨复合管的制备工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多层钢丝缠绕改性聚乙烯复合管的制备工艺，这种工艺利用现有成熟的设备，易于实施、生产效率高、从而使聚乙烯内外管的中间设置有三层交错缠绕形成的钢丝网格状增强结构层，使钢丝缠绕后，经过加热，套挤出高强度中间结合粘接剂，然后再外管套外层；这样就保证了钢丝网格状增强结构层牢固地镶嵌复合在管壁中间，保证了高强度钢丝与内外层PE之间融为一体，从而获得性能优良的复合管材；实施本发明工艺后使该管材具有阻燃抗静电，轻质高强、高耐压、耐腐蚀、使用寿命长、韧性好、耐冲击、耐磨损、流阻小等优点，可应用于煤炭开采、地下布管用管道系统中，本发明工艺所得到管材具有高抗拉强度对地下运动和端载负荷具有有效的抵抗能力和良好的系统挠性。
为了实现上述目的，本发明提供一种多层钢丝缠绕改性聚乙烯复合管的制备工艺，包括以下步骤，它们依次按顺序进行；
准备原料、设备以及模具的步骤，其中原料包括钢丝和聚乙烯及进行浓缩的阻燃剂、抗静电剂、分散剂和润滑剂混合形成的母料；所述设备包括挤出成型设备、绕线设备、冷却机、烘箱机、切割机和端部封口机，所述模具包括芯管模具和外层管模具；
挤芯管的步骤，采用自动定量输送设备供应母料给芯管挤出机，再利用芯管模具对接芯管挤出机中从内部压缩母料，从而缓缓地通过芯管模具挤出成型；芯管被挤出之后，将其置于真空冷却设备中进行定型；
芯管表面的覆粘合层的步骤，采用树脂材料将芯管表面进行包裹再进入烘箱机加热形成覆粘合层；
第一层多向缠绕步骤，采用绕线设备在覆粘合层表面进行不同方向输送钢丝使得钢丝形成缠绕形成交错网状层包裹芯管，钢丝的参数要求抗拉强度应控制在1876～2196MPa之间，不同方向的缠绕的钢线的交错角度为36度至93度之间，其中，钢线包括表面覆膜的钢线；
第一缠绕夹层的覆胶步骤，采用树脂材料将交错网状层表面进行包裹再进入烘箱机加热形成覆粘合层；
第二层多向缠绕步骤，采用绕线设备在覆粘合层表面进行不同方向输送钢丝使得钢丝形成缠绕形成交错网状层包裹芯管，钢丝的参数要求抗拉强度应控制在1876～2196MPa之间，不同方向的缠绕的钢线的交错角度为84度至177度之间，其中，钢线包括表面覆膜的钢线；缠绕完成后进行烘箱机加热；
第二缠绕夹层的覆胶步骤，采用树脂材料将交错网状层表面进行包裹再进入烘箱机加热形成覆粘合层；
第三层多向缠绕步骤，采用绕线设备在覆粘合层表面进行不同方向输送钢丝使得钢丝形成缠绕形成交错网状层包裹芯管，钢丝的参数要求抗拉强度应控制在1876～2196MPa之间，不同方向的缠绕的钢线的交错角度为34度至53度之间，其中，钢线包括表面覆膜的钢线；缠绕完成后进行烘箱机加热；
挤外层管的步骤，采用自动定量输送设备供应母料给芯管挤出机，再利用外层管模具对接芯管挤出机中从内部压缩母料，从而缓缓地通过外层管模具挤出成型；外层管被挤出之后，将其置于真空冷却设备中进行定型；
切割的步骤，采用定长切割机计算管材走线长度达到设定长度后进行切割；
封口的步骤，先对管材端口加热，再通过外力作用将管材加热后形成的热熔状态在封口模具的定形下包裹钢丝，再冷却成型；即得成品。
于本发明的一个或多个实施例中，所述挤出成型设备包括双螺杆挤出机或三螺杆挤出机。
于本发明的一个或多个实施例中，所述挤芯管的步骤所挤出的芯管内管壁表面光滑。
于本发明的一个或多个实施例中，所述第一缠绕夹层的覆胶步骤中的烘箱机加热温度为400度。
本发明同背景技术相比存在的效果是：这种工艺利用现有成熟的设备，易于实施、生产效率高、从而使聚乙烯内外管的中间设置有三层交错缠绕形成的钢丝网格状增强结构层，使钢丝缠绕后，经过加热，套挤出高强度中间结合粘接剂，然后再外管套外层；这样就保证了钢丝网格状增强结构层牢固地镶嵌复合在管壁中间，保证了高强度钢丝与内外层PE之间融为一体，从而获得性能优良的复合管材；实施本发明工艺后使该管材具有阻燃抗静电，轻质高强、高耐压、耐腐蚀、使用寿命长、韧性好、耐冲击、耐磨损、流阻小等优点，可应用于煤炭开采、地下布管用管道系统中，本发明工艺所得到管材具有高抗拉强度对地下运动和端载负荷具有有效的抵抗能力和良好的系统挠性。
具体实施方式
本发明较佳地提供实施例是一种多层钢丝缠绕改性聚乙烯复合管的制备工艺，包括以下步骤，它们依次按顺序进行；
准备原料、设备以及模具的步骤，其中原料包括钢丝和聚乙烯及进行浓缩的阻燃剂、抗静电剂、分散剂和润滑剂混合形成的母料；所述设备包括挤出成型设备、绕线设备、冷却机、烘箱机、切割机和端部封口机，所述模具包括芯管模具和外层管模具；
挤芯管的步骤，采用自动定量输送设备供应母料给芯管挤出机，再利用芯管模具对接芯管挤出机中从内部压缩母料，从而缓缓地通过芯管模具挤出成型；芯管被挤出之后，将其置于真空冷却设备中进行定型；
芯管表面的覆粘合层的步骤，采用树脂材料将芯管表面进行包裹再进入烘箱机加热形成覆粘合层；
第一层多向缠绕步骤，采用绕线设备在覆粘合层表面进行不同方向输送钢丝使得钢丝形成缠绕形成交错网状层包裹芯管，钢丝的参数要求抗拉强度应控制在1876～2196MPa之间，不同方向的缠绕的钢线的交错角度为36度至93度之间，其中，钢线包括表面覆膜的钢线；
第一缠绕夹层的覆胶步骤，采用树脂材料将交错网状层表面进行包裹再进入烘箱机加热形成覆粘合层；
第二层多向缠绕步骤，采用绕线设备在覆粘合层表面进行不同方向输送钢丝使得钢丝形成缠绕形成交错网状层包裹芯管，钢丝的参数要求抗拉强度应控制在1876～2196MPa之间，不同方向的缠绕的钢线的交错角度为84度至177度之间，其中，钢线包括表面覆膜的钢线；缠绕完成后进行烘箱机加热；
第二缠绕夹层的覆胶步骤，采用树脂材料将交错网状层表面进行包裹再进入烘箱机加热形成覆粘合层；
第三层多向缠绕步骤，采用绕线设备在覆粘合层表面进行不同方向输送钢丝使得钢丝形成缠绕形成交错网状层包裹芯管，钢丝的参数要求抗拉强度应控制在1876～2196MPa之间，不同方向的缠绕的钢线的交错角度为34度至53度之间，其中，钢线包括表面覆膜的钢线；缠绕完成后进行烘箱机加热；
挤外层管的步骤，采用自动定量输送设备供应母料给芯管挤出机，再利用外层管模具对接芯管挤出机中从内部压缩母料，从而缓缓地通过外层管模具挤出成型；外层管被挤出之后，将其置于真空冷却设备中进行定型；
切割的步骤，采用定长切割机计算管材走线长度达到设定长度后进行切割；
封口的步骤，先对管材端口加热，再通过外力作用将管材加热后形成的热熔状态在封口模具的定形下包裹钢丝，再冷却成型；即得成品。
其中，挤出成型设备包括双螺杆挤出机或三螺杆挤出机。所述挤芯管的步骤所挤出的芯管内管壁表面光滑。所述第一缠绕夹层的覆胶步骤中的烘箱机加热温度为400度。
在工艺具体实施过程中，采用多次加热、分步复合的独特工艺路线，及合理的工艺参数控制，使得钢丝与塑料在一定的温度下结合为钢-塑界面相容的整体，是制得性能优良的钢丝缠绕增强聚乙烯复合管材的关键技术。管材的内壁和外壁之间，设置3缠绕形成的钢丝网状增强层，发挥钢丝的高强度和聚乙烯的柔韧、耐腐等优点，通过不同的角度的钢线交错度的不同设置来提高抗拉强度和抗压能力。
覆粘合层实现钢丝和聚乙烯的牢固结合。在钢丝与塑料的接合界面引入一层高性能的粘合树脂作为钢丝与塑料之间的结合层，并通过多次加热分步复合的独特工艺路线，使得钢丝与塑料在一定的温度下成为一个整体，彻底解决钢线和聚乙烯的界面问题，克服了复合管结合处“脱层”现象、轴向抗拉伸能力不够高及焊接性差的缺点，从而实现阻燃、抗静电、耐腐蚀、耐高压、刚度性能高、轴向抗拉伸性能高及焊接性能好的矿用阻燃抗静电钢丝增强骨架聚乙烯复合管的产业化生产。
实施时，采用高强度钢丝，它的抗拉强度控制在1876～2196MPa，以大幅度提管材的工作压力。采用高强度钢丝作为增强体进行缠绕成型，不需要焊接，其抗拉强度是低碳钢丝网结点焊接骨架复合管以及钢带冲孔网焊接骨架复合管的4～8倍。
本发明工艺采用的分层制造、多次复合、多次加热、多次真空的制造工艺，保证各层复合的可靠性和均匀性，保证各层厚度的可控性和均匀性。所谓分层制造是指芯管、钢丝缠绕网骨架、热熔胶层、外层塑料按先后顺序制造；多次复合技术为多次复合、多次加热、多次真空定型的制造工艺，即在分层制造过程中，先挤出内层塑料，采用真空外定径原理成型，将其加热，再在内层塑料上缠绕钢丝网骨架，再次加热，使芯层管与钢丝网骨架达到一定的温度，接着复合一层热熔胶，再复合外层塑料后，经真空冷却成型的制造工艺。在加工过程中，根据生产实际对工艺流程的各个环节进行调整和优化。

Claims (4)

1.一种多层钢丝缠绕改性聚乙烯复合管的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤，它们按顺序进行；
准备原料、设备以及模具的步骤，其中原料包括钢丝和聚乙烯及进行浓缩的阻燃剂、抗静电剂、分散剂和润滑剂混合形成的母料；所述设备包括挤出成型设备、绕线设备、冷却机、烘箱机、切割机和端部封口机，所述模具包括芯管模具和外层管模具；
挤芯管的步骤，采用自动定量输送设备供应母料给芯管挤出机，再利用芯管模具对接芯管挤出机中从内部压缩母料，从而缓缓地通过芯管模具挤出成型；芯管被挤出之后，将其置于真空冷却设备中进行定型；
芯管表面的覆粘合层的步骤，采用树脂材料将芯管表面进行包裹再进入烘箱机加热形成覆粘合层；
第一层多向缠绕步骤，采用绕线设备在覆粘合层表面进行不同方向输送钢丝使得钢丝形成缠绕形成交错网状层包裹芯管，钢丝的参数要求抗拉强度应控制在1876～2196MPa之间，不同方向的缠绕的钢线的交错角度为36度至93度之间，其中，钢线包括表面覆膜的钢线；
第一缠绕夹层的覆胶步骤，采用树脂材料将交错网状层表面进行包裹再进入烘箱机加热形成覆粘合层；
第二层多向缠绕步骤，采用绕线设备在覆粘合层表面进行不同方向输送钢丝使得钢丝形成缠绕形成交错网状层包裹芯管，钢丝的参数要求抗拉强度应控制在1876～2196MPa之间，不同方向的缠绕的钢线的交错角度为84度至177度之间，其中，钢线包括表面覆膜的钢线；缠绕完成后进行烘箱机加热；
第二缠绕夹层的覆胶步骤，采用树脂材料将交错网状层表面进行包裹再进入烘箱机加热形成覆粘合层；
第三层多向缠绕步骤，采用绕线设备在覆粘合层表面进行不同方向输送钢丝使得钢丝形成缠绕形成交错网状层包裹芯管，钢丝的参数要求抗拉强度应控制在1876～2196MPa之间，不同方向的缠绕的钢线的交错角度为34度至53度之间，其中，钢线包括表面覆膜的钢线；缠绕完成后进行烘箱机加热；
挤外层管的步骤，采用自动定量输送设备供应母料给芯管挤出机，再利用外层管模具对接芯管挤出机中从内部压缩母料，从而缓缓地通过外层管模具挤出成型；外层管被挤出之后，将其置于真空冷却设备中进行定型；
切割的步骤，采用定长切割机计算管材走线长度达到设定长度后进行切割；
封口的步骤，先对管材端口加热，再通过外力作用将管材加热后形成的热熔状态在封口模具的定形下包裹钢丝，再冷却成型；即得成品。
2.根据权利要求1所述的多层钢丝缠绕改性聚乙烯复合管的制备工艺，其特征在于：所述挤出成型设备包括双螺杆挤出机或三螺杆挤出机。
3.根据权利要求1所述的多层钢丝缠绕改性聚乙烯复合管的制备工艺，其特征在于：所述挤芯管的步骤所挤出的芯管内管壁表面光滑。
4.根据权利要求3所述的多层钢丝缠绕改性聚乙烯复合管的制备工艺，其特征在于：所述第一缠绕夹层的覆胶步骤中的烘箱机加热温度为400度。
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