CN111805934A - 一种大口径高分子管道搭扣缠绕成型方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种大口径高分子管道搭扣缠绕成型方法及设备，其方法是先利用第一挤出机将高分子材料经异型材模具挤出坯料，坯料的横截面包括卡扣结构，坯料以螺旋方式在芯膜组件上缠绕，相邻圈的坯料的卡扣锲合搭接，定型压辊将已缠绕的坯料紧压在芯膜组件上定型，限位挡料衬板使坯料以螺旋方式缠绕并使缠绕完成的管道沿芯膜组件轴向延伸。设备包括相连接的挤出装置和搭扣缠绕装置，所述挤出装置包括第一挤出机和异型材模具，第一挤出机的出料口与异型材模具相连，搭扣缠绕装置包括呈滚筒状的芯膜组件、定型压辊和限位挡料衬板，芯膜组件还连接电机驱动旋转，定型压辊分布在芯膜组件的圆周并压紧缠绕的坯料，呈螺旋状的限位挡料衬板位于芯膜组件的一侧。

Description

一种大口径高分子管道搭扣缠绕成型方法及设备
技术领域
本发明涉及高分子材料加工技术领域，特别涉及一种大口径高分子管道搭扣缠绕成型方法及设备。
背景技术
大口径塑料管道的应用越来越广泛，与金属管道等传统管道相比，塑料管道具有耐腐蚀、易安装、节能、流体摩阻小、卫生环保、质量轻、运输维护成本低、可回收等优点，另外，相对传统管道，塑料管道还具有很好的韧性，抗冲击，具有优异的抗震性，这对于地震多发地带而言，使用塑料管道尤为重要。基于这些优点，大口径塑料管道已广泛地应用在救援逃生、气体输送、液体输送、固体输送、排污、排水等诸多领域。
所谓大口径塑料管道，对于PE管道而言一般是指外径大于315mm的管道，对于其他材料则是外径大于500mm的管道。目前塑料管道，尤其大口径管道的成型工艺方法主要有挤出成型、缠绕熔接成型。挤出成型在成型大口径管道时比较困难，存在力学性能差、成本高灵活性较差等问题，公开号为CN107775924A的发明申请公开了一种大型管材挤出成型装置，但这种方法无法成型较大直径管道且需要频繁更换模具，故该成型方法存在工艺复杂，灵活性差，能耗高等缺点。缠绕成型方法成本高，管道具有一定的力学性能，但存在许多不足：成型过程复杂、节能效果差、管道强度低。德国克拉公司及公开号为CN101380819A的发明申请公开了一种缠绕熔接大口径管道的方法，但这种方法需要预先成型小口径管道，成型时小口径管道先涂覆塑料熔体再缠绕到芯轴上缠绕成型时需用到专用芯轴模具，每成型一种口径的管道时需更换芯轴模具，同时在成型时需用到二次加热设备另外，成型时熔体料条及小口径管道之间存在熔接痕，故该成型方法存在缠绕工艺复杂、灵活性差、能耗高、耗材多、流阻大、易泄漏、承压低等缺点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种大口径高分子管道搭扣缠绕成型方法，该方法挤出具有卡扣结构的异型材坯料，以螺旋方式缠绕成型管道，可连续成型，适应性好。
本发明的另一目的在于提供一种用于实现上述方法的大口径高分子管道搭扣缠绕成型设备。
本发明的技术方案为：一种大口径高分子管道搭扣缠绕成型方法，先利用第一挤出机将高分子材料经异型材模具挤出坯料，坯料的横截面包括卡扣结构，坯料以螺旋方式在芯膜组件上缠绕，相邻圈的坯料的卡扣锲合搭接，定型压辊将已缠绕的坯料紧压在芯膜组件上定型，芯膜组件的端部处设有限位挡料衬板，限位挡料衬板使坯料以螺旋方式缠绕并使缠绕完成的管道沿芯膜组件轴向延伸，从而实现大口径管道连续成型。其中，芯膜组件采用有源驱动，卡扣结构使得新缠绕的坯料与上一圈坯料锲合搭接，坯料在芯膜组件上缠绕并进行无缝搭接。
所述芯膜组件的上方设有轧辊，挤出的坯料先在轧辊的作用下完成卡扣的搭接，定型压辊进一步压实定型；芯膜组件包括滚筒状的芯膜主体和阻尼棒，芯膜主体的圆周壁均布有横截面为楔形的凹槽，阻尼棒限位于芯膜主体的凹槽内，阻尼棒的最外缘高于芯膜主体的最外缘，坯料在芯膜组件上缠绕时，阻尼棒向外滚动撑紧已缠绕的管道。
所述成型管道的高分子材料采用超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯或聚氯乙烯。
一种大口径高分子管道搭扣缠绕成型设备，包括相连接的挤出装置和搭扣缠绕装置，所述挤出装置包括第一挤出机和异型材模具，第一挤出机的出料口与异型材模具相连，通过异型材模具成型的坯料的横截面包括卡扣结构，搭扣缠绕装置包括呈滚筒状的芯膜组件、定型压辊和限位挡料衬板，芯膜组件还连接电机驱动旋转，定型压辊分布在芯膜组件的圆周并压紧缠绕的坯料，呈螺旋状的限位挡料衬板位于芯膜组件的一端。其中，异型材模具位于第一挤出机的出料端，挤出机将坯料送料至搭扣缠绕装置，经异型材模具挤出的坯料缠绕在芯膜组件上，新缠绕的坯料在限位挡料衬板的作用下使缠绕完成的管道沿芯膜组件轴向延伸，实现大口径管道连续成型。
所述经异型材模具成型的坯料的横截面包括两个卡扣结构，所述两个卡扣结构呈中心对称，横截面的中部为中空或实心结构。卡扣即为两端弯折结构，采用这种结构，坯料缠绕在芯膜组件上时，新缠绕坯料的卡扣能够与上一圈坯料的卡扣搭接，再经过定型压辊压紧，保证管道无缝拼接；横截面的中部为中空或实心结构，搭接时，一个卡扣的一端部落入另一卡扣的弯折部分，实现紧密嵌合。
所述搭扣缠绕装置还包括支撑盘和限位螺栓，支撑盘位于芯膜组件的一端，定型压辊安装在支撑盘上，所述定型压辊设有5～9个，限位挡料衬板通过多个限位螺栓固定在支撑盘上。其中，芯膜组件旋转时，定型压辊滚动压紧坯料定型管材；限位螺栓均布在支撑板圆周上，相邻的限位螺栓的伸出长度均匀变化，使得限位挡料衬板在支撑板上呈螺旋变化，沿芯膜组件的旋转方向，限位螺栓的伸出长度逐渐变大。相邻的定型压辊之间的距离相同。
所述芯膜组件包括芯膜主体、芯膜端盖、阻尼棒和芯膜驱动轴，所述芯膜主体的圆周壁均布有横截面为楔形的凹槽，芯膜端盖设在芯膜主体的两端部，阻尼棒被芯膜端盖限位于芯膜主体的凹槽内，芯膜驱动轴位于芯膜主体的轴线处，芯膜驱动轴与电机连接。其中，凹槽的长度方向与芯膜主体的轴线平行，各凹槽横截面的方向一致，坯料缠绕于芯膜主体时，芯膜主体受电机驱动旋转，凹槽内的阻尼棒受力向楔形的尖端滚动，阻尼棒的外缘高于芯膜主体的外缘圆周且超出的高度逐渐变大，从而撑紧已缠绕的管道。
所述阻尼棒的最外缘超过芯膜主体的外缘圆周，凹槽和阻尼棒的数量相同，凹槽和阻尼棒一一对应。其中，阻尼棒可在凹槽内滚动，凹槽和阻尼棒设有多组，配合撑紧已缠绕的管道。
所述搭扣缠绕装置还包括导向辊与轧辊，异型材模具挤出的坯料经导向辊和轧辊以螺旋方式缠绕在芯膜组件上。其中，导向辊用于调整坯料的方向和位置，轧辊位于芯膜组件上方，将新挤出的坯料压在芯膜主体上，使其与上一圈坯料的卡扣的锲合搭接，便于定型压辊进一步压实定型，坯料依次经过轧辊和定型压辊能够保证紧密缠绕。
所述挤出装置还包括第二挤出机，第二挤出机挤出粘接剂，粘接剂粘合新缠绕坯料的卡扣与上一圈坯料的卡扣的搭接缝隙处。采用此结构，能够使相邻圈的坯料更紧密地搭接粘合，保证管道的质量。
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
1、通过螺旋搭扣缠绕成型大口径塑料管道的方法，仅依靠小型异型材口模即可实现无大型模具连续成型大口径管道。
2、改变了现有大口径高分子材料管道缠绕成形方法和设备，可在同一台设备上调整零件关键位置成型不同口径和壁厚。
3、本大口径高分子材料管道缠绕成形方法和设备结构简单，容易拆装，成本低，性能高，可以成型各类高分子材料大口径管，应用范围广。
附图说明
图1为本大口径高分子管道搭扣缠绕成型设备的结构示意图。
图2为芯膜组件的局部放大示意图。
图3为限位挡料衬板的结构示意图。
图4a为实施例1中坯料的横截面卡扣未搭接的结构示意图。
图4b为实施例1中坯料的横截面卡扣搭接后的结构示意图。
图5为实施例2中大口径高分子管道搭扣缠绕成型设备的结构示意图。
图6为实施例2中坯料在搭扣缠绕装置中缠绕的局部放大示意图。
图7a为实施例3中坯料的横截面卡扣未搭接的结构示意图。
图7b为实施例3中坯料的横截面卡扣搭接后的结构示意图。
图中所示，1为第一挤出机、2为异型材模具、3为坯料、4为导向辊、5为轧辊、6为支撑盘、7为芯膜组件、7-1为芯膜主体、7-2为阻尼棒、7-3为凹槽、8为定型压辊、9为管道、10为限位螺栓、11为第二挤出机、12为粘结剂、13为限位挡料衬板、Ⅰ为挤出装置、Ⅱ为搭扣缠绕装置。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本实施例一种大口径高分子管道搭扣缠绕成型设备，如图1所示，包括相连接的挤出装置Ⅰ和搭扣缠绕装置Ⅱ，所述挤出装置包括第一挤出机1和异型材模具2，第一挤出机的出料口与异型材模具通过法兰以螺钉相连，通过异型材模具成型的坯料3的横截面包括卡扣结构，搭扣缠绕装置包括呈滚筒状的芯膜组件7、定型压辊8和限位挡料衬板13，芯膜组件还连接电机驱动旋转，定型压辊分布在芯膜组件的圆周并压紧芯膜组件上缠绕的坯料，呈螺旋状的限位挡料衬板位于芯膜组件的一端。其中，异型材模具位于第一挤出机的出料端，挤出机将坯料送料至搭扣缠绕装置，搭扣缠绕装置位于异型材模具的出料口下方，经异型材模具挤出的坯料缠绕在芯膜组件上，新缠绕的坯料在限位挡料衬板的作用下使缠绕完成的管道9沿芯膜组件轴向延伸，实现大口径管道连续成型。
如图4所示，所述经异型材模具成型的坯料的横截面包括两个卡扣结构，所述两个卡扣结构呈中心对称。坯料横截面中部为空心结构，卡扣即为两端弯折结构，采用这种结构，坯料缠绕在芯膜组件上时，新缠绕坯料的卡扣能够与上一圈坯料的卡扣搭接，再经过定型压辊压紧，保证管道无缝拼接；搭接时，一个卡扣的一端部落入另一卡扣的弯折部分，实现紧密嵌合，卡扣的弯折部分内侧可设置相配合的凸条和凹槽，能够实现更紧密稳固的搭接。
如图3所示，所述搭扣缠绕装置还包括支撑盘6和限位螺栓10，支撑盘位于芯膜组件的一端，定型压辊安装在支撑盘上，所述定型压辊设有7个，限位挡料衬板通过多个限位螺栓固定在支撑盘上。其中，芯膜组件旋转时，定型压辊滚动压紧坯料定型管材；限位螺栓均布在支撑板圆周上，相邻的限位螺栓的伸出长度均匀变化，使得限位挡料衬板在支撑板上呈螺旋变化，沿芯膜组件的旋转方向，限位螺栓的伸出长度逐渐变大。相邻的定型压辊之间的距离相同。
如图2所示，所述芯膜组件包括芯膜主体7-1、芯膜端盖、阻尼棒7-2和芯膜驱动轴，所述芯膜主体的圆周壁均布有横截面为楔形的凹槽7-3，芯膜端盖设在芯膜主体的两端部，阻尼棒被芯膜端盖限位于芯膜主体的凹槽内，芯膜驱动轴位于芯膜主体的轴线处，芯膜驱动轴与电机连接。其中，凹槽的长度方向与芯膜主体的轴线平行，各凹槽横截面的方向一致，坯料缠绕于芯膜主体时，芯膜主体受电机驱动旋转，凹槽内的阻尼棒受力向楔形的尖端滚动，阻尼棒的外缘高于芯膜主体的外缘圆周且超出的高度逐渐变大，从而撑紧已缠绕的管道。
所述阻尼棒的最外缘超过芯膜主体的外缘圆周，凹槽和阻尼棒的数量相同，凹槽和阻尼棒一一对应。其中，阻尼棒可在凹槽内滚动，凹槽和阻尼棒设有多组，配合撑紧已缠绕的管道。
如图1所示，所述搭扣缠绕装置还包括导向辊4与轧辊5，异型材模具挤出的坯料经导向辊和轧辊以螺旋方式缠绕在芯膜组件上。其中，导向辊用于调整坯料的方向和位置，轧辊位于芯膜组件上方，将新挤出的坯料压在芯膜主体上，使其与上一圈坯料的卡扣的锲合搭接，便于定型压辊进一步压实定型，坯料依次经过轧辊和定型压辊能够保证紧密缠绕。导向辊4以焊接的方式设置在机架头板上，轧辊5通过法兰联接在机架头板上，芯膜组件7与机架头板通过法兰相联接。
一种大口径高分子管道搭扣缠绕成型方法，先利用第一挤出机将高分子材料经异型材模具挤出坯料，坯料的横截面包括中心对称的搭扣结构，坯料以螺旋方式在芯膜组件上缠绕，相邻圈的坯料的卡扣锲合搭接，定型压辊将已缠绕的坯料紧压在芯膜组件上定型，芯膜组件的端部处设有限位挡料衬板，限位挡料衬板使坯料以螺旋方式缠绕并使缠绕完成的管道沿芯膜组件轴向延伸，从而实现大口径管道连续成型。其中，芯膜组件采用有源驱动，卡扣结构使得新缠绕的坯料与上一圈坯料锲合搭接，坯料在芯膜组件上缠绕并进行无缝搭接。
所述芯膜组件的上方设有轧辊，挤出的坯料先在轧辊的作用下完成卡扣的搭接，定型压辊进一步压实定型；芯膜组件包括滚筒状的芯膜主体和阻尼棒，芯膜主体的圆周壁均布有横截面为楔形的凹槽，阻尼棒限位于芯膜主体的凹槽内，阻尼棒的最外缘高于芯膜主体的最外缘，坯料在芯膜组件上缠绕时，阻尼棒向外滚动撑紧已缠绕的管道。
所述成型管道的高分子材料采用超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯或聚氯乙烯。
实施例2
本实施例一种大口径高分子管道搭扣缠绕成型设备，与实施例1相比较，其不同之处在于，如图5所示，设有第二挤出机11，第一挤出机和第二挤出机热态共挤，第二挤出机经模具挤出粘接剂12至搭扣缠绕装置，如图6所示，粘接剂至新挤出异型材坯料与前一圈异型材坯料因缠绕变形在卡扣处产生的缝隙中，缠绕的坯料再被定型压辊紧压在芯膜组件上定型。
实施例3
本实施例一种大口径高分子管道搭扣缠绕成型设备，与实施例1相比较，其不同之处在于，如图7所示，异型材坯料横截面的中部为实心结构，异型材坯料横截面呈横置的“S”形。
如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种大口径高分子管道搭扣缠绕成型方法，其特征在于，先利用第一挤出机将高分子材料经异型材模具挤出坯料，坯料的横截面包括卡扣结构，坯料以螺旋方式在芯膜组件上缠绕，相邻圈的坯料的卡扣锲合搭接，定型压辊将已缠绕的坯料紧压在芯膜组件上定型，芯膜组件的端部处设有限位挡料衬板，限位挡料衬板使坯料以螺旋方式缠绕并使缠绕完成的管道沿芯膜组件轴向延伸，从而实现大口径管道连续成型。
2.根据权利要求1所述一种大口径高分子管道搭扣缠绕成型方法，其特征在于，所述芯膜组件的上方设有轧辊，挤出的坯料先在轧辊的作用下完成卡扣的搭接，定型压辊进一步压实定型；芯膜组件包括滚筒状的芯膜主体和阻尼棒，芯膜主体的圆周壁均布有横截面为楔形的凹槽，阻尼棒限位于芯膜主体的凹槽内，阻尼棒的最外缘高于芯膜主体的最外缘，坯料在芯膜组件上缠绕时，阻尼棒向外滚动撑紧已缠绕的管道。
3.根据权利要求1所述一种大口径高分子管道搭扣缠绕成型方法，其特征在于，所述成型管道的高分子材料采用超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯或聚氯乙烯。
4.一种大口径高分子管道搭扣缠绕成型设备，其特征在于，包括相连接的挤出装置和搭扣缠绕装置，所述挤出装置包括第一挤出机和异型材模具，第一挤出机的出料口与异型材模具相连，通过异型材模具成型的坯料的横截面包括卡扣结构，搭扣缠绕装置包括呈滚筒状的芯膜组件、定型压辊和限位挡料衬板，芯膜组件还连接电机驱动旋转，定型压辊分布在芯膜组件的圆周并压紧缠绕的坯料，呈螺旋状的限位挡料衬板位于芯膜组件的一端。
5.根据权利要求4所述一种大口径高分子管道搭扣缠绕成型设备，其特征在于，所述经异型材模具成型的坯料的横截面包括两个卡扣结构，所述两个卡扣结构呈中心对称，横截面的中部为中空或实心结构。
6.根据权利要求4所述一种大口径高分子管道搭扣缠绕成型设备，其特征在于，所述搭扣缠绕装置还包括支撑盘和限位螺栓，支撑盘位于芯膜组件的一端，定型压辊安装在支撑盘上，所述定型压辊设有5～9个，限位挡料衬板通过多个限位螺栓固定在支撑盘上。
7.根据权利要求4所述一种大口径高分子管道搭扣缠绕成型设备，其特征在于，所述芯膜组件包括芯膜主体、芯膜端盖、阻尼棒和芯膜驱动轴，所述芯膜主体的圆周壁均布有横截面为楔形的凹槽，芯膜端盖设在芯膜主体的两端部，阻尼棒被芯膜端盖限位于芯膜主体的凹槽内，芯膜驱动轴位于芯膜主体的轴线处，芯膜驱动轴与电机连接。
8.根据权利要求7所述一种大口径高分子管道搭扣缠绕成型设备，其特征在于，所述阻尼棒的最外缘超过芯膜主体的外缘圆周，凹槽和阻尼棒的数量相同，凹槽和阻尼棒一一对应。
9.根据权利要求4所述一种大口径高分子管道搭扣缠绕成型设备，其特征在于，所述搭扣缠绕装置还包括导向辊与轧辊，异型材模具挤出的坯料经导向辊和轧辊以螺旋方式缠绕在芯膜组件上。
10.根据权利要求4所述一种大口径高分子管道搭扣缠绕成型设备，其特征在于，所述挤出装置还包括第二挤出机，第二挤出机挤出粘接剂，粘接剂粘合新缠绕坯料的卡扣与上一圈坯料的卡扣的搭接缝隙处。
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