CN112963632A - 一种柔性复合管及其生产方法和生产装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种柔性复合管，包括内管，以及由钢制拉网层和填充层组成的复合外管。其中，钢制拉网层由若干弹性钢制条带沿内管周向规则设置而成。弹性钢制条带包括若干具有菱形网格结构的钢线，该菱形网格结构垂直于内管管壁，并由填充层进行填充固定。本申请能够兼具承压和拉伸等机械性能、柔性和气密性等施工性能，并具有较低的生产成本。同时，本申请还提供了一种柔性复合管的生产方法和生产装置，用于生产上述柔性复合管。

Description

一种柔性复合管及其生产方法和生产装置

技术领域

本申请涉及复合管技术领域，尤其是涉及一种柔性复合管，以及生产该柔性复合管的方法及装置。

背景技术

柔性复合管是以高分子聚合材料为内、外层，通过在两层间缠绕中间增强层而同时兼具耐腐蚀、高承压、柔韧性的复合管件。目前，柔性复合管中间增强层材料包括芳纶纤维、聚酯纤维、玻璃纤维等高强度纤维类，以及钢丝、钢丝帘线、钢带等钢骨架。其中，钢骨架复合管结合了钢制管和塑料管的优点，在机械强度、耐腐蚀及耐热等方面具有较优的性能，被广泛地应用于建筑给排水、饮用水供给、采暖、化工、石油和天然气输送等领域。

现有研究表明，管路承压、拉伸等机械性能与其弹性模量相关，而钢骨架增强复合管的弹性模量随钢骨架横截面积与基体面积之比的增大而增大，且增量就有明显拐点。随着钢骨架横截面积占比的增加，复合管的柔性、气密性等性能显著降低，且成本骤增。因此，现有钢骨架增强复合管难以兼顾承压和拉伸等机械性能、柔性和气密性等施工性能，并有效地控制成本。

发明内容

本申请的目的在于提供一种柔性复合管，以期兼具承压和拉伸等机械性能、柔性和气密性等施工性能，并具有较低的生产成本。同时，还提供了上述柔性复合管的生产方法及装置。

本申请的目的之一是提供一种柔性复合管，包括：内管，采用PE材料；复合外管，套接内管，包括：钢制拉网层，包括若干弹性钢制条带，弹性钢制条带具有菱形网格结构，沿周向规则的布设于外管外壁处，并使菱形网格结构垂直于外管外壁；填充层，为PE材料，用于填充钢制拉网层内的空隙，并形成最外层的管壁。

本申请所提供的柔性复合管中，钢骨架增强层为一钢制拉网层。该钢制拉网层区别于现有钢骨架增强层的全覆盖网状结构，是由若干弹性钢制条带沿管材周向规则排列而成，即各弹性钢制条带间不发生叠压等接触，使钢制拉网层既能够赋予柔性复合管整体以弹性模量，又能够在局部保持较为独立的结构特性以保证该柔性复合管的柔性、气密性。

本申请提供的弹性钢制条带具有菱形网格结构，该菱形网格结构与内管的接触方式也区别于现有钢骨架增强层。现有钢骨架增强层采用钢丝叠压编制或点焊成型，成型后的网格结构与内、外管的管壁均相贴合。本申请的菱形网格结构垂直于内、外管管壁，通过菱形网格结构的压缩变形以应对外部压力或柔性弯曲张力，配合内管和填充层所采用的PE材料自身的弹性，能够进一步改善柔性复合管的承压和拉伸等机械性能，以及柔性和气密性等施工性能。

本申请所提供的柔性复合管基于上述两区别于现有钢骨架增强层的结构，降低了管材整体弹性模量与钢骨架横截面占比间的相关性，有利于降低钢骨架材料的用量，以控制生产成本。

本申请公开的一个实施例中，弹性钢制条带包括若干平行的钢线，钢线具有至少一层菱形网格结构。

本申请公开的一个实施例中，钢线的数量为1~6根；不同数量的钢线沿垂直于菱形网格结构的方向固定连接，形成具有不同宽度的弹性钢制条带。

本申请公开的一个实施例中，弹性钢制条带的数量不少于6条。

本申请所提供的柔性复合管较之现有钢骨架增强复合管具有更多的可调整变量。弹性钢制条带中菱形网格结构层数的变化、钢线数量的变化、弹性钢制条带数量的变化等因素，可对钢制拉网层的弹性模量进行单一调整或叠加调整，从而使本申请所提供的柔性复合管具有较大的弹性模量调整范围，以满足各种施工要求。

本申请的目的之二是提供一种柔性复合管生产方法，用以生产上述柔性复合管。该生产方法包括以下步骤：

S1.挤塑得到内管：以质量份数比配置80~120份聚乙烯、15~30份异丁烯酸乙酯、5~10份消泡剂、10~15份引发剂投入混料机内，在挤塑机料筒温度150~175℃、模具温度200~230℃条件下挤塑成型，并经冷水喷淋，降温至15~18℃；

S2.制备预复合管：确定弹性钢制条带的数量、宽度以及菱形网格结构层数，通过夹具和定位工装使弹性钢制条带与步骤S1制得的内管连接固定，使弹性钢制条带规则的沿内管周向设置且垂直于内管管壁；

S3.注塑制作填充层：以质量份数比配置100~150份高密度聚乙烯、5~10份消泡剂、5~15份稳定剂，混料后投入注塑机，注塑机料筒温度210~225℃、注射压力80~100MPa、模具温度60~70℃下注塑成型。

本申请所提供的生产方法，采用挤塑制备内管后，将弹性钢制条带与冷却后的内管外壁进行定位制备预复合管后，采用注塑完成填充层的制备。其中，预复合管的制备是区别于现有钢骨架增强复合管的生产工艺，需要保证各弹性钢制条带按预设布局垂直于内管外壁形成钢制拉网层，配合后续注塑成型工艺对菱形网格结构的填充，即可完成该柔性复合管的生产。

本申请所提供的生产方法，采用注塑制作填充层时，由于弹性钢制条带间不存在相互连接关系，因此填充材料能够进入弹性钢制条带间而与内管进行连接。由于内管与填充层均采用PE材料，有利于保证注塑的填充层与内管间的化学、机械粘合强度；同时，填充层填充菱形网格结构时形成了较为复杂的填充结构，该填充结构既可因其成分所赋予的弹性而配合菱形网格结构压缩变形，又可因其与内管间的粘结强度而提高柔性复合管的整体性，保持弹性钢制条带与内管的结构形态稳定。

本申请的目的之三是提供一种柔性复合管生产装置，以便实施上述柔性复合管生产方法。该生产装置包括：挤塑机，用于制备内管；注塑机，用于制备填充层；牵引设备，用于牵引内管、预复合管或柔性复合管；夹具，分别与内管和弹性钢制条带活动相连，用于将弹性钢制条带与内管相连；定位工装，用于限定弹性钢制条带的位置；其中，挤塑机、定位工装、注塑机、牵引设备沿柔性复合管的前行方向依次设置；夹具活动套接内管；弹性钢制条带贯穿定位工装并与夹具相连，从而在牵引设备的作用下贯穿注塑机模具，而被填充层填充、封闭。

本申请公开的一个实施例中，夹具包括：内圈，嵌设于内管中、圈壁与内管的内管壁贴合；卡箍，活动套接内管，与内圈配合固定；其中，卡箍侧壁规则设有若干挂件，挂件沿卡箍周向规则设置；弹性钢制条带与挂件活动相连。

本申请公开的一个实施例中，定位工装包括一环体；环体固定于挤塑机与注塑机间，与内管同轴；沿环体周向规则设有若干定位件，定位件具有对设的滚轮；弹性钢制条带贯穿定位件而与滚轮活动相接。

本申请所提供的生产装置中，通过在注塑机和挤塑机间增加设置的定位工装，配合夹具对内管的夹持，将弹性钢制条带准确地定位在内管外壁上，以保证步骤S2、S3的顺利承接和实施。

附图说明

为了更清楚地说明本申请或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例中柔性复合管的结构示意图。

图2为图1中A处的局部放大结构示意图。

图3为本申请实施例中柔性复合管生产装置的结构示意图。

图4为本申请实施例中所用夹具的结构示意图。

图5为本申请实施例中定位工装的结构示意图。

图6为图5中B处的局部放大结构示意图。

附图标记：

1.内管，2.钢制拉网层，20.钢制条带，200.钢线，3.填充层；

4.挤塑机，5.定位工装，6.注塑机，7.牵引设备；

51.环体，52.定位件；

8.夹具，81.内圈，82.卡箍，83.挂件。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本申请实施例的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本申请实施例的描述中，需要理解的是，术语“前”、“内”、“外”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。

在本申请实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

在本申请实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请实施例的不同结构。为了简化本申请实施例的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请实施例。此外，本申请实施例可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请实施例提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。

如图1所示，本申请实施例提供了一种柔性复合管，包括内管1，以及由钢制拉网层2和填充层3组成的复合外管。

其中，

钢制拉网层2由12根弹性钢制条带20沿内管1周向规则排列而成。如图2所示，弹性钢制条带由3根钢线200平行排列固定而成，该钢线200具有一层菱形网格结构，且边缘平滑。菱形网格结构垂直于内管管壁。

如图3所示，本申请实施例还提供了一种柔性复合管生产装置，按管材行进方向依次设置有挤塑机4、定位工装5、注塑机6和牵引设备7。

其中，

挤塑机4处采用以下方法完成内管的制备：以质量份数比配置80~120份聚乙烯、15~30份异丁烯酸乙酯、5~10份消泡剂、10~15份引发剂投入混料机内，在挤塑机料筒温度150~175℃、模具温度200~230℃条件下挤塑成型，并经冷水喷淋，降温至15~18℃。

在定位工装5前，对完成冷却后的内管加装夹具8。如图4所示，夹具8包括内圈81和卡箍82。内圈81的外径与内管1内径相匹配，使内圈81能够稳定地嵌接固定于内管1中。卡箍82与内圈81配合，并活动套接固定于内管1外壁处。卡箍82周向规则布设有12组挂件83，用于连接固定前述12根弹性钢制条带20。弹性钢制条带可采用现有钢帘线的收集方式，采用放线辊进行缠绕集线和放线。弹性钢制条带与挂件83连接后，可保证其菱形网格结构垂直于内管管壁。

为保证弹性钢制条带与内管间的形态结构，还须配合使用如图5和图6所示的定位工装。该定位工装包括环体51，该环体51设置与出料的内管1同轴。环体51周向规则的设置有12组定位件52，该定位件52包括一组对设的滚轮。滚轮间距与弹性钢制条带宽度相匹配，压接该弹性钢制条带的两侧面，从而辅助夹具保持弹性钢制条带与内管的连接方向。

牵引设备牵引内管前行，待夹具带动弹性钢制条带行经定位工装后，即完成了钢制拉网层的制作，制备得到预复合管。

预复合管进入注塑机中，采用以下方法完成填充层的制作：以质量份数比配置100~150份高密度聚乙烯、5~10份消泡剂、5~15份稳定剂，混料后投入注塑机，注塑机料筒温度210~225℃、注射压力80~100MPa、模具温度60~70℃下注塑成型。

上述注塑成型步骤可采用现有波纹管生产设备，通过活动模进行连续生产，以制备得到柔性波纹管。

Claims (8)

1.一种柔性复合管，其特征在于，包括：

内管，采用PE材料；

复合外管，套接所述内管，包括：

钢制拉网层，包括若干弹性钢制条带，所述弹性钢制条带具有菱形网格结构，沿周向规则的布设于所述外管外壁处，并使所述菱形网格结构垂直于所述外管外壁；

填充层，为PE材料，用于填充所述钢制拉网层内的空隙，并形成最外层的管壁。

2.根据权利要求1所述的柔性复合管，其特征在于，所述弹性钢制条带包括若干平行的钢线，所述钢线具有至少一层所述菱形网格结构。

3.根据权利要求2所述的柔性复合管，其特征在于，所述钢线的数量为1~6根；不同数量的钢线沿垂直于所述菱形网格结构的方向固定连接，形成具有不同宽度的弹性钢制条带。

4.根据权利要求3所述的柔性复合管，其特征在于，所述弹性钢制条带的数量不少于6条。

5.一种柔性复合管生产方法，其特征在于，用于生产权利要求1~4中任意一项所述的柔性复合管，包括以下步骤：

S1.挤塑得到内管：

以质量份数比配置80~120份聚乙烯、15~30份异丁烯酸乙酯、5~10份消泡剂、10~15份引发剂投入混料机内，在挤塑机料筒温度150~175℃、模具温度200~230℃条件下挤塑成型，并经冷水喷淋，降温至15~18℃；

S2.制备预复合管：

确定弹性钢制条带的数量、宽度以及所述菱形网格结构层数，通过夹具和定位工装使所述弹性钢制条带与步骤S1制得的所述内管连接固定，使所述弹性钢制条带规则地沿所述内管周向设置且垂直于所述内管管壁；

S3.注塑制作填充层：

以质量份数比配置100~150份高密度聚乙烯、5~10份消泡剂、5~15份稳定剂，混料后投入注塑机，注塑机料筒温度210~225℃、注射压力80~100MPa、模具温度60~70℃下注塑成型。

6.一种柔性复合管生产装置，其特征在于，用于实施权利要求5所述的柔性复合管生产方法，包括：

挤塑机，用于制备内管；

注塑机，用于制备填充层；

牵引设备，用于牵引所述内管、预复合管或柔性复合管；

夹具，分别与内管和弹性钢制条带活动相连，用于将弹性钢制条带与内管相连；

定位工装，用于限定弹性钢制条带的位置；

其中，所述挤塑机、所述定位工装、所述注塑机、所述牵引设备沿柔性复合管的前行方向依次设置；所述夹具活动套接所述内管；所述弹性钢制条带贯穿所述定位工装并与所述夹具相连，从而在所述牵引设备的作用下贯穿所述注塑机模具，而被填充层填充、封闭。

7.根据权利要求6所述的柔性复合管生产装置，其特征在于，所述夹具包括：

内圈，嵌设于所述内管中、圈壁与所述内管的内管壁贴合；

卡箍，活动套接所述内管，与所述内圈配合固定；

其中，所述卡箍侧壁规则设有若干挂件，所述挂件沿所述卡箍周向规则设置；所述弹性钢制条带与所述挂件活动相连。

8.根据权利要求6所述的柔性复合管生产装置，其特征在于，所述定位工装包括一环体；所述环体固定于所述挤塑机与所述注塑机间，与所述内管同轴；沿所述环体周向规则设有若干定位件，所述定位件具有对设的滚轮；所述弹性钢制条带贯穿所述定位件而与所述滚轮活动相接。

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