CN114935049B - 一种hdpe螺旋增强复合排水管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种HDPE螺旋增强复合排水管及其制备方法，属于管道技术技术领域。该复合排水管包括内管和外管，所述内管的外壁上螺旋缠绕竖增强筋，所述内管与竖增强筋一体成型，其中内管与竖增强筋的材料有如下质量份数组分组成：HDPE 30～40份，无机填充材料50～60份，色母2份，消泡剂5份。本发明的HDPE螺旋增强复合排水管为一体成型，没有熔接痕，环刚度在8.0～11.0，复合排水管冲击合格，环柔性合格，烘箱合格，解决了相类似产品熔胶处应力大易开裂问题。
Description
技术领域
本发明涉及管道技术技术领域，更具体地，涉及一种HDPE螺旋增强复合排水管及其制备方法。
背景技术
目前市场上做到2米内径的大规格市政产品，基本上为钢带复合管和缠绕管，受开发模具和成型机限制影响，PE双壁波纹管目前国内普遍最大在dn800左右，且存在合模缝问题，而缠绕管和钢带管及双肋管，都存在连接处应力大的问题。根据现有缠绕管的加工成型方式，熔胶堆积处，材料没有任何取向，另外这类大口径产品往往壁厚厚度大，导致后期冷却需要很长时间，在其逐步冷却过程中，其很容易在焊接处形成应力集中点，缠绕应力大，熔融焊接部位容易开裂，存在焊接处应力大的缺陷，且因为米重过高而导致成本高。因此，如何研发出一款可以降低焊接处应力的复合排水管是一个研发热点。
现有技术公开了一种内肋增强聚乙烯螺旋波纹管，该螺旋波纹管通过在管体的外管之间添加带材，通过带材使管道稳固性增强，但仍需通过热熔焊接连接，焊接处应力大的问题仍未能很好解决，管材的环刚度低，且冲击性和环柔性也无法达标。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有HDPE排水管的缺陷和不足，提供一种HDPE螺旋增强复合排水管，采用特定的内管和外管材料，同时通过与内管一体成型的螺旋缠绕竖增强筋一方面增加了复合排水管的环刚度，一方面无合模缝存在，极大地提升了环柔性和冲击性能。
本发明的目的是提供一种HDPE螺旋增强复合排水管的制备方法。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种HDPE螺旋增强复合排水管，所述复合排水管包括内管和外管，所述内管的外壁上螺旋缠绕竖增强筋，所述内管与竖增强筋一体成型，竖增强筋的条数为3～10条，
以重量份数计：
所述内管与竖增强筋包括如下组分：
高密度聚乙烯(HDPE)30～40份，无机填料50～60份，色母1.0～3.0份，消泡剂2.0～6.0份，
所述外管包括如下组分：
中密度聚乙烯(MDPE)10～30份，高压线性PE 5～20份，无机填料50～70份，黑色母1.0～3.0份，消泡剂2.0～6.0份。
其中，需要说明的是：
本发明的内管与竖增强筋组分中，采用高密度聚乙烯可以提升内管和竖增强筋的刚性，提升环刚度，同时加入无机填料可以进一步提升增加复合材料弯曲模量，同时降低成本。
外管采用中密度聚乙烯和高压线性PE，有助于提升提高HDPE螺旋增强复合排水管的抗冲击性能，且外管的抗冲击性能比较强，能够起到保护内管的作用。同时外管选择中密度聚乙烯和高压线性PE还可以提高外管的柔性，提高环柔性能够抵抗运输、安装、使用过程中的撞击、震动，以及外物的冲击。
本发明的HDPE螺旋增强复合排水管是一体挤出的筒状结构，没有熔接痕，一定程度上可以添加更多的无机填料，无机填充材料可以为碳酸钙填充料，滑石粉填充料等，更进一步的降低材料成本。
本发明的HDPE螺旋增强复合排水管，以dn300SN8规格为例，其米重5.0kg/m，环刚度在9.0～9.5，相同米重条件下，比缠绕管环刚度能提高5％以上。达到相同性能，米重降低20％以上，冲击合格，环柔性合格，烘箱合格，解决了相类似产品熔胶处应力大易开裂问题，加工过程中产生的对管材性能影响的应力几乎可以忽略。
且可实现连续生产，生产效率高，相同米重条件下，比缠绕管的材料成本降低30％以上，对比现大口径波纹管，可以加工更加大尺寸的产品，并且不存在合模缝、熔接痕等应力集中的缺陷。
在本发明的复合排水管的生产中，内管层及增强筋共用一种混配料，增强竖筋均匀缠绕在内管上，外管层采用另外的材料和流道，对内层和增强筋起到保护作用，挤出的料胚，通过水套冷却定型内层，通过真空冷却定型箱定型冷却外层，然后管材被牵引如喷淋箱内定型。
优选地，所述内管与竖增强筋中的无机填料为碳酸钙和滑石粉的混合物，碳酸钙和滑石粉的质量比为1:1～2，增加滑石粉之比例，可以更加有效提高单位重量下的材料的弯曲模量。
优选地，所述竖增强筋的间距为20～45mm。竖增强筋的间距直接关系管材的环刚度指标，提高螺旋缠绕在内管的竖筋密集，环刚度提高，相应的米重也提高，加大内管外壁竖增强筋的间距，环刚度降低，相应米重也降低，本发明需要综合考虑各方面的影响的协同作用，在本发明的保护范围之内的间距的综合性能最优。
为了进一步控制HDPE螺旋增强复合排水管的环刚度达到相关要求，在具体实施方式中进一步优选所述竖增强筋的厚度为1.5～2.0mm，高度为15～30mm。
优选地，所述竖增强筋为7～10条。竖增强筋的条数可以确保增强筋厚度，保证内管的刚度，但是竖增强筋的条数过多会增加成本，另外一方面也增加了加工难度。
在具体实施方式中，优选地，所述内管的内径为200～800mm。本发明的HDPE螺旋增强复合排水管可以制备得到大内径的HDPE螺旋增强复合排水管，满足大规格市政产品的要求。
在具体实施方式中，进一步优选地，HDPE螺旋增强复合排水管的内管壁厚为1～2mm，外管壁厚为0.8～1.2mm。
在具体实施方式中，进一步优选地，本发明的内管壁厚为1.5mm，外管壁厚为1.2mm。
本发明还具体保护一种HDPE螺旋增强复合排水管的制备方法，包括如下步骤：
模头分别挤出带竖增强筋的内管和外管粗胚后，旋转模唇带动竖增强筋缠绕在内管上，定径成型得到HDPE螺旋增强复合排水管。
优选地，所述模唇旋转速度为10～20转/min，加工温度为190～230℃。
在本发明的制备方法中，通过模唇旋转速度和加工温度调整可以对管材的性能进行调整，模唇旋转速度调整可以控制能内管外壁上螺旋缠绕竖增强筋的密度，达到要求的内管外壁上螺旋缠绕竖增强筋的间距，从而确保本发明的HDPE螺旋增强复合排水管的环刚度达到要求。
在具体实施方式中，所述带竖增强筋的内管的挤出温度为180～230℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明的HDPE螺旋增强复合排水管为一体挤出的筒状结构，没有熔接痕，环刚度在8.0～11.0，相同米重条件下，比熔接缠绕管环刚度能提高5％以上。
(2)本发明的HDPE螺旋增强复合排水管可添加更多的无机填料，进一步的降低材料成本，比缠绕管的材料成本降低30％以上。
(3)本发明的复合排水管冲击合格，环柔性合格，烘箱合格，解决了相类似产品熔胶处应力大易开裂问题，加工过程中产生的对管材性能影响的应力几乎可以忽略，且可实现连续生产，生产效率高。
附图说明
图1为HDPE螺旋增强复合排水管的生产流程图。
图2为HDPE螺旋增强复合排水管的径向截面结构示意图。
图3为HDPE螺旋增强复合排水管的轴向截面结构示意图。
其中，d1为内管内径，d2为外径，b1为内管壁厚，b2为外管壁厚，e1为竖增强筋厚度，e为螺旋缠绕竖增强筋间距，螺旋缠绕竖增强筋的高度r，r＝d2-d1-b2。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非另有说明，本发明实施例采用的原料试剂为常规购买的原料试剂。
实施例1
一种HDPE螺旋增强复合排水管，如图2和图3所示，复合排水管包括内管1和外管2，内管的外壁上螺旋缠绕竖增强筋3，内管与竖增强筋一体成型，
其中内管与竖增强筋的材料有如下质量份数组分组成：HDPE 40份，碳酸钙填充材料20份，滑石粉填充材料40份，色母2份，消泡剂5份，
外管材料由如下质量份数组分组成：为MDPE50份，高压线性PE10份，碳酸钙填充材料20份，滑石粉填充材料40份，黑色母2份，消泡剂2份，
以内管内径dn300管为例，纵增强筋的间距为20mm，增强筋为7条，增强筋的厚度为1.5mm，增强筋的高度为25mm，内管内径为295mm，内管壁厚为1.5mm，外管壁厚为1.2mm。
HDPE螺旋增强复合排水管的制备方法，包括如下步骤：
模头分别挤出内管和外管粗胚后，旋转模唇带动竖增强筋缠绕在内管上，冷却定径水套和真空冷却定径箱定径成型为HDPE螺旋增强复合排水管，
其中模唇旋转速度为15R/min，内管的挤出温度为200℃，模唇的加工温度为200℃。
实施例2
一种HDPE螺旋增强复合排水管，如实施例1，复合排水管包括内管和外管，内管的外壁上螺旋缠绕竖增强筋，内管与竖增强筋一体成型，
以内管内径dn300管为例，纵增强筋的间距为45mm，增强筋为7条，增强筋的厚度为1.5mm，增强筋的高度为25mm，内管内径为295mm，内管壁厚为1.5mm，外管壁厚为1.2mm。
HDPE螺旋增强复合排水管的制备方法同实施例1。
实施例3
一种HDPE螺旋增强复合排水管，如图2和图3所示，复合排水管包括内管和外管，内管的外壁上螺旋缠绕竖增强筋，内管与竖增强筋一体成型，
以内管内径dn300管为例，纵增强筋的间距为20mm，增强筋为3条，增强筋的厚度为1.5mm，增强筋的高度为25mm，内管内径为295mm，内管壁厚为1.5mm，外管壁厚为1.2mm。
HDPE螺旋增强复合排水管的制备方法同实施例1。
实施例4
一种HDPE螺旋增强复合排水管，如图2和图3所示，复合排水管包括内管和外管，内管的外壁上螺旋缠绕竖增强筋，内管与竖增强筋一体成型，
纵增强筋的间距为20mm，增强筋为7条，增强筋的厚度为1.8mm，增强筋的高度为25mm，内管内径为295mm，内管壁厚为1.5mm，外管壁厚为1.2mm。
HDPE螺旋增强复合排水管的制备方法同实施例1。
实施例5
一种HDPE螺旋增强复合排水管，如图2和图3所示，复合排水管包括内管和外管，内管的外壁上螺旋缠绕竖增强筋，内管与竖增强筋一体成型，
以内管内径dn300管为例，竖增强筋的间距为15mm，增强筋为7条，增强筋的厚度为1.5mm，增强筋的高度为25mm，内管内径为295mm，内管壁厚为1.5mm，外管壁厚为1.2mm。
HDPE螺旋增强复合排水管的制备方法同实施例1。
实施例6
一种HDPE螺旋增强复合排水管，如图2和图3所示，复合排水管包括内管和外管，内管的外壁上螺旋缠绕竖增强筋，内管与竖增强筋一体成型，
以内管内径dn300管为例，竖增强筋的间距为50mm，增强筋为7条，增强筋的厚度为1.5mm，增强筋的高度为25mm，内管内径为295mm，内管壁厚为1.5mm，外管壁厚为1.2mm。
HDPE螺旋增强复合排水管的制备方法同实施例1。
实施例7
一种HDPE螺旋增强复合排水管，如图2和图3所示，复合排水管包括内管和外管，内管的外壁上螺旋缠绕竖增强筋，内管与竖增强筋一体成型，
以内管内径dn300管为例，纵增强筋的间距为20mm，增强筋为7条，竖增强筋的厚度为3.0mm，增强筋的高度为25mm，内管内径为295mm，内管壁厚为1.5mm，外管壁厚为1.2mm。
HDPE螺旋增强复合排水管的制备方法同实施例1。
实施例8
一种HDPE螺旋增强复合排水管，如图2和图3所示，复合排水管包括内管和外管，内管的外壁上螺旋缠绕竖增强筋，内管与竖增强筋一体成型，
以内管内径dn300管为例，纵增强筋的间距为20mm，增强筋为7条，竖增强筋的厚度为1.2mm，增强筋的高度为25mm，内管内径为295mm，内管壁厚为1.5mm，外管壁厚为1.2mm。
HDPE螺旋增强复合排水管的制备方法同实施例1。
实施例9
一种HDPE螺旋增强复合排水管，如图2和图3所示，复合排水管包括内管和外管，内管的外壁上螺旋缠绕竖增强筋，内管与竖增强筋一体成型，
其中内管与竖增强筋的材料有如下质量份数组分组成：HDPE 30份，碳酸钙填充材料20份，滑石粉填充材料30份，色母2份，消泡剂5份，
外管材料由如下质量份数组分组成：为MDPE30份，高压线性PE20份，碳酸钙填充材料20份，滑石粉填充材料30份，黑色母2份，消泡剂2份，
以内管内径dn300管为例，纵增强筋的间距为20mm，增强筋为7条，增强筋的厚度为1.5mm，增强筋的高度为25mm，内管内径为295mm，内管壁厚为1.5mm，外管壁厚为1.2mm。
HDPE螺旋增强复合排水管的制备方法同实施例1。
对比例1
一种HDPE螺旋增强复合排水管，复合排水管包括内管和外管，内管的外壁上螺旋缠绕竖增强筋，内管与竖增强筋一体成型，其中内管与竖增强筋的材料有如下质量份数组分组成：HDPE 50份，无机填充材料60份，色母2份，消泡剂5份。
对比例2
一种HDPE螺旋增强复合排水管，复合排水管包括内管和外管，内管的外壁上螺旋缠绕竖增强筋，内管与竖增强筋一体成型，其中内管与竖增强筋的材料有如下质量份数组分组成：HDPE 20份，无机填充材料60份，色母2份，消泡剂5份。
对比例3
一种HDPE螺旋增强复合排水管，如实施例1，复合排水管包括内管和外管，内管的外壁上螺旋缠绕竖增强筋，内管与竖增强筋一体成型，
以内管内径dn300管为例，纵增强筋的间距为20mm，增强筋为1条，增强筋的厚度为1.5mm，增强筋的高度为25mm，内管内径为295mm，内管壁厚为1.5mm，外管壁厚为1.2mm。
HDPE螺旋增强复合排水管的制备方法同实施例1。
结果检测
对上述实施例和对比例的复合排水管的性能进行检测，具体包括
(1)环刚度测试
测试方法为：按GB/T 9647—2015的规定进行试验，取样时切割点应在波谷的中间。
(2)冲击性能测试
测试方法为：管材公称尺寸≤500mm时，按GB/T 14152－2001规定取样；公称尺寸＞500mm时，可切块进行试验。
试块尺寸为：长度(200±10)mm，内弦长(300±10)mm，试验时试样块应外表面圆弧向上，两端水平放置在底板上，冲击点应保证为波纹的顶端。
试验按GB/T 14152－2001的规定进行。实验温度为(0±1)℃，用V型托板。
(3)环柔性测试
测试方法为：
按ISO 13968:2008进行，试验力应连续增加。当试样在垂直方向外径变形量为原外径的30％时立即卸荷，观察管材试样有无破裂，内外壁有无脱开，内壁有无反向弯曲。
(4)烘箱测试
测试方法为：将烘箱温度设定为(110±2)℃，温度达到后，将试样放置在烘箱内，使其不相互接触且不与烘箱四壁相接触。当层压壁厚e≤8mm时，在(110±2)℃下放置30min；当层压壁厚e＞8mm时，在同样温度下放置60min，取出时不可使其变形或损坏，冷却至室温后观察，试样出现分层、开裂或起泡为试样不合格。
(5)密度测试
试验按GB/T 1033.1－2008的规定进行。
(6)尺寸测试
a长度
按GB/T 8806－2008的规定进行。
b平均外径
按GB/T 8806－2008的规定，垂直于管材轴线绕最高点一周，紧密贴合后，读数。
C、平均内径
按GB/T 8806－2008的规定，分别测量管材同一断面相互垂直的两内径，以两内径的算术平均值作为管材的平均内径。
(7)外观检查
目测。
具体检测数据，见过下表1：
表1
| 序号 | 密度 | 环刚度 | 冲击性 | 环柔性 | 烘箱测试 |
| 实施例1 | 1.212 | 8.63 | 24/24通过 | 合格，下压30％无破无裂 | 合格，试样完好 |
| 实施例2 | 1.212 | 8.17 | 24/24通过 | 合格，下压30％无破无裂 | 合格，试样完好 |
| 实施例3 | 1.212 | 8.26 | 21/24通过 | 合格，下压30％无破无裂 | 合格，试样完好 |
| 实施例4 | 1.212 | 10.38 | 24/24通过 | 合格，下压30％无破无裂 | 合格，试样完好 |
| 实施例5 | 1.212 | 8.53 | 24/24通过 | 合格，下压30％无破无裂 | 合格，试样完好 |
| 实施例6 | 1.212 | 8.78 | 24/24通过 | 合格，下压30％无破无裂 | 合格，试样完好 |
| 实施例7 | 1.212 | 10.38 | 24/24通过 | 合格，下压30％无破无裂 | 合格，试样完好 |
| 实施例8 | 1.212 | 9.51 | 24/24通过 | 合格，下压30％无破无裂 | 合格，试样完好 |
| 实施例9 | 1.183 | 8.32 | 19/24通过 | 合格，下压30％无破无裂 | 合格，试样完好 |
| 对比例1 | 1.125 | 7.57 | 24/24通过 | 合格，下压30％无破无裂 | 合格，试样完好 |
| 对比例2 | 1.326 | 8.24 | 16/24通过 | 下压26％开裂 | 局部部位发白开裂 |
| 对比例3 | 1.212 | 7.14 | 19/24通过 | 合格，下压30％无破无裂 | 变形严重 |
备注：蓝色字体标识为不合格。
从上表1的数据可以看出，本发明的HDPE螺旋增强复合排水管可以显著改善环刚度，环刚度达到8以上，且具有很好的冲击韧性，环绕测试合格，可以达到下压30％无破无裂。
对比例1和2中分别改变了内管和外管的材料组成，无法达到良好的环刚度和环刚度的兼顾，整体性能不能达到要求。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种HDPE螺旋增强复合排水管，其特征在于，所述复合排水管包括内管和外管，所述内管的外壁上螺旋缠绕竖增强筋，竖增强筋的条数为3～10条，
以重量份数计：
所述内管与竖增强筋包括如下组分：
高密度聚乙烯30～40份，无机填料50～60份，色母1.0～3.0份，消泡剂2.0～6.0份，
所述外管包括如下组分：
中密度聚乙烯10～30份，高压线性PE 5～20份，无机填料50～70份，黑色母1.0～3.0份，消泡剂2.0～6.0份，
所述外壁上螺旋缠绕竖增强筋的间距为20～45mm。
2.如权利要求1所述HDPE螺旋增强复合排水管，其特征在于，所述内管与竖增强筋中的无机填料为碳酸钙和滑石粉的混合物，碳酸钙和滑石粉的质量比为1:1～2。
3.如权利要求1所述HDPE螺旋增强复合排水管，其特征在于，所述外壁上螺旋缠绕竖增强筋的厚度为1.5～2.0mm，高度为15～30mm。
4.如权利要求3所述HDPE螺旋增强复合排水管，其特征在于，所述外壁上螺旋缠绕竖增强筋的条数为7～10条。
5.如权利要求1所述HDPE螺旋增强复合排水管，其特征在于，所述内管的内径为200～800mm。
6.如权利要求5所述HDPE螺旋增强复合排水管，其特征在于，所述内管壁厚为1～2mm，外管壁厚为0.8～1.2mm。
7.一种权利要求1～6任意一项所述HDPE螺旋增强复合排水管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
模头分别挤出带竖增强筋的内管和外管粗胚后，旋转模唇带动竖增强筋缠绕在内管上，定径成型得到HDPE螺旋增强复合排水管。
8.如权利要求7所述制备方法，其特征在于，所述模唇旋转速度为15～30转/min，加工温度为190～230℃。
9.如权利要求7所述制备方法，其特征在于，所述带竖增强筋的内管的挤出温度为180～230℃。
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