CN116677834A - 双平壁夹芯玻璃钢管道及其制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本方案公开了一种双平壁夹芯玻璃钢管道，包括由内至外的内实壁层、夹芯层和外实壁层，所述夹芯层由小口径管道环绕轴线缠绕在内实壁层和外实壁层之间而成；小口径管道相邻圈之间紧贴布置。本方案还公开了一种如前所述的双平壁夹芯玻璃钢管道的制造工艺，包括如下步骤：（一）、在连续缠绕模具上用纤维树脂缠绕形成内实壁层；（二）、在内实壁层外环绕轴线缠绕小口径管道，形成夹芯层；小口径管道的圈与圈之间紧贴布置；（三）、在夹芯层外用纤维树脂缠绕形成外实壁层；（四）、固化；（五）、按要求长度切割管道，进行后处理。本方案的有益效果是：采用更为简单的工艺生产，生产效率也得以提高，管壁应力分布均匀，原材料消耗明显降低。
Description
技术领域
本发明涉及管道领域，具体是一种双平壁夹芯玻璃钢管道，及其制造工艺。
背景技术
玻璃钢管道的管壁结构一般包括内衬层、结构层和外保护层，其中内衬层、外保护层通常不作为形成力学性能的结构纳入设计，因此玻璃钢管的力学性能由结构层决定。从提高管道环刚度的角度出发，采用结构壁能有效提高管壁的环向截面惯性矩，在消耗相同材料的情况下大大提高管道刚度。中国专利文献CN111022781A于2020年4月17日公开了“中空壁结构玻璃钢管道及其制作工艺”，其中的中空壁结构玻璃钢管道，至少包括内外两层实壁层，相邻的两实壁层之间设有中空层，所述中空层包括环内侧实壁层周向缠绕的硬质的中空管。在此基础上，本发明还公开了该种中空壁结构玻璃钢管道的制作工艺：制作最内侧的实壁层、缠绕中空管、填充缠绕树脂纤维材料、制作外实壁层、固化、切割。该发明的有益效果是：具有重量轻、强度高、方便制造的优势，有利于先进技术的推广。
申请人在实际生产中发现，上述方案依然存在技术缺陷，主要体现在：中空层形成了连接内外实壁层的玻璃钢材质的直立筋，这种结构虽然可以提高管道的环刚度，但本方案工艺难度较大，生产效率难以提高，产品在受到内、外载荷后管壁结构层应力分布不均匀。
发明内容
基于以上问题，本发明提供一种双平壁夹芯玻璃钢管道，采用更为简单的工艺生产，生产效率也得以提高，管壁应力分布均匀，原材料消耗明显降低。在此基础上，本发明还公开了此管道的制造工艺。
为了实现发明目的一，本发明采用如下技术方案：一种双平壁夹芯玻璃钢管道，包括由内至外的内实壁层、夹芯层和外实壁层，
所述夹芯层由小口径管道环绕轴线缠绕在内实壁层和外实壁层之间而成；
小口径管道相邻圈之间紧贴布置。
作为优选，所述小口径管道的截面形状为矩形。
作为优选，小口径管道的外侧面为粗糙面。
作为优选，所述小口径管道的材质为热塑性材料。
作为优选，所述双平壁夹芯玻璃钢管道的管径与小口径管道的管径之比大于等于10。
本方案设计的双平壁夹芯玻璃钢管道，由内至外依次为内实壁层、夹芯层和外实壁层。其中内实壁层和外实壁层采用的是纤维树脂等热固性材料，夹芯层是以小口径管道在环绕玻璃钢管道轴线的方向上一圈一圈紧贴缠绕而成，可以仅缠绕单层，也可以缠绕成多层的。小口径管道采用的是热塑性材料，优选为PE、PP等。小口径管道的截面形状以矩形为佳，相邻的两圈之间可以紧密贴合。如果小口径管道采取多层缠绕的方式，也可以采用梯形、三角形、平行四边形等满铺形状，确保拼合后左右内外相邻的小口径管道均为彼此紧密贴合。小口径管道可以是单条缠绕，也可以将不同材质不同物理、化学特性的小口径管道间隔缠绕。为了提高摩擦力，使小口径管道外侧面与内实壁层、外实壁层之间不易发生滑动，小口径管道的外侧面被设计成粗糙面。此外，对小口径管道的管径也有一定要求，通常双平壁夹芯玻璃钢管道的管径与小口径管道的管径之比大于等于10。
为了实现发明目的二，本发明采用如下技术方案：
一种如前所述的双平壁夹芯玻璃钢管道的制造工艺，包括如下步骤：
（一）、在连续缠绕模具上用纤维树脂缠绕形成内实壁层；
（二）、在内实壁层外环绕轴线缠绕小口径管道，形成夹芯层；小口径管道的圈与圈之间紧贴布置；
（三）、在夹芯层外用纤维树脂缠绕形成外实壁层；
（四）、固化；
（五）、按要求长度切割管道，进行后处理。
作为优选，所述小口径管道为矩形截面的PE管。
PE管可以是现场生产，也可以是预制，由此产生两种细分技术路线：
作为优选之一，PE管在双平壁夹芯玻璃钢管道的制造现场同步挤出，同步缠绕。
作为优选，步骤（二）中，PE管的温度控制范围为30℃~100℃。
作为优选之二，PE管为预制；步骤（二）中，PE管的温度控制范围为0℃~70℃。
本方案中，优选采用矩形的PE管作为小口径管道。先连续缠绕模具上用纤维树脂缠绕形成内实壁层，再将PE管环绕玻璃钢管道轴线缠绕在内实壁层外，然后再在夹芯层外用纤维树脂缠绕形成外实壁层。固化时可参考相应材质的温度、时间要求。固化完成，即可对成品进行必要的切割，以及管道切割面进行一定的封闭处理。如需要内衬层和外保护层，还可以进一步覆盖在管壁内外，等等。
对于PE管的准备，可以是在玻璃钢管道制造现场同步挤出，同步缠绕的，也可以是预制后送到现场的。
如果是制造现场同步挤出的，PE管的拉管速率应当与玻璃钢管道的缠绕速度匹配，PE管一边挤出，一边就同步缠绕在玻璃钢管道的内实壁层上。这样做的优势，一是PE管持续挤出没有断头，整条玻璃钢管道无论多长，都可以使用一根PE管整体缠绕而成，工艺不间断，效率更高，二是现场制得的PE管具有一定的热度，其弹性模量较小，更加便于弯曲和紧贴内实壁层。此种方式中，PE管的温度控制范围为30℃~100℃。
也可以是将PE管预制后打卷、截断，然后将成卷的PE管送到玻璃钢管道的生产现场，在生产双平壁夹芯玻璃钢管道时再将PE管从料卷放出，并以一定的张力缠绕到内实壁层上。当一卷PE管使用完毕后，可暂停缠绕，安装新的料卷并连接后继续生产。这样做的优势是可以随时停止缠绕，而不会影响夹芯层小口径管道的供料，控制更加简单，生产场地、生产设备、生产人员的需求都可进一步减少。此种方式中，PE管的温度控制范围为0℃~70℃。
综上所述，本方案的有益效果是：采用更为简单的工艺生产，生产效率也得以提高，管壁应力分布均匀，原材料消耗明显降低。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
其中：1内实壁层，2夹芯层，3外实壁层，4小口径管道。
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
实施例1为一种双平壁夹芯玻璃钢管道。如图1所示，本双平壁夹芯玻璃钢管道，由内至外分别为内实壁层1、夹芯层2和外实壁层3，其中，内实壁层1和外实壁层3均为树脂纤维材料，夹芯层2由小口径管道4在内实壁层1外环绕玻璃钢管道轴线一圈一圈紧贴缠绕而成。本例的小口径管道4为矩形截面的PE管，管壁外侧面经过粗糙化处理。
本例的双平壁夹芯玻璃钢管道，口径为1200mm，内实壁层1和外实壁层3的厚度均为3mm，PE管的截面尺寸为宽25mm高20mm，PE管的管壁为3mm。由于本本例中PE管紧密缠绕形成的是单层结构，因此本例双平壁夹芯玻璃钢管道的管壁总厚度为26mm（未计算内衬层和外保护层）。
实施例2
实施例2为实施例1中双平壁夹芯玻璃钢管道的制造工艺，具体包括如下步骤：
（一）、在连续缠绕模具上用纤维树脂缠绕形成内实壁层1；
（二）、在内实壁层1外环形缠绕小口径管道4，形成夹芯层2；小口径管道4的圈与圈之间紧贴布置；
（三）、在夹芯层2外用纤维树脂缠绕形成外实壁层3；
（四）、固化；
（五）、按要求长度切割管道，进行后处理。
其中，小口径管道4采用的是宽25mm高20mm的矩形截面的PE管。PE管可以是在双平壁夹芯玻璃钢管道的制造现场同步挤出，同步缠绕，则步骤（二）中PE管的温度控制范围为30℃~100℃；也可以是PE管在第三方预制后送至双平壁夹芯玻璃钢管道的制造现场，则步骤（二）中PE管的温度控制范围为0℃~70℃。本例中选择的是前者，温度控制为60℃。
步骤（二）使用的PE管缠绕模具的缠绕螺距是连续可调的，当由于尺寸不够精确造成相邻PE管分开或者挤压时，可及时调整缠绕螺距，以确保相邻PE管紧贴而不拱翘。
发明人对本例的中空壁结构玻璃钢管道做了相关的强度对比测试，相关对比数据如下：同样规格的常规玻璃钢管道，口径1200mm，米重为101kg，环刚度为1630N/m2；而本例的中空壁结构玻璃钢管道，控制米重基本不变，内、外实壁层厚度均为3mm，采用高度20mm的PE管单层缠绕形成夹芯层，环刚度可达13000N/m2。对比可见，在玻璃钢材料使用量基本不变的情况下，本例产品的环刚度提升至常规为玻璃钢管道的将近8倍，具有显著的技术优势。
Claims (10)
1.一种双平壁夹芯玻璃钢管道，包括由内至外的内实壁层（1）、夹芯层（2）和外实壁层（3），其特征是，
所述夹芯层（2）由小口径管道（4）环绕轴线缠绕在内实壁层（1）和外实壁层（3）之间而成；
小口径管道（4）相邻圈之间紧贴布置。
2.根据权利要求1所述的一种双平壁夹芯玻璃钢管道，其特征是，所述小口径管道（4）的截面形状为矩形。
3.根据权利要求1或2所述的一种双平壁夹芯玻璃钢管道，其特征是，小口径管道（4）的外侧面为粗糙面。
4.根据权利要求1或2所述的一种双平壁夹芯玻璃钢管道，其特征是，所述小口径管道（4）的材质为热塑性材料。
5.根据权利要求1或2所述的一种双平壁夹芯玻璃钢管道，其特征是，所述双平壁夹芯玻璃钢管道的管径与小口径管道（4）的管径之比大于等于10。
6.一种如权利要求1所述的双平壁夹芯玻璃钢管道的制造工艺，其特征是，包括如下步骤：
（一）、在连续缠绕模具上用纤维树脂缠绕形成内实壁层（1）；
（二）、在内实壁层（1）外环形缠绕小口径管道（4），形成夹芯层（2）；小口径管道（4）的圈与圈之间紧贴布置；
（三）、在夹芯层（2）外用纤维树脂缠绕形成外实壁层（3）；
（四）、固化；
（五）、按要求长度切割管道，进行后处理。
7.根据权利要求6所述的双平壁夹芯玻璃钢管道的制造工艺，其特征是，所述小口径管道（4）为矩形截面的PE管。
8.根据权利要求7所述的双平壁夹芯玻璃钢管道的制造工艺，其特征是，PE管在双平壁夹芯玻璃钢管道的制造现场同步挤出，同步缠绕。
9.根据权利要求8所述的双平壁夹芯玻璃钢管道的制造工艺，其特征是，步骤（二）中，PE管的温度控制范围为30℃~100℃。
10.根据权利要求7所述的双平壁夹芯玻璃钢管道的制造工艺，其特征是，PE管为预制；步骤（二）中，PE管的温度控制范围为0℃~70℃。
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