CN1169666C - 外镀锌内衬聚乙烯钢塑复合管制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种镀锌钢管与塑料管复合而成的钢塑复合管的制造方法，一次同时生产多根钢塑复合管，包括聚乙烯树脂挤出，经管材模具成型；真空定径；喷淋冷却，聚乙烯管材定型；热熔胶挤出；涂胶，使热熔胶和聚乙烯塑料管材表面在融化状态下粘合为一体；喷淋冷却；牵引；定长切割；内衬聚乙烯塑料管；镀锌钢管去内毛刺；将内衬聚乙烯塑料管穿插进镀锌钢管，使镀锌钢管和内衬聚乙烯塑料管机械配合；镀锌钢管外表面加热和聚乙烯塑料管内表面加压、聚乙烯塑料管被吹胀与镀锌钢管粘合、喷淋冷却、卸压等工艺流程。钢塑复合管具有钢度好、承压力高、防塑料层老化、使用寿命长等优点。
Description
技术领域
本发明属于建材制作领域，尤其是涉及一种镀锌钢管与塑料管复合而成的钢塑复合管的制造方法。
背景技术
目前，我国给水管道以镀锌钢管为主，镀锌钢管的力学性能好，耐压耐冲击，但镀锌钢管耐腐蚀性能差，而且内壁粗糙，易结垢、易滋生微生物，长期使用会造成饮用水的二次污染，“黄水”泛滥，这些性能上的缺陷导致了镀锌钢管被淘汰。“自2000年6月1日起，在城镇新建住宅中，禁止使用冷镀锌钢管用于室内给水管道，并根据当地实际情况，逐步限时禁止使用热镀锌钢管。”这意味着一直以来作为给水主立管的镀锌钢管将退出其在给水领域的应用。塑料管道、塑料金属复合管逐渐替代镀锌钢管广泛被人们所接受。
塑料管道使用的有硬聚氯乙烯管(U-PVC)、聚乙烯管(LDPE、HDPE、PEX)、聚丙烯管(PP-R、PP-B)、聚丁烯管(PB)，它们质轻价低、耐腐蚀、摩阻系数小、不易结垢、不易滋生微生物，但强度、刚度差，特别是对冲击的承受能力小，一般只作室内用管。塑料管道在管线埋设过程中，施工要求高、机械安全系数小。塑料金属复合管目前最具代表性的就是铝塑复合管，采用了内外塑料层中间层铝箔的复合结构，其强度、弯曲保持性、气密性与单纯的塑料管相比，都有了较好的改善，但是铝塑复合管材连接中受管件密封技术的制约造成的渗漏、堵径并没有得到根本解决，对于大口径用管，还是一项空白。
随着国民经济的不断发展，人们对生活的质量的要求也越高，为了保证人们生活用水的质量，对给水管的材质、强度、寿命、可靠性、经济性等提出了更高的要求。
目前，我国在对镀锌钢管内壁实行衬塑的方法很多，常见的有喷塑、浸塑、内衬塑料管的成形方法。其中喷塑成型方法是采用喷枪将塑粉喷在经预热的钢管内或外壁，然后固化定型形成塑料层。此方法成型的塑料层脆性大，经冲击后易剥落。生产时壁厚控制困难，在管中易出现漏涂现象，且塑层壁厚较薄。浸塑方法是将钢管置于液态的糊树脂中，经固化后成型塑料层。此方法生产效率较低，且由于工艺条件限制表面光滑程度不易控制，在过去只适用小批量的生产，目前 被逐渐替代。内衬塑料管是在日本开始发展起来的，是在聚氯乙烯塑料管内充高压蒸气，通过蒸气自身的热量和压力实现聚氯乙烯管和钢管之间的接合，成型塑料层。此方法在日本已经广泛使用，成型效果较好，此方法对钢塑管内衬聚乙烯层不适应，不能生产以聚乙烯衬塑层的钢塑复合管。其它类似方法还有钢管缩径法、机械式塑料管膨胀法。其共同特点是在钢管内空套塑料管，前者使钢管强行通过口径比钢管小的钢模，让钢管外径变小，实现钢管与塑料管的“过盈”配合。后者是用一种多级成型内胀压钢模通过塑料管的内径实现钢管的衬塑层。这两种方法的生产速度低，在国内应用少。
发明内容
本发明的目的旨在针对上述问题，提供一种综合两种管道的优异性能、使钢塑复合管具有钢度好、承压力高、防塑料层老化、使用寿命长的制造方法。
本发明的目的是通过下述方法实现的，该方法包括下列工艺流程：
(1)、聚乙烯树脂挤出，经管材模具成型；
(2)、真空定径；
(3)、喷淋冷却，聚乙烯管材定型；
(4)、胶粘材料挤出；
(5)、涂胶：经过涂胶模具，在生产聚乙烯塑料管的同时，使管外表面形成一层熔融膜后再进行表面涂布热熔胶，使热熔胶和聚乙烯塑料管材表面在融化状态下粘合为一体；
(6)、喷淋冷却；
(7)、牵引；
(8)、定长切割；
(9)、内衬聚乙烯塑料管；
(10)、镀锌钢管去内毛刺；
(11)、将内衬聚乙烯塑料管穿插进镀锌钢管，使镀锌钢管和内衬聚乙烯塑料管机械配合；
(12)、对配合好的两种管材实行镀锌钢管外表面加热和聚乙烯塑料管内表面加压、聚乙烯塑料管被吹胀与镀锌钢管粘合、冷却、卸压。
该方法每次同时生产多根钢塑复合管。
本发明，具有如下特点：
1、分批次进行生产，每次可生产钢塑复合管多根；突破了其它方法单根生产的规律，一次生产多根(每次同时生产20根钢塑复合管)，生产效率提高，使能耗少，适用于工业化大批量生产。
2、聚乙烯薄壁塑料管(t＝1.5-2.5mm)在线涂胶，生产连续自动，使用挤出机对聚乙烯薄壁管进行连续的涂覆热熔胶粘层，生产的自动化程度高。
3、可以使用GB/T 3091-1993和BS 1387-1985的镀锌钢管生产所有规格，定尺长度为6000mm的钢塑复合管。
4、通过对聚乙烯塑料管表面的融膜处理解决了聚乙烯材料难粘接的问题，而又不同于塑料管的共挤，保证了镀锌钢管与聚乙烯塑料管之间胶粘材料壁厚的均匀性和可操作性。
5、外镀锌内衬聚乙烯钢塑复合管的质量比其它方法生产的钢塑管的复合管的质量上了一个新台阶，其塑料层与金属层之间剪切强度＞100N/cm2，其剪切强度是日本标准JWWA K116-1996内衬聚氯乙烯钢塑复合管规定值20N/cm2的5倍；钢塑复合管的试验弯曲角度为20°，是日本标准JWWA K116-1996规定值10°的2倍。
附图说明
下面实施例结合附图对本发明作进一步的描述。
图1为本发明的一个实施例的工艺流程图。
图2为图1实施例的外镀锌内衬聚乙烯钢塑复合管构造图。
图3为图2沿A-A向剖面图。
图4为图1实施例外镀锌内衬聚乙烯钢塑复合管聚乙烯管表面融膜模具原理图。
图5为图1实施例外镀锌内衬聚乙烯钢塑复合管生产线在加热加压膨胀段的工作过程及工作原理平面图。
图6为图5沿B-B向剖视图。
图7为图1实施例外镀锌内衬聚乙烯钢塑复合管生产线在冷却卸压段的工作过程及工作原理平面图。
图8为图7沿C-C向剖视图。
图9为图1实施例外镀锌内衬聚乙烯钢塑复合管生产线在成品收集段的工作过程及工作原理平面图。
图10为图9沿D-D向剖视图。
图中，1、聚乙烯塑料管层，2、镀锌钢管，3、热熔胶层，4、热熔胶材料，5、加热炉，6、钢塑复合管，7、密封夹具，8、链条，9、落料框，10、料架，R1、聚乙烯管表面形成的融膜段，R2、热熔胶材料涂覆段，E、聚乙烯管生产出管方向，F、喷淋水位置。
具体实施方式
参照图1至图10，本实施例的工艺流程如下：
(1)、聚乙烯树脂挤出：目前我国生产聚乙烯的厂家较多，产量仅次于聚氯乙烯，居第二，来料广泛，更重要的是因为聚乙烯的分子链是由碳氢两种元素组成，分子式为[-CH2-CH2-]n，卫生无毒、性能稳定；聚乙烯材料的成型加工温度范围宽，具有较高的结晶度，能耐稀硫酸和稀硝酸及各种浓度的盐酸和碱溶液；但是，聚乙烯的临界表面张力比大多数粘合剂的表面张力小，所以粘接难度大，一般的粘接材料对它不起作用；根据产品结构对各组成部分的要求，内衬聚乙烯钢塑复合管的聚乙烯层不需要提供良好物理机械性能，即在对聚乙烯粘接性能进行配方设计时将可以不考虑聚乙烯的强度和刚度而采用高低密度共混改性的办法，此时两组分不互溶，而得到一种非均相体系，使分子间隙增大，减小分子链间的相互作用力，分子链相对移动变得容易；高密度聚乙烯(HDPE)与低密度聚乙烯(LDPE)分子链间相互作用力减小，有利于链段活动，虽然聚合物的熔点较HDPE有所降低(介于HDPE与LDPE之间)，但是其在实际生产中表现来的加工性能相当优秀，粘接性能改善；挤出为聚乙烯原料提供塑化、成型的渠道。聚乙烯加入料斗后与螺杆接触的那部分物料被螺纹咬住，随着螺杆的旋转被螺纹强制往机头方向推进；由于过滤网、机头阻力部件的存在，使塑料在前进过程中产生很大的压力，在压力升高的同时，塑料一方面被外部热源加热，另一方面塑料本身处在受压缩、剪切、搅拌的过程中，由塑料与料筒之间的外摩擦以及分子间的内摩擦也产生了大量的热量，使料温不断升高，其物理状态逐渐由玻璃态转变为高弹态，最后成为粘流态，经过管材模具成型；
(2)、真空定径：管材被挤出口模时还具相当高的温度，真空定径可以确定管材的尺寸；但是，此工序与其它的管材成型有区别，为了达到聚乙烯塑料管材料的粘接性能，不需要严格要求聚乙烯塑料管材的光洁度，将聚乙烯塑料管表面精度控制在一定的范围，通过对生产的调试、总结和模具的修正满足粘接要求，这样可以从表面粗糙度保证被粘材料的作用条件；
(3)、冷却：充分保证管材的热量散发以及适应高速生产设计采用喷淋冷却，这种方式具有冷却均匀、透彻的优点，能够满足此工艺的生产；
(4)、热熔胶材料挤出：热熔胶材料对聚乙烯塑料管与钢管层的复合性能起着关键性、决定性的作用；采用热熔胶，通过挤出机来提供生产时所需的热量，从而达到连续涂胶的目的；降低热熔胶的熔融粘度，改善润湿性和热粘性，提高粘接强度、耐热温度和可操作时间；热熔胶材料对聚乙烯和钢不仅粘接性好，而且可以实现自动化涂胶，提高生产效率；挤出：对热熔胶提供专门的加热输送装置，该工序为连续在线涂胶提供了装备；具有涂布均匀和温度调节功能，可以通过对温度的设定来增加热熔胶的润湿性；
(5)、涂胶：胶层在聚乙烯塑料管上和涂布通过模具实现，采用二次成膜技术对聚乙烯塑料管外表面进行融膜处理，其模具构造图见附图4；使聚乙烯塑料管外表面形成一层0.05mm-0.1mm的熔融膜后再进行表面涂布，使热熔胶和聚乙烯塑料管材在融化状态下粘合为一体；
(6)、冷却：采用冷水喷淋冷却，聚乙烯塑料管材在经过涂胶模具以后，其自身带有大量的余热，通过水冷却至聚乙烯玻璃态温度以下，使聚乙烯塑料管层与热熔胶粘剂树脂具有足够的强度和刚度，使其可以牵引顺利引出；
(7)、牵引：采用双履带牵引装置对聚乙烯为主体的薄壁复合塑料管进行牵引；在履带上进行开半圆形槽，每一种规格的塑料管对应一种开槽的履带，这样可以实现超薄壁管的牵引；其与平面履带相比较可以充分的保证聚乙烯薄壁塑料管的形状；
(8)、定长切割：生产外镀锌内衬聚乙烯钢塑复合管需要的塑料管的长度，通过定长切割实现准确的半成品长度；
(9)、内衬聚乙烯塑料管：通过前面八道工序的配置，可以连续自动生产出外镀锌内衬聚乙烯钢塑复合管的内衬层塑料管；此管与其它的塑料管差异十分的明显，带有热熔胶层，其尺寸也是为生产钢塑管而专门制作；
(10)、镀锌钢管去内毛刺：外镀锌内衬聚乙烯钢塑复合管的生产使用镀锌钢管作为基材，镀锌钢管生产的基础上，要求镀锌钢管的内壁平滑，其圆度和锌层质量都得符合所采用的国家标准；去内毛刺工序可以在焊管生产时完成，也可在镀锌钢管生产后完成，主要是使镀锌钢管内壁平滑；此工序的实现方法有二：其一是通过油缸或马达为动力构件，以拉杆伸入镀锌钢管内的形式将内焊筋拉掉；其二是在生产焊管的生产线上，添加内焊缝去除装置，在成型焊管的同时去除焊缝；
(11)、机械配合：镀锌钢管和内衬聚乙烯塑料管经此工序进行配合；将内衬聚乙烯塑料管穿插进镀锌钢管；
(12)、加热加压、内衬聚乙烯塑料管吹胀、冷却、卸压：这四道工序是同一过程，其通过PLC集中程序控制。其主要内容如下：
完成机械配合工序后，将配合过后的管置于V形输送链条上，按生产所需任意调节生产1根或多根，然后通过电气控制，将管运至加热炉内；充气夹具由气缸顶进，与镀锌钢管两端接触，加热炉采用柴油燃烧装置；配置三台燃烧机，分别对管的两端和中间进行加热，通过热传导和辐射来达到内衬聚乙烯塑料管软化温度；在加热的同时在内衬聚乙烯塑料管内充气，气源的压力为0.3-1Mpa，通过对PLC编程，控制充气开始的时间；这样对镀锌钢管外部进行温度控制，镀锌钢管中间段的温度控制高(238-248℃)，两端低(225-235℃)，就实现了聚乙烯塑料管定向膨胀，中间段的聚乙烯塑料管提前膨胀，依次将镀锌钢管与聚乙烯塑料管间隙内的空气往两端排出，使生产出来的外镀锌内衬聚乙烯钢塑复合管不会因镀锌钢管与聚乙烯塑料层之间的空气没有排尽而存在起泡现象影响钢塑管的使用；在聚乙烯塑料管与镀锌钢管贴合好以后，热熔胶材料达到熔融状态，在压缩空气的作用下与镀锌钢管内壁表面结合，在镀锌钢管层与内衬聚乙烯塑料管层之间产生粘接力；在炉内完成这些步骤后，再由链条将膨胀好的外镀锌内衬聚乙稀钢塑复合管送出，启动喷淋水装置，由相对应的喷淋水管对镀锌钢管的外表面进行喷淋冷却；从炉内出来的管冷却后，形成外镀锌内衬聚乙烯钢塑复合管的半成品；
(13)、管端修整：在镀锌钢管与内衬聚乙烯塑料管层冷却好以后，切除钢塑复合管两端剩余的塑料头，使钢塑复合管两端面平齐；
(14)、标识：给钢塑复合管喷印标识；然后，包装、入库。
参照图5、图6，钢塑复合管生产线在加热加压膨胀段的工作过程及工作原理是：加热炉5内的温度按生产工艺随时调整；料架10上放置有镀锌钢管2，把镀锌钢管2内衬、穿插上内衬聚乙烯塑料管，置于位置G，再通过四根链条8输送进加热炉5，镀锌钢管两端的密封夹具7由气缸带动，向加热炉5内的镀锌钢管顶进，使内衬聚乙烯塑料管内腔密闭；通往内衬聚乙烯塑料管内的压缩空气控制阀打开，对管内充压缩空气；内衬聚乙烯塑料管受镀锌钢管2的热传导和辐射热变形，被压缩空气吹胀紧贴镀锌钢管内壁，内衬聚乙烯塑料管被定向膨胀；随着在炉内时间的加长，内衬聚乙烯塑料管外层的热熔胶材料4在高温下熔融粘接。
参照图7、图8，外镀锌内衬聚乙烯钢塑复合管生产线在冷却卸压段的工作过程及工作原理是：熔融粘接好的钢塑复合管6，由链条8输送至喷淋水位置F进行冷却，与安装密封夹具7的小车一起移动；此时水泵起动，20根喷淋水管对刚出炉的镀锌钢管喷淋冷却水；外镀锌内衬聚乙烯钢塑复合管进行冷却，在冷却充分的前提下冷却水泵停止，密封夹具在气缸的作用下退出外镀锌内衬聚乙烯钢塑复合管的两端，等待下一批钢塑复合管的生产；已生产好的外镀锌内衬聚乙烯钢塑复合管在链条运行的过程中掉入落料框9。
参照图9、图10，外镀锌内衬聚乙烯钢塑复合管生产线在成品收集段的工作过程及工作原理是：钢塑复合管从喷淋水位置F由链条8输送运至下一工位，安装密封夹具7的小车退回原位，第二批管进炉生产；将钢塑复合管两端剩余的聚乙烯塑料管切除，外镀锌内衬聚乙烯钢塑复合管的生产结束。
加热炉5内的镀锌钢管2和内衬聚乙烯塑料管进入下一个循环，在加热炉内进行复合生产。料架10上放置的镀锌钢管2内衬、穿插上内衬聚乙烯塑料管，置于位置G，移至输送链条8上，使整个生产成为一个连续的过程。
Claims (2)
1、一种外镀锌内衬聚乙烯钢塑复合管制造方法，其特征在于：一次同时生产多根钢塑复合管，包括下列工艺流程：
(1)、聚乙烯树脂挤出，经管材模具成型；
(2)、真空定径；
(3)、喷淋冷却，聚乙烯管材定型；
(4)、热熔胶挤出；
(5)、涂胶：胶层经过涂胶模具，采用二次成膜技术对聚乙烯塑料管外表面进行融膜处理；使聚乙烯塑料管外表面形成一层0.05mm～0.1mm的熔融膜后再进行表面涂布，使热熔胶和聚乙烯塑料管材在融化状态下粘合为一体；
(6)、喷淋冷却；
(7)、牵引；
(8)、定长切割；
(9)、内衬聚乙烯塑料管；
(10)、镀锌钢管去内毛刺；
(11)、将内衬聚乙烯塑料管穿插进镀锌钢管，使镀锌钢管和内衬聚乙烯塑料管机械配合；
(12)、分别对镀锌钢管的两端和中间段进行加热，中间段的控制温度高，两端的控制温度低；在加热的同时在内衬聚乙烯塑料管内充气，聚乙烯塑料管被吹胀与镀锌钢管粘合、喷淋冷却、卸压。
2、根据权利要求1所述的外镀锌内衬聚乙烯钢塑复合管制造方法，其特征在于：对所述镀锌钢管中间段的加热控制温度为238～248℃，其两端的控制温度为225～235℃；在内衬聚乙烯塑料管内的所述充气的气源的压力为0.3～1Mpa。
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