专利名称：具有改进的物理性能的多层管的制作方法
技术领域：
本发明涉及多层管制造领域，通过通常用于制造纸管和芯的螺旋卷绕工艺制成，在本领域被称为硬纸管或纤维板管。特别地，本发明涉及管状产品的改进构造，具有改进物理性能，其中包括增强的抗张强度和冲击阻力。
背景技术：
在制造由多层纸结构形成的管状产品领域中，基于特定纸材的所述产品的物理强度特征，主要由管壁所含的纸张层数以及用来将所述纸层粘接在一起的粘接剂的特性来决定，所述物理强度特征涉及抗张强度、抗压溃性能、抗撕裂或抗穿刺性或其他参数。通常，主要通过在管壁内加入更多层纸获得更大的强度。类似地，在不利环境如湿润或潮湿环境下，通过使用粘性更强的粘接剂或者防潮粘接剂，如硅酸钠或PVA粘接剂，获得更大的抗强度损失性。
传统地，通过将多层纸(通常为牛皮纸或类似的纤维纸)相互粘合在一起，并同时将各层卷绕在给定直径的钢心轴上形成纸管和芯。该工艺通常涉及将这些管的各层供给至单独的卷轴或者其他分配器上，同时将材料以预定排列从分配器中抽出；将粘接剂同时应用至互不接触的不同股上；且然后将所述排列卷绕成围绕心轴的管结构。这一技术在本领域中称作“螺旋卷绕”，并在下面的说明书和权利要求书使用该术语处理解相同。执行这一工艺的设备由，例如，Pack Industrie，of rueGutenberg-B.P.109-68170 RIXHEIM(Alsace)-FRANCE供给。
通常，采用的纸张层数取决于管所需的物理要求，如用于卫生纸芯的小直径纸管需要小数量的薄纸层，采用廉价的糊精胶粘剂；重达2公吨的卷纸芯可能需要BrownChip Board(棕粗纸板)或者Liner Board(牛皮裱面纸板)及硅酸盐或PVA胶水；或者用于浇注混凝土的管将需要更大的壁厚及抗水性更强的胶水，因此需要更大数量的纸层。
然而，这些措施通常使得管更重，由于容积和/或缺乏挠性而更难以运输，必要时更难以切割，而且更难以制造且制造更昂贵。另外，基于硅酸盐的粘接剂更加昂贵，并在制造过程中出现各种安全问题。例如，一些基于硅酸盐的粘接剂可能变得很硬，残余物会出现切割危险。另外，一些抗水性粘接剂需要更长的时间加工处理，有时需要借助烤箱等加工处理，这会增加单位成本以及生产线资金成本。
因而，必须找到改进纸管各种强度参数的方法，克服与这些管的各种应用相关的一些或所有这些问题。
例如，在建筑工业或建筑业中，在浇注垂直混凝土桩时，使用多层纸管和模板建立建筑物的基础已成为一般惯例，特别是较大的多层建筑物。
现有技术中单一用途浇注管的典型结构是用多层牛皮纸或者其他纤维纸来建立刚性管。然而，如上所述，牛皮纸或其他纤维纸结构遇到的一个问题是，其被弄湿时易于失去抗张强度；导致膨胀或断裂。还有，在潮湿环境下，管的尺寸易于改变，使得难以控制混凝土桩的尺寸。
美国专利号US5,376,316(Weekers)中示范性地示出在现有技术中构造这种管的方法，其中描述所述管主要由多层牛皮纸制成。这种特定的浇注管还包括一层塑料材料在牛皮纸层中，用以改进管的抗水性能。然而，这个文件没有建议如何改进所述管的整体强度。例如，这种构造的一个缺点在于，塑料层可能提供一些屏障以阻碍弄湿牛皮纸，但其不能完全防止当水从两侧进入，或尤其是水通过管的端部进入时使这些层的强度变弱。
无论如何，有混凝土形成应用必须采用半刚性管或者刚性管。现有技术没有教授加强和/或防水处理这种管的任何方法。推测起来，面对这问题的人一定会采取上述方法，包括更多的纸层和/或昂贵的粘接剂。
同样地，在这种纸管被用作坚硬、锋利和/或重材料(如金属部件)的包装材料时，一个主要问题是这些物品在运输过程中转移时，易于对管壁施加大量的局部冲击张力。而且，Weekers所披露的结构不够刚硬，不足以可靠地被用于这种包装方法，而现有技术中唯一可用的其他解决方法涉及公知途径，即给管增加越来越多的纸层。
类似地，当试图制造具有优良的抗压溃性能的管时，例如用作成卷产品(如新闻用纸)的重载轴心时，现有技术仅仅教授熟悉的解决方法，即采用施加越来越多的纸层到纸管以及不同类型的纸张。
因此，本发明的一个目的是提供一种物理性能改进的多层管材，不需要过多的纸层或者使用昂贵或有危害的粘接剂，且可以采用传统的纸管成形装置制造。
发明内容
依照本发明的一个方面，提供一种管，具有多层结构的管壁，其中所述多层结构包括一个或多个子层(sub-layers)，每个所述子层由置于一个或多个外层之间的机织聚合物网组成，所述外层由选自纸或聚合物材料所组成的组中的材料构成，其中通过将所述子层相互粘附，同时使用制造纸管的螺旋卷绕装置使所述子层形成管，而形成所述管。
优选地，所述纸为牛皮纸，所述聚合物材料是高密度聚乙烯(HDPE)或者聚丙烯(PP)，且所述纸层通过聚乙烯(PE)中间层粘接到所述网。可以利用本领域公知的那种水基粘接剂将相继子层的外纸层间粘接。
网状材料的抗张强度对增强管的总体抗张强度和冲击强度提供了有效方法，并且其不易由于，例如湿气进入，而受到影响进而变弱。另外，网的优良尺寸稳定性给管提供了相同的优点，即使是在高相对湿度情况下，因此避免了加入不想要的溶剂基粘接剂的需要。
由所述网提供的增强的总体抗张强度使得所述管的性能优良，而不需要借助过多的纸层，这就意味着，在不极大增加管的容积的情况下可以制造更强、更坚韧的管。可替换地，可以制造在现有技术中已知的相同强度规格的管，但是所述管的管壁可以大大地变薄。
本发明的另一个优点是，由于粘附到所述子层外侧的纸主要用于为相继子层的粘接提供适当的粘接表面，与现有技术相比这些纸层的厚度减小，例如至大约40g/m2，为期望的管强度提供了进一步减少所需管壁厚度的机会。
本发明的又一个优点在于，由于使用传统的水基粘接剂通过纸-纸粘接实现相继子层的粘接，根据本发明的所述管可用传统的螺旋卷绕纸管制造装置生产。
优选地，HDPE或PP网的克重在40g/m2和80g/m2之间，复合结构的总克重大约在120g/m2和180g/m2之间。优选地，所述网的抗张强度大于6.5kN/m。所述网可以简单的纱罗组织形式或者以任何其他适当的形式提供。优选地，所述网的形式为粗支纱稀平布，其在任何方向上每英寸有6至15股。
应用于浇注混凝土时，所述形式管的创造性结构不仅有助于直接阻止水进入管结构内，而且由于其抗张强度不受水本身的影响，其防止水的进入危及整个管的抗张强度。
本发明适用于刚性管和挠性“扁平”(“lay-flat”)管。
在被用作刚性混凝土形成材料时，用于所述管的优选结构是，提供足够数量的子层以确保管壁厚度在大约2.5mm到大约5mm之间，以便在竖立时允许管材强度足以自承，同时保持经由相对简单的方法(如利用手持刀进行切割)除去的能力，并以便提供优良抗张强度和防潮的半刚性或者刚性结构。
可替换的结构，其提供混凝土成形管，具有改进的强度，但有足够的挠度以在“扁平”状态存储和运输，包括一层或多层上述“夹层”结构。所述聚合物网的机织结构有助于提供比按照现有技术的单一塑料材料片更大程度的抗张强度。另外，在所述管被填充满混凝土时，优选的网具有格外良好的抗拉性或抗膨胀性。这就允许提供扁平管，其对通常混凝土浇注操作具有所需的强度。所述创造性管材的这个实施例的总厚度可能不大于大约1.5mm。
在又一个可替换的实施例中，为了对所述管的内浇注表面提供适当表面，一层或多层附加的聚合物片层，如聚乙烯，被粘接到最外面的子层上。
关于在材料包装领域使用所述创造性管结构，通过有四个或五个所述“夹层”的管壁结构，提供了适用作容器容纳，例如金属部件的管，所述管壁的厚度为至少大约2.5mm，以便允许管材有足够的抗张强度，从而在坚硬或者锋利的部件与管的内表面强烈接触(可能在运输过程中会发生)时防止撕裂或者刺穿。
也可以预见，在应用所述创造性管壁结构时，由于管壁改进的抗张强度可能有助于防止较厚型此类管的变形，管的抗压溃性能可以得到提高。通过管壁实现的改进的抗张强度可能有助于防止管的差动膨胀，即当管壁的一侧，例如外侧受压时，马上所述管壁的邻接和相应部分，例如内侧，受到张力。相应地，所述受到张力的管壁部分屈服于压溃力的可能性较小。
优选地，在作为轴心时，管壁结构设置有大约10到50个子层，总厚度为大约20mm。
现将以具体的，非限制性的示例的方式描述本发明的优选实施例。
具体实施例方式
在下面讨论的实施例中，每个实施例可被理解为由本领域所知的“螺旋卷绕”技术形成。
在一个优选实施例中，本发明提供由多个子层材料构成的刚性混凝土形成管，其中每个所述子层由设置在一层或多层牛皮纸之间的机织HDPE网组成。用PP网可获得类似的结果。牛皮纸可按照本领域的传统方式粘接到网上，但是特别优选地是，通过聚乙烯(PE)的中间层将所述纸粘接到网上。
一种优选种类的网状材料的示例是由Insulation Solutions，of 127Dandenong-Frankston Road，Dandenong，Victoria 3175，Australia(澳大利亚)提供的，名称为“Metal Wrapping”(“金属包装材料”)，产品编号为1625。
这种材料的特性在表1中概要列出表1
通常，HDPE材料以粗支纱稀平布形式供给，在每个方向上每英寸有8到10股。这种材料由于具有非常高的抗张强度，尤其具有非常高的抗任何水平拉伸性能，从而特别适于这种应用。然后利用本领域熟知的传统方法，用40gsm牛皮纸经低密度聚乙烯(LDPE)层压HDPE。
本发明采用的通常形式的混凝土形成管已在上述的美国专利号US PatentNo.5,376,316中详细描述，并参考其所述的一般类型结构进行以下描述。
加入这种材料的刚性浇注管的理想结构由四到六个上述的子层组成，用传统的纸-纸粘接剂，如PVA，粘接在一起。利用本领域所熟知的传统的螺旋卷绕装置来构造上述材料，包括将多层纸(通常，牛皮纸或者类似的纤维纸)用胶水或其他方式相互粘附，同时将每层卷绕到给定直径的钢芯轴上。
其他聚乙烯层可粘附到材料的外表面上，以提供用于浇注的所需表面结构。特别地，优选有足够的聚乙烯层粘接到所述管的内表面，以确保浇注件的光滑表面。管材的总厚度应在2.5mm到5mm之间，以便提供足够的刚度，不需刚性上部结构的辅助而能竖立。
在需要不同表面处理的地方，本领域技术人员会知道其他可替换的材料，以获得各种表面处理或表面特性。
本领域技术人员会意识到，本发明不仅适用于主要由牛皮纸构成的管材，而且这只是用于本工业中更通用材料的其中一个材料，且其特性可能通过本发明提高。
例如，通过将HDPE网加入另一聚合物材料如聚乙烯的多层内，可能构造浇注管。在这种情况下，优选通过直接热处理或者通过使用热溶胶将所述层粘接在一起。
加入这种材料的挠性浇注管的理想结构由一个或两个上述子层组成，有可选的其他单面纸/网复合层粘附至所述管材的外表面上，以提供所需的表面结构，但是其总厚度小于4mm，以便提供足够的挠性以在不使用时可以平折。
本领域技术人员还可明显看出，本发明提供一种改进的用于各种不同应用的多层管结构，尽管上述优选实施例陈述了混凝土构成。显而易见，本发明所提供的管材的改进抗张强度将在需要这些特性的许多其他应用中提供改进的性能。
例如，与上述用于刚性模板管结构类似的管可同样用作金属部件的包装材料。管壁结构具有四或五层所述创造性子层，所述管壁的厚度为大约3mm和大约4mm之间，可以允许所述管材有足够的抗张强度，以防止当坚硬或锋利部件与所述管的内表面强烈接触(可能在运输过程中会发生)时撕裂或穿刺。
也可以预料，应用所述创造性管壁结构可提供具有改进抗压溃性能的管，因为管壁改进的抗张强度可能有助于防止较厚型此类管的变形。如上所述，整个管壁所获得的改进的抗张强度可能有助于防止管的差动膨胀，即管壁的一侧，如外侧受压，而立即管壁的邻接和相应部分，如内侧受拉。受拉的管壁部分因而不易于屈服压溃力。
优选地，在作为轴心时，管壁结构提供有10到15个子层，且总厚度为大约20mm。
权利要求
1.一种具有多层结构壁的管，其中所述多层结构包括一个或多个子层，每个所述子层由置于一个或多个外层之间的机织聚合物网组成，所述外层为选自纸、聚丙烯和聚乙烯组成的组中的材料，其中通过将所述子层相互粘附且同时使用用于制造纸管的螺旋卷绕装置使所述子层形成为管，从而形成所述管。
2.如权利要求1所述的管，其中所述网以粗支纱稀平布形式提供，每英寸具有6到15股。
3.如权利要求2所述的管，其中所述子层的克重在大约120g/m2到大约180g/m2之间，且抗张强度大于约6.5kN/m。
4.如前述任一权利要求所述的管，其中所述子层的外层是聚合物材料，且所述聚合物材料是高密度聚乙烯(HDPE)或者聚丙烯(PP)。
5.如前述任一权利要求所述的管，其中所述子层的外层是纸，且所述纸是牛皮纸。
6.如权利要求5所述的管，其中所述牛皮纸最小克重为大约40g/m2。
7.如前述任一权利要求所述的管，其中所述子层的外层通过聚乙烯(PE)的中间层粘接到所述网上。
8.根据权利要求1所述的多层结构混凝土柱形管，其中所述管壁的厚度为至少2.5mm，因此允许所述管材有足够强度，以在竖立时可以自支撑。
9.如权利要求8所述的管，其中所述管壁的厚度不大于大约5mm，因而保持通过手持刀切割以除去的能力。
10.根据权利要求1所述的多层结构混凝土柱形管，其中所述管壁的总厚度不大于大约1.5mm，从而提供足够的挠性，以在扁平状态存储和运输。
11.根据权利要求1所述的多层结构，用于运输或存储坚硬或锋利的材料的包装管，其中所述管壁的厚度为至少2.5mm，从而允许所述管材有足够强度，以防止由于所述坚硬或锋利材料的内部移动而穿刺。
12.根据权利要求1所述的多层结构，用于卷绕片材的卷芯管，其中所述管壁的厚度为至少2.5mm，从而允许所述管材有足够强度抗压溃力。
13.主要如前所述具有多层结构壁的管。
全文摘要
一种具有多层结构管壁的管，其中所述多层结构包括一个或多个子层，每个所述子层由置于一个或多个外层之间的机织聚合物网组成，所述外层为选自纸、聚丙烯和聚乙烯所组成的组中的材料，其中通过将所述子层相互粘附，并同时将所述子层卷绕到心轴上形成所述管。
文档编号B32B27/10GK1832851SQ200480022372
公开日2006年9月13日 申请日期2004年7月30日 优先权日2003年7月30日
发明者凯文亚当斯, 马里亚诺维勒斯库萨 申请人:易奇管有限公司