一种连续纤维增强塑料压力管的制造方法与制造装置与流程

本发明涉及一种连续纤维增强塑料压力管的制造方法及制造装置。

背景技术：

作为一种管道创新品种，连续纤维增强塑料压力管已经广泛应用于流体输送场合，例如江河引水、城市供水、集中供热、集中空调、燃气输送、原油输送等。然而，由于连续纤维增强塑料压力管制造要求高、质量控制难度大，一直以来为行业内的技术攻关课题。

中国专利申请(申请号201810349669.x)公开了一种连续纤维增强塑料压力管的制造方法；该方法包括：1)在筒状芯棒的外圆周面上铺设至少一条内预浸塑料纤维带，内预浸塑料纤维带的长度方向与筒状芯棒的轴线方向一致，内预浸塑料纤维带保持一定张力；2)在筒状芯棒和已铺设的浸塑料纤维带的圆周方向螺旋状包覆至少一条外预浸塑料纤维带；3)加热包覆后的预浸塑料纤维带层，使包覆后的内预浸塑料纤维带与外预浸塑料纤维带粘连为一体，成为管状增强层；加热温度为120—220度；4)分别在管状增强层的内壁和外壁挤塑塑料层，随后冷却形成连续纤维增强塑料压力管。所获产品具有内径稳定、尺寸精确可靠、产品永不变形的特点。然而，该产品内表面的质量尚需进一步提高。

技术实现要素：

本发明的目的是克服上述背景技术存在的不足，提供一种连续纤维增强塑料压力管的制造方法和设备，采用该制造方法和设备制作的管道应具有机械强度高、管道内表面光滑、尺寸精确以及用料省的特点。

本发明提供的技术方案是：

一种连续纤维增强塑料压力管的制造方法，按照以下步骤进行：

1)由塑料挤出机的挤出融熔塑料进入管材模具，模具出来的融熔塑料进入真空箱冷却及定开型而成型内管；

2)由真空箱输出的内管，匀速前进进入轴向铺设工位时，内管空腔逐渐穿插进入一直径相近的支撑棒以使内管熔融时不会坍塌；同时在内管的外圆周表面铺设至少一条轴向伸展且保持一定张力的预浸塑料纤维带；轴向铺设工位的温度为120—220度，以使预浸塑料纤维带与内管熔融粘连；

3)带有预浸塑料纤维带的内管进入缠绕工位，在已铺设预浸塑料纤维带的内管的外圆周面上螺旋状包覆至少一条预浸塑料纤维带，同时保持温度120—220度，使包覆后的预浸塑料纤维带与内管熔融粘连为一体；

4)螺旋状包覆预浸塑料纤维带的内管进入外壁层工位，在仍处于熔融状态的内管的外圆周表面再次挤塑一外塑料层，然后进入冷却定型设备定型；

5)按照设计要求的长度切断定型后的管子，得到所需要的产品。

所述步骤3)的缠绕工位有两个及两个以上的，则按流水线方式重复包覆及加温。

所述步骤2)中轴向伸展的内预浸塑料纤维带至少有对称分布的两条。

一种连续纤维增强塑料压力管的制造装置，包括按照由塑料挤出机的挤出融熔塑料进入管材模具，模具出来的融熔塑料进入真空箱冷却及定开型而成型内管，内管生产工艺挤塑内管的内管挤塑设备：其特征在于：该装置还依照制造流程依次包括：

预浸塑料纤维带释放机构：包括至少一个预浸塑料纤维带放带盘，位于内管挤塑设备的真空箱右边，可逐渐释放所缠绕的预浸塑料纤维带用于内管外圆周表面的轴向铺设；

支撑棒：水平设置在预浸塑料纤维带释放机构的右边；该棒的直径与内管的直径相近，该棒的左端与一连接机架的拉索连接固定，从而实现轴向定位；

第一加热器：环绕设置在支撑棒的中部周边，用于对内管以及轴向铺设的预浸塑料纤维带加热，使其熔融粘连；

预浸塑料纤维带牵引机构：位于装置的右端，按照工艺要求逐渐拉动轴向铺设的预浸塑料纤维带，使整个装置处于连续生产状态并使所拉动的预浸塑料纤维带保持一定张力；

预浸塑料纤维带卷绕机构：带有至少一个外预浸塑料纤维带螺旋放带盘，布置在第一加热器的右边并且环绕着内管的轴线转动，使所释放的预浸塑料纤维带螺旋状包覆在内管和预浸塑料纤维带的外圆周面上；

第二加热器：安装于预浸塑料纤维带卷绕机构右端，用于使轴向伸展的预浸塑料纤维带与螺旋状包覆的预浸塑料纤维带与内管熔融连接为一体，形成管状增强层；

外壁层挤塑机：位于第一加热器右边，包括内圆周面直径大于管状增强层外径的筒形外模，外壁层挤塑机将融化的塑料挤射到管状增强层的外壁与筒形外模的内圆周面之间，并与管状增强层粘结形成压力管的外壁层；

冷却定型设备：包括真空定径箱，布置在外壁层挤塑装置右边，将粘连一体的内管、管状增强层以及外壁层冷却定型。

该制造装置还设置有切断装置：按照设计要求的长度切断管子，得到所需要的产品。

所述内管与筒形外模同轴线布置。

所述支撑棒为钢管，该棒连接的拉索往左水平穿越过真空箱和塑料挤出机的挤塑头后与机架固定。

所述支撑棒的左端为圆锥面形的导向端；所述支撑棒的外圆周面涂覆有利于内管内壁光滑的特氟龙涂层。

所述冷却定型设备为水冷装置。

本发明的有益效果是：

本发明提供的连续纤维增强塑料压力管，由于配置有轴向布置且带有预应力的预浸塑料纤维带，机械强度得到成倍提高，解决了生产过程中高温状态下牵引管材的难点，克服了传统制造工艺塑料管被拉断或局部拉伸现象(传统方法复合管材生产时，其成形工艺温度160度以上，塑料因软化无法牵引)。而本发明中轴向布置的预浸塑料纤维带保持800-900兆帕(与同等壁厚的全塑压力管比较)轴向抗拉强度，使生产能够顺利进行；成型管道也因此获得极高的轴向力学性能，特别适合在诸如深海石油钻探之类的高压环境中使用。

本发明提供的制造方法，由于内管空腔中由支撑棒支撑而使内管不易在熔融状态下坍塌，能够使所制造的产品尺寸精确可靠，保证了管材内径的稳定性；同时大幅度提高了成品管内壁表面的光洁度；而且成型温度达到160度以上，管状增强层与内外壁的pe塑料层完美地完成物理意义上的复合。本发明所提供的制造装置，采用的均为常规设备(如内管挤塑设备、预浸塑料纤维带释放机构、预浸塑料纤维带卷绕机构、预浸塑料纤维带牵引机构、外壁层挤塑机、加热器以及切断装置等)，因而投资有限，而市场前景广阔。

附图说明

图1是本发明实施例中连续纤维增强塑料压力管制造装置的主视结构示意图。

图2是图1中的a部放大的结构示意图。

图3是图1中的b部放大的结构示意图。

图4是图1中的c部放大的结构示意图。

图5是图1中的d部放大的结构示意图。

图6是图1中的e部放大的结构示意图。

图7是图4中的f部放大的结构示意图。

图8是本发明所制造产品的横截面放大结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图所示的实施例进一步说明。

本发明制造的连续纤维增强塑料压力管的横截面如图8所示，该压力管的中间增强层由至少一条轴向伸展的预浸塑料纤维带300(预浸塑料纤维带的宽度与厚度根据需要确定)与至少一条圆周向螺旋状(优选螺旋角为40-89度)包覆的预浸塑料纤维带200组成，中间增强层的两面分别是通过挤塑与中间增强层连为一体的塑料内壁层400(即内管)和塑料外壁层100。轴向伸展的预浸塑料纤维带在制造时直接承受牵引拉力，使制造能够连续进行。

所述预浸塑料纤维带可外购获得；铺设前进行预热，预热温度低于160度。

连续纤维增强塑料压力管的制造方法：按照以下步骤进行：

1)由塑料挤出机的挤出融熔塑料进入管材模具，模具出来的融熔塑料进入真空箱冷却及定开型而成型内管；

2)由塑料挤出机真空箱输出的内管，匀速前进(箭头g所示方向)进入轴向铺设工位时，内管空腔逐渐穿插进入一直径相近的支撑棒(支撑棒预先定位在设定区域)，同时在内管的外圆周表面铺设至少一条轴向伸展的预浸塑料纤维带，该预浸塑料纤维带保持一定张力(张力根据需要设定)；轴向铺设工位的温度为60—120度(优选电加热器加热)；

作为推荐，轴向伸展的内预浸塑料纤维带至少有对称分布的两条；

3)带有轴向伸展的预浸塑料纤维带的内管进入缠绕工位，在已铺设预浸塑料纤维带的内管的外圆周面上螺旋状包覆至少一条预浸塑料纤维带(预浸塑料纤维带数量、每条预浸塑料纤维带的包覆层数、螺旋角度根据需要确定)，同时由加热器保持温度120—220度，使包覆后的预浸塑料纤维带与内管熔为一体；

缠绕工位有两个以上的，则按流水线方式重复包覆及加温。

4)在外壁层工位，由第二塑料挤出机在仍处于熔融状态的内管的外圆周表面再次挤塑一外塑料层(优选pe)，然后进入冷却定型设备定型；

5)按照设计要求的长度切断定型后的管子，得到所需要的产品。

一种连续纤维增强塑料压力管的制造装置，其特征在于：该装置包括：

内管挤塑设备(塑料挤出机1与真空箱3)：按照传统实壁pe管生产工艺，由塑料挤出机的模具(即挤塑头)2挤塑内管5；

预浸塑料纤维带释放机构：包括至少一个预浸塑料纤维带放带盘6，位于真空箱3的右边，可逐渐释放所缠绕的预浸塑料纤维带用于内管外圆周表面的轴向铺设；

支撑棒16：水平设置在预浸塑料纤维带释放机构的右边；该棒的直径与内管的直径相近，该棒的左端连接一拉索17；拉索的左端水平穿越过真空箱和塑料挤出机的挤塑头后与机架固定，在生产过程中对支撑棒进行轴向定位。

作为优选，所述支撑棒为钢管。

作为进一步的优选，所述支撑棒的左端为圆锥面形的导向端；所述支撑棒的外圆周面涂覆有利于内管内壁光滑的特氟龙涂层，以提高脱模性能以及耐磨性能。

第一加热器9：环绕设置在支撑棒的中部周边，用于对内管以及轴向铺设的预浸塑料纤维带加热，使其熔融粘连；

预浸塑料纤维带牵引机构14：位于装置的右端，按照工艺要求逐渐拉动轴向铺设的预浸塑料纤维带(运动方向如箭头g所示)，使整个装置处于连续生产状态并使所拉动的预浸塑料纤维带保持一定张力；

预浸塑料纤维带卷绕机构7(常规设备；参见图1、图4)，带有至少一个预浸塑料纤维带螺旋放卷盘8：该机构布置在第一加热器的右边并且环绕着内管的轴线转动，使放卷盘所释放的外预浸塑料纤维带螺旋状包覆在逐渐移动的内管和预浸塑料纤维带的外圆周面；螺旋状包覆的角度根据产品的特点或设计要求确定。预浸塑料纤维带卷绕装置上可配有多个放卷盘，每一个放卷盘上可多带同入，彼此独立；各带之间由隔板分开，保护着各卷带不产生相互磨擦。

第二加热器11：安装于预浸塑料纤维带卷绕机构右边，用于使内管外圆周面轴向伸展的预浸塑料纤维带与螺旋状包覆的预浸塑料纤维带与内管熔融连接为一体，形成管状增强层；

外壁层挤塑机10：位于第二加热器右边，包括内圆周面直径大于管状增强层外径的筒形外模12，外壁层挤塑机将融化的塑料挤射到管状增强层的外壁与筒形外模的内圆周面之间，并与管状增强层粘结形成压力管的外壁层。作为优选，所述内管以及筒形外模同轴线布置。

冷却定型设备：包括真空定径箱13，布置在外壁层挤塑机右边，将粘连一体的内管、管状增强层以及外壁层冷却定型。

该制造装置还设置有切断装置15：按照设计要求的长度切断管子，得到所需要的产品。

作为优选，所述冷却定型设备为水冷装置(可外购获得)。设置在外壁层挤塑装置右边，已经成形的处于融熔状态的连续纤维增强塑料压力管，进入水冷箱进行定型；其生产过程连续进行。冷却定型装置的长度决定了水冷时间，需要根据压力管的厚度、预浸塑料纤维带牵引装置的牵引速度以及工艺要求确定。

尚需指出的是：实施例中，轴向伸展的预浸塑料纤维带先铺设在位于内管的外圆周面上，而后再螺旋状包覆的预浸塑料纤维带；也可以先在内管上螺旋状包覆预浸塑料纤维带，而后再在已螺旋状包覆的预浸塑料纤维带的外圆周表面轴向铺设预浸塑料纤维带。根据需要选择决定。