专利名称：螺旋型波纹塑料管材及其制备方法
技术领域：
本发明涉及的是一种具有螺旋型加强筋结构的波纹塑料管材及其制备方法。
背景技术：
在城市的下水管和各种排污管中，各种形式塑料管材的使用越来越多。由于其管内通常不存在有压力，为提高其抵抗外来压力或冲击的性能，在管壁外周设置有不同形式加强筋结构的塑料管材已有不少报导和使用。目前这种结构形式的塑料管材及相应的制备方法可有如下几种一种是采用直接挤出成型的塑料管材。最具代表的是由直接挤出成型的双壁波纹管和环向加筋管，其内壁层是连续平顺的表面，外壁层则分别为中空的波形结构或实心的环状肋型结构。此两种管材管壁的轴向局部剖面结构分别如图1的(a)和(b)所示。制造时，这类管材的内壁层是由熔融状态下的塑料挤出形成的连续管材；作为加强筋结构的外壁层，则是在管内壁层的塑料还没有完全冷却的情况下，将另一具有中空波形或环肋等适当结构形式的连续加强筋结构层的相应“波谷”部位熔接在管壁的外周面上。该管材外壁层的中空波形或环肋等形式的加强结构虽然能有效地增强管材的刚性，但其制造设备的价格非常昂贵，推广应用的难度很大。
另一种类型是以螺旋缠绕成型的塑料管材。其中具有代表性是双重壁管和螺旋波纹管。
双重壁管的制造，是先由第一挤塑机挤出断面为矩形的管坯，经冷却定型后成为矩形管，然后使该矩形管连续有规律地并排螺旋缠绕在装有多只可主动旋转小滚筒的大圆筒上；与此同时，再由第二挤塑机不断向并排螺旋缠绕的该矩形管的相邻侧面间隙中挤出熔融的塑料条，并在使矩形管产生侧向压力的情况下，将各相邻的矩形管相互熔接在一起。随着主动小滚筒的不断旋转，即形成为连续的双重壁管材。该双重壁管的管壁轴向局部剖面结构如图2所示。
螺旋波纹管的制造方法与之类似，不同的是由第一挤塑机挤出的不是普通形状的矩形管，而是在底面两侧各带有一个为相互熔接用的适当形状翼片的异型矩形管。该带有两侧翼片的矩形管经定径冷却后，先用火焰把将作相互熔接的相邻两矩形管的相邻翼片的相应两侧别加热至熔融状态，然后再缠绕在大圆筒上，并使各相邻两矩形管的相邻翼片相互搭接，并经内外相对设置的压轮碾轧，使相互搭接的两侧翼片熔接在一起，冷却后即形成为连续的管壁。该螺旋波纹管的管壁轴向局部剖面结构如图3所示。
由上述双重壁管和螺旋波纹管的制造过程可以看出，这类管材都是在普通形式或是带有翼片的异型矩形管被挤出并彻底冷却定型后，再通过二次加热至熔融状态，使相邻矩形管间的侧壁或是相邻的翼片相互熔接形成相应管材的管壁。因此这些管材的管壁结构中，通过二次加热并形成的熔接缝都是贯穿于其整个管壁内外层的。因而，这些管材的质量完全取决于该二次加热后所形成的熔接缝的质量。由于这些贯穿于整个管壁内外间的熔接缝很长(如在直径500毫米排水管上，每100米管材的熔接缝长度可达5000米)，一旦这些贯穿于整个管壁结构的熔接缝的某一局部出现开裂，必然导致了整个管材失效。
众所周知，使管材的熔接部位能尽量保持与母材等强度和等寿命则是保证其质量的关键因素。通过采用二次加热方式将两个常温下的塑料制品熔接成一个整体，并要使其熔接缝处的强度和寿命与母材一致，在工艺上的要求是很高的。首先对加热温度的控制必须是在一个很窄的范围内；其次是对熔接面施加的正压力大小的要求范围也很窄，加压时间较长，在有一定正压力下对熔接面的冷却时间也要求很长。这些条件和要求在制造管材的过程中常不能得到保证。无论是在制造工艺温度上有变化，还是受到外界环境温度变化的影响(如在通常可有极大温差的冬、夏两季)，或是对熔接缝施加正压力的大小和/或时间的变化等，都对熔使接缝处的质量与母材等强度和等寿命有较大影响。特别是在上述螺旋波纹管的制造过程中，为熔接而对该异型矩形管两侧的翼片加热时，通常都采用的是高于1000℃的火焰直接烧烤。火焰所到之处的翼片表面虽熔融了，但高温同时也极易造成塑料大分子的分解和断链，其熔接缝部位的质量就更难以保证。因此在实际使用中可见到这些管材在装卸、运输或施工过程中受到摔碰或局部受到挤压时，常易造成管材的熔接缝部位开裂，或是呈螺旋弹簧状散开而破坏的现象。
发明内容
针对上述情况，本发明首先的一个目的是提供一种新结构形式的螺旋型波纹塑料管材。进而本发明的另一个目的是提供对该结构形式螺旋型波纹塑料管材的加工制备方法。
本发明所说结构形式的螺旋型波纹塑料管材，其管壁是由以其中心线为轴线作螺旋缠绕式的条状片材以其螺旋圆周中的各相邻片材边缘依次相互搭接融合所形成的连续实壁管状结构，以作同样螺旋缠绕形式的外凸筋状加强结构以跨压于各相邻片材边缘的搭接融合缝所在部位之上的方式接合在管壁的外周壁上，从而形成为在管壁结构的外周面上具有螺旋缠绕式外凸筋状加强结构的塑料管材。
在上述结构形式的螺旋型波纹塑料管材中，所说的接合于管壁外周面上的凸筋状加强结构，根据使用领域和/或目的需要可以采用不同形式的结构。例如，该外凸的筋状加强结构可以是截面为实体形式的结构体，也可以是截面为空心矩形、梯形等四边形或其它适当形式的空心闭合管状结构体，还可以是截面为适当开口曲线形式的结构体。
就上述结构形式管材中所说的各种外凸筋状加强结构体的自身组成形式而言，其可以是采用与管壁材质相同或不同的单一塑料材料形式的结构体，也可以是采用由两种或更多种不同材料构成的复合材料形式的结构体。例如，可以作为实例之一推荐的这种复合材料结构体，是内层为具有金属材料的加强结构体，外层再包覆有塑料片材层的复合结构形式。此处所说的具有金属材料的加强结构体，除可以直接使用单一形式的金属材料结构体外，为使与管材的塑料材料性质差异较大的金属等材料能与塑料管材管壁和/或其外层的包覆塑料片材层具有更好的融接性能，所用的该具有金属等异种材料的加强结构体，最好是在其相应的融接部位表面处已预先被覆有适当的塑料或其它高分子材料膜层的形式。
制备本发明上述结构形式的螺旋型波纹塑料管材，可以通过两套能相互配合的挤塑机构及相应的辅助设备进行。首先，由第一挤塑机构和可与之配合的相应片材模具挤出连续的熔融状条型塑料片材，并使该熔融状的条型塑料片材在与所需的管材直径相适应的圆周型转动支撑结构面上形成以各相邻边缘依次相互搭接的螺旋缠绕型管状形式，通过按相应方式设置于管壁外周对应部位处的第一压轮机构对各相邻片材的搭接边缘处进行碾压使之相互熔融接合而形成连续平顺的实壁管状结构；然后，由第二挤塑机构及适当结构形式的模具挤出相应结构的筋状加强结构并冷却定型后，再经加热使其软化，并以同样的螺旋缠绕方式将其跨压于仍为熔融状的实壁管状结构上的各条状塑料片材相邻边缘的搭接熔合缝所在部位处，再通过按相应方式设置于管壁外周对应部位处的带有相适应凹槽结构形式的第二压轮机构碾压，使其融接于管壁的外周面上。
在上述的制备过程中，为进一步保证和提高由第二挤塑机构挤出的筋状加强结构与该实壁管状结构的外周面相互融接时旋转运动的同步性和融接的可靠性，可以采用使第二挤塑机构挤出并已触接于管壁外周面上的筋状加强结构，通过设置于管壁外周对应部位处并具有按同样螺旋方式设置的连续螺旋凹槽结构形式的复数个主动旋转型第二压轮机构多次进行碾压，以达到使其与管壁外周面可靠地相互融接。
如上述，根据不同的使用领域和/或目的需要，所说的由第二挤塑机构挤出并融接于管壁外周面上的筋状加强结构，可以是与管材材质相同或不同的单一塑料材质的结构体，也可以采用由不同材料组成——例如内层为具有金属结构的加强体，其外还包覆有塑料片材层等复合形式材料的结构体。采用单一塑料材料的筋状加强结构体时，其制备方法可以直接按上述的方式进行。
如采用的筋状加强是上述内层为具有金属结构的加强体，其外再包覆有塑料片材层的复合材料形式结构体时，其制备方法可以在上述过程的基础上增加一步，即在由第一挤塑机构挤出的以各相邻边缘相互搭接成螺旋缠绕型管状形式的熔融状条型塑料片材经第一压轮机构碾压而熔接形成连续平顺的实壁管状结构后，先将该具有金属结构的加强体以同样的螺旋缠绕方式跨压于仍为熔融状的该管状结构外周面上各相邻片材边缘的搭接熔合缝所在部位处后，再由第二挤塑机构挤出可包覆于该具有金属结构的加强体之外的相应塑料片材，并经所说的第二压轮机构碾压，使该具有金属结构的加强体与包覆于其外侧的塑料片材相互融接，并使熔融状的管状结构的外周面也分别与该具有金属结构的加强体及其外侧包覆的塑料片材的边缘都同时相互融接，形成融接于管外壁的复合形式筋状加强结构。如上述，此种复合材料结构体形式的筋状加强结构，同样也可以是截面为实心体、空心矩形或梯形等四边形或其它空心管状、或是适当开口曲线等多种结构形式。同样，在上述的具有金属结构的加强体中，除直接采用单一形式的金属材料外，为使如金属等性质差异较大的异种材料形式的加强结构体能与塑料管材的管壁和/或与其外侧的包覆塑料片材层有更好的相互熔融接合性能，所用的该金属等性质差异较大的异种材料形式的加强结构体，最好是采用在其相应的各接合面部位已预先被覆有塑料或其它适当高分子材料膜层的形式。
由于本发明上述结构形式螺旋型波纹塑料管材的结构，采用的是首先由作螺旋缠绕状的熔融状条型塑料片材以其各相邻边缘依次相互搭接并通过压轮机构碾压使其熔融接合后，实际上已经成为了一无缝融接的连续平顺实壁薄管结构。由于这个实壁薄管是由螺旋片材在熔融状态下的搭接边缘相互融合的，因而可保证其融接缝部位与条片母材的等强度和等寿命，因此由此所形成的这一实壁薄管结构与由常规直接挤出方式得到的实壁薄管并无实质差别。然后，再由只被加热软化以便于作同样螺旋缠绕形式的外凸筋状加强结构跨压于管壁结构上各塑料条片相邻搭接边缘的融合缝所在部位处，与尚基本保持熔融状态的管外壁也相互融接。因此除可以最大限度地减少塑料大分子的分解、断链等变性而影响其融接部位与片条母材和/或加强筋结构与管壁材料的等强度和等寿命外，同时由于该外凸筋状加强结构是以同样的螺旋缠绕方式跨压和融接于管壁结构上由各相邻片材搭接边缘形成的融接缝所在部位处(虽然其实际已经成为了无缝融接的状态)，不仅有利于进一步提高该搭接融缝部位的强度，更重要的是使管壁与外凸筋状加强结构间的各结构融接缝仅仅是一条起连接作用的非主要受力融接缝，因此即使该融接缝的某一局部出现脱焊开裂，也不致导致整个管材的泄漏和失效，从而能有效地保证和提高了管材短期和长期的质量可靠性，显然，参照本领域的普通技术知识和惯用手段，根据上述内容，还可以作出不脱离本发明上述基本技术思想的多种形式替换或变更。
以下结合由附图所示实施例的具体实施方式
，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。
图1是现有双壁波纹管和环向加筋管的管壁轴向局部剖面结构示意图。
图2是现有双重壁管材的管壁轴向局部剖面结构示意图。
图3是现有螺旋波纹管的管壁轴向局部剖面结构示意图。
图4是本发明螺旋型波纹塑料管材的一种结构示意图。
图5是本发明螺旋型波纹塑料管材的另一种结构示意图。
图6是本发明螺旋型波纹塑料管材的又一种结构示意图。
图7是制备具有单一材料外凸筋状加强结构的本发明螺旋型波纹塑料管材时的平面布置方式示意图。
图8是图7方式过程中的A向局部示意图。
图9是图7方式中过程的B向部分示意图。
图10是制备具有金属—塑料复合材料外凸筋状加强结构的本发明螺旋型波纹塑料管材时的局部平面布置方式示意图。
具体实施例方式
图1～图3是已如前述具有代表性的几种目前常见的具有不同加强筋结构的塑料管材的管壁结构形式，不再赘述。
图4～图6是本发明结构形式的几种螺旋型波纹塑料管材的结构。其共同的基本结构是管材1的管壁是由以其中心线为轴线作螺旋缠绕式的条状片材2，以其螺旋圆周中的各相邻片材边缘依次相互搭接融合所形成的连续实壁管状结构；以作同样螺旋缠绕形式的外凸筋状加强结构4以跨压于管壁上各相邻片材边缘的搭接融合缝3所在部位之上的方式接合在管壁的外周面上，从而形成为在管壁结构的外周面上具有螺旋缠绕式外凸筋状加强结构的螺旋型波纹塑料管材。其中，图4所示的螺旋型波纹塑料管材中的外凸筋状加强结构4的截面为实心的条肋状结构体；图5所示的螺旋型波纹塑料管材中的外凸筋状加强结构4的截面是空心梯形的空心管状的结构体；图6所示的螺旋型波纹塑料管材中的外凸筋状加强结构4则是截面呈开口的弧形曲线形式的结构体。
在如图4～图6中以及无法以穷举方式全部列出的其它多种结构形式的本发明螺旋型波纹塑料管材中，在接合该管外壁处的外凸筋状加强结构4的自身结构组成中，图4和图5所示的该管外壁处的外凸筋状加强结构4，是与管壁的材质相同或不同的单一塑料材料的结构体；图6所示的该管外壁处的外凸筋状加强结构4，则是在内层金属结构加强体5外再包覆有塑料片材层7的复合材料形式的结构体。为使该金属结构加强体5与塑料管壁和其外层包覆塑料片材层间都能具有更为理想和可靠的熔融接合性能，所用的该金属材料加强体5最好是在其接合部位的两侧表面处已预先被覆有塑料或其它适当的高分子材料膜层6的形式。
制备上述形式的螺旋型波纹塑料管材的方法，可以按如图7～图9所示的方式进行。首先，由第一挤塑机构12和与之配合的片材模具13挤出连续的熔融状条型塑料片材2，并使其在与管材直径相适应的圆周型转动支撑结构面上形成以相邻边缘依次相互搭接的螺旋缠绕型管状形式，然后通过设置在管壁外周处对应位置处的被动型第一压轮机构15，对熔融塑料片材2各相互搭接的相邻边缘进行碾压，使之可靠地相互熔融接合形成一平顺的实壁管状结构。第二步，由第二挤塑机构8及其所配合的适当结构形式的模具9，挤出具有所需结构形式的筋状加强结构4并经真空定径冷却箱10定型，再经加热器11加热使其软化后，以同样的螺旋缠绕形式将该筋状加强结构4跨压于仍处于熔融状的该实壁管状结构上由各螺旋缠绕条状塑料片材2相邻边缘形成的搭接熔合缝3的所在部位处，并通过设置于管壁外周对应部位处的若干主动旋转型第二压轮机构16依次进行碾压，使筋状加强结构4融接于管壁的外周面上。所说的该第二压轮机构16的圆周面上均按同样的螺旋方式设置有与该筋状加强结构4相适应结构形式的连续的螺旋凹槽结构。
此处所说的用于承接由第一挤塑机构12挤出的连续熔融状条型塑料片材2并使其形成以相邻边缘依次相互搭接的螺旋缠绕型管状形式的圆周型转动支撑结构面，是由沿与所需管材的直径相适应的圆周排列设置、并分别带有与所需螺旋缠绕方式相适应的轴向倾斜角度的若干可主动旋转的滚筒14所形成的外接圆周型的转动支撑结构面。为增加其对塑料片材2的驱动摩擦力，各滚筒14的表面可有适当的橡胶衬层。用于进行碾压的第一压轮机构15和第二压轮机构16则分别设置在与相应滚筒14相对应的管壁外周位置处，其外周的碾压表面也可以有适当的橡胶衬层。
管材外周壁上的外凸筋状加强结构4为如图6所示的复合材料结构体形式的螺旋型波纹塑料管材的制备方法，可按如图10所示的方式进行第一步在与管材直径相适应的圆周型转动支撑结构面上由第一挤塑机构12连续挤出以各相邻边缘依次相互搭接成螺旋缠绕型管状结构的熔融状条型塑料片材2，并由第一压轮机构15碾压而熔融接合形成连续的实壁管状结构的过程与上述相同。然后，先将已在相应的融接侧面处均预先被覆有塑料或其它适当高分子材料涂层6的相应结构形式的金属结构加强体5，以同样的螺旋缠绕形式跨压于仍为熔融状的该实壁管状结构的外壁外周面上各相邻片材边缘的搭接熔合缝3所在部位处，然后再由第二挤塑机构8挤出适当形式的用于包覆于该金属结构加强体5之外的相应塑料片材7，并通过上述形式的第二压轮机构16进行碾压，使被覆有塑料等涂层6的该金属结构加强体5与其外侧的包覆塑料片材7相互融接，并使熔融状的管状结构外周面同时也分别与该被覆有塑料涂层6的金属结构加强体5及其外侧的包覆塑料片材7的边缘也都相互融接，形成带有该复合结构形式筋状加强结构4的螺旋波纹塑料管材。
权利要求
1.螺旋型波纹塑料管材，在管壁结构的外周面上有螺旋缠绕式的外凸筋状加强结构，其特征是管材(1)的管壁是由以其中心线为轴线作螺旋缠绕式的条状片材(2)以其螺旋圆周中的各相邻片材边缘依次相互搭接融合形成的连续实壁管状结构，以作同样螺旋缠绕形式的外凸筋状加强结构(4)以跨压于管壁上各相邻片材边缘的搭接融合缝(3)所在部位之上的方式接合在管壁的外周面上。
2.如权利要求1所述的螺旋型波纹塑料管材，其特征是所说的外凸筋状加强结构(4)是截面为实体形式的结构体。
3.如权利要求1所述的螺旋型波纹塑料管材，其特征是所说的外凸筋状加强结构(4)是截面为空心闭合管状的结构体。
4.如权利要求1所述的螺旋型波纹塑料管材，其特征是所说的外凸筋状加强结构(4)是截面为开口曲线形式的结构体。
5.如权利要求1至4之一所述的螺旋型波纹塑料管材，其特征是所说的外凸筋状加强结构体(4)为复合材料的结构体形式，其内层为具有金属材料的加强结构体(5)，外层包覆有塑料片材层(7)。
6.制备如权利要求1所述螺旋型波纹塑料管材的方法，其特征是先由第一挤塑机构(12)和与之配合的片材模具(13)挤出连续的熔融状条型塑料片材(2)，并使其在与管材直径相适应的圆周型转动支撑结构面上形成以其螺旋圆周中的各相邻边缘依次相互搭接的螺旋缠绕型管状形式，经按相应方式设置于管壁外周对应部位处的第一压轮机构(15)对各相邻片材的搭接边缘进行碾压使之相互熔融接合形成连续的实壁管状结构；然后由第二挤塑机构(8)及适当结构形式的模具(9)挤出相应结构形式的筋状加强结构(4)并冷却定型，再加热使其软化，并以同样的螺旋缠绕方式将其跨压于仍为熔融状的实壁管状结构上各条状塑料片材(2)相邻边缘的搭接融合缝所在部位处，再经至少一个按相应方式设置于管壁外周对应部位处的带有相适应凹槽结构形式的第二压轮机构(16)碾压，使其融接于管壁的外周面上。
7.如权利要求6所述螺旋型波纹塑料管材的方法，其特征是所说的由第二挤塑机构(8)挤出并融接于管壁外周面上的筋状加强结构(4)，是经设置于管壁外周对应部位处的具有按同样螺旋方式设置的连续螺旋凹槽结构形式的复数个主动旋转型第二压轮机构(16)碾压而融接于管壁的外周面上。
8.如权利要求6所述螺旋型波纹塑料管材的方法，其特征是所说的由第一挤塑机构(12)挤出的连续熔融状条型塑料片材(2)，在由沿与管材直径相适应的圆周排列并分别带有与所需的螺旋缠绕方式相适应的轴向倾斜角度的若干主动旋转型滚筒(14)所形成的圆周型转动支撑结构面上，形成由各相邻边缘相互搭接的螺旋缠绕型的实壁管状形式，用于进行碾压的第一压轮机构(15)和第二压轮机构(16)分别设置在与相应滚筒(14)对应的管壁外周处。
9.如权利要求6至8之一所述螺旋型波纹塑料管材的方法，其特征是所说的由第二挤塑机构(8)挤出并熔接于管壁外周面上的筋状加强结构(4)为单一的塑料材质结构体。
10.如权利要求6至8之一所述螺旋型波纹塑料管材的方法，其特征是所说的由第一挤塑机构(12)挤出并以各相邻边缘依次相互搭接成螺旋缠绕型管状形式的熔融状条型塑料片材(2)，经第一压轮机构(15)碾压熔接形成连续的实壁管状结构后，先将具有金属结构的加强体(5)以同样的螺旋缠绕方式跨压于仍为熔融状的管状结构外周面上各相邻片材边缘搭接熔合缝(3)的所在部位处，再由第二挤塑机构(8)挤出可包覆于该具有金属结构的加强体(5)之外的相应塑料片材(7)，并经所说的第二压轮机构(16)碾压，使该具有金属结构的加强体(5)与包覆于其外侧的塑料片材(7)相互融接，并使熔融状的管状结构外周面同时也分别与该具有金属结构的加强体(5)及其外侧包覆的塑料片材(7)的边缘都相互融接，形成复合形式的筋状加强结构(4)。
全文摘要
螺旋型波纹塑料管材及其制备方法。管材的管壁是由以其中心线为轴线作螺旋缠绕式的条状片材的螺旋圆周中各相邻片材边缘相互搭接融合形成的连续实壁管状结构，作同样螺旋缠绕形式的外凸筋状加强结构以跨压于管壁上各相邻片材边缘的搭接融合缝所在部位之上的方式接合在管壁外周面上。制备时先由第一挤塑机构挤出以相邻边缘依次相互搭接的螺旋缠绕型管状形式的熔融状条型塑料片材，并经压轮机构将各相邻搭接边缘压紧熔接形成管材管壁；由另一挤塑机构挤出相应的筋状加强结构以同样螺旋缠绕方式跨压于管壁上各条状塑料片材相邻边缘的搭接融合缝部位处，经第二压轮机构碾压而融接于管壁外周面。
文档编号F16L9/00GK1414277SQ0213410
公开日2003年4月30日 申请日期2002年11月18日 优先权日2002年11月18日
发明者蒯一希, 陈绍江, 付海鹰, 姬昱川 申请人:蒯一希