专利名称：内肋增强外波纹型塑料缠绕结构壁管材及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种内肋增强外波纹型塑料缠绕结构壁管材及其制造方法，该种管材 的外波纹加强筋内含一条和管壁垂直的加强肋。
背景技术：
在市政排污管道建设中，为减少污水渗漏，保护地下水源和土壤不受污染，大量地 推广使用大口径塑料排水管。埋地自流式排水管道一般承受内压小，主要需提高抗土壤外 挤压力。这就需要一方面提高管材的环刚度，另一方面通过增加管材与土壤的结合面积、加 强回填土的密实度来完善管土共同作用，以提高管材抗压性。目前市场上的钢带增强聚乙 烯(PE)螺旋波纹管、聚乙烯塑钢缠绕排水管、双平壁钢塑排水管、硬聚氯乙烯(PVC-U)钢塑 复合缠绕管等都是通过复合钢带的方式增强管材的环刚度。但钢塑复合的技术还有待完 善，钢材的耐腐蚀性差等问题，使钢塑类复合管在用于输送腐蚀性的污水时仍存在一定的 质量安全隐患。大口径纯塑料管目前主要有聚乙烯或硬聚氯乙烯双壁波纹管、硬聚氯乙烯加筋 管、增强聚丙烯(FRPP)模压管、聚乙烯缠绕结构壁管材A型、聚乙烯缠绕结构壁管材B型。 各种管材管壁的轴向局部剖面结构分别如图1的a、b、c、d和e。双壁波纹管的制造方法是由塑机在熔融状态下连续挤出内外两层同心管，在内外 管刚挤出还未冷却时，外管在上下或左右履带式模块的牵引和真空吸附下，形成连续的中 空波型加强筋，并将该中空波形的“波谷”部位和内管的外壁在半熔融状态下压接在一起， 冷却后形成管体。该管材外壁中空波形加强筋所形成的管材结构厚度可以达到管材直径的 8%，有较高的管壁惯性矩，所以能经济有效地提高管材的环刚度；同时外壁的波纹形也增 加了管材外表面积，有利于实现管土共同作用。但是，如在生产过程中因材料粘接性差或温 度控制上的问题没有使内外层有效熔接(见图1. a, 1熔接位)，在施工回填后极易在土壤的 挤压下造成内外层分层甚而垮塌。同时其制造设备价格昂贵，市场发展空间有限。硬聚氯乙烯加筋管和增强聚丙烯(FRPP)模压管的管壁轴向剖面结构基本相同， 分别如图l.b、c，由于没有形成中空的加强筋结构，在环刚度相同时其经济性较同材质的波 纹管差。聚乙烯缠绕结构壁管A型的管壁轴向剖面结构如图l.d，其制造方法是先由第一 挤塑机挤出断面为矩形的管坯，经真空水冷定型后成为矩形管2，然后使该矩形管连续有规 律地并排螺旋缠绕在和成型管材直径对应的圆形成型滚筒上，成型滚筒上装有多条受链轮 驱动旋转的小滚轴。与此同时，再由第二挤塑机不断向并排螺旋缠绕矩形管的相邻侧面间 隙中挤出熔融的塑料熔胶3，相邻的矩形管在侧向压力下，由熔胶相互熔接在一起，并随着 旋转小滚轴转动产生轴向力的推动下不断旋出，形成连续中空壁管材。该管材管壁的结构 厚度决定于第一挤塑机所成型的矩形管的高度，由于矩形管是在冷却后再缠绕的，矩形管 高度越大，则缠绕越困难，一般矩形高度只能在成型管材直径的6%左右，管壁惯性矩较同 材质和同重量波纹管差，所以在环刚度相同时经济性也较同材质的波纹管差，同时其外壁为平面不利于形成管土共同作用。但该种管材结构稳定、设备简单、生产易于控制。聚乙烯缠绕结构壁管材B型的管壁轴向剖面结构如图l.e，其制造设备和制造过 程复杂，同时由于其加强筋是由聚丙烯圆管4外复合聚乙烯组成，在熔融状态下熔接在管 壁上，造成管材结构壁惯性矩小，所以尤其是大口径管材在达到同等要求的环刚度时，比其 他缠绕结构壁管材经济性差。目前市场上有一种螺旋缠绕波纹管的管壁轴向剖面结构如图2. a，其制造方法是 先有第一挤塑机挤出熔融条形塑料片材5，然后使该片材连续有规律地并排螺旋缠绕在装 有多只主动旋转小滚轴的圆形成型滚筒上，同时由另一挤塑机构挤出相应梯形管状加强筋 6，经水冷真空定型。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缝 部位，梯形管状加强筋底面经适当加热，同时由于塑料片材处于半熔融状态。在梯形方管上 的压轮的碾压下，方管和两层相互搭接的条状塑料片材熔合在一起。该管材外壁波纹形有 利于管土共同作用。但由于其加强筋和聚乙烯缠绕结构管材B型类似，也是冷却定型后缠 绕，其结构高度不能太大，所以其管壁惯性矩较同材质和同重量的波纹管小，但较聚乙烯缠 绕结构管材A型稍好。最大的问题在于其加强筋和管壁的粘接很难控制，如条状塑料片温 度过低，则粘接差；如温度过高，条型塑料片材则会从成型滚筒上下坠而难以控制成型。而 且即使完成粘接，条形塑料片材的温度一定低于聚乙烯缠绕结构壁管材A型的熔胶，所以 加强筋的侧面始终留有隙缝7，造成应力集中，在环境温度交替变化时熔接面会由隙缝逐步 开裂，易造成管壁和加强筋分离而垮塌。另外一种传统的缠绕波纹管的管壁轴向剖面结构如图2. b，其制造方法类似聚乙 烯缠绕结构壁管材A型，不同的是第一挤塑机挤出的是底面两侧各带有一个相互熔接用的 适当形状翼片的异型矩形管8经真空冷却定型后，螺旋缠绕在成型滚筒上，再由第二挤塑 机不断向并排螺旋缠绕异形矩形管相邻对应的翼片连接部位挤出熔融的塑料熔胶9，经压 轮碾轧而熔接在一起。该种管材最大的弱点是熔接位在管材的最薄弱部位(如图2.b，9熔 接位)，且熔接面小、熔胶量少，从而降低了管材整体抗弯强度。
发明内容
本发明目的是提供一种新结构形式内肋增强外波纹型塑料缠绕结构壁管材。本发 明的另一个目的是提供该结构形式管材的制造方法。本发明所提出的新结构形式的螺旋波纹型塑料结构壁管材(如图3)是由圆柱面 管壁10，和与管外壁成一体的螺旋加强筋11，加强筋11内含一条和管壁垂直的增强内肋 12，垂直增强内肋12将加强筋11分成两个并列的内空腔13，内空腔13是由两个相互垂直 的边131和132和另外两条边组成直角梯形。螺旋加强筋11的两个内腔13还可以是两个 垂直边和一条斜边组成直角三角形如图4. b，也可以是由两条直角边和各种曲线组成的其 它不同形状如图4. C。在螺旋加强筋11的外顶部，增强内肋12的上部还可以增加实心凸起14。制备本发明上述结构形式的内肋增强外波纹型塑料缠绕结构壁管材，可以通过两 套相互配合的挤塑机及相应的辅助设备进行。首先，第一挤塑机构配合相应的模具挤出塑 料异型带材(如图4. a，b，c，15)，其断面为一个片材连接着两个中空腔体13 (中空腔体靠近 塑料异型带材外侧底角适当小于90度，如图4，151)，经水冷真空定型，然后使该塑料异型带材连续有规律地并排螺旋缠绕在成型滚筒上，同时由第二挤塑机不断向并排螺旋缠绕的 塑料异型带材相邻间隙中挤入熔融的塑料熔胶，再经过设置于成型滚筒外周对应部位处带 相应凹槽结构形式的压轮，对相邻塑料异型带材熔接间隙两边相对应的两个凸起管状空腔 进行碾压。由于塑料异型带材的两个凸起的管状空腔具有上窄下宽的结构形式，使具有相 适应凹槽结构形式的压轮的碾压力分解成使两个塑料异型带材充分粘合的挤压力，相邻塑 料异型带材侧边的两个管状凸起经熔接后形成管外壁的外凸加强筋11，加强筋11内含一 条垂直于管壁的增强内肋12和两个空腔13，相邻塑料异型带材的侧边和熔胶粘接成一体， 形成加强筋11的增强内肋12，相邻塑料异型带材侧边的凸起管状空腔形成加强筋11的两 个空腔13。设置于大成型滚筒外周对应部位的压轮机构根据需要可以是两个或两个以上，可 以通过改变压轮上的凹槽结构形式，逐步压紧两个塑料异型带材之间的熔接缝，使熔接缝 中的熔胶在第二次受压时未冷却硬化部份挤出至加强筋11的上部，在压轮上对应凹槽的 碾压定型下，塑造起加强筋顶部的实心凸起14。为保证接缝中未冷却硬化的熔胶在受第二次及以后压轮碾压时，向加强筋的顶部 挤出，应保证塑料异型带材缠绕在成型圆筒上时底角(如图4，151)适当小于90度，同时第 一个压轮16的凹槽顶部宽度适当大于相邻塑料异型带材的两个凸起管状空腔的底宽，这 样开始时熔胶呈尖口向下的契形(如图5. a, 17熔胶契形截面)，使第一个压轮16的碾压完 成后，塑料异型带材的底部契形熔胶的尖端由于熔胶量少而温度稍底接近硬化，则在第二 个压轮161碾压时，压轮的凹槽会使相邻管状空腔的顶部靠紧，使接缝中多余熔胶从未冷 却硬化的顶部熔胶口挤出(如图5. b)，形成实心凸起14。本发明的上述结构形式塑料管材与现有各类型结构壁管材比较有以下优势①、本发明的结构形式具有的外波纹及其波峰顶部的实心凸起，提高了管材外表 面积，其使用时形成的管土共同作用优越于聚乙烯缠绕结构壁管材A型管(即俗称中空壁 管)。由于其结构壁高度大，使得管土共同作用也较普通双壁波纹管及缠绕波纹管好。②、其熔接效果好，由于本发明的结构形式熔接面大于所有其它类型的缠绕结构 壁波纹管，所以其熔接效果是所有缠绕波纹管中最好的。而且由于其熔接缝上的凸起部分 造成其熔胶量大，又经过特殊的压轮碾压作用，使其熔接效果也优越于中空壁管。③、本发明的结构形式具有的外波纹及其波峰顶部的实心凸起，提高了管材的结 构壁厚度，波峰高度可以达到成型管材直径的9%以上，超过双壁波纹管。令本发明结构形 式的管材用等量的材料时能获得更大的惯性距，从而节省了材料，是现有所有缠绕结构壁 管材中经济性最好的一种。④、本发明的结构壁塑料管材的波峰中间的直立内肋结构提高了波峰的稳定性， 同时由于波谷片材是和两侧一半波峰一次性挤出的，所以波谷和加强筋互成一体，使本发 明的缠绕波纹管稳定性优越于其它缠绕波纹管和双壁波纹管。⑤、本发明的结构形式管材，还可以只通过对熔胶材料改性适当增加熔胶的弹性 模量的方法，提高内肋的抗压性以经济性地增加管材的环刚度，而不会影响管材整体的抗 冲击性。⑥、本发明的缠绕波纹管可以用普通缠绕结构壁管材生产设备配以相适应的模 头、定型套及辅助性压轮即可以生产，设备投资小。
以下结合附图所示实例，对本发明所涉及的技术方案，技术问题及其优越性再作 进一步详细说明，但不应将此理解为本发明主题范围仅限于以下实例，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 1a、是聚乙烯或硬聚氯乙烯双壁波纹管轴向局部剖面图；b、是硬聚氯乙烯加筋管轴向局部剖面图；C、是增强聚丙烯(FRPP)模压管轴向局部剖面图；d、聚乙烯缠绕结构壁管材A型轴向局部剖面图；e、聚乙烯缠绕结构壁管材B型轴向局部剖面图；图 2a、一种螺纹缠绕波纹管轴向局部剖面图；b、另一种螺旋缠绕波纹管轴向局部剖面图；图 3本发明的内肋增强外波纹型塑料缠绕结构壁管材一种实施例的轴向剖面图；图 4a、本发明的内肋增强外波纹型塑料缠绕结构壁管材的一种塑料异型带材结构示 意图；b、本发明的内肋增强外波纹型塑料缠绕结构壁管材的另一种塑料异型带材结构 示意图；C、本发明的内肋增强外波纹型塑料缠绕结构壁管材的其它塑料异型带材结构示 意图；图 5a、塑料异型带材在第一个压轮碾压时熔接剖面图；b、塑料异型带材在第二个压轮碾压时熔接剖面图；图 6a、制备本发明内肋增强外波纹型缠绕结构壁管材的设备平面布置图。
具体实施例方式实施本发明的方式可以结合如图6作进一步描述，首先第一挤塑机18经与其配套 型材模具19，挤出熔融塑料异型带材的坯料20在牵引机21的牵引下，通过冷却水槽22中 的真空定型模23，冷却定型为两侧带两个管状凸起内含中空腔的塑料异型带材15。然后在 牵引机21和成型滚筒24上受链轮驱动旋转的多条小滚轴241的导引下，塑料异型带材15 连续有规律地并排螺旋缠绕在成型滚筒24上的小滚轴241上，成型滚筒24的直径对应成 型管材的直径。与此同时，再由第二挤塑机25，不断向并排螺旋缠绕塑料异型带材相邻侧面 间隙中挤出熔融的塑料熔胶，并通过设置于成型滚筒外周对应部位处带相应凹槽结构形式 的压轮16，161对相邻塑料异型带材两边对应的两个中空管状凸起进行碾压，由于管状凸 起上窄下宽的结构，碾压力分解成使两个管状凸起充分粘合的挤压力，使相邻塑料异型带
6材15的侧边中空管状凸起经碾压由熔胶熔接后熔合成一体，形成连续带增强内肋的管材 加强筋，同时部分粘接熔胶在压轮161的碾压下，挤出至加强筋顶部形成实心凸起。如此随 着成型滚筒上受链轮驱动旋转滚轴不断旋转，连续生产出内肋增强外波纹型缠绕结构壁管 材。
权利要求
一种全塑内肋增强外波纹型塑料缠绕结构壁管材，包括圆柱面管材本体和螺旋环绕在管体外侧的加强筋，加强筋内含一条垂直于管壁的增强内肋，该内肋将加强筋分成两个并列的中空腔。
2.如权利要求1所述的全塑内肋增强外波纹型塑料缠绕结构壁管材，其特征在于，该 管材是由两侧带两个中空腔的塑料异型带材以螺旋缠绕方式并经熔胶熔合形成。在塑料异 型带材缠绕过程中，相邻的塑料异型带材侧边上两个相互靠近的管状凸起经熔胶熔合形成 管材的加强筋，加强筋的垂直内肋由相邻异型带材相互靠近的管状凸起中空腔的两个侧边 和熔胶熔合形成，其两侧的内中空腔即是相邻异型带材相互靠近的管状凸起中空腔。
3.如权利要求1所述的全塑内肋增强外波纹型塑料缠绕结构壁管材，其特征在于，加 强筋内的两个中空腔可以是直角三角形、直角梯形或者其它形式，且必需是具有上窄下宽 的结构。
4.如权利要求1所述的全塑内肋增强外波纹型塑料缠绕结构壁管材，其特征在于加强 筋的上部，内肋的顶部可以有实心的凸起。
5.制造如权利要求1所述的全塑内肋增强外波纹型塑料缠绕结构壁管材方法，其特征 是首先由第一挤塑机18连续挤出带两个管状凸起内含中空腔的塑料异型带材15，然后使 该塑料异型带材连续有规律地并排螺旋缠绕在成型滚筒上，与此同时，再由第二挤塑机25， 连续不断向并排螺旋缠绕塑料异型带材相邻侧面间隙中挤出熔融的塑料熔胶，再经过设置 于成型滚筒外周对应部位处带相应凹槽结构形式的压轮，对相邻塑料异型带材熔接间隙两 边相对应的两个凸起管状空腔进行碾压，该两个管状凸起熔接形成管外壁的外凸加强筋， 熔接间隙中的多余热熔胶在压轮的碾压下挤出，形成实心凸起。
全文摘要
本发明涉及一种内肋增强外波纹型塑料缠绕结构壁管材，包括圆柱面管材本体和螺旋环绕在管体外侧的加强筋，加强筋内含一条垂直于管壁的增强内肋，该内肋将加强筋分成两个并列的中空腔。加强筋的上部，内肋的顶部可以有实心的凸起。制造本发明的塑料增强型管材，首先由第一挤塑机连续挤出带两个管状凸起内含中空腔的塑料异型带材，然后使该塑料异型带材连续有规律地并排螺旋缠绕在成型滚筒上，与此同时，再由第二挤塑机，连续不断向并排螺旋缠绕塑料异型材相邻侧面间隙中挤出熔融的塑料熔胶，再经过设置于成型滚筒外周对应部位处带相应凹槽结构形式的压轮，对相邻塑料异型材熔接间隙两边相对应的两个凸起管状空腔进行碾压，该两个管状凸起熔接形成管外壁的外凸加强筋，熔接间隙中的多余热熔胶在压轮的碾压下挤出，形成实心凸起。
文档编号B29C53/56GK101907207SQ201010218818
公开日2010年12月8日 申请日期2010年7月6日 优先权日2010年7月6日
发明者戴爱清 申请人:戴爱清