专利名称：一种连续纤维缠绕增强热塑性管的制作方法及缠绕装置的制作方法
技术领域：
本发明属于管道生产技术领域，涉及一种连续纤维缠绕增强热塑性管的制作方法及缠绕装置。
背景技术：
塑料管道主要分为热塑性塑料管道和热固性塑料管道。热塑性塑料是指能在特定的温度范围内，能反复加热软化和冷却变硬的塑料，热塑性管道种类很多，如PE管、PVC管、PP管等。热塑性管道具有易回收、抗冲击能力强、断裂韧性好、成型周期短、生产效率高等特点，但其强度和弹性模量低，难以适应大口径、高刚度和高压力的要求。而热固性塑料是指在受热或其他条件下能固化或具有不熔特性的塑料，热固性管道的典型代表就是玻璃纤维增强塑料管，俗称玻璃钢，是采用玻璃纤维增强热固性的不饱和聚酯树脂、环氧树脂等而成的。热固性管道因为有长纤维缠绕增强，从而具有高强度和较高的弹性模量，能够适应于大口径、高刚度和较高压力的要求，但其生产过程中有一定的污染且很难回收，对环境影响大，抗冲击性能较差。在当前的市场上，大口径、高压力的管道主要以热固性为主，小口径、低压力的管道主要以热塑性为主。因为热固性树脂在常温下便可具有较强的流动性，易与玻璃纤维结合，工艺性能好，而热塑性则必须在高温下才能具有一定的流动性，很难与纤维直接结合，工艺性能差。因此，目前的管道市场上大都是纤维增强热固性管道，而很少有纤维增强热塑性管道。但热固性管道由于其生产过程中具有一定的污染且不可回收，不符合当代社会绿色环保的概念，如何生产高强度、高弹性模量以及可回收再利用的纤维增强热塑性管道成为了当前管道生产研究的热点。如中国专利申请(申请号:201210152580.7)公开了一种连续长纤维缠绕增强热塑性管的制作工艺，包括如下步骤:1)由挤塑机的内衬层挤出口直接将热塑性材料呈带状挤出后在圆柱形的迷局上缠绕形成一 层管道内衬层；2)连续长纤维纱团牵引出的连续长纤维经过导丝头处加热处理后进入结构层挤出口与熔融的热塑性材料相结合浸透后缠绕到管道内衬层外形成管道结构层；外保护层挤出口将熔融的热塑性材料呈带状挤出后再管道结构层外形成一层管道外保护层；3)管道内衬层、结构层和外保护层固化后，将模具取出。上述的制备工艺虽然能够用于生产连续纤维增强热塑性管道，但其仍存在着以下缺陷:1、由于热塑性塑料分子量高，流动性差，在挤出过程中如果对纤维浸溃不良，则制备的管道中容易出现类似于铸造过程中产生的沙眼，影响管道外壁的光滑性以及管道的结实性。2、在生产过程中，由于热塑性材料流动性差，连续纤维在加热的挤出浸溃模头中容易摩擦造成二次损伤产生毛羽，连续纤维的性能降低，影响产品的性能。3、在生产过程中，连续纤维容易断裂，而纤维的断裂不仅很难再接上，而且就算接上了也无法弥补纤维的强度损伤，制成的管道的强度性能也较不稳定
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种种连续纤维缠绕增强热塑性管的制作方法及缠绕装置，其所要解决的技术问题是:现有的连续纤维缠绕增强热塑性管制作工艺在制备过程中容易造成连续纤维的二次损伤产生毛羽或断裂，降低了连续纤维的性能，制备的管道外壁的光滑性以及管道的结实性差、强度性能不稳定。本发明的目的可通过下列技术方案来实现:一种连续纤维缠绕增强热塑性管的制作方法，其特征在于，本方法包括以下步骤:A、装夹部件:模芯设置在缠绕装置上；成卷的连续纤维带定位在张紧装置上；连续纤维带依次穿过张紧装置和加热件的加热区域与模芯相联接；B、旋转缠绕及加热:采用缠绕装置驱动模芯旋转使连续纤维带沿模芯一端部轴向螺旋延伸至另一端部后剪断；再通过缠绕装置驱动模芯反向旋转使连续纤维带沿模芯另一端部轴向螺旋延伸至模芯的一端部，剪断；在连续纤维螺旋延伸过程中采用加热件至少加热连续纤维带的粘贴面并加热至熔化；C、重复上述步骤B ;热塑性管的径向至少有两层连续纤维带；D、冷却及脱模:待冷却定型后进行脱模。本连续纤维缠绕增强热塑性管制作方法，可用于加工具有内衬层、结构层和外保护层的三层结构管道。内衬层为已经挤出成型的热塑性塑料管道，套设在模芯上。内衬层的材料为PP (高聚物聚丙烯)、PE (高密度聚乙烯)、尼龙等热塑性材料。生产时，连续纤维带依次穿过张紧装置和加热件的加热区域与内衬层熔融连接，采用缠绕装置驱动模芯旋转并沿其轴线方向移动，使得连续纤维带轴向螺旋缠绕在内衬层上，缠绕一周后剪断；再通过缠绕装置驱动模芯反向旋转并沿其轴线方向往回移动，使得连续纤维带螺旋缠绕上述已熔融在内衬层表面的连续纤维带层上，剪断并重复上述步骤，缠绕过程中采用加热件至少加热连续纤维带的粘贴面至熔融，形成结构层。热塑性管的径向至少有两层连续纤维带；可根据实际管道生产的需求来设定连续纤维带缠绕的层数，只需重复上述步骤即可。之后再通过模头挤出热塑性塑 料覆盖连续纤维带所形成的管到的外保护层，然后待冷却定型后进行脱模，便形成连续纤维缠绕增强热塑性管。本连续纤维缠绕增强热塑性管制作方法，也可用于加工具有内衬层和结构层的两层结构管道，内衬层也为已经挤出成型的热塑性塑料管道，套设在模芯上。本连续纤维缠绕增强热塑性管制作方法，还可用于生产只有结构层的大口径管道，即生产时，连续纤维带直接在模芯上缠绕熔融形成管道；装夹时，连续纤维带与模芯之间通过双面胶粘贴，也可卡设在模芯上的卡口机构上。本连续纤维缠绕增强热塑性管制作方法可用于加工多种结构的连续纤维缠绕增强热塑性管，通用性较佳。本连续纤维缠绕增强热塑性管制作方法在缠绕过程中还采用压轮帮助滚压熔融的连续纤维带使其与管道面充分接触，保持表面的光滑性，更有利于多层连续纤维带的重复缠绕，制备的管道中不会产生气泡，管道外壁的光滑性以及管道的结实性均较好。同时，本连续纤维缠绕增强热塑性管制作方法采用成型后的连续纤维带直接缠绕，无需挤出浸溃，不会摩擦造成二次损伤产生毛羽，也不会出现纤维的断裂，保证了连续纤维的性能和强度不会降低，制备的管道强度、刚度、抗冲击性能、韧性均较好。在上述的连续纤维缠绕增强热塑性管制作方法中，所述的步骤A中连续纤维带通过张紧装置张紧后的张紧力为ION 35N。连续纤维带的张紧力过小，会导致连续纤维带绕模芯缠绕后较为宽松，各层纤维带之间容易产生间隙，熔融的效果较差，从而影响成型后管道的性能。连续纤维带的张紧力过大，在缠绕过程中连续纤维带被扯紧，由于其本身具有较好的韧性，缠绕成型后容易收缩，从而会影响管道的性能。连续纤维带的张紧力在本申请的范围内，连续纤维带缠绕后熔融的效果最佳，也不会产生间隙和收缩，制备的管道的性能最佳。在上述的连续纤维缠绕增强热塑性管制作方法中，所述的步骤B中连续纤维带螺
旋缠绕的角度与连续纤维带的宽度之间的关系为:
权利要求
1.一种连续纤维缠绕增强热塑性管的制作方法，其特征在于，本方法包括以下步骤: A、装夹部件:模芯(4)设置在缠绕装置上；成卷的连续纤维带定位在张紧装置上；连续纤维带依次穿过张紧装置和加热件的加热区域与模芯(4)相联接； B、旋转缠绕及加热:采用缠绕装置驱动模芯(4)旋转使连续纤维带沿模芯(4)一端部轴向螺旋延伸至另一端部后剪断；再通过缠绕装置驱动模芯(4)反向旋转使连续纤维带沿模芯(4)另一端部轴向螺旋延伸至模芯(4)的一端部，剪断；在连续纤维螺旋延伸过程中采用加热件至少加热连续纤维带的粘贴面并加热至熔化； C、重复上述步骤B;热塑性管的径向至少有两层连续纤维带； D、冷却及脱模:待冷却定型后进行脱模。
2.根据权利要求1所述的连续纤维缠绕增强热塑性管的制作方法，其特征在于，所述的步骤A中连续纤维带通过张紧装置张紧后的张紧力为ION 35N。
3.根据权利要求1所述的连续纤维缠绕增强热塑性管的制作方法，其特征在于，所述的步骤B中连续纤维带螺旋缠绕的角度与连续纤维带的宽度之间的关系为:SinA= I *:;其中: A为连续纤维带螺旋缠绕的角度；d为连续纤维带的宽度；D为所3.14 *要制备的热塑性管的直径；n为连续纤维带的根数。
4.根据权利要求1所述的连续纤维缠绕增强热塑性管的制作方法，其特征在于，所述的步骤B中连续纤维带的缠绕速度为2m/min 20m/min。
5.根据权利要求1所述的连续纤维缠绕增强热塑性管的制作方法，其特征在于，所述的步骤B中电热件加热的温度为450 750°C。
6.根据权利要求1或5所述的连续纤维缠绕增强热塑性管的制作方法，其特征在于，所述的步骤B中加热件为激光加热器、陶瓷红外加热器和/或不锈钢加热器。
7.一种用于生产连续纤维缠绕增强热塑性管的缠绕装置，包括基座(I)、移动架(2)和夹具(3);所述的夹具(3)定位在移动架(2)上；上述的加热件设置在基座(I)上；所述的移动架(2 )上固定有能驱动夹具(3 )转动的电机一(5 );所述的模芯(4)能固定在夹具(3 )上；所述的基座(I)上设有能够使移动架(2)上沿模芯(4)轴线方向做来回直线运动的导向件；所述的移动架(2)与基座(I)之间通过导向件相连接；所述的基座(I)上还设有能够驱动移动架(2)运动的驱动机构。
8.根据权利要求7所述的用于生产连续纤维缠绕增强热塑性管的缠绕装置，其特征在于，所述的导向件为设置在基座(I)上的直线滑轨(6);所述的直线滑轨(6)的延伸方向与模芯(4)的轴线方向相同；所述的移动架(2)上设有滑轮，所述的滑轮穿设在直线滑轨(6)内。
9.根据权利要求7或8所述的用于生产连续纤维缠绕增强热塑性管的缠绕装置，其特征在于，所述的驱动机构包括电机二(7)和丝杆丝母组件；所述的电机二(7)固定在基座(I)上；所述的丝杆丝母组件中的丝杆一端定位在移动架(2)上，另一端与电机二(7)的转轴相连接。
10.根据权利要求7或8所述的用于生产连续纤维缠绕增强热塑性管的缠绕装置，其特征在于，所述的驱动机构包括油缸(8)和推杆(9);所述的油缸(8)固定在基座(I)上；所述的推杆(9) 一端与油缸(8)相连接，另一端与移动架(2)相连接。
全文摘要
本发明提供了一种连续纤维缠绕增强热塑性管的制作方法及缠绕装置，属于管道生产技术领域。它解决了现有的连续纤维缠绕增强热塑性管在制备过程中容易造成连续纤维的二次损伤产生毛羽或断裂，降低了连续纤维的性能，制备的管道外壁的光滑性以及管道的结实性差、强度性能不稳定的问题。本连续纤维缠绕增强热塑性管的制作方法包括以下步骤A、装夹部件；B、旋转缠绕及加热；C、重复上述步骤B；D、冷却及脱模。本连续纤维缠绕增强热塑性管制作方法采用成型后的连续纤维带通过缠绕装置直接缠绕，无需挤出浸渍，不会造成二次损伤产生毛羽，也不会出现纤维的断裂，保证了连续纤维的性能和强度，制备的管道强度、刚度、抗冲击性能、韧性均较好。
文档编号B29C53/64GK103231508SQ201310123058
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月10日 优先权日2013年4月10日
发明者阮金刚 申请人:台州市家得宝科技有限公司