一种增强结构壁管材及其制造设备、制造方法
【专利摘要】本发明提出了一种增强结构壁管材，其管壁是由异形条状塑料型材以中心线为轴线作螺旋缠绕而成的螺旋圆周，各相邻异形条状塑料型材边缘相互搭接融合形成连续实壁管状结构；做同样螺旋缠绕形式的增强粘接型材跨压于管壁上各相邻异形条状塑料型材边缘的搭接融合缝所在部位之上；做同样螺旋缠绕形式的聚丙烯和聚乙烯复合增强管跨压于所述增强粘接型材之上，并经压轮机构与管壁相粘接。本发明的结构形式具有的外波纹，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；而且，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好。
【专利说明】一种增强结构壁管材及其制造设备、制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及增强结构壁管材，还涉及这种管材的制造设备、制造方法。
【背景技术】
[0002]在城市的下水管和各种排污管中，各种形式的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的加强筋结构。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:
[0003]一种是采用直接挤出成型的塑料管材，最具代表性的是直接挤出成型的双壁波纹管和环向加筋管，其内壁层都是连续平顺的表面，这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，双壁波纹管的外壁层是中空的波形结构，环向加筋管的外壁层是实心的环状肋型结构。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的增强管材的刚性，但其制造设备的价格非常昂贵，推广应用难度很大。
[0004]另一种类型是以螺旋缠绕成型的塑料管材，其中最具有代表性的是双重壁管和螺旋波纹管。
[0005]双重壁管的管壁轴向局部剖面结构如图2所示，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的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地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，将相邻的矩形管相互溶解在一起，随着主动小滚筒的不断旋转，即形成为连续的双重壁管材。
[0006]螺旋波纹管的管壁轴向局部剖面结构如图3所示，螺旋波纹管的制造方法与双重壁管的制造方法类似，不同的是由第一挤塑机挤出的不是普通形状的矩形管，而是在底部两侧各带有一个相互熔接用的适当形状翼片异形矩形管。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压，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。
[0007]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形矩形管被挤出并彻底冷却定型后，再经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，例如直径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。[0008]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要求很长。这些条件和要求在制造管材的过程中常常不能得到保证。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(如在有极大温差的冬夏两季)，或是对熔接缝施加正压力的大小或时间的变化等，都对熔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，为熔接而对该异形矩形管两侧的翼片加热时，通常都采用的是高于1000°c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裂，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】
[0009]为解决上述问题，本发明提供一种增强结构壁管材，本发明还提供了对该增强结构壁管材的制造设备及其制造方法。
[0010]本发明的技术方案是这样实现的:
[0011]一种增强结构壁管材，其管壁是由异形条状塑料型材以中心线为轴线作螺旋缠绕而成的螺旋圆周，各相邻异形条状塑料型材边缘相互搭接融合形成连续实壁管状结构；做同样螺旋缠绕形式的增强粘接型材跨压于管壁上各相邻异形条状塑料型材边缘的搭接融合缝所在部位之上；做同样螺旋缠绕形式的聚丙烯和聚乙烯复合增强管跨压于所述增强粘接型材之上，并经压轮机构与管壁相粘接。
[0012]可选地，所述异形条状塑料型材为片材。
[0013]可选地，所述增强粘接型材为片材或者柱材。
[0014]可选地，所述复合增强管是由内层聚丙烯和外层聚乙烯复合而成。
[0015]可选地，所述复合增强管是中间层聚丙烯和内外层聚乙烯复合而成。
[0016]可选地，所述复合增强管的形状为圆形、方形或者三角形。
[0017]本发明还公开了一种增强结构壁管材的制造方法，包括以下步骤:
[0018]步骤(a):将熔融状异形条状塑料型材相邻边缘依次相互搭接且以中心线为轴线作螺旋缠绕，将各相邻搭接边缘压紧熔接形成管壁；
[0019]步骤(b):将与步骤(a)同步螺旋缠绕的增强粘接型材跨压于步骤(a)中搭接融合缝所在部位之上；
[0020]步骤(c):将与步骤(a)同步螺旋缠绕的聚丙烯和聚乙烯复合增强结构管跨压于增强粘接型材之上，并经压轮机构与步骤(a)形成的管壁相粘接。
[0021]可选地，本发明的增强结构壁管材的制造方法，还包括步骤(d)，当所述增强结构壁管材生产到要求长度后，异形条状塑料型材和增强粘接型材在定长位置缠绕增厚、加长，形成适于二次加工承插口的毛坯。
[0022]可选地，本发明的增强结构壁管材的制造方法，步骤(a)具体为:通过第一挤塑机构挤出熔融状异形条状塑料型材，异形条状塑料型材相邻边缘依次相互搭接且以中心线为轴线作螺旋缠绕，经压轮机构将各相邻搭接边缘压紧熔接形成管壁；
[0023]步骤(b)具体为:通过第二挤塑机构挤出做与步骤(a)同步螺旋缠绕形式的增强粘接型材且跨压于步骤(a)中搭接融合缝所在部位之上；
[0024]步骤(c)具体为:通过第三挤塑机和第四挤塑机经过复合模具挤出做与步骤(a)同步螺旋缠绕形式的聚丙烯和聚乙烯复合增强结构管且跨压于增强粘接型材之上，并经压轮机构与步骤(a)形成的管壁相粘接。
[0025]本发明还公开了一种增强结构壁管材的制造设备，包括:
[0026]第一塑料挤出机和与其配套的型材模具，挤出熔融状异形条状塑料型材；
[0027]成型滚筒，所述异形条状塑料型材连续并排螺旋缠绕在成型滚筒上的辊轴上，成型滚筒的直径对应成型管材的直径；
[0028]第一压轮机构，将异形条状塑料型材各相邻搭接边缘压紧熔接形成圆柱面管壁；
[0029]第二挤出机和与其配套的型材模具，挤出增强粘接型材，跨压于管壁上各相邻异形条状塑料型材边缘的搭接融合缝所在部位之上；
[0030]第三挤塑机、第四挤塑机和复合模具，挤出跨压于增强粘接型材之上的一条聚丙烯和聚乙烯复合增强管；
[0031]第二压轮机构，将复合增强管与管壁相粘接。
[0032]本发明的有益效果是:
[0033](I)本发明的结构形式具有的外波纹，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；而且，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好；
[0034](2)由于本发明的结构形式熔接面增加了便于粘接的增强部分，因此熔接效果好;
[0035](3)本发明的结构形式具有的外波纹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10%以上，超过双壁波纹管；而且，管材用等量的材料时能获得更大的惯性矩，从而节省了材料；
[0036](4)管材的螺旋增强部分结构提高了波峰的稳定性，同时由于增强粘接片材是刚挤出的，所以熔接效果好；
[0037](5)可以只通过对熔胶材料的改性，适当增加熔胶的弹性模量的方法，提高管材的抗压性以及增强管材的环刚度，而不会影响管材整体的抗冲击性。
【专利附图】
【附图说明】
[0038]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0039]图1(a)是现有双壁波纹管的轴向局部剖面结构示意图；
[0040]图1 (b)是现有环向加筋管的轴向局部剖面结构示意图；
[0041]图2是现有双重壁管材的轴向局部剖面结构示意图；[0042]图3是现有螺旋波纹管的轴向局部剖面结构示意图；
[0043]图4是本发明增强结构壁管材整体结构图及局部结构放大图；
[0044]图5是本发明异形条状塑料型材的结构示意图；
[0045]图6是本发明增强粘接型材的剖面图；
[0046]图7是在压轮碾压时熔接剖面图；
[0047]图8是本发明增强结构壁管材的制备方法的流程图；
[0048]图9是制备本发明增强结构壁管材的设备结构图。
【具体实施方式】
[0049]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0050]如图4、图5、图6和图7所示，本发明的增强结构壁管材，其管壁是由异形条状塑料型材I以中心线为轴线作螺旋缠绕而成的螺旋圆周，各相邻异形条状塑料型材I边缘相互搭接融合形成连续实壁管状结构；做同样螺旋缠绕形式的增强粘接型材2跨压于管壁上各相邻异形条状塑料型材边缘的搭接融合缝所在部位之上；做同样螺旋缠绕形式的聚丙烯3和聚乙烯4复合增强管跨压于增强粘接型材2之上，并经压轮机构与管壁相粘接。
[0051]优选地，上述异形条状塑料型材I可以是片材或其他任何形式，螺旋环绕成管材的管壁。
[0052]优选地，上述管材螺旋环绕增强粘接型材可以是片材、柱材或其他任何形式。
[0053]优选地，上述管材螺旋环绕复合增强管可以是圆形、方形、三角形或其他任何形式；复合增强管由内层聚丙烯和外层聚乙烯复合而成，或者，复合增强管是由中间层聚丙烯和内外层聚乙烯复合而成。
[0054]本发明还提供了一种上述增强结构壁管材的制造方法，如图8所示，包括以下步骤:
[0055]步骤(a):将熔融状异形条状塑料型材相邻边缘依次相互搭接且以中心线为轴线作螺旋缠绕，将各相邻搭接边缘压紧熔接形成管壁；
[0056]步骤(b):将与步骤(a)同步螺旋缠绕的增强粘接型材跨压于步骤(a)中搭接融合缝所在部位之上；
[0057]步骤(c):将与步骤(a)同步螺旋缠绕的聚丙烯和聚乙烯复合增强结构管跨压于增强粘接型材之上，并经压轮机构与步骤(a)形成的管壁相粘接。
[0058]具体地，步骤(a)中，通过第一挤塑机构挤出熔融状异形条状塑料型材，异形条状塑料型材相邻边缘依次相互搭接且以中心线为轴线作螺旋缠绕，经压轮机构将各相邻搭接边缘压紧熔接形成管壁；步骤(b)中，通过第二挤塑机构挤出做与步骤(a)同步螺旋缠绕形式的增强粘接型材且跨压于步骤(a)中搭接融合缝所在部位之上；步骤(C)中，通过第三挤塑机和第四挤塑机经过复合模具挤出做与步骤(a)同步螺旋缠绕形式的聚丙烯和聚乙烯复合增强结构管且跨压于增强粘接型材之上，并经压轮机构与步骤(a)形成的管壁相粘接。[0059]完成上述步骤(a)、(b)、(C)之后，当该增强结构壁管材生产到要求长度后，还包括步骤(d)，将异形条状塑料型材和增强粘接型材在定长位置缠绕增厚、加长，形成适于二次加工承插口的毛坯。
[0060]上述加工步骤中，异形条状塑料型材可以是片材或其他任何形式，螺旋环绕成管材的管壁；增强粘接型材可以是片材、柱材或其他任何形式；复合增强管可以是圆形、方形、三角形或其他任何形式；复合增强管由内层聚丙烯和外层聚乙烯复合而成，或者，复合增强管是由中间层聚丙烯和内外层聚乙烯复合而成。
[0061]本发明还提供了一种上述增强结构壁管材的制造设备，如图9所示，包括:第一塑料挤出机11和与其配套的型材模具12，挤出熔融状异形条状塑料型材；成型滚筒101，所述异形条状塑料型材连续并排螺旋缠绕在成型滚筒上的辊轴1011上，成型滚筒的直径对应成型管材的直径；第一压轮机构21，将异形条状塑料型材各相邻搭接边缘压紧熔接形成圆柱面管壁；第二挤出机31和与其配套的型材模具32，挤出增强粘接型材，跨压于管壁上各相邻异形条状塑料型材边缘的搭接融合缝所在部位之上；第三挤塑机41、第四挤塑机51和复合模具452，挤出跨压于增强粘接型材之上的聚丙烯和聚乙烯复合增强管；第二压轮机构61，将复合增强管与管壁相粘接。
[0062]上述异形条状塑料型材可以是片材或其他任何形式，螺旋环绕成管材的管壁；增强粘接型材可以是片材、柱材或其他任何形式；复合增强管可以是圆形、方形、三角形或其他任何形式；复合增强管由内层聚丙烯和外层聚乙烯复合而成，或者，复合增强管是由中间层聚丙烯和内外层聚乙烯复合而成。
[0063]首先第一塑料挤出机11经与其配套的型材模具12，挤出熔融状异形条状塑料型材的坯料，异形条状塑料型材连续有规律的并排螺旋缠绕在成型滚筒101上的辊轴1011上，成型滚筒的直径对应成型管材的直径，经第一压轮机构21碾压定型形成圆柱面管材管壁本体。与此同时第二挤出机31经与其配套的型材模具32连续不断地挤出增强粘接型材，该增强粘接型材连续有规律的螺旋缠绕在圆柱面管材管壁本体上，形成增强粘接层；与此同时由第三挤塑机41和第四挤塑机51经过复合模具452挤出做同样螺旋缠绕形式的聚丙烯和聚乙烯复合增强管跨压于增强粘接型材之上，其中，第三挤塑机41挤出内层或中间层聚丙烯，第四挤塑机51挤出外层或内外层聚乙烯，并经压轮机构61与第一步形成的实壁管相粘接。如此随着成型滚筒上受驱动旋转辊轴不断旋转，连续生产出连续缠绕增强结构壁管材。
[0064]当该增强结构壁管材生产到要求长度后，附加的支撑筒与缠绕辊整体旋转系统开始工作，与缠绕辊旋转系统做配合相对运动，使增强结构壁管材处于静止状态，相应挤塑机停止，这样异形条状塑料型材和增强粘接型材在定长位置缠绕增厚、加长，形成适于二次加工承插口的毛坯，毛坯形成后支撑筒与缠绕辊整体旋转系统停止工作，开始重复制备增强结构壁管材。还可以通过定长切割机在毛坯中间位置把增强结构壁管材切断，同时定长切割机还装有旋转铣刀，可以把增强结构壁管材的一端毛坯加工成标准尺寸的承口，这样定长增强结构壁管材一端已有标准尺寸的承口，另一端有适于二次加工承插口的毛坯，把上述增强结构壁管材放置于合适车床上，加工毛坯形成标准尺寸的插口。
[0065]设置于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凹槽结构形式，逐步压紧复合增强管，使其与圆柱面本体和增强管材更加紧S粘接在一起。
[0066]本发明的增强结构壁管材，其结构形式具有的外波纹，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；而且，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好；由于本发明的结构形式熔接面增加了便于粘接的增强部分，因此熔接效果好；本发明的结构形式具有的外波纹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10%以上，超过双壁波纹管；而且，管材用等量的材料时能获得更大的惯性矩，从而节省了材料；管材的螺旋增强部分结构提高了波峰的稳定性，同时由于增强粘接片材是刚挤出的，所以熔接效果好；可以只通过对熔胶材料的改性，适当增加熔胶的弹性模量的方法，提高管材的抗压性以及增强管材的环刚度，而不会影响管材整体的抗冲击性。
[0067]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种增强结构壁管材，其特征在于，其管壁是由异形条状塑料型材以中心线为轴线作螺旋缠绕而成的螺旋圆周，各相邻异形条状塑料型材边缘相互搭接融合形成连续实壁管状结构；做同样螺旋缠绕形式的增强粘接型材跨压于管壁上各相邻异形条状塑料型材边缘的搭接融合缝所在部位之上；做同样螺旋缠绕形式的聚丙烯和聚乙烯复合增强管跨压于所述增强粘接型材之上，并经压轮机构与管壁相粘接。
2.如权利要求1所述的增强结构壁管材，其特征在于，所述异形条状塑料型材为片材。
3.如权利要求1所述的增强结构壁管材，其特征在于，所述增强粘接型材为片材或者柱材。
4.如权利要求1所述的增强结构壁管材，其特征在于，所述复合增强管是由内层聚丙烯和外层聚乙烯复合而成，或者是由中间层聚丙烯和内外层聚乙烯复合而成。
5.如权利要求4所述的增强结构壁管材，其特征在于，所述复合增强管的形状为圆形、方形或者三角形。
6.一种增强结构壁管材的制造方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤(a):将熔融状异形条状塑料型材相邻边缘依次相互搭接且以中心线为轴线作螺旋缠绕，将各相邻搭接边缘压紧熔接形成管壁； 步骤(b):将与步骤(a)同步螺旋缠绕的增强粘接型材跨压于步骤(a)中相邻异形条状塑料型材搭接融合缝所在部位之上； 步骤(C):将与步骤(a)同步螺旋缠绕的聚丙烯和聚乙烯复合增强结构管跨压于增强粘接型材之上，并经压轮机构与步骤(a)形成的管壁相粘接。
7.如权利要求6所述的增强结构壁管材的制造方法，其特征在于，还包括步骤(d)，当所述增强结构壁管材生产到要求长度后，异形条状塑料型材和增强粘接型材在定长位置缠绕增厚、加长，形成适于二次加工承插口的毛坯。
8.如权利要求6所述的增强结构壁管材的制造方法，其特征在于， 步骤(a)具体为:通过第一挤塑机构挤出熔融状异形条状塑料型材，异形条状塑料型材相邻边缘依次相互搭接且以中心线为轴线作螺旋缠绕，经压轮机构将各相邻搭接边缘压紧熔接形成管壁； 步骤(b)具体为:通过第二挤塑机构挤出做与步骤(a)同步螺旋缠绕形式的增强粘接型材且跨压于步骤(a)中搭接融合缝所在部位之上； 步骤(C)具体为:通过第三挤塑机和第四挤塑机经过复合模具挤出做与步骤(a)同步螺旋缠绕形式的聚丙烯和聚乙烯复合增强结构管且跨压于增强粘接型材之上，并经压轮机构与步骤(a)形成的管壁相粘接。
9.一种增强结构壁管材的制造设备，其特征在于，包括: 第一塑料挤出机和与其配套的型材模具，挤出熔融状异形条状塑料型材； 成型滚筒，所述异形条状塑料型材连续且并排螺旋缠绕在成型滚筒上的辊轴上，成型滚筒的直径对应成型管材的直径； 第一压轮机构，将异形条状塑料型材各相邻搭接边缘压紧熔接形成圆柱面管壁；第二挤出机和与其配套的型材模具，挤出增强粘接型材，跨压于管壁上各相邻异形条状塑料型材边缘的搭接融合缝所在部位之上； 第三挤塑机、第四挤塑机 和复合模具，挤出跨压于增强粘接型材之上的聚丙烯和聚乙烯复合增强管； 第二压轮机构，将复合增强管与管壁相粘接。
10.如权利要求9所述的增强结构壁管材的制造设备，其特征在于，还包括:支撑筒与缠绕辊整体旋转系统，当所述增强结构壁管材生产到要求长度，使增强结构壁管材处于静止状态，异形条状塑料型材和增强粘接型材在定长位置缠绕增厚、加长。
【文档编号】B29C53/56GK103925428SQ201410151721
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月9日 优先权日:2014年4月9日
【发明者】张娟 申请人:张娟