煤矿井下用钢丝网/纤维网骨架双抗PP复合管的生产成型工艺的制作方法

本发明属于PP复合管的生产技术领域，具体涉及一种煤矿井下用钢丝网/纤维网骨架双抗PP复合管的生产成型工艺。

背景技术：

我国已连续多年成为全球第一大煤炭生产国和消费国，目前生产和消费量约占全世界一半，主要用于电力、冶金、建材等重化工业。

针对煤矿井下用管，人们一直沿用金属管道和非金属管道两种方式，其中金属管道易受到其他化学介质的腐蚀。腐蚀是引起管道破裂的主要因素之一，每年进行金属管道的维护及防腐刷漆的费用及其昂贵。

近些年出现的钢丝网骨架增强PE管,部分地解决了上述的问题。这种管线是以PE为基本原料，在PE管中以钢丝作为骨架材料，在内层管上左右缠绕编织形成的网状结构，从而达到增强的目的。钢丝网骨架增强PE管，其增强骨架与内外层塑料通过热熔胶粘接的化学复合方式成为一个整体，管材内外壁光滑、不结垢。

煤矿井下用钢丝网/纤维网骨架双抗PP复合管，以高强度钢丝/纤维左右缠绕或编织形成的网状结构为骨架，以双抗PP为基体材料，并使用能与钢质材料或纤维材料和双抗PP材料粘接良好的专用耐热型热熔胶，将钢丝或纤维与内外层双抗PP材料紧密地的连接在一起的一种新型管材。

钢丝网/纤维网骨架双抗PP复合管中的双抗PP材料和HDPE等普通塑料材料相比，具备更高的强度、更好的耐热性能，同时还具备阻燃、抗静电等特点。因此，钢丝网/纤维网骨架双抗PP复合管与钢丝网骨架PE管相比，具备更高的强度和优良的耐热性能(工作温度在95-110℃，短时间工作温度达到145℃)，为煤矿井下用管的某些特殊性能要求提供了更广阔的选择空间。

本发明中所述的双抗PP材料，就是指符合要求的阻燃、抗静电PP改性专用高分子材料。它是在PP高分子材料中添加适量的阻燃剂、抗静电剂等化工添加剂，通过共混改性的原理和要求，达到双抗PP材料适用于煤矿井下用管的基本物理机械和化学性能要求。正是这些化学添加剂在PP材料中的大量添加，使得钢丝网/纤维网骨架增强双抗PP复合管的加工不同于增强HDPE复合管等普通材料的生产成型工艺。

由于双抗PP改性高分子材料中添加了大量的添加剂，这在很大程度上影响了材料的加工温度、流动性、压缩比、拉伸比、收缩比等，而最明显的还是材料的熔体粘度高，导致挤出成型过程中管材的表面光洁度较差；另外，要求复合管表面致密度高，才能使得材料中的抗静电剂更加紧密、发挥更好的效果，降低复合管的表面电阻，达到抗静电的目的。这就使得我们必须以一种有别于HDPE、普通PP等普通材料的生产成型工艺，来实现对双抗PP复合管的成型加工，从而达到钢丝网/纤维网骨架双抗PP复合管的生产需要。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种煤矿井下用钢丝网/纤维网骨架双抗PP复合管的生产成型工艺，使得所得复合管表面致密、光洁、抗静电效果良好。

本发明煤矿井下用钢丝网/纤维网骨架双抗PP复合管结构自内而外依次为：双抗PP内芯管、钢丝网/纤维网骨架层复合的热熔胶粘结剂层、外层热熔胶层、双抗PP外管，其横截面结构见图1所示。钢丝网/纤维网骨架层复合的热熔胶粘结剂层是钢丝网/纤维网骨架层复合粘结在热熔胶粘结剂层中，同时热熔胶粘结与内层的双抗PP内芯管粘结在一起，在外层与外层热熔胶层粘结在一起。

本发明所采用的原料：双抗PP内芯管和双抗PP外管采用的双抗PP改性料、耐热性热熔胶、钢丝(或镀铜等)或纤维束等；

其中双抗PP改性料的物理机械性能参数如下：

优选采用中国神华北京低碳清洁能源研究所研制和生产的双抗PP改性料。

耐热性热熔胶优选采用粘接钢质材料与双抗PP材料的专用热熔胶，该专用热熔胶的物理机械性能指标如下：

所选用的钢丝一般为0.6—1.2mm的镀铜高强度钢丝；所选纤维一般为1.0—3.0mm的高抗张、高模量、低形变的纤维束(如芳纶、腈纶、涤纶和玻璃纤维束等)。

具体的成型工艺，主要有钢丝/纤维的表面涂覆、双抗PP改性料内芯管的挤出、钢丝/纤维的缠绕形成钢丝网/纤维网骨架、钢丝网/纤维网骨架增强层的形成(内层热熔胶的灌压挤出和外层热熔胶的涂覆挤出)、双抗PP改性料复合管外层的挤出成型等；具体包括以下步骤：

(1)钢丝/纤维的表面涂覆

在干燥、清洁的镀铜钢丝或经预浸渍处理的纤维表面均匀涂覆粘接耐热性热熔胶，以保证在复合管的加工过程中更好地把钢丝/纤维和双抗PP材料牢固地链接成为一个整体；

在钢丝/纤维涂覆过程中，利用高频将钢丝加热到300—400℃，或者利用红外线将纤维加热到120℃以上(依据纤维的不同材料性质而决定)，这样有利于耐热性热熔胶(尤其专用热熔胶,可参见CN105385392A公开的技术方案)在钢丝/纤维表面的涂覆和均匀分布，也更有利于钢丝/纤维与热熔胶之间的粘接，为该复合管中钢丝网/纤维网与专用热熔胶构成的骨架层的整体性以及骨架层与双抗PP内、外层管的粘接奠定基础。

(2)钢丝网/纤维网骨架双抗PP复合管之内芯管的挤出

首先将双抗PP改性料在85-95℃条件下，烘干2-3小时；然后通过单螺杆挤出生产线，如单螺杆长径比L/D＝38，挤出符合要求的双抗PP内芯管；

为了使得生产出的双抗PP内芯管有良好的表面效果，尤其要求内芯管的内表面致密、光洁、抗静电效果良好。本发明设计出一种内芯管挤出模具有别于普通塑料的挤出成型模具，主要在内芯管挤出模具的芯模出口处做了技术革新：在挤出模具芯模的出口处外环镶嵌一段F4芯模环，F4模环的外侧面与模具芯模的外侧表面齐平，F4模环的上端面与模具芯模的上端面齐平，在F4模环的内侧面、上端面、下端面分别设有一周环形凹槽；见图2。

由于F4材料的热胀冷缩对F4芯模环的尺寸稳定带来较大的影响，严重阻碍了F4芯模环的使用时间和对芯管内表面质量的提高。为了维持F4芯模环的长期尺寸稳定性，本发明对F4芯模环做了如图2所示设计：减小F4芯模环与芯模体之间的传热接触面，减小模环的厚度并以此减小模环受温度影响时的形变量，为F4芯模环的热胀冷缩预留空间等，尽量减少材料的热胀冷缩给模环尺寸带来的影响。

优选F4芯模环上端面、下端面的环形凹槽上下对应，径向宽度一样，轴向宽度一样；F4芯模环内侧面环形凹槽轴向宽度小于上端面、下端面的环形凹槽之间的距离，F4芯模环内侧面环形凹槽径向宽度等于下端面的环形凹槽到F4芯模环内侧面的距离。

(3)、钢丝/纤维缠绕形成钢丝网/纤维网骨架

将表面经专用热熔胶涂覆处理好的钢丝/纤维，以54.7°—55.6°的角度、在双抗PP内芯管的外表面分别以正、反旋的方向均匀分布缠绕涂覆好热熔胶层的钢丝/纤维，缠绕钢丝/纤维的数量视管材的规格(Φ90—Φ600)和不同的工作压力要求(P＝1.0—5.0MPa)而定，一般在30—360根之间，从而形成钢丝网/纤维网骨架。

在钢丝/纤维的正、反旋缠绕过程中，利用高频或红外线加热的方式，让涂覆在钢丝/纤维表面的耐热性热熔胶熔融，以使钢丝/纤维与双抗PP内芯管的外表面之间粘接牢固，为内芯管与热熔胶层更良好的粘接奠定基础。同时，这样也可以固定好内芯管、钢丝/纤维之间的距离和位置，确保钢丝/纤维骨架的均匀分布，构成合格的钢丝网/纤维网骨架层；

(4)钢丝网/纤维网骨架增强层的形成

步骤(3)钢丝/纤维缠绕形成钢丝网/纤维网骨架，随后依次进行内层耐热性热熔胶灌压挤入和外层耐热性热熔胶涂覆挤出得到两层结构形成一个有机的整体，共同构成钢丝网/纤维网骨架增强层，为整个复合管材提供高压、高强度支持提供保障。

其中内层耐热性热熔胶的灌压挤入：在双抗PP内芯管上以正、反旋方向均匀缠绕形成的钢丝网/纤维网骨架管体，通过红外短时间加热(温度T＝280—350℃，时间t＝5—10s)，然后经灌压挤出工艺挤入耐热性热熔胶，使耐热性热熔胶充分灌注于钢丝网/纤维网及其与内芯管之间的全部空隙，在强大的灌挤压力作用下保证灌入的耐热性热熔胶与内芯管、钢丝网/纤维网之间具有良好的粘接，灌入耐热性热熔胶的厚度以把钢丝网/纤维网全部覆盖为准。

外层耐热性热熔胶的涂覆挤出：上述经灌压挤入的内层耐热性热熔胶与钢丝网/纤维网形成的骨架层，由于耐热性热熔胶收缩等原因，往往导致其表面不光滑平整，从而影响到整个复合管的外观，因此本发明在上一步灌入的基础上，再涂覆一层耐热性热熔胶层，以保证整个耐热性热熔胶层的平整、光滑。

经过上述专用热熔胶内层的灌压挤入和外层的涂覆挤出，与正、反旋缠绕而成的钢丝网/纤维网骨架粘接成为一个牢固的整体，从而形成双抗PP复合管的钢丝网/纤维网骨架增强层。

(5)、钢丝网/纤维网骨架PP复合管外层的挤出成型

钢丝网/纤维网骨架PP复合管的外层，是在钢丝网/纤维网骨架增强层外壁包覆挤出一层双抗PP改性料，形成钢丝网/纤维网骨架双抗PP复合管的外保护层。

对上述形成钢丝网/纤维网骨架增强层的管材，在保持步骤(4)预热的条件下，在骨架增强层的外面包覆挤出一层双抗PP改性料作为复合管材的外保护层双抗PP外管。

挤出双抗PP外管时，对采用的口模进行改进，在口模的出口处镶嵌一段F4口模环(如图3所示)，在挤出模具口的出口处内环镶嵌一段F4口模环，F4口模环的内侧面与模具口的内表面齐平，F4口模环的上端面与模具口的上端面齐平，在F4模环的外侧面、上端面、下端面分别设有一周环形凹槽；

优选F4口模环上端面、下端面的环形凹槽上下对应，径向宽度一样，轴向宽度一样；F4口模环外侧面环形凹槽轴向宽度小于上端面、下端面的环形凹槽之间的距离，F4口模环外侧面环形凹槽径向宽度等于下端面的环形凹槽到F4芯模环外侧面的距离。

本发明的F4口模可以减小该复合管的双抗PP外保护层在挤出成型过程中其外表面层与模具之间的摩擦，使得复合管的外表面更加光洁、提高复合管的外在质量；同时使得复合管的外表面更加致密，有效降低表面电阻，达到更加良好的抗静电效果。

这样在钢丝网/纤维网骨架增强层还保持高温的条件下，挤出的双抗PP改性料与骨架增强层外层的专用热熔胶之间的粘接强度更大、更加牢固；也有利于保持整个钢丝网/纤维网骨架双抗PP复合管的整体性和完整性，满足煤矿井下用管的安全要求。

钢丝网/纤维网骨架双抗PP复合管的外保护层不仅需要良好的表面和外观，还具备优良的抗静电效果。和该复合管的双抗PP改性内芯管的挤出原理一样，由于该双抗PP改性料中含有大量的添加剂，致使材料的熔体粘度发生了较大的变化，无机填料的加入也影响了复合管外保护层的外观、严重时还会影响到管材的致密性及抗静电效果。

附图说明

图1为本发明煤矿井下用钢丝网/纤维网骨架双抗PP复合管结构示意图；

图2为本发明芯模结构剖面示意图；

图3为本发明口模结构剖面示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1

煤矿井下用钢丝网/纤维网骨架双抗PP复合管所用原材料

煤矿井下用钢丝网/纤维网骨架双抗PP复合管，所使用的原材料有双抗PP改性料、粘接钢质材料与双抗PP材料的专用耐热型热熔胶、钢丝(镀铜)、纤维束等。

1、双抗PP改性高分子材料

本申请专利—钢丝网/纤维网骨架双抗PP复合管所使用的双抗PP改性料，尤其以中国神华北京低碳清洁能源研究所研制和生产的双抗PP改性料，作为该钢丝网/纤维网骨架双抗PP复合管的内芯管和外层。

该双抗PP改性料的物理机械性能参数如下：

2、粘接钢质材料与双抗PP材料的专用热熔胶

利用本公司针对该钢丝网/纤维网骨架增强双抗PP复合管自主开发和研制生产的专用热熔胶(已报专利，申请号201511000579.2，公开号CN105385392A)，将钢丝或纤维牢固地与双抗PP改性高分子材料粘接在一起，形成钢丝网或纤维网骨架增强层。即使在高温、高压条件下同样也能使整个PP复合管材保持有机的整体性，达到增强的作用。

该专用热熔胶的物理机械性能指标如下：

3、钢丝或纤维

煤矿井下用钢丝网/纤维网骨架双抗PP复合管所选用的钢丝一般为0.6—1.2mm的镀铜高强度钢丝；所选纤维一般为1.0—3.0mm的高抗张、高模量、低形变的纤维束(包括芳纶、腈纶、涤纶和玻璃纤维束等)。

所选钢丝或纤维束的表面必须干燥、干净、无污染(尤其油污)，以免影响钢丝/纤维与热熔胶之间的粘接强度，导致钢丝网/纤维网骨架与热熔胶脱离，致使整个钢丝网/纤维网骨架增强双抗PP复合管脱层，最终导致该复合管线失效。

4、煤矿井下用钢丝网/纤维网骨架双抗PP复合管的生产成型工艺

煤矿井下用钢丝网/纤维网骨架双抗PP复合管的生产成型工艺，主要有钢丝/纤维的表面涂覆、双抗PP改性料内芯管的挤出、钢丝/纤维的缠绕形成钢丝网/纤维网骨架、钢丝网/纤维网骨架增强层的形成(内层热熔胶的灌压挤出和外层热熔胶的涂覆挤出)、双抗PP改性料复合管外层的挤出成型等。

(1)钢丝/纤维的表面涂覆

在干燥、清洁的镀铜钢丝，或经预浸渍处理的纤维表面均匀涂覆粘接钢丝/纤维与双抗PP材料的专用热熔胶，以保证在复合管的加工过程中更好地把钢丝/纤维和双抗PP材料牢固地链接成为一个整体。同时，在缠绕过程中钢丝/纤维相互交叉，利用涂覆的热熔胶层有效地将他们相互隔离，这样有效地减小钢丝之间或纤维之间的相互摩擦和挤压，减小因管材内部压力变化时产生的脉冲对钢丝或纤维之间造成的影响。

在钢丝/纤维涂覆过程中，利用高频将钢丝加热到300—400℃，或者利用红外线将纤维加热到120℃以上(依据纤维的不同材料性质而决定)，这样有利于专用热熔胶在钢丝/纤维表面的涂覆和均匀分布，也更有利于钢丝/纤维与热熔胶之间的粘接，为该复合管中钢丝网/纤维网与专用热熔胶构成的骨架层的整体性以及骨架层与双抗PP内、外层管的粘接奠定基础。

(2)钢丝网/纤维网骨架双抗PP复合管之内芯管的挤出

由于双抗PP改性高分子材料中添加了大量的添加剂，这在很大程度上影响了材料的加工温度、流动性、压缩比、拉伸比、收缩比等，而最明显的还是材料的熔体粘度高，导致挤出成型过程中管材的表面光洁度较差。另外，要求复合管表面致密度高，才能使得材料中的抗静电剂更加紧密、发挥更好的效果，降低复合管的表面电阻，达到抗静电的目的。这就使得我们必须以一种有别于HDPE、普通PP等普通材料的生产成型工艺，来实现对双抗PP复合管的成型加工，从而达到钢丝网/纤维网骨架双抗PP复合管的生产需要。

首先将双抗PP改性料在85-95℃条件下，烘干2-3小时；然后通过专用单螺杆(长径比L/D＝38)挤出生产线，挤出符合要求的双抗PP内芯管。

为了使得生产出的双抗PP内芯管有良好的表面效果，尤其要求内芯管的内表面致密、光洁、抗静电效果良好。我们设计的内芯管挤出模具有别于普通塑料的挤出成型模具，主要在内芯管挤出模具的芯模出口处做了技术革新：在挤出模具芯模的出口处镶嵌一段F4模环(如图2所示)，以减小双抗PP内芯管成型过程中内壁与模具的摩擦，达到内芯管内壁光滑、致密的作用

另外，由于F4材料的热胀冷缩对F4模环的尺寸稳定带来较大的影响，严重阻碍了F4模环的使用时间和对芯管内表面质量的提高。为了维持F4模环的长期尺寸稳定性，我们对F4模环做了如图所示设计：减小F4模环与芯模体之间的传热接触面、减小模环的厚度并以此减小模环受温度影响时的形变量、为F4模环的热胀冷缩预留空间等，尽量减少材料的热胀冷缩给模环尺寸带来的影响。

(3)、钢丝/纤维缠绕形成钢丝网/纤维网骨架

将表面经专用热熔胶涂覆处理好的钢丝/纤维，以54.7°—55.6°的角度、在双抗PP内芯管的外表面分别以正、反旋的方向均匀分布缠绕涂覆好热熔胶层的钢丝/纤维，缠绕钢丝/纤维的数量视管材的规格(Φ90—Φ600)和不同的工作压力要求(P＝1.0—5.0MPa)而定，一般在30—360根之间，从而形成钢丝网/纤维网骨架。

在钢丝/纤维的正、反旋缠绕过程中，我们利用高频或红外线加热的方式，让涂覆在钢丝/纤维表面的专用热熔胶熔融，以使钢丝/纤维与双抗PP内芯管的外表面及钢丝/纤维的内外层之间粘接牢固，为内芯管与热熔胶层更良好的粘接奠定基础。同时，这样也可以固定好内芯管、钢丝/纤维之间的距离和位置，确保钢丝/纤维骨架的均匀分布，构成合格的钢丝网/纤维网骨架层。

(4)钢丝网/纤维网骨架增强层的形成

经钢丝/纤维缠绕形成的钢丝网/纤维网骨架，与随后灌压挤入和涂覆挤出的两层专用热熔胶形成一个有机的整体，共同构成钢丝网/纤维网骨架增强层，为整个复合管材提供高压、高强度支持提供保障。1)内层热熔胶的灌压挤入

在双抗PP内芯管上以正、反旋方向均匀缠绕形成的钢丝网/纤维网骨架管体，通过红外短时间加热(温度T＝280—350℃，时间t＝5—10s)，然后经灌压挤出工艺挤入内层专用热熔胶，使专用热熔胶充分灌注于钢丝网/纤维网及其与内芯管之间的全部空隙，在强大的灌挤压力作用下保证内层热熔胶与内芯管、钢丝网/纤维网之间的良好粘接，其厚度以把钢丝网/纤维网全部覆盖为准。

上述对双抗PP内芯管及钢丝网/纤维网骨架的红外线短时间高温加热，一方面是对内芯管的外表面—双抗PP高分子材质加热，以使其表面层变软以至于初步塑化，能更好、更牢固地与所灌压挤入的专用热熔胶相粘接；另一方面，短时间的高温加热还能促使挤入的专用热熔胶能更好地与钢丝网/纤维网骨架相粘接，从而形成更加牢固的钢丝网/纤维网骨架与专用热熔胶的有机整体。

2)、外层热熔胶的涂覆挤出

上述经灌压挤入的内层专用热熔胶与钢丝网/纤维网形成的骨架层，由于热熔胶收缩等原因，往往导致其表面不光滑平整，从而影响到整个复合管的外观，因此我们在上一步的基础上，再涂覆一层专用热熔胶层，以保证整个专用热熔胶层的平整、光滑。

经过上述专用热熔胶内层的灌压挤入和外层的涂覆挤出，与正、反旋缠绕而成的钢丝网/纤维网骨架粘接成为一个牢固的整体，从而形成双抗PP复合管的钢丝网/纤维网骨架增强层。

(5)、钢丝网/纤维网骨架PP复合管外层的挤出成型

钢丝网/纤维网骨架PP复合管的外层，是在钢丝网/纤维网骨架增强层外壁包覆挤出一层双抗PP改性料，形成钢丝网/纤维网骨架双抗PP复合管的外保护层。

对上述形成钢丝网/纤维网骨架增强层的管材，在保持前期预热的条件下，我们在骨架增强层的外面包覆挤出一层双抗PP改性料作为复合管材的外保护层。这样在钢丝网/纤维网骨架增强层还保持高温的条件下，挤出的双抗PP改性料与骨架增强层外层的专用热熔胶之间的粘接强度更大、更加牢固；也有利于保持整个钢丝网/纤维网骨架双抗PP复合管的整体性和完整性，满足煤矿井下用管的安全要求。

钢丝网/纤维网骨架双抗PP复合管的外保护层不仅需要良好的表面和外观，还必须具备优良的抗静电效果。和该复合管的双抗PP改性内芯管的挤出原理一样，由于该双抗PP改性料中含有大量的添加剂，致使材料的熔体粘度发生了较大的变化，无机填料的加入也影响了复合管外保护层的外观、严重时还会影响到管材的致密性及抗静电效果。

因此，钢丝网/纤维网骨架双抗PP复合管的外保护层挤出模具也有别于普通的复合管外层塑料挤出成型模具。我们在该双抗PP复合管外保护层挤出模具的口模处做了设计，见图3。

进一步：钢丝网/纤维网骨架双抗PP复合管的连接方式

煤矿井下用钢丝网/纤维网骨架双抗PP复合管的连接，我们主要采用热熔焊接及热熔管件、机械卡扣及法兰连接的方式连接管线。

电熔焊接是利用聚丙烯热塑性原理，采用外加热的方式，把双抗PP复合管的外层PP材料和管件的内层PP材料熔融塑化，在高温和热膨胀的压力下相互粘接在一起形成一个有机的整体，达到有效连接的目的。这种利用热熔管件的连接，操作简单、方便，焊接过程由机械程序控制，人为因素少，一次焊接成功，永不泄漏，但这种连接方式受到热熔管件本身强度的限制，一般在较低压力条件下(≤2.5MPa)使用。

当钢丝网/纤维网骨架双抗PP复合管的压力要求在3.0MPa以上时，热熔焊接的方式就无法满足使用的要求，或者达不到安全的标准。这时我们就可以采用机械卡扣及法兰连接的方式来达到要求。当我们用机械卡扣及法兰的方式连接时，一定要考虑到金属材料的防腐蚀性能要求。在几种金属材料的防腐蚀处理方法中，目前我们采用了金属表面喷塑的方法，即在整个金属材料的外表面喷涂一层致密的塑料防护层，达到优良的防腐蚀要求。