煤矿井下用钢骨架塑料复合管和塑料复合模具的制作方法

本实用新型涉及一种煤矿井下用钢骨架塑料复合管和塑料复合模具，属于技术领域。

背景技术：

煤矿井下用管道是管道发展史上极其重要的组成部分，主要用于煤矿井下各种对于管材表面抗静电、管材阻燃性能有要求的流体输送管路。由于煤矿井下特殊使用环境，塑料管材的静电导出能力及阻燃效果表现的尤为重要，性能优异的煤矿用管道能有效降低安全事故发生概率，国内外对于煤矿用管道的研究一直未停止。钢骨架塑料复合管（ZL94104509.9）采用焊接钢网骨架作为增强层，内外均为高密的聚乙烯塑料，是输水和腐蚀流体的理想管道。但是在对于具有抗静电、阻燃性能有确切要求的煤矿用管道系统中无用武之地，管道的抗静电、阻燃性能无法满足《煤矿井下用塑料管安全性能检验规范》要求，严重制约了钢骨架塑料复合管在煤矿领域的应用和发展。

技术实现要素：

根据以上现有技术中的不足，本实用新型要解决的技术问题是：为解决上述问题之一，提供一种抗静电、阻燃性能好的煤矿井下用钢骨架塑料复合管和塑料复合模具。

本实用新型所述的煤矿井下用钢骨架塑料复合管和塑料复合模具，其特征在于：包括高密度聚乙烯内层、矿用高密度聚乙烯外层和钢丝焊接骨架增强层，所述矿用高密度聚乙烯外层包括高密度聚乙烯外层一，高密度聚乙烯内层外套装有钢丝焊接骨架增强层，钢丝焊接骨架增强层外套装有高密度聚乙烯外层一，所述钢丝焊接骨架增强层、高密度聚乙烯内层和高密度聚乙烯外层一同步复合成一个整体，所述高密度聚乙烯内层和高密度聚乙烯外层一与钢丝焊接骨架增强层形成互穿结构，高密度聚乙烯内层的材质为抗静电阻燃型矿用高密度聚乙烯或者单阻燃型矿用高密度聚乙烯，高密度聚乙烯外层一的材质为抗静电阻燃型矿用高密度聚乙烯或者单阻燃型矿用高密度聚乙烯。

所述矿用高密度聚乙烯外层还包括高密度聚乙烯外层二，高密度聚乙烯外层一外套装有高密度聚乙烯外层二，高密度聚乙烯外层二的材质为的材质为抗静电阻燃型矿用高密度聚乙烯或者单阻燃型矿用高密度聚乙烯。

所述钢丝焊接骨架增强层由经线和纬线焊接组成，经、纬线的焊点具有一定强度。

所述高密度聚乙烯内层、高密度聚乙烯外层一、高密度聚乙烯外层二的材质均为抗静电阻燃型矿用高密度聚乙烯。

所述高密度聚乙烯内层和高密度聚乙烯外层二的材质为单阻燃型矿用高密度聚乙烯，高密度聚乙烯外层一的材质均为抗静电阻燃型矿用高密度聚乙烯。

所述的高密度聚乙烯内层的厚度为3-18mm，高密度聚乙烯外层一的厚度为2-10mm，高密度聚乙烯外层二的厚度为2-6mm。

所述煤矿井下用钢骨架塑料复合管的任意一端还设置有快接结构，所述快接结构包括翻边、套管和法兰盘，翻边与煤矿井下用钢骨架塑料复合管一体成型，煤矿井下用钢骨架塑料复合管的外套装有套管，套管的内壁设置有倒刺，套管的外侧套装有法兰盘，翻边的端面上开设有密封圈槽，密封圈槽内嵌入密封圈，快接结构的加装方式为，先在煤矿井下用钢骨架塑料复合管的端部套装套管和法兰盘，然后将煤矿井下用钢骨架塑料复合管的端部融化，形成翻边，在翻边上再开设密封圈槽，通过该快接结构管道之间连接更加便捷。

本实用新型还公开了一种用于制造上述煤矿井下用钢骨架塑料复合管的塑料复合模具，包括用于高密度聚乙烯内层的内层挤出模具、用于高密度聚乙烯外层一、高密度聚乙烯外层二的外层挤出模具、设于外层挤出模具一侧的外定型部件、设于内层挤出模具一侧的内成型过料套以及设于内成型过料套一侧的内冷却钢筒；所述外定型部件和内成型过料套围合形成成型腔，所述内层挤出模具内设有正网器，所述正网器位于钢丝焊接骨架增强层的下方，所述外层挤出模具具备上下两个矿用高密度聚乙烯流道，分别是高密度聚乙烯外层一流道和高密度聚乙烯外层二流道。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：1、本发明由中间焊接钢丝骨架增强层、内、外矿用高密度聚乙烯层组成，内、外矿用高密度聚乙烯层的材质为抗静电阻燃型矿用高密度聚乙烯或者单阻燃型矿用高密度聚乙烯，各层间形成互穿，能有效提高管材结构的稳定性，管材内壁为塑料材质，摩擦系数低，可有效提升流体的输送能力。2、煤矿井下用钢骨架塑料复合管形成互穿结构可实现内外层矿用高密度聚乙烯塑料间有效的电荷传递，利于管壁所产生静电的导出，尤其避免瓦斯抽放管路静电导致的爆炸可能性，复合管各层均属于阻燃材料可有效避免煤矿井下管路火势的蔓延，可称之为理想的煤矿井下用塑料管道。3、煤矿井下用钢骨架聚乙烯塑料复合管实现了增强骨架层、内外矿用高密度聚乙烯层同步复合挤出，其中外层矿用高密度聚乙烯层可根据产品性能要求挤出双层结构或单层结构，通过调整高成本矿用高密度聚乙烯占比达到减少材料浪费的效果。4、煤矿井下用钢骨架聚乙烯塑料复合管其增强骨架可有效提升管材环刚度，减少塑料原材料的消耗，提高管材的耐负压能力，在负压通风、瓦斯抽放管路表现尤为突出。5、本发明塑料复合模具塑料材料部分为三层复合结构设计，可根据管材性能需求选择性使用出料口，达到成本节约的目的。

附图说明

图1为本实用新型的煤矿井下用钢骨架塑料复合管截面图；

图2为增强钢丝焊接骨架示意图；

图3为高密度聚乙烯内层、高密度聚乙烯外层和增强骨架层三者的互穿界面示意图；

图4为塑料复合管模具示意图；

图5为用于制造煤矿井下用钢骨架塑料复合管的塑料复合模具的结构示意图。

图中：1、高密度聚乙烯内层 2、高密度聚乙烯外层一 3、高密度聚乙烯外层二 4、钢丝焊接骨架增强层 5、经线 6、纬线 7、焊点 8、外层挤出模具 9、内层挤出模具 10、外定型部件 11、内成型过料套 12、内冷却钢筒 13、正网器 14、成型腔 15、翻边 16、套管 17、法兰盘 18、密封圈槽 19、密封圈。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步描述：

以下通过具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不用以限制本实用新型，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

实施例一

如图1-4所示，所述煤矿井下用钢骨架塑料复合管，包括高密度聚乙烯内层1、矿用高密度聚乙烯外层和钢丝焊接骨架增强层4，所述矿用高密度聚乙烯外层包括高密度聚乙烯外层一2，高密度聚乙烯内层1外套装有钢丝焊接骨架增强层4，钢丝焊接骨架增强层4外套装有高密度聚乙烯外层一2，所述钢丝焊接骨架增强层4、高密度聚乙烯内层1和高密度聚乙烯外层一2同步复合成一个整体，所述高密度聚乙烯内层1和高密度聚乙烯外层一2与钢丝焊接骨架增强层4形成互穿结构，高密度聚乙烯内层1的材质为抗静电阻燃型矿用高密度聚乙烯或者单阻燃型矿用高密度聚乙烯，高密度聚乙烯外层一2的材质为抗静电阻燃型矿用高密度聚乙烯或者单阻燃型矿用高密度聚乙烯。

本实施例中，所述矿用高密度聚乙烯外层还包括高密度聚乙烯外层二3，高密度聚乙烯外层一2外套装有高密度聚乙烯外层二3，高密度聚乙烯外层二3的材质为的材质为抗静电阻燃型矿用高密度聚乙烯或者单阻燃型矿用高密度聚乙烯；所述钢丝焊接骨架增强层4由经线5和纬线6焊接组成，经、纬线的焊点7具有一定强度；所述高密度聚乙烯内层1、高密度聚乙烯外层一2、高密度聚乙烯外层二3的材质均为抗静电阻燃型矿用高密度聚乙烯；所述高密度聚乙烯内层1和高密度聚乙烯外层二3的材质为单阻燃型矿用高密度聚乙烯，高密度聚乙烯外层一2的材质均为抗静电阻燃型矿用高密度聚乙烯。

实施例二

如图5所示，所述一种用于制造煤矿井下用钢骨架塑料复合管的塑料复合模具，包括用于高密度聚乙烯内层1的内层挤出模具9、用于高密度聚乙烯外层一2、高密度聚乙烯外层二3的外层挤出模具8、设于外层挤出模具8一侧的外定型部件10、设于内层挤出模具9一侧的内成型过料套11以及设于内成型过料套11一侧的内冷却钢筒12；所述外定型部件10和内成型过料套11围合形成成型腔14 ，所述内层挤出模具9内设有正网器13，所述正网器13位于钢丝焊接骨架增强层4的下方，所述外层挤出模具8具备上下两个矿用高密度聚乙烯流道，分别是高密度聚乙烯外层一流道和高密度聚乙烯外层二流道。

实施例三

上述复合管的制造方法为：包括如下步骤:

步骤1、将经线钢丝和纬线钢丝进行焊接形成一个骨架整体；参见附图2，所示的增强钢丝焊接骨架增强层4由经线5和纬线6焊接组成，经、纬线的焊点7具有一定强度，满足管材环向强度的同时，保证管材的纵向强度，同时钢丝焊接形成的孔网可以与塑料形成互穿结构，保证管材结构的稳定性。该步骤1中经线钢丝和纬线钢丝的焊接在专用设备上实现，参照专利ZL94104509.9执行。焊接强度由焊机电流控制，调节焊接钢丝熔深过浅，进而调整钢丝焊接强度，保证钢丝骨架承压强度。

步骤2、将步骤1得到的焊接钢丝骨架通过管道复合模具与高密度聚乙烯内层、高密度聚乙烯外层进行复合并同步挤出，所述高密度聚乙烯外层包括高密度聚乙烯外层一2和高密度聚乙烯外层二3；参见附图3，其是高密度聚乙烯内层、高密度聚乙烯外层和增强骨架层三者的互穿界面示意图，在保证高密度聚乙烯内层厚度的同时三者实现互穿，能有效提高管材的结构稳定性。步骤2中焊接钢丝骨架与高密度聚乙烯内层的复合及同步挤出通过内外层塑料连续挤出模具实现。上述描述的高密度聚乙烯外层可通过连续挤出模具生产双层结构，参见附图3，同时可根据煤矿井下用钢骨架塑料复合管用途的不同选择性的仅使用外一层、外二层其中一层与增强钢丝焊接骨架增强层、内矿用高密度聚乙烯（抗静电阻燃型或单阻燃型）层进行复合并同步挤出形成互穿结构。其中各矿用高密度聚乙烯（抗静电阻燃型或单阻燃型）层为相互独立的塑料连续挤出模具，可通过原料挤出量控制实现各层厚度的调整及控制，同时在模具内完成内外矿用高密度聚乙烯（抗静电阻燃型或单阻燃型）层与增强钢丝焊接骨架层间的互穿结构，保证管材结构的整体性与结构稳定性。外一层、外二层与内层矿用高密度聚乙烯（抗静电阻燃型或单阻燃型）层有三个相互独立的挤出机，专用矿用高密度聚乙烯（抗静电阻燃型或单阻燃型）物料通过挤出机连续熔融挤出，分别通过各自对应模具与中间的钢丝焊接骨架增强层同步挤出到成型口模14内，复合成一体，连续挤出形成管材的最终成品。

步骤3、将步骤2得到的管道进行冷却得到最终需要的煤矿井下用钢骨架塑料复合管。该步骤3采用内冷却钢筒12对内壁进行冷却，即内层挤出模具9挤出的内层部分，对复合管内壁进行冷却定型，外壁即外层挤出模具8挤出的外层矿用高密度聚乙烯（抗静电阻燃型或单阻燃型）防腐层直接采用水冷实现对管道外壁的冷却，根据需要进行定长切割。所述内成型过料套11外壁是可增大成型腔14区域内料压的锥形。

内、外层挤出模具可以对不同环向位置塑料挤出量进行调整，通过控制内、外层挤出模具环向各个位置的出料量控制各层厚度以及与钢网骨架在环向各个位置的互穿深度。外层挤出模具8设计形成双层流道结构，为了外层矿用高密度聚乙烯（抗静电阻燃型或单阻燃型）层可实现双层结构单层结构选择。正网器13为了保证增强钢网骨架4处于相对中间的位置，其位于复合区域成型腔13前，对增强钢网骨架起到支撑和正圆作用，同时固定增强钢网骨架的相对位置。

外定型部件10为外成型部件，使外层的高密度聚乙烯向中间增强钢网骨架增强层4流动并填充钢网孔，内成型过料套11沿出管方向成上坡趋势，使内层耐磨塑料向中间增强增强钢网骨架层流动并填充钢网孔。管材外壁出外定型部件10之后直接浸泡在水中进行冷却，管材内壁通过内冷却钢筒11进行定型和冷却，内冷却钢筒12内部为循环水。根据需要进行定长切割。

本发明复合管材各层间同步复合成一个整体并形成互穿结构，此结构可利于管材内壁的电荷导出，使用矿用高密度聚乙烯（抗静电阻燃型或单阻燃型）又很好的保证了管材的阻燃性能，同时利用经纬钢丝网状结构能很好的提高管材环刚度，提高了管材的耐负压能力。

本发明涉及煤矿井下用管材领域，传统钢骨架塑料复合管（ZL94104509.9）无法实现管材的抗静电、阻燃要求，通过创造性的改变材料性质、管材结构及特定的制造实现方式对原有产品进行升级以满足生产加工及《煤矿井下用塑料管安全性能检验规范》要求，显而易见，本部分实例对于钢骨架塑料复合管（ZL94104509.9）是颠覆性的改变。

实施例四

抗静电阻燃型矿用高密度聚乙烯是一种具备抗静电、阻燃性能的改性高密度聚乙烯。其重量百分比大致为超导电炭黑6%-15%，润滑剂：0.1%-3%，偶联剂 0.25-1.5%，分散剂1%-4%，包覆红磷2%-8%，相容剂0.1%-2%，线性低密度聚乙烯：10%-20%，管材级高密度聚乙烯60%-85%。其大体制造过程为：1）按照重量百分比，依次向高速混合机内加入超导电炭黑6%-15%、偶联剂 0.25-1.5%、润滑剂：0.1%-3%、包覆红磷2%-8%及相容剂0.1%-2%，高速搅拌6-8分钟，待高速混合机加热至60-80℃，进行放料冷却。2）待原材料冷却完成后，使用所得冷却料、10%线性低密度聚乙烯和1%-4%分散剂加入至密炼机进行密炼，密炼至120-130℃时加入剩余10%线性低密度聚乙烯，密炼至170-180℃时放料。将所得冷却料块使用破碎机进行破碎，破碎料块最大尺寸小于5mm。3）将所得破碎料块、60%-85%管材级高密度聚乙烯使用高速混合机混合6-8分钟，将混合后物料通过单螺杆挤出设备进行造粒，在挤出过程中熔体温度控制在160-180℃，获得具备抗静电阻燃功能矿用高密度聚乙烯。

实施例五

单阻燃型矿用高密度聚乙烯是一种具备阻燃性能的改性高密度聚乙烯。其重量百分比大致为包覆红磷2-8%，色素炭黑5%-10%，偶联剂 0.25-1.5%，分散剂1%-4%，相容剂0.1%-2%，线性低密度聚乙烯10%-20%，管材级高密度聚乙烯50%-75%。其制造过程为：1）按照重量百分比，依次向高速混合机内加入包覆红磷2-8%、色素炭黑5%-10%、偶联剂 0.25-1.5%、相容剂0.1%-2%，高速搅拌6-8分钟，待高速混合机加热至60-80℃，进行放料冷却。2）待原材料冷却完成后，使用所得冷却料、10%线性低密度聚乙烯和1%-4%%分散剂加入至密炼机进行密炼，密炼至120-130℃时加入剩余10%线性低密度聚乙烯，密炼至170-180℃时放料。将所得冷却料块使用破碎机进行破碎，破碎料块最大尺寸小于5mm。3）将所得破碎料块、50%-75%管材级高密度聚乙烯使用高速混合机混合6-8分钟，将混合后物料通过单螺杆挤出设备进行造粒，在挤出过程中熔体温度控制在160-180℃，获得具备阻燃功能矿用高密度聚乙烯。

实施例六

以DN300*12.5mm*1.0MPa抽放瓦斯管材为例，其管材三层结构均使用抗静电阻燃型矿用高密度聚乙烯，使得管材具备抗静电、阻燃性能。基于以上方法制造的管材其实测性能指标如下，内外表面电阻值实测值4.5×105Ω，管材的酒精喷灯燃烧有焰燃烧时间的单个值均不大于2.6 s，无焰燃烧时间的单个值均不大于15 s，管材的抗拉强度实测值19.3MPa，管材的环刚度实测值为20.6kN㎡，管材在20℃、2.0MPa、1h条件下进行短期静液压试验未破裂及渗漏，管材在20℃、1.5MPa、100h条件下进行短期静液压试验未破裂及渗漏，管材在-0.097MPa、100h负压条件下未吸扁及破坏，管材在20℃下进行爆破试验压力为4.6MPa，管材样条在23℃、3kg、2m试验条件下落锤冲击均未发生破坏。根据以上管材达到指标看，其远超MT181-88《煤矿井下用塑料管安全性能检验规范》、AQ1071-2009《煤矿用非金属瓦斯输送管材安全技术要求》。

实施例七

以DN250*12.5mm*1.0MPa煤矿井下用给排水管材为例，管材外一层使用抗静电阻燃矿用高密度聚乙烯原材料，外二层及内层使用阻燃矿用高密度聚乙烯原材料，使得管材满足外层抗静电要求，管材整体具备阻燃性能，并满足MT181-88《煤矿井下用塑料管安全性能检验规范》要求，管材长期耐压性能满足设计公称压力要求。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征以及本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。