专利名称：复合管及其制造方法
技术领域：
本发明与钢塑复合管及其制备方法有关。
背景技术：
已有的钢塑复合管由塑料层和钢铁层组成，钢铁层为波纹管，在管上设有小孔，钢铁层设在塑料层之间。这种钢塑复合管利用钢板本身的强度。由于钢板很薄，即使制成波纹状其强度也有限。如果采用厚钢板，则重量和成本增加很大，其结构强度也不处于最佳状态。已有的钢塑复合管的钢铁层波纹管表面压制网纹或冲成翻边或凹坑来增强钢铁层与塑料之间的结合力，工艺复杂，并不能保证钢铁层与塑料之间的结合紧密而不剥离。已有的钢塑复合管要使内压达到10kg/m2，环刚度大于8KN/m2，采用的复合钢板太厚，用量大，同时内、外塑料层也太厚，材料用量大，制造运输安装成本高。
发明的内容本发明的目的是提供一种用料省，强度高，刚度大，重量轻，制造容易，成本低廉的复合管及其制造方法。
本发明是这样实现的本发明复合管，管壁由金属层1的内、外壁分别复合塑料内、外层2、3制成，金属层1为由内壁4、外壁5通过筋6连接构成的空腹结构。
金属层1的内、外壁与塑料内、外层之间有热熔结层7。
金属层1的内壁4、外壁5各由金属带螺旋搭接构成，筋6为至少一个波纹管构成，波纹管的波峰和波谷分别与金属层的内、外壁连接，连接处有热熔结层7。
金属层1的内、外壁有若干孔9，塑料柱8穿过孔9分别与塑料内、外层连接。
金属层的内、外壁上有孔9与波纹管的波峰和波谷上的孔9相对，塑料柱8穿过两个孔9与塑料内层或外层连接。
波纹管的波纹为波浪形或三角形或墙垛形，金属管4的内、外壁为波浪形。
相搭接的金属带两边缘为相配合的凹槽10和凸缘11，波纹管位于一段螺旋圈内。
塑料内层2的厚度为2-18mm，塑料外层3为厚度为3-28mm，金属带的厚度为0.5-2.5mm，管纹管的厚度为0.2-2.5mm，其波峰与波谷间距为5-50mm。
本发明复合管的制造方法，包括如下步骤(1)制备构成金属层的金属带材将已涂复有机粘结剂的有孔两平钢带的边缘分别滚压出相配合的凹槽、凸缘分别作为金属层内，外壁，将已涂复有机粘合剂的有孔平钢带滚压成横向截面具有波纹，作为金属层中间的筋条，将三层钢带分别通过钢带弯曲系统后共同通过叠合装置，张力控制系统，使各层钢带紧密贴合，再经高频加热器加热使三层钢带的有机粘合剂融熔，使三层钢带形成中空的整体金属带材，(2)制备复合管通过里层聚乙烯挤出系统从片材模具挤出一定宽度的聚乙烯片材，搭在若干小滚筒有间距布置构成的大滚筒上，在小滚筒的转动下，里层片材在大滚筒表面上作螺旋形向前转动，转动一周后，前一周的片材一侧与后一周的片材一侧相互搭接，将金属带材搭接在里层片材上螺旋向前转动，带材边缘相互搭接构成金属管，通过热风装置对金属带材表面粘合剂加热，通过外层聚乙烯挤出系统和片材模具挤出外层聚乙烯片材，使金属带材表面粘合剂与外层聚乙烯片材相互融接，外层片材边缘相互搭接，里、外层片材及其之间的金属带材共同通过压轮组件在压力下融合在一起，制成复合管。
内、外壁钢带经滚压系统在一边缘形成凹槽，在另一边缘形成凸缘，钢带在螺旋转动前进中，凹凸边缘相互扣接本发明的金属层为中间增强层，由外层钢带、筋条状钢带、内层钢带制成。三层结构通过加热，辊压后，其上面的有机粘合剂熔接为一体冷却后成为一个较厚的增强体，强度高，每层钢带厚度为0.2～2.5mm，钢带总厚度为1～4mm，内、外塑料层的厚度为3～28mm，用料省，重量轻，内、外层塑料层与中间增强层通过有机粘合剂在热作用下熔接连接，通过各层孔口的塑料相互熔融，冷却后形成一个个塑料“铆钉”将各层相互连接，内、外层塑料由坯带在熔融状态时相互搭接熔融成连续的整体的管材内、外壁，保证管材内部低压介质不泄漏，中间增强层的复合结构能保证管材承受较高的内压(≤10kg/cm2)，又能承受较大的外压(环刚度达到8KN/m以上)。中间增强层的这种空心结构，大幅度的减少钢材和塑料的用量。
本发明的制造方法设备投资省，生产效率高，产品质量好，适于大批量工业化生产，生产成本低。
图1为本发明的结构图。
图2为金属内、外壁结构图(已涂热熔结层)。
图3为图2的俯视图(未涂热熔结层)。
图4为筋的结构图(已涂热熔结层)。
图5为图4的俯视图(未涂热熔结层)。
图6为筋的结构图之二(已涂热熔结层)。
图7为筋的结构图之三(已涂热熔结层)。
图8为筋的结构图之四(已涂热熔结层)。
图9为本发明的金属层结构图。
图10为本发明的生产设备图。
图11为图10的右视图。
图12为本发明制造工艺流程图。
具体实施例方式本发明的复合管的管壁为多层复合结构，典型结构由外向内依次是(见图1)(1)最外层是缠绕的表层HDPE构成的外层3，其厚度为2～18mm；(2)中间增强层金属层1，其结构为3层第一层是外层复合钢带层构成的外壁5，总厚度1～4mm，钢带厚度0.2～2.0mm。其结构如图2，是在有孔9的钢带上涂复有热熔结层7，热熔结层7的主要成份是特种热熔类粘合剂；第二层是筋条状复合钢带构成的筋6，筋条总高度是5～50mm(根据管径不同，高度不同)，其结构见图3。它是在有环状突起筋条的钢带上涂复有复合层，复合层的主要成份是特种热熔类粘合剂，在波峰、波谷处设置有孔9，钢带厚度0.2～2.5mm；第三层是内层复合钢带构成的内壁4，与第一层相似，钢带厚度0.5～2.5mm。中间增强层的三层结构在通过加热(高频、热风和内、外层HDPE传递的热量)、辊压后，其上面涂复的特种粘合剂熔接为一体，冷却后成为一个有厚度的增强体。
(3)最里层也是缠绕的HDPE构成的内层2，其厚度为3～28mm。
三个大的分层(或是5个小的分层最外表层HDPE、外层复合钢带、筋条状复合钢带、内层复合钢带、里层HDPE)主要是通过两种方式相互连接成一体的。最主要的是通过预先复合在钢带上的特种粘合剂在热的作用下相互熔接在一起，其起次要连接作用的是通过孔口的塑料相互熔融、冷却后好象形成一个个塑料的“铆钉”，将各层相互连接起来。里、外层HDPE通过特种粘合剂与内、外层钢带结合在一起，并通过孔口形成塑料“铆钉”与内、外层金刚带结合在一起。中间增强层三层涂复钢带的连接情况也类似，一方面通过热量的输入，使各层粘合剂相互熔接在一起，冷却后，通过孔口形成的塑料“铆钉”把三层连接在一起。
内、外层HDPE通过挤出机挤出的坯带，在熔融状态时相互搭接熔融成连续整体的管材内外壁，保证管材内部低压介质不泄漏。中间层一方面因其有很高的强度，保证管材能够承受较高的内压(≤10kg/cm2)，另一方面，这种复合结构还可以使管材整体能够承受较大的外压(环刚度达到8KN/m以上)，保证这种管材既能承受一定的内压，又可以有很高的环刚度。中间层的这种空心结构，还可以大幅度的减少钢材的用量和塑料的用量。
中间增强层的两侧内、外层复合钢带边上可以是平的，也可以是带凹槽的。
如果是平的，无凹槽，则相邻的两组中间增强层可以通过内、外层复合钢带边缘的孔口所形成的塑料“铆钉”完成管材在纵向的整体连接。如果有了凹槽，两组中间增强层既通过内、外层复合钢带的边缘的凹槽完成纵向连接，另一方面也通过塑料“铆钉”完成纵向连接，共同承受管材在内压作用下的轴向力。
内、外复合钢带、筋条状复合钢带波峰、波谷上的孔口基本是一一对应的。
筋条状复合钢带形状可以为各种形状波浪形、墙垛形、三角形……。
内、外复合钢带也可以做成小波浪形状。
管材生产设备系统构成管材生产设备包括机架；传动系统；表层、里层聚乙烯片材挤出系统；加热系统；钢带轧制系统；钢带弯曲系统；钢带叠合装置；主小辊筒成型系统；冷却系统。
管材生产设备各主要部件功能说明
(16)内、外层复合钢带边缘凹槽滚压系统此系统采用普通钢带滚压轧制机组。用于将已涂复有粘合剂的有孔平钢带5/或4的边缘进行滚压，使钢带两边纵向产生连续的凹槽形式，便于管材制备过程中，钢带边缘相互扣接，以增加里、外钢带层的接合性能。在生产过程中也可不对钢带进行滚压。
(15)筋条状复合钢带滚压筋系统此系统采用普通钢带多组滚压轧制机组。用于将已涂复有粘合剂的有孔平钢带连续滚压成型为横向截面具有波纹形状的筋条状复合钢带6，便于在管材中与平钢带5和4共同形成中空的增强结构。
(14)内、外层复合钢带通道为上下通道式结构。作用是规整钢带。
(31、12、13)钢带弯曲系统图中31、12、13同为钢带弯曲系统，不同的是12和13采用现有的三组式弯曲轮结构的弯曲机构，而筋条状复合钢带弯曲系统31采用我公司已有专利(专利号200320115302.0)“波纹管复合加强筋的金属板成型加工装置”进行弯曲。31、12、13的作用是使已轧制好的平钢带或筋条状钢带在不同曲率的作用下弯曲为大于管材内径的螺旋形，便于送于下一道工序。
(19、20)钢带叠合、张力控制装置此两个装置的作用是便里层钢带、筋条状钢带、外层钢带紧紧的贴合在一起。
(18、17)高频电源、高频加热圈采用现有高频加热器，制作适应我们增强钢带层的高频加热圈。此系统用于对叠合好的三层钢带整体快速加热使三层钢带上已涂复好的粘合剂(塑料)达到融熔状态，使三层钢带的粘合剂通过挤压从钢带孔中相互渗透达到三层钢带融熔粘接的效果，使三层钢带从独立的钢带形成一个整体，从而形成管材内中空的钢增强层。
(26、27)热风装置和热风喷嘴热风装置采用鼓风机加加热器形式。热风系统用于加热空气达到180～220℃左右，使已复合上管材里聚乙烯层的钢增强层外表面粘合剂达到融熔状态，利于钢增强层表面与表层聚乙烯层融熔复合。
(21)压轮组件压轮组件由一个或几个压轮组成，具有可调性，作用是把接近管材内径的熔接好的钢增强层紧紧的压贴并融接于管材里层聚乙烯层上。
(30)主动回转小滚筒系统此系统由减速电机、传动轴、链条、多根小滚筒组成。减速电机转动，通过传动轴，然后带动环绕于各小滚筒上的链条，从而带动所有小滚筒单独呈逆时针方面均速旋转，小滚筒的转动带动整个管材旋转。小滚筒转轴固定于机架墙板上。通过增加小滚筒的数量和改变位置而形成的圆来确定管材的内径。
(28)里层聚乙烯挤出系统采用单螺杆聚乙烯塑料挤出机加片材挤出模具组成。用于挤出聚乙烯片材，通过小滚筒的旋转，片材两侧相互融熔搭接，从而连续的形成管材里层聚乙烯层。
(29)表层聚乙烯挤出系统采用单螺杆聚乙烯塑料挤出机加片材挤出模具组成。用于挤出聚乙烯片材，通过小滚筒的旋转，带动管材半成品旋转，挤出的片材两侧相互融熔搭接，从而连续的形成管材里表层聚乙烯层。
管材生产过程如下1)里层聚乙烯层制备通过里层聚乙烯挤出系统28从片材模具挤出一定宽度的聚乙烯片材，搭在小滚筒30上，在小滚筒的转动下带动片材在小滚筒表面作螺旋形向前转动，在转动一周后，前一周的片材一侧与后一周的片材一侧相互搭接，通过压轮一定的压力下融合在一起。以此类推，从而连接形成管材的里层聚乙烯层。
2)中间钢增强层的制备与里层聚乙烯层的融接在连续制备一定里层聚乙烯层的同时，把已涂复好的粘合剂的有孔钢带分别放入内、外层复合钢带边缘凹槽滚压系统16和筋条状复合钢带滚压筋系统15，经轧制后进入钢带弯曲系统，在线弯曲为圆形，在弯曲后端通过叠合装置19、张力接制系统20、高频加热圈17对三层钢带进行叠合、加热、融熔接合，形成整体式钢增强层。然后在压轮21的挤压下将整体钢增强层融接于管材里层聚乙烯层上，一起转动。
3)表层聚乙烯层的制备在已融接有钢增强层的管材半成品连续制造中，通过热风装置26和热风喷嘴27对钢增强层表面粘合剂加热，通过表层聚乙烯挤出系统29和片材模具挤出聚乙烯片材，使增强层表面的粘合剂与表层聚乙烯片材相互融接，在旋转一周后，前一周的片材一侧与后一周的片材一侧相互搭接，通过压轮一定的压力下融合在一起。以此类推，从而连接形成管材的表层聚乙烯层。
通过以上连续的生产过程从而造出具有图1结构的里、表层为实平面，中间为中空钢增强层的复合塑料管材。
权利要求
1.复合管，其特征在于管壁由金属层(1)的内、外壁分别复合塑料内、外层(2)、(3)制成，金属层(1)为由内壁(4)、外壁(5)通过筋(6)连接构成的空腹结构。
2.根据权利要求1所述的复合管，其特征在于金属层(1)的内、外壁与塑料内、外层之间有热熔结层(7)。
3.根据权利要求1所述的复合管，其特征在于金属层(1)的内壁(4)、外壁(5)各由金属带螺旋搭接构成，筋(6)为至少一个波纹管构成，波纹管的波峰和波谷分别与金属层的内、外壁连接，连接处有热熔结层(7)。
4.根据权利要求1所述的复合管，其特征在于金属层(1)的内、外壁有若干孔(9)，塑料柱(8)穿过孔(9)分别与塑料内、外层连接。
5.根据权利要求3所述的复合管，其特征在于金属层的内、外壁上有孔(9)与波纹管的波峰和波谷上的孔(9)相对，塑料柱(8)穿过两个孔(9)与塑料内层或外层连接。
6.根据权利要求5所述的复合管，其特征在于所说的波纹管的波纹为波浪形或三角形或墙垛形，金属管(4)的内、外壁为波浪形。
7.根据权利要求3所述的复合管，其特征在于相搭接的金属带两边缘为相配合的凹槽(10)和凸缘(11)，波纹管位于一段螺旋圈内。
8.根据权利要求3所述的复合管，其特征在于塑料内层(2)的厚度为2-18mm，塑料外层(3)为厚度为3-28mm，金属带的厚度为0.5-2.5mm，管纹管的厚度为0.2-2.5mm，其波峰与波谷间距为5-50mm。
9.复合管的制造方法，包括如下步骤(1)制备构成金属层的金属带材将已涂复有机粘结剂的有孔两平钢带的边缘分别滚压出相配合的凹槽、凸缘分别作为金属层内，外壁，将已涂复有机粘合剂的有孔平钢带滚压成横向截面具有波纹，作为金属层中间的筋条，将三层钢带分别通过钢带弯曲系统后共同通过叠合装置，张力控制系统，使各层钢带紧密贴合，再经高频加热器加热使三层钢带的有机粘合剂融熔，使三层钢带形成中空的整体金属带材，(2)制备复合管通过里层聚乙烯挤出系统从片材模具挤出一定宽度的聚乙烯片材，搭在若干小滚筒有间距布置构成的大滚筒上，在小滚筒的转动下，里层片材在大滚筒表面上作螺旋形向前转动，转动一周后，前一周的片材一侧与后一周的片材一侧相互搭接，将金属带材搭接在里层片材上螺旋向前转动，带材边缘相互搭接构成金属管，通过热风装置对金属带材表面粘合剂加热，通过外层聚乙烯挤出系统和片材模具挤出外层聚乙烯片材，使金属带材表面粘合剂与外层聚乙烯片材相互融接，外层片材边缘相互搭接，里、外层片材及其之间的金属带材共同通过压轮组件在压力下融合在一起，制成复合管。
10.根据权利要求9所述的复合管，其特征在于内、外壁钢带经滚压系统在一边缘形成凹槽，在另一边缘形成凸缘，钢带在螺旋转动前进中，凹凸边缘相互扣接。
全文摘要
本发明为复合管，管壁由金属层(1)的内、外壁分别复合塑料内、外层(2)、(3)制成，金属层(1)为由内壁(4)、外壁(5)通过筋(6)连接构成的空腹结构。
文档编号F16L9/147GK1632360SQ20041008157
公开日2005年6月29日 申请日期2004年12月23日 优先权日2004年12月23日
发明者蒯一希 申请人:蒯一希