螺旋双峰结构波纹管及其制造方法与流程

本发明涉及波纹管领域，特别涉及一种螺旋双峰结构波纹管及其制造方法。

背景技术：

目前排水排污等领域的管材一般为钢塑复合螺旋波纹管和hdpe双壁波纹管，其中钢塑复合螺旋波纹管存在如下的缺点：1、钢与塑料的粘接性较差，在加工过程中，钢带存在极大的内应力，造成管材在室外放置一定时间后，因热胀冷缩等因素的影响，钢塑出现严重的分离现象，从而造成管材在埋地后，其环刚度严重下降，引起工程事故；2、由于钢带的耐腐蚀性较差，在生产和施工过程中，易造成钢带腐蚀，从而破坏管材引起工程事故；3、冲击性能差，钢塑复合管在受到外力冲击时，钢塑易出现分层；4、抗破坏性较差，管材波峰处为单波峰结构，只要波峰处受到外力破坏，则水液或异物将进入波腔内，腐蚀钢带并破坏内层，最终造成管材的整体破坏。

hdpe双壁波纹管存在如下的缺点：1、管材波峰处为单波峰结构，同时内外层壁厚较薄，抗冲击及抗破坏性均较差；2因波峰处为单波峰结构、管材抗压性能较差，因此整体环刚度较低，一般不超过8kn/m²，如需提高环刚度，则需大幅增加单位材料用量，成本较高；3、生产设备投入高，一般是螺纹波纹管类设备的8倍以上，同时生产越大口径越有局限性，造成生产成本高；同时受技术限制目前不能生产直径超过1500mm管材。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服以上缺点，提供一种螺旋双峰结构波纹管及其制造方法，该波纹管通过设置双波峰中空增强层，不仅使得波纹管具有更优良的抗压强度、抗破坏性和环刚性，而且大波峰层和小波峰层共同起到增强作用，使管材无应力集中点，受力更加均匀，各部位抗压性能一致，大大延长了使用寿命，该制造方法不仅工艺稳定、操作简单、生产速度快，而且熔接强度高、质量稳定。

本发明是这样实现的：

方案(一)：

一种螺旋双峰结构波纹管，其特征在于：该波纹管包括外层、双波峰中空增强层以及内层，所述外层为波峰和波谷相间结构且沿波纹管轴向方向呈螺旋分布设置，所述内层为圆筒形，所述内层的外表面与外层的波谷内表面固定连接，所述内层外表面与外层的波峰内表面之间围成一个螺旋状空腔，所述双波峰中空增强层为螺旋状且设置于螺旋状空腔内，所述双波峰中空增强层包括大波峰层、套设于大波峰层内的小波峰层以及分别连接于大波峰层和小波峰层底端两侧之间的连接壁，所述大波峰层内表面和小波峰层外表面之间留有间隙，所述大波峰层外表面与外层的波峰内表面固定连接，所述连接壁的内表面与内层的外表面固定连接。

优选的，所述外层和内层为聚乙烯层或聚丙烯层，所述双波峰中空增强层为改性聚乙烯层或改性聚丙烯层。

优选的，所述外层的厚度为2～8mm，所述内层的厚度为2～10mm，所述大波峰层和小波峰层的厚度均为2～6mm。

为了进一步提高环刚度，所述大波峰层的高度为小波峰层高度的1.2～2.5倍，所述大波峰层的宽度为小波峰层宽度的1.2～2.5倍，所述大波峰层的高度为大波峰层宽度的0.8～1.5倍，所述小波峰层的高度为小波峰层宽度的0.8～1.5倍。

为了进一步提高环刚度，同时降低制造成本，所述外层波峰的宽度为外层波谷宽度的0.8～1.8倍，所述外层波峰的高度为内层内径的3.5％～6.5％。

优选的，所述内层采用长条形片状料坯螺旋缠绕成圆筒形，长条形片状料坯相邻边的重叠部分相互熔融粘接在一起。如图2、图3所示，长条形片状料坯在螺旋缠绕前两边设有斜边，这样能保证螺旋缠绕后重叠部分和没重叠部分的厚度一致，也可以不设斜边，靠压力把重叠部分的厚度压至和没重叠部分一致。

优选的，所述外层采用长条形片状料坯螺旋粘接于大波峰层外表面和内层外表面，长条形片状料坯相邻边的重叠部分相互熔融粘接在一起。如图2、图3所示，长条形片状料坯在螺旋缠绕前两边设有斜边，这样能保证螺旋缠绕后重叠部分和没重叠部分的厚度一致，也可以不设斜边，靠压力把重叠部分的厚度压至和没重叠部分一致。

方案(二)：

一种螺旋双峰结构波纹管的制造方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

①将制作内层的材料进行熔融，并在模具中成型，形成长条形片状料坯，然后将长条形片状料坯螺旋缠绕成圆筒形，使长条形片状料坯相邻的边部分重叠在一起，然后对相邻边的重叠部分进行熔融粘接，形成内层；

②在进行步骤①时，同时将制作双波峰中空增强层的材料进行熔融，并在模具中挤出带有大波峰层、小波峰层和连接壁的直线条状形双波峰中空增强层型材，然后将双波峰中空增强层型材弯曲成螺旋状，形成双波峰中空增强层；

③将双波峰中空增强层压在内层上与内层进行熔融粘接；

④在完成步骤③后，同时将制作外层的材料进行熔融，并在模具中成型，形成长条形片状料坯，长条形片状料坯螺旋粘接于大波峰层外表面和内层外表面，长条形片状料坯相邻边的重叠部分相互熔融粘接在一起，最终形成螺旋双峰结构波纹管。

优选的，步骤①中熔融的温度为180℃～250℃，长条形片状料坯螺旋缠绕成圆筒形后对圆筒形内壁进行冷却固化并将圆筒形外壁的温度控制在170℃～230℃；

步骤②中熔融的温度为180℃～250℃，熔融前还包括将材料在70℃～100℃的温度下进行烘料的步骤，烘焙时间不低于20min，在模具中挤出双波峰中空增强层型材后将其置于50℃～80℃的冷却水温度下、-0.015mpa～-0.05mpa的真空压力下进行冷却成型，冷却成型后通过牵引机将冷却后的双波峰中空增强层型材以1.5m/min～15m/min的速度匀速、连续的牵引出来，牵引出来后进行预热，使双波峰中空增强层型材的表面温度控制在120℃～160℃；

步骤③中将双波峰中空增强层压在内层上之前先对双波峰中空增强层进行再预热至130℃以上；

步骤④中熔融的温度为180℃～250℃。

优选的，所述双波峰中空增强层与内层和外层通过管材复合缠绕机进行螺旋缠绕并熔融粘接。

较之现有技术而言，本发明具有以下优点：

(1)本发明提供的螺旋双峰结构波纹管及其制造方法，该波纹管通过设置双波峰中空增强层，不仅使得波纹管具有更优良的抗压强度、抗破坏性和环刚性，而且大波峰层和小波峰层共同起到增强作用，使管材无应力集中点，受力更加均匀，各部位抗压性能一致，大大延长了使用寿命，该制造方法不仅工艺稳定、操作简单、生产速度快，而且熔接强度高、质量稳定；

(2)本发明提供的螺旋双峰结构波纹管，双波峰中空增强层使用强度优良的改性pp或pe材料，使管材具有更加优良的环刚度，环刚度可达16kn/m²以上，而且双波峰的结构即使大波峰层损坏了，有小波峰层的保护，波纹管仍然可以正常使用；

(3)本发明提供的螺旋双峰结构波纹管，外层采用韧性优良的pp或pe材质材料，使管材具有良好的抗冲击性能，内层采用韧性优良的pp或pe材质，使管材具有优良的耐低温性能；

(4)本发明提供的螺旋双峰结构波纹管，各层均采用相容性良好的材质，并经高温熔融复合，确保各层复合良好，使管材具有良好的结构性能，使用寿命长；

(5)本发明提供的螺旋双峰结构波纹管，双峰结构的优点是目前其它结构所不具备的，如钢带类复合管主要靠钢带增强，塑料层只是起到一个保护钢带不被腐蚀的作用，但这样存在一些严重问题，比如，钢塑的相容性问题，时间长了经过热胀冷缩，两者会分层；同时因为钢与塑两者的力学性能差异非常大，造成存在严重的内应力，久而久之，就会造成管材开裂；

(6)本发明提供的螺旋双峰结构波纹管，内层采用长条形片状料坯螺旋缠绕成圆筒形，长条形片状料坯相邻边的重叠部分相互熔融粘接在一起，有利于实现小设备做大管，降低设备投入，简化设备；

(7)本发明提供的螺旋双峰结构波纹管，因采用全塑材质，且各层之间材料特性差异小，易于控制，整个生产工艺稳定易操作；

(8)本发明提供的螺旋双峰结构波纹管，相比于钢塑类复合管，因钢与塑的差异非常大，造成钢带的预处理工序复杂，影响管材的生产速度，该制造方法的速度是钢塑类复合管的3倍以上；

(9)本发明提供的螺旋双峰结构波纹管，外层和内层均为高温熔融热态与双波峰中空增强层缠绕复合，熔接强度高；同时，双波峰中空增强层经高温预处理，又经外层和内层的包覆，使之管材的整个熔接强度非常高，很好的确保了各层之间的熔接强度；

(10)本发明提供的螺旋双峰结构波纹管，设计巧妙，使用性能可靠，具有广阔的市场前景。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步说明：

图1是本发明螺旋双峰结构波纹管的三维结构示意图；

图2是本发明螺旋双峰结构波纹管的纵剖视图；

图3是图2中a局部放大示意图；

图4是本发明双波峰中空增强层的截面图。

图中符号说明：1、外层，2、双波峰中空增强层，21、大波峰层，22、小波峰层，23、连接壁，3、内层，h1、大波峰层高度，h2、小波峰层高度，h3、外层波峰高度，b1、大波峰层宽度，b2、小波峰层宽度，b3、外层波峰宽度，b4、外层波谷宽度，d、波纹管内径。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明内容进行详细说明：

具体实施方式(一)：

如图1-4所示为本发明提供的一种螺旋双峰结构波纹管，其特征在于：该波纹管包括外层1、双波峰中空增强层2以及内层3，所述外层1为波峰和波谷相间结构且沿波纹管轴向方向呈螺旋分布设置，所述内层3为圆筒形，所述内层3的外表面与外层1的波谷内表面固定连接，所述内层3外表面与外层1的波峰内表面之间围成一个螺旋状空腔，所述双波峰中空增强层2为螺旋状且设置于螺旋状空腔内，所述双波峰中空增强层2包括大波峰层21、套设于大波峰层21内的小波峰层22以及分别连接于大波峰层21和小波峰层22底端两侧之间的连接壁23，所述大波峰层21内表面和小波峰层22外表面之间留有间隙，所述大波峰层21外表面与外层1的波峰内表面固定连接，所述连接壁23的内表面与内层3的外表面固定连接。

双峰结构的优点是目前其它结构所不具备的，如钢带类复合管主要靠钢带增强，塑料层只是起到一个保护钢带不被腐蚀的作用，但这样存在一些严重问题，比如，钢塑的相容性问题，时间长了经过热胀冷缩，两者会分层；同时因为钢与塑两者的力学性能差异非常大，造成存在严重的内应力，久而久之，就会造成管材开裂。双波峰的设计，提高了管材的抗压强度和抗破坏性，同时，相比原先单波峰管材仅仅靠一个波峰增强的方式，双波峰的小波峰层与大波峰层起到了一个共增强的作用，使管材整体受力更均匀，没有应力集中点，所以，也尽可能的消除了管材的薄弱点，整个管材从结构设计上尽可能的做到受力分散，各部位抗压性能尽可能一致，同时，因为双波峰设计提高了管材的抗压强度，因此，管材的材质可以做到尽可能的一致性，而不需要选择一些模量高的材质，现有管材中为了确保这些高模量材质的韧性或抗腐蚀性，又补充一些韧性优良的材料，造成在选材上存在极端，两种差异极大的材质融合在一起形成严重的内应力，给管材造成极大的质量隐患，长期性能受到严重影响。

优选的，所述外层1和内层3为聚乙烯层或聚丙烯层，使管材具有良好的抗冲击性能，所述双波峰中空增强层2为改性聚乙烯层或改性聚丙烯层，使管材具有优良的耐低温性能。

优选的，所述外层1的厚度为2～8mm，所述内层3的厚度为2～10mm，所述大波峰层21和小波峰层22的厚度均为2～6mm。

参照图4，所述大波峰层21的高度h1为小波峰层22高度h2的1.2～2.5倍，所述大波峰层21的宽度b1为小波峰层22宽度b2的1.2～2.5倍，所述大波峰层21的高度h1为大波峰层21宽度b1的0.8～1.5倍，所述小波峰层22的高度h2为小波峰层22宽度b2的0.8～1.5倍。这样设置主要是为了提高环刚度，大波峰层与小波峰层的宽度和高度比例也是考虑，两者尽可能的能共同分担管材所承受的外部压力，起到共增强的效果，这样设置能使大波峰层承受外部对波峰处压力的60％～70％，小波峰层承受外部对波峰处压力的30％～40％，达到最优的效果。

参照图2，为了进一步提高环刚度，同时降低制造成本，所述外层1波峰的宽度b3为外层1波谷宽度b4的0.8～1.8倍，所述外层1波峰的高度h3为内层3内径d的3.5％～6.5％。这样设置是为了尽量做到波峰与波谷的抗压强度尽量接近，如果波谷地方太宽了，那就会造成波谷地方的抗压强度会与波峰处差异太大，形成薄弱点，这样设置能使波峰承受60％～70％的外部压力，达到最优的效果。如果波峰太低，就会造成管材惯性矩小，造成抗压强度下降，即环刚度偏低。如果波峰越高，管材的抗压强度会越高，即环刚度越高，但设置上限是考虑太高了用料更多，成本增加。

优选的，所述内层3采用长条形片状料坯螺旋缠绕成圆筒形，长条形片状料坯相邻边的重叠部分相互熔融粘接在一起。

优选的，所述外层1采用长条形片状料坯螺旋粘接于大波峰层21外表面和内层3外表面，长条形片状料坯相邻边的重叠部分相互熔融粘接在一起。

具体实施方式(二)：

一种螺旋双峰结构波纹管的制造方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

①将制作内层3的材料进行熔融，并在模具中成型，形成长条形片状料坯，然后将长条形片状料坯螺旋缠绕成圆筒形，使长条形片状料坯相邻的边部分重叠在一起，然后对相邻边的重叠部分进行熔融粘接，形成内层3；

②在进行步骤①时，同时将制作双波峰中空增强层2的材料进行熔融，并在模具中挤出带有大波峰层21、小波峰层22和连接壁23的直线条状形双波峰中空增强层型材，然后将双波峰中空增强层型材弯曲成螺旋状，形成双波峰中空增强层2；

③将双波峰中空增强层2压在内层3上与内层3进行熔融粘接；

④在完成步骤③后，同时将制作外层1的材料进行熔融，并在模具中成型，形成长条形片状料坯，长条形片状料坯螺旋粘接于大波峰层21外表面和内层3外表面，长条形片状料坯相邻边的重叠部分相互熔融粘接在一起，最终形成螺旋双峰结构波纹管。

优选的，步骤①中熔融的温度为180℃～250℃，长条形片状料坯螺旋缠绕成圆筒形后对圆筒形内壁进行冷却固化并将圆筒形外壁的温度控制在170℃～230℃；

步骤②中熔融的温度为180℃～250℃，熔融前还包括将材料在70℃～100℃的温度下进行烘料的步骤，烘焙时间不低于20min，在模具中挤出双波峰中空增强层型材后将其置于50℃～80℃的冷却水温度下、-0.015mpa～-0.05mpa的真空压力下进行冷却成型，冷却成型后通过牵引机将冷却后的双波峰中空增强层型材以1.5m/min～15m/min的速度匀速、连续的牵引出来，牵引出来后进行预热，使双波峰中空增强层型材的表面温度控制在120℃～160℃；

步骤③中将双波峰中空增强层2压在内层3上之前先对双波峰中空增强层2进行再预热至130℃以上；

步骤④中熔融的温度为180℃～250℃。

优选的，所述双波峰中空增强层2与内层3和外层1通过管材复合缠绕机进行螺旋缠绕并熔融粘接。

表1：本发明螺旋双峰结构波纹管与单波峰结构管材的主要性能对比表

从表1中可以看出，本发明的螺旋双峰结构波纹管，环刚度、冲击性能、环柔性和管材重量明显优于现有的管材。

上述具体实施方式只是对本发明的技术方案进行详细解释，本发明并不只仅仅局限于上述实施例，凡是依据本发明原理的任何改进或替换，均应在本发明的保护范围之内。