纤维增强塑料排水管的制作方法

本实用新型涉及一种纤维增强塑料排水管，特别涉及一种增强型塑料排水管。

背景技术：

埋地塑料排水管具有内壁光滑摩阻力小、接口严密不渗漏、耐腐蚀性能好等优点，广泛应用在排水管道工程中。目前应用较多的管材结构形式有双壁波纹管、钢带增强管、缠绕结构壁管、钢塑复合管等，从管材的材料分有聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯，市政工程中应用较多的是聚乙烯PE排水管。排水管道设计中，是按照管道在正常使用极限状态下，组合荷载作用下管道最大竖向变形不超过5%的计算管径，竖向变形量与管道覆土厚度、地面荷载、管材的环刚度等参数有关。塑料管材一个主要参数就是环刚度，是管道抵抗环向变形的能力，是管材的一项主要力学指标。管材的环刚度S_P=EI/D₀³，E为材料的弹性模量，I为管壁单位长度的截面惯性矩，D₀为圆形管材计算直径。从公式可以看出，管径一定时，E和I与环刚度成正比，材料的弹性模量对管材的环刚度起到直接的作用。市政排水管道管径一般都是大于等于300mm，使用较多的塑料排水管是聚乙烯管，为了提高环刚度，从提高截面惯性矩着手，有内肋增强缠绕结构壁管、中空圆缠绕结构壁管等，但由于聚乙烯材料本身的材料模量较低，采用改变管材构造的方法提高环刚度，造成管材构造尺寸增大，材料增加，增加成本。

技术实现要素：

本实用新型的目的是：提供一种纤维增强塑料排水管，克服了现有技术缠绕结构壁管单纯采用聚乙烯制造，材料弹性模量低的缺陷。在管材内外壁受力部位采用浸塑纤维缠绕，利用抗拉强度高的纤维增强管材抵抗变形的能力。有益效果是：管材内外壁和接口仍然采用塑料材料，保证流水性能及接口的严密，内侧采用浸塑纤维缠绕，浸塑纤维能够很好地与塑料管壁结合，通过提高材料的弹性模量提高管材的环刚度和抗弯强度，降低管材成本。

本实用新型是通过以下技术实现的：纤维增强塑料排水管，由内壁1、内纤维层2、外纤维层3、外壁4、支撑肋5、内层6组成，内壁1为塑料材料构成的管状基体，两端设置管道接口，内纤维层2为浸塑的网状纤维格栅，施加张拉应力缠绕在内壁1的外侧，支撑肋5为塑料材料，间隔设置在内纤维层2的外侧，并透过内纤维层2的网孔与内壁1熔融结合固定，支撑肋5的周围采用轻质的发泡塑料填充构成内层6，内层6的顶面与支撑肋5平齐，外纤维层3为浸塑的网状纤维格栅，施加张拉应力缠绕在内层6的外侧，最外层为塑料材料缠绕构成的外壁4。

所述的内壁1、外壁4、支撑肋5为聚乙烯构成，或者是纤维增强聚乙烯构成。

所述的内纤维层2、外纤维层3为浸塑玻璃纤维格栅，或者为浸塑芳纶纤维格栅，或者为浸塑碳纤维格栅。

所述的内纤维层2、外纤维层3为连续的带状格栅，幅面宽度为50～300mm，格栅网径为10～30mm，缠绕搭接重叠宽度5～20mm。

所述的内纤维层2、外纤维层3缠绕施加张拉应力为带状格栅抗拉强度的20%～50%。

所述的支撑肋5为实心肋板，或者为空心肋管，支撑肋5沿管材纵向间隔环向设置，或者螺旋缠绕设置。

本实用新型采用热塑缠绕的工艺制作，在现有技术的缠绕结构壁管的基层上，在内侧和外侧增加了弹性模量和抗拉强度高的浸塑纤维材料缠绕，主要通过从提高材料弹性模量入手提高管材的环刚度。其次采用支撑肋5和内层6作为支撑，增设了外结构层。内层6采用硬质聚氨酯发泡材料，具有重量轻、比强度高、价格低的优点。在截面惯性矩作用最大的外侧设置外纤维层3、外壁4，充分发挥材料截面惯性矩对管材强度的作用，从而提高管材的环刚度。外壁4外侧为平壁，对管道埋设管土共同作用起到良好的作用。

附图说明

图1为环向间隔支撑肋型管材横剖面图；

图2为环向间隔支撑肋型管材纵剖面图；

图3为螺旋缠绕支撑肋型管材横剖面图；

图4为螺旋缠绕支撑肋型管材纵剖面图。

具体实施方式

本实用新型纤维增强塑料排水管，由内壁1、内纤维层2、外纤维层3、外壁4、支撑肋5、内层6组成，内壁1为塑料材料构成的管状基体，两端设置管道接口，内纤维层2为浸塑的网状纤维格栅，施加张拉应力缠绕在内壁1的外侧，支撑肋5为塑料材料，间隔设置在内纤维层2的外侧，并透过内纤维层2的网孔与内壁1熔融结合固定，支撑肋5的周围采用轻质的发泡塑料填充构成内层6，内层6的顶面与支撑肋5平齐，外纤维层3为浸塑的网状纤维格栅，施加张拉应力缠绕在内层6的外侧，最外层为塑料材料缠绕构成的外壁4。

管材的内壁1、外壁4、支撑肋5材料为聚乙烯，或者是纤维增强聚乙烯，优选纤维增强聚乙烯，在聚乙烯中添加一定数量的纤维可以大幅度地提高塑料的弹性模量，达到提高管材环刚度的目的。

内纤维层2和外纤维层3为浸塑的连续带状格栅，是采用纤维编织的格栅再经过浸塑处理。纤维为玻璃纤维，或者为芳纶纤维，或者为碳纤维，优选玻璃纤维，玻璃纤维是一种机械强度高、价格低的无机材料，是性能优异的增强纤维。玻璃纤维采用无捻粗纱平纹经纬方向编制成连续的带状格栅，带状格栅幅面宽度为50～300mm，格栅网径为10～30mm。编制好的格栅进行浸塑，使经纬方向的纤维被聚乙烯材料包裹，经冷却后缠绕成圈备用。纤维格栅浸塑这道工序也可以在管材制作时进行，在缠绕内纤维层2和外纤维层3时，浸塑的纤维格栅没有冷却，直接缠绕到缠绕内纤维层2和外纤维层3外侧，省去了对格栅喷火融化格栅包裹的塑料。

本实用新型的实施采用热塑缠绕工艺。内壁1构成管材过水断面和支撑外壁4、支撑肋5、内层6的管状基体，先在制管设备的内膜上采用聚乙烯热塑缠绕内壁1的平壁，管材的两端缠绕制作承口和插口，两端的承插口与内壁1连为一体。在内壁1的外侧缠绕内纤维层2，缠绕时施加张拉应力将格栅拉紧，并给格栅喷火加热，使内纤维层2包裹的聚乙烯与内壁1熔合在一起，施加张拉应力为带状格栅抗拉强度的20%～50%，缠绕搭接重叠宽度5～20mm。

内纤维层2缠绕完成后，在内壁1和内纤维层2的外侧设置支撑肋5。支撑肋5分环向间隔支撑肋和螺旋缠绕支撑肋。环向间隔支撑肋，支撑肋5沿管材纵向间隔环向设置，即每一道支撑肋5是一个环状，相互平行。螺旋缠绕支撑肋，支撑肋5螺旋缠绕设置，即支撑肋5为缠绕的螺旋状。支撑肋5的间距50～200mm。支撑肋5透过内纤维层2的网孔与内壁1熔合在一起。支撑肋5为实心肋板，或者为空心肋管。因为支撑肋5的作用是设置内层6的基准以及缠绕外壁4的支撑，不作为受力构件，因此，每一道或每一圈支撑肋5可以是连续的，也可以是间断的。

支撑肋5设置完成后，以支撑肋5的顶部为基准，在支撑肋5的周围采用硬质发泡塑料填充构成内层6，发泡塑料为聚氨酯化学发泡。发泡时模具旋转，制管设备上的刮板借助支撑肋5的支撑，在发泡塑料固化前刮平填充的聚氨酯，发泡聚氨酯固化后形成内层6，内层6的顶面与支撑肋5平齐。

在支撑肋5和内层6的外侧缠绕外纤维层3，缠绕时施加张力应力拉紧，并给格栅喷火加热，使外纤维层3包裹的聚乙烯与两端管承插口和中间的支撑肋5熔合在一起，施加张拉应力为带状格栅抗拉强度的20%～50%，缠绕搭接重叠宽度5～20mm。

在最外层采用聚乙烯热塑缠绕外壁4。外壁4的两端与承插口要有足够的搭接宽度，并热熔在一起，外壁4在管材中间与外纤维层3包裹的聚乙烯和支撑肋5热熔在一起，使整根管材的内壁1、内纤维层2、外纤维层3、外壁4、支撑肋5的聚乙烯相互热熔连接，管材受力时各结构层相互限制位移，形成受力的整体，对提高管材环刚度起到积极地作用。

本实用新型环向间隔支撑肋型管材横剖面图见图1，环向间隔支撑肋型管材纵剖面图见图2，从图1图2可以看出，支撑肋5为相互平行的环，相隔一定间距设置，图1显示每一道支撑肋5是间断的。本实用新型螺旋缠绕支撑肋型管材横剖面图见图3，螺旋缠绕支撑肋型管材纵剖面图见图4，由于支撑肋5是螺旋设置，图3是沿管材上部支撑肋5的位置横向剖切，因此支撑肋5被剖切到螺旋的斜断面，显示出剖切部分的支撑肋5，其余部分未剖切到。

本实用新型的纤维增强塑料排水管制作的定尺长度一般6～10m，施工时如需截断，可采用与管径配套的管帽连接在截断的管端，管帽有承口转换和插口转换，可根据需要选择。

本申请的附图仅是本实用新型的两个实施例，凡是在结构壁的内层和外侧设置浸塑纤维格栅缠绕增强的塑料排水管材，均在本申请的保护范围内。