CN109488815A - 一种新型hdpe缠绕结构壁管及其制作工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型HDPE缠绕结构壁管，包括基体管，基体管的外侧设有波纹管、增强支撑管和包覆层，增强支撑管包覆在波纹管的外面，波纹管和增强支撑管的结合体沿基体管的轴向缠绕在基体管的外侧面上并呈螺旋状设置，增强支撑管与基体管的外侧面连接；包覆层包覆在基体管和增强支撑管的外面，包覆层与基体管、增强支撑管的外侧面均连接；基体管、增强支撑管和包覆层均采用高密度聚乙烯制成。本发明还提供了上述新型HDPE缠绕结构壁管的制作工艺。这种新型HDPE缠绕结构壁管兼具较好的柔韧性和环刚度，并且制作工艺简单、快速，可有效节省生产材料，降低制作成本。
Description
技术领域
本发明涉及塑料管材技术领域，具体涉及一种新型HDPE缠绕结构壁管及其制作工艺。
背景技术
目前，国内普遍使用钢塑排水管，它的优点是环刚度高，但存在不足之处：一是塑料与钢材的弹性模量和热膨胀系数相差过大，在内外力作用下容易造成管壁开裂；二是钢的耐腐蚀性能差，钢带一旦受腐蚀易损坏，从而影响管体的使用，三是成型工艺复杂，容易造成生产材料的浪费，导致制作成本较高。而采用纯HDPE双壁波纹管，它是由原材料经过挤出机挤出成型的方式，经过模具和波纹管成型机生产出的。但是，传统的生产方式生产出来的双壁波纹管存在以下缺点：环刚度不够良好，不能承受更大的土壤负荷力；难以制成大口径管体。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种新型HDPE缠绕结构壁管及其制作工艺，这种新型HDPE缠绕结构壁管兼具较好的柔韧性和环刚度，并且制作工艺简单、快速，可有效节省生产材料，降低制作成本。采用的技术方案如下：
一种新型HDPE缠绕结构壁管，包括基体管，其特征在于：所述基体管的外侧设有波纹管、增强支撑管和包覆层，增强支撑管包覆在波纹管的外面，波纹管和增强支撑管的结合体沿基体管的轴向缠绕在基体管的外侧面上并且呈螺旋状设置，增强支撑管与基体管的外侧面连接；包覆层包覆在基体管和增强支撑管的外面，包覆层与基体管、增强支撑管的外侧面均连接；基体管、增强支撑管和包覆层均采用高密度聚乙烯制成。
通常，上述增强支撑管与基体管的连接、基体管和增强支撑管与包覆层的连接均采用热熔的方式来实现。
上述新型HDPE缠绕结构壁管中，通过在基体管的外侧面上缠绕波纹管和增强支撑管的结合体，使增强支撑管与基体管的外侧面连接，这样可大大增强基体管的环刚度，使基体管既具有足够的抗压和抗冲击强度，又具有良好的柔韧性；并且通过在基体管和增强支撑管的外面包覆包覆层，使包覆层与基体管、增强支撑管的外侧面均连接，这样可使基体管和增强支撑管的结合更加紧密、更加牢固，更重要的是，对于波纹管的固定是通过增强支撑管对波纹管的包覆、增强支撑管与基体管的连接、包覆层与基体管及增强支撑管的连接，这样的多重包覆和连接使波纹管与增强支撑管的结合体牢固紧密地固定在基体管上。上述基体管、增强支撑管和包覆层均采用高密度聚乙烯制成，由于高密度聚乙烯材料具有极强的耐化学腐蚀和侵蚀的能力，因此新型HDPE缠绕结构壁管在输送腐蚀性流体或在腐蚀性地土壤中敷设时，不须防腐处理，性能大大优于其它管材；此外，由于高密度聚乙烯材料无任何毒性，在生产过程中也无任何杂物产生，可将废管道全部进行回收再利用，属于环保安全型绿色产品。
优选方案中，上述波纹管为单壁波纹管，单壁波纹管采用聚丙烯或聚乙烯制成。这样，可进一步提高新型HDPE缠绕结构壁管的柔韧性、抗震性、抗化学腐蚀和耐老化能力，有效延长其使用寿命。
优选方案中，上述基体管具有光滑的内侧面。这样，基体管在输送流体时比摩阻小，相对同内径的其它管材，在同等使用条件下输水量可大幅度提高，因此可用内径较小的新型HDPE缠绕结构壁管替代内径较大的水泥管或者刚管。在实际应用中，与传统管材相比，在同等条件下使用新型HDPE缠绕结构壁管的工程和可靠性都将提高，综合效益明显，特别是在施工场地狭窄、建筑密集、地下管线复杂和交通繁忙路段以及在酸碱性土壤铺设时，更具优越性。
优选方案中，所述基体管的端部具有加厚层。加厚层用于增强基体管端部的环刚度，使基体管的端部具有足够的抗压和抗冲击强度。
一种优选方案中，上述基体管由高密度聚乙烯平料带螺旋状缠绕并熔接构成。
另一种优选方案中，上述基体管由高密度聚乙烯小管螺旋状缠绕并熔接构成。
优选方案中，上述基体管的外侧还设有加强筋和塑胶层，加强筋以螺旋方式包绕在基体管的外侧面上并且处于所述螺旋状设置的增强支撑管的螺槽中，塑胶层包覆在加强筋的外面，且塑胶层与基体管的外侧面连接；所述包覆层包覆在基体管、增强支撑管和塑胶层的外面。上述加强筋一般为实心的钢条、塑料条、纤维条等。通常，塑胶层与基体管的外侧面采用热熔的方式进行连接。这样，可进一步增强新型HDPE缠绕结构壁管的环刚度，提高其抗外压能力。
优选方案中，上述基体管包括管道本体和自热熔接头；自热熔接头具有固定连接端和熔接端，自热熔接头的内径自熔接端至固定连接端逐渐减小，熔接端的内径与管道本体的外径相等，固定连接端的内径大于管道本体的内径，固定连接端与管道本体的一端一体连接并且在连接处构成限位台阶；自热熔接头的内壁上嵌设有至少一个环形电热丝，环形电热丝的两端伸出至自热熔接头的外侧。进行组合时，先将环形电热丝通电使其升温发热，再将一基体管的管道本体一端***另一基体管的自热熔接头中，并朝向固定连接端移动（在***过程中，自热熔接头的内壁、管道本体外侧的包覆层与环形电热丝接触的部分在环形电热丝的加热下发生融化，使两个基体管能够顺利地进行插接）；直至当上述基体管的管道本体与另一基体管的限位台阶发生接触时，保持两个基体管的位置，并将环形电热丝断电冷却固化后，两个基体管便紧密牢固地熔在一起，实现将两个上述新型HDPE缠绕结构壁管进行组合；通过重复上述过程，便可实现将多个上述新型HDPE缠绕结构壁管进行组合，使操作更简便；并且通过插接的方式将多个基体管进行组合，有效增加管道连接处的熔融接触面积，从而提高管道连接处的牢固性，同时可避免在基体管的端部形成阻力环，保证基体管的使用效果。
更优选方案中，上述环形电热丝设置在所述熔接端的边缘内侧面上。
更优选方案中，上述环形电热丝由多个电热丝单元依次连接而成，电热丝单元为S形。这样，可有效增加环形电热丝的加热面积，加快对自热熔接头内壁、管道本体外壁的融化速度，确保塑料管道能够顺利地进行插接。
更进一步优选方案中，上述环形电热丝的数量为两个，两个环形电热丝互嵌设置。环形电热丝互嵌设置即是在两个环形电热丝相对应的两个电热丝单元中，其中一个电热丝单元的凸部伸入到另一个电热丝单元的凹部。
上述新型HDPE缠绕结构壁管也可采用其他连接方式进行组合，如卡箍加密封带连接、热收缩套（带）连接或弹性密封圈的承插连接。
本发明还提供了上述新型HDPE缠绕结构壁管的制作工艺，其特征在于包括下述步骤：
（1）、使辊筒模具旋转并作定向移动；第一挤出机以高密度聚乙烯为原料挤出第一料带，第一料带缠绕在辊筒模具的起始端上，第一料带随辊筒模具的旋转和定向移动以螺旋形式均匀紧密地缠绕在辊筒模具的外表面并熔接成基体管；
（2）、在制作步骤（1）中所述基体管的过程中，将波纹管穿过第二挤出机的挤出模头，第二挤出机以高密度聚乙烯为原料挤出增强支撑管并包覆在波纹管的外侧面上；再将由波纹管与增强支撑管的结合体缠绕在辊筒模具的起始端上，波纹管和增强支撑管的结合体随辊筒模具的旋转和定向移动以螺旋形式缠绕在基体管的外侧面上，并利用基体管和增强支撑管表面的余温将增强支撑管与基体管熔接在一起；
（3）、在缠绕步骤（2）中所述增强支撑管的过程中，第三挤出机以高密度聚乙烯为原料挤出第二料带，第二料带均匀紧密地缠绕在基体管和增强支撑管的外面上形成包覆层，包覆层将基体管和增强支撑管完全包覆，并利用基体管、增强支撑管、包覆层的余温将包覆层与基体管、增强支撑管熔接在一起；
（4）、对基体管、增强支撑管和包覆层进行冷却，使其固定成型，再将基体管从辊筒模具上脱离出来。
上述的熔接是指通过热熔方式进行连接。
采用三台挤出机共挤的方式分别完成基体管、增强支撑管和包覆层的制作，并通过增强支撑管对波纹管的包覆、增强支撑管与基体管的连接、包覆层与基体管及增强支撑管的连接，这样的多重包覆和连接使波纹管与增强支撑管的结合体牢固紧密地固定在基体管上，制作工艺简单、快速，并且有效节省生产材料，降低制作成本。
优选方案中，上述步骤（2）中所述波纹管为单壁波纹管，波纹管采用聚丙烯或聚乙烯制成。
优选上述步骤（4）中，在对基体管、增强支撑管和包覆层进行冷却之前，先对基体管的一端进行切削加工，制成自热熔接头，再将环形电热丝嵌设于自热熔接头的内壁上；对基体管的另一端进行切削加工，使其外侧面光滑。这样，可将多个上述新型HDPE缠绕结构壁管通过自热熔连接的方式进行组合，并且操作简单，牢固性更好。
优选上述步骤（4）中，对辊筒模具、基体管、增强支撑管和包覆层进行冷却的方式采用自然风冷。在管材成型后进行自然风冷，管材自身的应力在自然冷却过程中完全释放，从而保证了管材性能的稳定、可靠。
优选方案中，上述第二挤出机、第三挤出机与所述辊筒模具之间设置有预冷却装置，预冷却装置对所述的增强支撑管、第二料带进行预冷却。通过预冷却装置对增强支撑管、第二料带进行预冷却，降低增强支撑管、第二料带的温度，使增强支撑管、第二料带具有一定的内部应力，以便施加一定的压力对增强支撑管、第二料带进行牵引。
进一步的优选方案中，通过控制增强支撑管、第二料带的缠绕压力来控制增强支撑管、第二料带与基体管的熔接紧密程度。增强支撑管、第二料带的缠绕压力越大，增强支撑管、第二料带与基体管的熔接更紧密。
更进一步的优选方案中，上述增强支撑管、第二料带的缠绕压力由辊筒模具的旋转速度和移动速度共同控制。辊筒模具的旋转速度和移动速度越大，则增强支撑管、第二料带的缠绕压力越大，当然这是建立在对增强支撑管、第二料带预冷却的基础上。上述预冷却装置可以是风冷设备，也可以是水冷设备。
优选方案中，上述步骤（2）、步骤（3）中，所述熔接的温度为180℃-230℃，熔接的压力强度为14 MPa -22MPa。
优选上述步骤（2）中，在基体管的外侧面上以螺旋形式绕包加强筋并使加强筋处于螺旋状设置的增强支撑管的螺槽中，然后通过第四挤出机挤出塑胶层对加强筋进行包覆，并利用塑胶层的余温使塑胶层与基体管的外侧面熔接在一起；上述步骤（3）中，制成的包覆层将基体管、增强支撑管和塑胶层完全包覆起来，并利用基体管、增强支撑管、包覆层、塑胶层的余温将包覆层与基体管、增强支撑管、塑胶层熔接在一起。这样，可进一步增强基体管的环刚度，提高其抗外压能力，强度远比一般设置的加强筋好。
上述新型HDPE缠绕结构壁管的制作工艺特别适用于大口径管材的制作。
本发明的新型HDPE缠绕结构壁管通过在基体管的外侧面上缠绕波纹管和增强支撑管的结合体，使增强支撑管与基体管的外侧面连接，这样可大大增强基体管的环刚度，使基体管既具有足够的抗压和抗冲击强度，又具有良好的柔韧性；并且通过在基体管和增强支撑管的外面包覆包覆层，使包覆层与基体管、增强支撑管的外侧面均连接，这样可使基体管和增强支撑管的结合更加紧密、更加牢固，更重要的是，对于波纹管的固定是通过增强支撑管对波纹管的包覆、增强支撑管与基体管的连接、包覆层与基体管及增强支撑管的连接，这样的多重包覆和连接使波纹管与增强支撑管的结合体牢固紧密地固定在基体管上。在制作时，采用三台挤出机共挤的方式分别完成基体管、增强支撑管和包覆层的制作，并通过增强支撑管对波纹管的包覆、增强支撑管与基体管的连接、包覆层与基体管及增强支撑管的连接，这样的多重包覆和连接使波纹管与增强支撑管的结合体牢固紧密地固定在基体管上，制作工艺简单、快速，并且有效节省生产材料，降低制作成本。
附图说明
图1是本发明优选实施例的结构示意图。
图2是图1的A-A剖视图(其中环形电热丝未画出)。
图3是图2的B处放大图。
图4是图1所示新型HDPE缠绕结构壁管中基体管和环形电热丝的结构示意图。
具体实施方式
如图1-3所示，这种新型HDPE缠绕结构壁管包括基体管1，基体管1的外侧设有波纹管2、增强支撑管3和包覆层4，增强支撑管3包覆在波纹管2的外面，波纹管2和增强支撑管3的结合体23沿基体管1的轴向缠绕在基体管1的外侧面上并且呈螺旋状设置，增强支撑管3与基体管1的外侧面连接；包覆层4包覆在基体管1和增强支撑管3的外面，包覆层4与基体管1、增强支撑管3的外侧面均连接；基体管1、增强支撑管3和包覆层4均采用高密度聚乙烯制成。
在本实施例中，基体管1具有光滑的内侧面，基体管1的端部具有加厚层111。加厚层111用于增强基体管1端部的环刚度，使基体管1端部具有足够的抗压和抗冲击强度。
在本实施例中，波纹管2为单壁波纹管，单壁波纹管采用聚丙烯或聚乙烯制成。
参考图4，基体管1包括管道本体11和自热熔接头12；自热熔接头12具有固定连接端121和熔接端122，自热熔接头12的内径自熔接端122至固定连接端121逐渐减小，熔接端122的内径与管道本体11的外径相等，固定连接端121的内径大于管道本体11的内径，固定连接端121与管道本体11的一端一体连接并且在连接处构成限位台阶123；自热熔接头12的内壁上嵌设有环形电热丝13，环形电热丝13设置在熔接端122的边缘内侧面上，环形电热丝13的两端伸出至自热熔接头12的外侧。在本实施例中，环形电热丝13由多个电热丝单元131依次连接而成，电热丝单元为S形。
下面简述一下本新型HDPE缠绕结构壁管的组合方法：
进行组合时，先将环形电热丝13通电使其升温发热，再将一基体管1的管道本体11一端***另一基体管1的自热熔接头12中，并朝向固定连接端121移动（在***过程中，自热熔接头12的内壁、管道本体11外侧的包覆层4与环形电热丝13接触的部分在环形电热丝13的加热下发生融化，使两个基体管1能够顺利地进行插接）；直至当上述基体管1的管道本体11与另一基体管1的限位台阶123发生接触时，保持两个基体管1的位置，并将环形电热丝13断电冷却固化后，两个基体管1便紧密牢固地熔在一起，实现将两个上述新型HDPE缠绕结构壁管进行组合；通过重复上述过程，便可实现将多个上述新型HDPE缠绕结构壁管进行组合。
本发明的新型HDPE缠绕结构壁管的制作工艺包括下述步骤：
（1）、使辊筒模具旋转并作定向移动；第一挤出机以高密度聚乙烯为原料挤出第一料带，第一料带缠绕在辊筒模具的起始端上，第一料带随辊筒模具的旋转和定向移动以螺旋形式均匀紧密地缠绕在辊筒模具的外表面并熔接成基体管1；
（2）、在制作步骤（1）中基体管1的过程中，将波纹管2穿过第二挤出机的挤出模头，第二挤出机以高密度聚乙烯为原料挤出增强支撑管3并包覆在波纹管2的外侧面上；再将由波纹管2与增强支撑管3的结合体23缠绕在辊筒模具的起始端上，波纹管2和增强支撑管3的结合体23随辊筒模具的旋转和定向移动以螺旋形式缠绕在基体管1的外侧面上，并利用基体管1和增强支撑管3表面的余温将增强支撑管3与基体管1熔接在一起；
（3）、在缠绕步骤（2）中增强支撑管3的过程中，第三挤出机以高密度聚乙烯为原料挤出第二料带，第二料带均匀紧密地缠绕在基体管1和增强支撑管3的外面上形成包覆层4，包覆层4将基体管1和增强支撑管3完全包覆，并利用基体管1、增强支撑管3、包覆层4的余温将包覆层4与基体管1、增强支撑管3熔接在一起；
（4）、对基体管1、增强支撑管3和包覆层4进行冷却，使其固定成型，再将基体管1从辊筒模具上脱离出来。
在本实施例中，第二挤出机、第三挤出机与辊筒模具之间设置有预冷却装置，预冷却装置对增强支撑管3、第二料带进行预冷却。通过预冷却装置对增强支撑管3、第二料带进行预冷却，降低增强支撑管3、第二料带的温度，使增强支撑管3、第二料带具有一定的内部应力，以便施加一定的压力对增强支撑管3、第二料带进行牵引。
在本实施例中，通过控制增强支撑管3、第二料带的缠绕压力来控制增强支撑管3、第二料带与基体管1的熔接紧密程度；增强支撑管3、第二料带的缠绕压力由辊筒模具的旋转速度和移动速度共同控制。辊筒模具的旋转速度和移动速度越大，则增强支撑管3、第二料带的缠绕压力越大，增强支撑管3、第二料带与基体管1的熔接更紧密。
在本实施例中，上述步骤（2）、步骤（3）中，所述熔接的温度为180℃-230℃，熔接的压力强度为14 MPa -22MPa。
在本实施例中，上述步骤（4）中，在对基体管1、增强支撑管3和包覆层4进行冷却之前，先对基体管1的一端进行切削加工，制成自热熔接头12，再将环形电热丝13嵌设于自热熔接头12的内壁上；对基体管1的另一端进行切削加工，使其外侧面光滑。
在本实施例中，上述步骤（4）中，对辊筒模具、基体管1、增强支撑管3和包覆层4进行冷却的方式可采用自然风冷。在管材成型后进行自然风冷，管材自身的应力在自然冷却过程中完全释放，从而保证了管材性能的稳定、可靠。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其各部分名称等可以不同，凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种新型HDPE缠绕结构壁管，包括基体管，其特征在于：所述基体管的外侧设有波纹管、增强支撑管和包覆层，增强支撑管包覆在波纹管的外面，波纹管和增强支撑管的结合体沿基体管的轴向缠绕在基体管的外侧面上并且呈螺旋状设置，增强支撑管与基体管的外侧面连接；包覆层包覆在基体管和增强支撑管的外面，包覆层与基体管、增强支撑管的外侧面均连接；基体管、增强支撑管和包覆层均采用高密度聚乙烯制成。
2.根据权利要求1所述的新型HDPE缠绕结构壁管，其特征在于：所述波纹管为单壁波纹管，单壁波纹管采用聚丙烯或聚乙烯制成。
3.根据权利要求1或2所述的新型HDPE缠绕结构壁管，其特征在于：所述基体管包括管道本体和自热熔接头；自热熔接头具有固定连接端和熔接端，自热熔接头的内径自熔接端至固定连接端逐渐减小，熔接端的内径与管道本体的外径相等，固定连接端的内径大于管道本体的内径，固定连接端与管道本体的一端一体连接并且在连接处构成限位台阶；自热熔接头的内壁上嵌设有至少一个环形电热丝，环形电热丝的两端伸出至自热熔接头的外侧；环形电热丝由多个电热丝单元依次连接而成，电热丝单元为S形。
4.一种新型HDPE缠绕结构壁管的制作工艺，其特征在于包括下述步骤：
（1）、使辊筒模具旋转并作定向移动；第一挤出机以高密度聚乙烯为原料挤出第一料带，第一料带缠绕在辊筒模具的起始端上，第一料带随辊筒模具的旋转和定向移动以螺旋形式均匀紧密地缠绕在辊筒模具的外表面并熔接成基体管；
（2）、在制作步骤（1）中所述基体管的过程中，将波纹管穿过第二挤出机的挤出模头，第二挤出机以高密度聚乙烯为原料挤出增强支撑管并包覆在波纹管的外侧面上；再将由波纹管与增强支撑管的结合体缠绕在辊筒模具的起始端上，波纹管和增强支撑管的结合体随辊筒模具的旋转和定向移动以螺旋形式缠绕在基体管的外侧面上，并利用基体管和增强支撑管表面的余温将增强支撑管与基体管熔接在一起；
（3）、在缠绕步骤（2）中所述增强支撑管的过程中，第三挤出机以高密度聚乙烯为原料挤出第二料带，第二料带均匀紧密地缠绕在基体管和增强支撑管的外面上形成包覆层，包覆层将基体管和增强支撑管完全包覆，并利用基体管、增强支撑管、包覆层的余温将包覆层与基体管、增强支撑管熔接在一起；
（4）、对基体管、增强支撑管和包覆层进行冷却，使其固定成型，再将基体管从辊筒模具上脱离出来。
5.根据权利要求4所述的新型HDPE缠绕结构壁管的制作工艺，其特征在于：所述步骤（4）中，在对基体管、增强支撑管和包覆层进行冷却之前，先对基体管的一端进行切削加工，制成自热熔接头，再将环形电热丝嵌设于自热熔接头的内壁上；对基体管的另一端进行切削加工，使其外侧面光滑。
6.根据权利要求4所述的新型HDPE缠绕结构壁管的制作工艺，其特征在于：所述步骤（4）中，对辊筒模具、基体管、增强支撑管和包覆层进行冷却的方式采用自然风冷。
7.根据权利要求4所述的新型HDPE缠绕结构壁管的制作工艺，其特征在于：所述第二挤出机、第三挤出机与所述辊筒模具之间设置有预冷却装置，预冷却装置对所述的增强支撑管、第二料带进行预冷却。
8.根据权利要求7所述的新型HDPE缠绕结构壁管的制作工艺，其特征在于：通过控制增强支撑管、第二料带的缠绕压力来控制增强支撑管、第二料带与基体管的熔接紧密程度。
9.根据权利要求8所述的新型HDPE缠绕结构壁管的制作工艺，其特征在于：所述增强支撑管、第二料带的缠绕压力由辊筒模具的旋转速度和移动速度共同控制。
10.根据权利要求4-9任一项所述的新型HDPE缠绕结构壁管的制作工艺，其特征在于：所述熔接的温度为180℃-230℃，熔接的压力强度为14 MPa -22MPa。
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