CN104421536B - 复合缠绕带热态缠绕成型的压力管及成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种复合缠绕带热态缠绕成型的压力管及成型方法，所述压力管由至少三层复合缠绕带由内至外依次叠加缠绕而成，在每一层复合缠绕带的缠绕过程中，是将复合缠绕带加热至热熔状态，然后缠绕成型为管状，使复合缠绕带的侧边在缠绕过程中相互搭接并在冷却后融为一体，所述复合缠绕带包括热塑性基材以及复合在基材内的纤维带，其中三层复合缠绕带的纤维带的延伸方向相互交错而构成“米”字形。本发明多层叠加缠绕，可增强纤维丝多向排布结构，纤维丝与基材结合不分层，管材可以承受更大的压力，适于制造更大直径的管材（如DN300‑3500mm）。

Description

复合缠绕带热态缠绕成型的压力管及成型方法

技术领域

本发明涉及一种聚乙烯或聚丙烯压力管的结构及其成型方法。

背景技术

在给排水及化工管道，以及特殊介质的压力管道中，经常需要用到聚乙烯或聚丙烯压力管。

当前的热塑性材料（以聚乙烯为例）压力管主要有3大类管材形式和特点：

1.聚乙烯树脂压力管：

聚乙烯树脂压力管是全塑料管材，一体化材料结构均匀，化学性能稳定。由于聚乙烯材料抗拉强度较其它材料低，靠增加管材壁厚来提高管材的承压能力，管材成本高，管径DN在1600mm以下。

2：钢骨架（网）聚乙烯树脂压力管

钢骨架（网）聚乙烯树脂压力管是钢与塑料的复合管材，承压能力高，同时具有防腐功能，成本低。但热收缩率差别大，钢塑间结合力差，回收利用困难，管径DN在1600mm以下。

3：增强热塑性塑料管（RTP管）。

增强热塑性塑料管（RTP管）是管内外壁聚乙烯，中间夹层为制备单向排列连续纤维丝带左右螺旋多层交织的增强层。该增强材料玻璃纤维、细钢丝、芳腈纶、PBT等树脂纤维丝，该管材承压能力高，耐化学性能好，管材直径DN在800mm以下。

本发明的申请人曾申报一种聚乙烯夹心加强筋板带往复缠绕的压力管及加工方法（CN102797917A，以下称前案），前案提供的管材不同于以上3种管材，该压力管的管壁包括至少上下两层正反螺旋叠加缠绕的夹心加强筋板带热熔连接层，在上下两层正反螺旋叠加缠绕的夹心加强筋板之间还设有沿轴向均匀铺设的加强筋，轴向加强筋的长度大于或等于压力管的长度，在每层夹心加强筋板带内设置至少为一层的平行排列的加强筋，上下两层夹心加强筋板带内的加强筋螺旋叠加组成交织网状的结构。

然而，前案在制造的时候，当完成管壁的内侧部分的缠绕后，需要在管壁上环向排列多根轴向加强筋，然后反向缠绕完成管壁的外侧部分。

其中，环向排列多根轴向加强筋的步骤较为繁琐，影响加工效率，增加了制造成本。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种复合缠绕带热态缠绕成型的压力管及成型方法，增强压力管的结构强度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种复合缠绕带热态缠绕成型的压力管，其特征在于：是由复合缠绕带至少三层热态缠绕而成型为管状，每一层的所述复合缠绕带的侧边在缠绕过程中相互搭接并在冷却后融为一体，每一层的所述复合缠绕带包括热塑性基材以及复合在基材内的纤维带；其中三层复合缠绕带的纤维带的延伸方向相互交错而构成“米”字形。

在较佳的技术方案中：

所述热塑性基材为聚乙烯或聚丙烯。

所述纤维带是由纤维丝集束构成或交织构成，所述纤维丝为玻璃纤维、细钢丝、芳腈纶或PBT。

所述复合缠绕带是单层纵向纤维带结构、多层纵向纤维带结构、单层横向纤维带结构、多层横向纤维带结构、单层斜向纤维带结构、多层斜向纤维带结构、单层多向交织纤维带结构或多层多向交织纤维带结构。

所述复合缠绕带沿螺旋状持续缠绕，或沿压力管的垂直方向分段缠绕。

各层复合缠绕带之间的缠绕方向相同或者相反，而且各层之间采用的复合缠绕带结构类型相同或者不同。

在最外层的复合缠绕带的外侧同步缠绕有螺旋状的肋筋，所述肋筋是以聚丙烯波纹管或金属软管为骨架，外覆聚乙烯或聚丙烯材料而构成，并通过外覆的所述聚乙烯或聚丙烯材料与压力管热熔为一体结构。

所述复合缠绕带中的纤维带上预先打有连续的排孔，所述复合缠绕带上的热塑性基材在热熔状态下进入所述排孔中，冷却定型后成为销钉，起到铆接一体化作用。

本发明提供的技术方案还包括：

一种复合缠绕带热态缠绕成型的压力管的成型方法，其特征在于：所述压力管由至少三层复合缠绕带由内至外依次叠加缠绕而成，在每一层复合缠绕带的缠绕过程中，是将复合缠绕带加热至热熔状态，然后缠绕成型为管状，使复合缠绕带的侧边在缠绕过程中相互搭接并在冷却后融为一体；所述复合缠绕带包括热塑性基材以及复合在基材内的纤维带，其中三层复合缠绕带的纤维带的延伸方向相互交错而构成“米”字形。

在较佳的技术方案中：

所述热塑性基材为聚乙烯或聚丙烯。

所述纤维带是由纤维丝集束构成或交织构成，所述纤维丝为玻璃纤维、细钢丝、芳腈纶或PBT。

所述复合缠绕带是单层纵向纤维带结构、多层纵向纤维带结构、单层横向纤维带结构、多层横向纤维带结构、单层斜向纤维带结构、多层斜向纤维带结构、单层多向交织纤维带结构或多层多向交织纤维带结构。

所述复合缠绕带沿螺旋状持续缠绕，或沿压力管的垂直方向分段缠绕。

各层复合缠绕带之间的缠绕方向相同或者相反，而且各层之间采用的复合缠绕带结构类型相同或者不同。

在最外层的复合缠绕带的外侧同步缠绕有螺旋状的肋筋，所述肋筋是以聚丙烯波纹管或金属软管为骨架，外覆聚乙烯或聚丙烯材料而构成，并通过外覆的所述聚乙烯或聚丙烯材料与压力管热熔为一体结构。

所述复合缠绕带中的纤维带上预先打有连续的排孔，所述复合缠绕带上的热塑性基材在热熔状态下进入所述排孔中，冷却定型后成为销钉，起到铆接一体化作用。

本发明具有的有益效果是：本发明多层叠加缠绕，使各层纤维性相互交错构成“米”字形，可增强纤维丝多向排布结构，纤维丝与基材结合不分层，管材可以承受更大的压力，适于制造更大直径的管材（如DN300-3500mm）。

附图说明

图1、图1A是单层纵向纤维丝结构的复合缠绕带的平面图及其横向剖视图；

图2、图2A是多层纵向纤维丝结构的复合缠绕带的平面图及其横向剖视图；

图3是单层横向纤维丝结构的复合缠绕带的平面图；

图4是多层横向纤维丝结构的复合缠绕带的平面图；

图5、图6分别是单层或多层斜向纤维丝结构的复合缠绕带的平面图；

图7、图7A分别是单层或多层多向交织纤维丝结构的复合缠绕带的平面图；

图8是由单层纵向纤维丝结构的复合缠绕带单层缠绕成型的压力管的管壁横剖示意图；

图9是由多层纵向纤维丝结构的复合缠绕带单层缠绕成型的压力管的管壁横剖示意图；

图10是由单层纵向纤维丝结构的复合缠绕带多层缠绕成型的压力管的管壁纵剖示意图；

图11是由多层纵向纤维丝结构的复合缠绕带多层缠绕成型的压力管的管壁纵剖示意图。

具体实施方式

本发明提供的压力管，是由复合缠绕带经至少三层热态缠绕成型而成，其中的复合缠绕带包括热塑性基材11以及复合在基材内的纤维带12，所述热塑性基材11可为聚乙烯或聚丙烯，所述纤维带12是由纤维丝集束构成或交织构成，所述纤维丝可为玻璃纤维、细钢丝、芳腈纶或PBT。

其中，所述复合缠绕带，根据纤维带12的层数以及纤维带12与缠绕方向L之间的角度关系，可分为如下几种类型：

如图1、图1A所示，是一种单层纵向纤维带12结构的复合缠绕带，所述复合缠绕带中包含一层纤维带12，而且所述纤维带12的延伸方向与所述复合缠绕带的缠绕方向L相平行；

如图2、图2A所示，是一种多层纵向纤维带12结构的复合缠绕带，所述复合缠绕带中包含至少两层纤维带12，而且所述纤维带12的延伸方向与所述复合缠绕带的缠绕方向L相平行；

如图3所示，是一种单层横向纤维带12结构的复合缠绕带，所述复合缠绕带中包含一层纤维带12，而且所述纤维带12的延伸方向与所述复合缠绕带的缠绕方向L相垂直；

如图4所示，是一种多层横向纤维带12结构的复合缠绕带，所述复合缠绕带中包含至少两层纤维带12，而且所述纤维带12的延伸方向与所述复合缠绕带的缠绕方向L相垂直；

如图5、图6所示，是一种单层或多层斜向纤维带12结构的复合缠绕带，所述复合缠绕带中包含一层或多层纤维带12，而且所述纤维带12的延伸方向与所述复合缠绕带的缠绕方向L斜交；

如图7、图7A所示，是一种单层或多层多向交织纤维带12结构的复合缠绕带，所述复合缠绕带中包含一层或多层纤维带12，而且每一层所述纤维带12具有多个相互交错的延伸方向。

在上述各种结构的复合缠绕带中，复合缠绕带中的纤维带12上还可以预先打有连续的排孔，使得缠绕带上的的热塑性基材11在热熔状态下能够进入所述排孔中，冷却定型后成为销钉，起到铆接一体化作用。

得到上述复合缠绕带之后，将所述复合缠绕带加热至热熔状态，然后经至少三层缠绕成型为管状，使每一层的复合缠绕带的侧边在缠绕过程中相互搭接并在冷却后融为一体，即完成压力管的制造。

上述每一层的缠绕过程中，所述复合缠绕带一般沿螺旋状缠绕，使缠绕过程可以持续进行，当然，若沿压力管的垂直方向缠绕分段进行，也是可行的技术方案。

在具有至少三层复合缠绕带的压力管中，各层复合缠绕带之间的缠绕方向L可以相同（重复重叠螺旋缠绕）也可以相反（往复螺旋缠绕），而且各层之间采用的复合缠绕带类型也可相同或者不同。但是，在得到的压力管中，最好使其中三层复合缠绕带的纤维带12的延伸方向相互交错而构成“米”字形，以使压力管的各向特性更为均衡。

例如，假设制造具有三层复合缠绕带的压力管时，第一层复合缠绕带的纤维带12沿正螺旋45度角方向缠绕，第二层复合缠绕带的纤维带12沿平行于轴向方向缠绕，第三层复合缠绕带的纤维带12沿反螺旋45度角方向缠绕，即可使所述三层复合缠绕带中的纤维带12相互交错而构成“米”字形。

当然，上述三层复合缠绕带可以相互交互位置，或者其中一层、两层或者三层复合缠绕带以单层或多层多向交织纤维带12结构的复合缠绕带予以替换，也可以达到相同的技术效果。

如图8、图9、图10、图11所示，分别是单层纵向纤维带12结构的复合缠绕带单层缠绕成型的压力管、多层纵向纤维带12结构的复合缠绕带单层缠绕成型的压力管、单层纵向纤维带12结构的复合缠绕带多层缠绕成型的压力管以及多层纵向纤维带12结构的复合缠绕带多层缠绕成型的压力管的管壁纵剖示意图。

此外，在压力管进行最后一层复合缠绕带的缠绕的同时，还可以在所述最后一层复合缠绕带的外侧同步缠绕螺旋状的肋筋13，以提高压力管的环刚度。

所述肋筋13是以聚丙烯波纹管或金属软管为骨架，外覆聚乙烯或聚丙烯材料而构成，并通过外覆的所述聚乙烯或聚丙烯材料与压力管热熔为一体结构，可用于增强管材环刚度，提高管材承受外部压力的能力。

上述实施例中，所述复合缠绕带的宽度可介于10-1000mm，复合缠绕带的厚度可介于1mm-30mm，纤维丝的直径可介于0.005-2mm，纤维带12的厚度可介于0.05-3mm。所述压力管直径范围DN300-3500mm，压力管承压能力为0.01-5MPa。

本发明的优势和特点：

压力管的热塑性材料与纤维丝复合形成的管壁中，纤维丝以轴向、环向、正交织、斜交织或多种方向复合交织的形式存在，既解决了环向承压同时也满足了轴向以及在管道转角方向的受力，受力结构最合理，极大提高管材的抗内压能力，减少管材壁厚节约材料。

高强纤维丝在管轴壁内多向密集排列分布提高管材综合受力能力，即增强高纤维丝沿着管轴壁呈：平行、环向、左旋、右旋四个方向分布，分别提高复合压力管材的环向承压、轴向抗拉、环向扭曲，多方向增强实现综合受力的能力。

采取单层或多层叠加缠绕复合高强纤维丝加工方法，通过增加叠加缠绕层来提高管材承压力能力，实现大口径DN300-3500mm高承压、低成本的管材。

聚乙烯和非金属高强纤维可回收循环再利用，管材无毒和析出卫生环保。

以上实施例仅仅是对本发明进行说明，而非作限制性的概括，本领域普通技术人员在本发明的发明构思的指导下，还可以作出很多常规结构上的修改与替换，这些修改与替换也应当被认为属于本发明的保护范围之中。

Claims (14)

1.一种复合缠绕带热态缠绕成型的压力管，其特征在于：是由复合缠绕带至少三层热态缠绕而成型为管状，每一层的所述复合缠绕带的侧边在缠绕过程中相互搭接并在冷却后融为一体，每一层的所述复合缠绕带包括热塑性基材以及复合在基材内的纤维带；其中三层复合缠绕带的纤维带的延伸方向相互交错而构成“米”字形；

所述复合缠绕带中的纤维带上预先打有连续的排孔，所述复合缠绕带上的热塑性基材在热熔状态下进入所述排孔中，冷却定型后成为销钉，起到铆接一体化作用。

2.根据权利要求1所述的复合缠绕带热态缠绕成型的压力管，其特征在于：所述热塑性基材为聚乙烯或聚丙烯。

3.根据权利要求1所述的复合缠绕带热态缠绕成型的压力管，其特征在于：所述纤维带是由纤维丝集束构成或交织构成，所述纤维丝为玻璃纤维、细钢丝、芳腈纶或PBT。

4.根据权利要求1所述的复合缠绕带热态缠绕成型的压力管，其特征在于：所述复合缠绕带是单层纵向纤维带结构、多层纵向纤维带结构、单层横向纤维带结构、多层横向纤维带结构、单层斜向纤维带结构、多层斜向纤维带结构、单层多向交织纤维带结构或多层多向交织纤维带结构。

5.根据权利要求1或4所述的复合缠绕带热态缠绕成型的压力管，其特征在于：所述复合缠绕带沿螺旋状持续缠绕，或沿压力管的垂直方向分段缠绕。

6.根据权利要求4所述的复合缠绕带热态缠绕成型的压力管，其特征在于：各层复合缠绕带之间的缠绕方向相同或者相反，而且各层之间采用的复合缠绕带结构类型相同或者不同。

7.根据权利要求2所述的复合缠绕带热态缠绕成型的压力管，其特征在于：在最外层的复合缠绕带的外侧同步缠绕有螺旋状的肋筋，所述肋筋是以聚丙烯波纹管或金属软管为骨架，外覆聚乙烯或聚丙烯材料而构成，并通过外覆的所述聚乙烯或聚丙烯材料与压力管热熔为一体结构。

8.一种复合缠绕带热态缠绕成型的压力管的成型方法，其特征在于：所述压力管由至少三层复合缠绕带由内至外依次叠加缠绕而成，在每一层复合缠绕带的缠绕过程中，是将复合缠绕带加热至热熔状态，然后缠绕成型为管状，使复合缠绕带的侧边在缠绕过程中相互搭接并在冷却后融为一体；所述复合缠绕带包括热塑性基材以及复合在基材内的纤维带，其中三层复合缠绕带的纤维带的延伸方向相互交错而构成“米”字形；

所述复合缠绕带中的纤维带上预先打有连续的排孔，所述复合缠绕带上的热塑性基材在热熔状态下进入所述排孔中，冷却定型后成为销钉，起到铆接一体化作用。

9.根据权利要求8所述的复合缠绕带热态缠绕成型的压力管的成型方法，其特征在于：所述热塑性基材为聚乙烯或聚丙烯。

10.根据权利要求8所述的复合缠绕带热态缠绕成型的压力管的成型方法，其特征在于：所述纤维带是由纤维丝集束构成或交织构成，所述纤维丝为玻璃纤维、细钢丝、芳腈纶或PBT。

11.根据权利要求8所述的复合缠绕带热态缠绕成型的压力管的成型方法，其特征在于：所述复合缠绕带是单层纵向纤维带结构、多层纵向纤维带结构、单层横向纤维带结构、多层横向纤维带结构、单层斜向纤维带结构、多层斜向纤维带结构、单层多向交织纤维带结构或多层多向交织纤维带结构。

12.根据权利要求8或11所述的复合缠绕带热态缠绕成型的压力管的成型方法，其特征在于：所述复合缠绕带沿螺旋状持续缠绕，或沿压力管的垂直方向分段缠绕。

13.根据权利要求11所述的复合缠绕带热态缠绕成型的压力管的成型方法，其特征在于：各层复合缠绕带之间的缠绕方向相同或者相反，而且各层之间采用的复合缠绕带结构类型相同或者不同。

14.根据权利要求8所述的复合缠绕带热态缠绕成型的压力管的成型方法，其特征在于：在最外层的复合缠绕带的外侧同步缠绕有螺旋状的肋筋，所述肋筋是以聚丙烯波纹管或金属软管为骨架，外覆聚乙烯或聚丙烯材料而构成，并通过外覆的所述聚乙烯或聚丙烯材料与压力管热熔为一体结构。