嵌入式加筋塑料管成型机

摘要

塑料管以重量轻、耐腐蚀、安装方便、使用寿命长、价格低廉等优势，广泛应用于市政建设、农用灌溉、建筑工程、石化工程等领域。为了提高塑料管的强度，降低成本，人们对塑料管的配方设计，管壁结构，加筋增强等课题，都作了大量深入的研究，取得很多成果，但纵观这些成果都不能令人十分满意。本发明生产的嵌入式加筋塑料管，除具有普通塑料管的优势之外，由于成型时是平板机头挤出高弹态的塑料带材，将钢丝网夹在其中，在芯棒上螺旋缠绕经拨网轴和压光拨出轴挤压成形。所以嵌入式加筋塑料管的整体强度高，生产成本低，管径、壁厚规格多，不污染环境，管子的使用寿命在50年以上。

权利要求

1.一种嵌入式加筋塑料管成型机，其特征在于：它由机架、芯棒齿轮、减速器齿轮、拨网轴、芯棒、压光拔出轴、塑料平板机头、钢丝网等组成。

2.根据权利要求1所述的嵌入式加筋塑料管成型机，其特征在于：机架由型钢组焊而成，芯棒齿轮被支承在机架中间，减速器齿轮带动芯棒齿轮转动。

3.根据权利要求1所述的嵌入式加筋塑料管成型机，其特征在于：芯棒用螺栓连接在芯棒齿轮上，在芯棒齿轮的带动下作匀速圆周运动。

4.根据权利要求1所述的嵌入式加筋塑料管成型机，其特征在于：平板机头挤出的高弹态塑料带材搭在芯棒上侧向缠绕，钢丝网带从另一方向搭在芯棒上缠绕，钢丝网带的幅宽小于塑料带材的幅宽，钢丝网就能被塑料带材包裹在其中。

5.根据权利要求1所述的嵌入式加筋塑料管成型机，其特征在于：拨网轴转动能使缠绕在芯棒上的钢丝网带沿芯棒作轴向直线运动，与芯棒的圆周运动一起，嵌入塑料的钢丝网带就合成了螺旋运动。

6.根据权利要求1所述的嵌入式加筋塑料管成型机，其特征在于：压光拔出轴转动压紧螺旋成型的加筋塑料管，并迫使其脱离芯棒，脱离芯棒的加筋塑料管，用水冷却经定尺寸后切断，便可收卷、包装出厂。

说明书

嵌入式加筋塑料管成型机

[0001] 技术领域 本发明涉及一种嵌入式加筋塑料管成型机械。

[0002] 背景技术 随着石油化学工业的飞速发展，石油深加工技术日趋完善，塑料制品种类多样化，产量迅速增长，使之逐步发展成为一种新型工程材料。塑料管和传统管材相比，具有重量轻、耐腐蚀、水流阻力小、安装简便快捷、造价较低等显著优势，受到管道工程界的青睐。为此，许多发达国家塑料管制造商与管道工程界进行广泛合作，投入大量人力、物力和财力进行了全面的研究，使原料合成技术、管材管件制造技术、设计理论和施工技术等方面都得到了发展和完善，并积累了丰富的经验，使塑料管在管道工程中占据了相当重要的位置。塑料管道按塑料材质大致可分为：(1).硬质聚氯乙烯管(UPVC)(2).氯化聚氯乙烯管(CPVC)(3).聚乙烯管(PE)(4).交联聚乙烯管(PE-X)(5).三型聚丙烯管(PP-R)(6).聚丁烯管(PB)等等。

[0003] (1).硬质聚氯乙烯管(UPVC)：UPVC管是国内外使用最为广泛的塑料管道，具有较高的抗冲击性能和耐化学性能，它可根据使用要求的不同，在加工过程中添加不同的添加剂，使其具有满足不同要求的物理和化学性能。

[0004] (2).氯化聚氯乙烯管(CPVC)：CPVC管是由过氯乙烯树脂加工而得一种耐热性较好的塑料管，具有较好的耐热、耐老化、耐化学腐蚀性能，国外多用作热水管、废液管和污水管。

[0005] (3).聚乙烯管(PE)：PE管按其密度不同分为高密度聚乙烯管(HDPE)、中密度聚乙烯管(MDPE)、低密度聚乙烯管(LDPE)。HDPE管具有较高的强度和刚度；MDPE管除了有HDPE管的耐压强度外，还具有良好的柔性和抗逆变性能；LDPE管的柔性、伸长率、耐冲击性能较好，尤其是耐化学稳定性和抗高频绝缘性能良好。

[0006] (4).交联聚乙烯管(PE-X)：PE-X是通过化学方法或物理方法将聚乙烯份子的平面链状结构改变为三维网状结构，使其具有优良的理化性能，化学交联分又分为一步法和二步法两种：一步法是聚乙烯原料中加入催化剂(硅烷、过氧化物)、抗氧剂，在挤出机挤出过程中进行交联；二步法是先制造出交联聚乙烯A、B料，然后挤出交联聚乙烯管。物理交联方法，通常是用电子射线或钴60-γ射线照射聚乙烯管，激发聚乙烯分子链发生改变，产生交联反应，生产出交联聚乙烯管。

[0007] (5).三型聚丙烯管(PP-R)：PP-R是第三代改性聚丙烯，即采用气相共聚法使PE在PP分子链中随机地均匀聚合，使其具有较好的抗冲击性能、耐温性能和抗逆变性能。

[0008] (6).聚丁烯管(PB)：PB管具有独特的抗逆变性能，能长期承受高温负荷而不变形，化学稳定性可在-20℃～95℃之间安全使用。

[0009] 在国外，从上世纪50年代开始就把硬聚氯乙烯(UPVC)制品用于建筑中。美国用于自来水管、煤矿用管、农田灌溉用管占总压力管道的40.4％；用于雨水、污水、通风的UPVC管道占17.3％；电工穿线管用的管道占14.68％；市政工程用的管道占22.93％；其他用途占5.24％。西欧国家塑料管道分布领域：压力管68％、非压力管17％、管件5％、其他10％。2005年聚烯烃管材的人均消费量，美国8.3kg、日本4.27kg、西欧4.18kg、加拿大4.07kg。
国外的塑料管品种规格齐全，管材与管件配套性较好，加工设备自动化程度高，在线检测设备完善，有效的提高了产品生产效率和成品率，其质量概念远远大于价格概念。

[0010] 我国自上世纪80年代初开始，系统的研究在市政工程和建筑工程中应用塑料管。近30年来，塑料管在工程应用中得到很大发展，先后开发出了聚氯乙烯管(PVC)、玻璃钢夹砂管(RPM)、聚乙烯管(PE)、铝塑复合管(PAP)、交联聚乙烯管(PE-X)、聚丙烯管(PP-R)、氯化聚氯乙烯管(CPVC)、工程塑料管(ABS)等塑料管。根据国家统计局2009年10月统计，我国2009年塑料制品已达3587万吨，塑料管材占211万吨，已成为塑料行业中的一个主导产品。

[0011] 发明内容 本发明的目的就是提供一种嵌入式加筋塑料管，在介质相同、输量相同、压力相同、施工条件相同等条件下，与普通聚烯烃管比较，强度提高2～3倍，成本降低1/3，使用寿命50年以上。

[0012] 提高塑料管的强度、降低成本有以下途径：

[0013] (1).适当增加壁厚。在同等压力、同等输量条件下，输送天然气采用钢质管道与采用塑料管道费用比较。公称直径DN150mm以下的管道，若钢管壁厚为5mm，塑料管的壁厚应为15mm。总费用(包括材料费和安装费)塑料管比钢管稍便宜。当公称直径(DN)大于150mm以后，塑料管比钢管贵，所以DN150mm是个平衡点。

[0014] (2).改进塑料配方。生产塑料管的主要原料有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等，这些原料里面都要加助剂，如流平剂、增强剂、增塑剂、阻燃剂、抗老化剂、遮光剂等等，整个工作称为配方设计。如果要想提高塑料的某些机械强度，也可以从配方上想办法，但收效甚微。

[0015] (3).改变管壁结构。目前常见的普遍塑料管是实心管壁，管壁内外都是光滑的，管壁内部没有其他填充物、没有肋状空洞。管内壁圆周长上通过圆心的二点连线称内径，依次有中径、外径等术语。这种实壁管是用圆模机头挤出后，经拉伸、定径、冷却成形。

[0016] 目前改变管壁结构有以下几种方法：①.波纹管，是使平滑的塑料管圆柱表面变成波纹状以后，相当于加肋，可以提高塑料管的刚度。②.加筋波纹管，是在波纹管管壁里面加了一根螺旋缠绕的钢丝，普通日杂商店有出售。③.中空管壁，纵向切开中空管壁塑料管，见到的是若干圆型孔的中空断面，优点是工艺简单，缺点是管内、外壁粗糙。还有一种见到的是若干方型孔的中空断面，优点是管内壁比较光滑，缺点是工艺复杂。④.钢板网管壁，第一步将钢板网板做成钢板网管，即是把从钢厂购回的钢板网按需要尺寸下料卷成筒，用电焊将接头对焊连接制成钢板网管。第二步将钢板网管通过塑料挤出机和圆模机头，在钢板网管的内外挤上塑料使之成为塑料管，此种方法的生产速度慢、成本高。⑤.编织钢丝管壁，是在圆模机头的前面，安装行星钢丝编织架。中心与圆模机头重合，装上公转的钢丝卷，钢丝卷的圆周运动与圆模机头挤出的高弹态塑料管的直线运动合成螺旋运动，每个钢丝卷能自转放线以保证连续生产，这样若干根钢丝就像网一样织成管状，进入塑料挤出机的圆模机头后，在钢丝网的内外都填满高弹态的塑料，就形成了钢丝网加筋塑料管。用这种方法生产的加筋塑料管科技含量较高、效果较好。但这种方法的缺点是每根钢丝之间只是搭接，没有编织。如同布料只有经线，没有纬线，所以整体强度不高，并且这种方法只能生产大管，不能生产DN200mm以下的小管。

[0017] 本发明生产的嵌入式加筋塑料管，是用螺杆挤出机，将改性PE颗粒塑料加热熔融，通过平板机头挤出高弹态的塑料带材，缠绕到所需规格的芯棒上，一边缠绕(圆周运动)一边用拨网轴使其作轴向直线移动(直线运动)，圆周运动和直线运动合成螺旋运动，高弹态的PE带材就卷成了管子，调节螺距则可以调节壁厚(缠绕的层数多，壁厚就相应增大)。在几层塑料带材的中间(例如共6层缠绕到第3层后)，从另一方向缠入钢丝网带，同样在芯棒和拨网轴的共同作用下，钢丝网带合成螺旋运动，钢丝网带的螺距也可以调节，后面的塑料带材覆盖到钢丝网带上，经压紧后钢丝网就热嵌在塑料管壁中间，形成嵌入式加筋塑料管。本发明所加的筋料是市面上出售的钢丝网，是通过经线和纬线编织而成。钢丝网的纵向和横向都有很高的抗拉性能，钢丝的直径、网的孔径可以任意选择。

[0018] 本发明生产的嵌入式加筋塑料管整体强度好，特别是环刚度和轴向拉伸强度指标大大提高。管径可以在大范围内调节，从DN30mm到DN1200mm的管径都能生产。管壁的厚度基本不受限制，从δ＝1.6mm到δ＝20mm都能生产，只是壁厚大用料多的管子，生产速度放慢一些即可。本发明的第一次投资省，各种管径、各种壁厚的加筋塑料管生产，只需一个平板机头，改变管径只需花少量的资金做定径套(定径套的价格是圆模机头的1/20)。生产过程中原材料浪费少，成品率高。

[0019] 本发明提高塑料管的强度，降低塑料管的成本是基于以下理论和实验得出的。与钢质应力分析及管道壁厚计算不同(钢质管道壁厚计算从约)，埋地塑料管设计中，ISO、英国、芬兰等国家广泛应用环刚度概念，环刚度SR，Kpa：

[0020] SR＝EI/Dm3 (1)

[0021] 式中：E-管子材料的弹性模量，Kpa；

[0022] I--单位长度管壁的惯性矩，对于实壁管，

[0023] I＝e3/12

[0024] e--实壁管壁厚，m

[0025] Dm--管平均直径，m。

[0026] 上式写为SR＝E(e3/12)/Dm3(2)

[0027] 从式(2)可以看出，管径相同，壁厚相等的管子，管材弹性模量(E)越大的管子，环刚度越大。本发明在塑料管壁中(管壁已适当减薄)嵌入缠绕钢丝网，钢的弹性模量是塑料的580倍，显著增加了管壁的弹性模量，经压扁实验得知，强度提高2～3倍。

[0028] 从式(2)还可以看出，管径相同(Dm)，环刚度(SR)要求一样的管子，管材弹性模量(E)大的管子，壁厚就可以做得较薄。壁厚减薄，PE料用量减少，这是本发明每米成本降低1/3的原因。

[0029] 由于本发明缠绕钢丝网，是PE料在高弹态下热嵌在塑料管壁中，不同于其他加筋方法。2009年8月26日CCTV新闻联播报道某厂生产的加筋塑料管供不应求，该厂生产的加筋塑料管的工艺是，先用圆模机头挤出内管，待内管冷却后，在内管外表面缠单根钢丝(螺旋缠绕)，对特殊要求者还要加纵向钢丝。再在缠绕上去的钢丝外面缠胶带，以保护钢丝不松散、不锈蚀。此种方法很难保证从缠绕的胶带搭接处不进水，所以整个管子的使用寿命得不到保证。本发明是热嵌状态下缠绕钢丝网，塑料与钢丝网为无缝搭接，水汽根本无法进入管壁，根据改性PE的寿命测算，所以能保证管子的使用寿命在50年以上。

[0030] 附图说明 以下结合附图，对本发明作进一步详细说明。

[0031] 附图1是嵌入式加筋塑料管成型机主视图。它由机架1、芯棒齿轮2、减速器齿轮3、拨网轴4、芯棒5、压光拨出轴6、塑料平板机头7、钢丝网8等组成。

[0032] 机架1由矩管组焊而成，芯棒齿轮2固定在机架1中间的支承座上。芯棒5套在芯棒齿轮2上，芯棒齿轮2转动芯棒5亦能随之转动。拨网轴4能在电动减速机带动下转动。压光拨出轴6在液压缸的作用下，向上能压紧芯棒5，向下能离开，压光拨出轴6能在电减速机带动下转动。塑料平板机头7挤出带宽可以调整的高弹态PE带。钢丝网8有适合的幅宽，成卷套在小轴上，可随小轴的转动松开、放长。

[0033] 具体实施方式 检查嵌入式加筋塑料管成型机各部件安装是否牢固，运动是否灵活，压缩空气、冷却水、电源是否接通，检查完毕后准备开机。从挤出机挤出的PE料，经平板机头7成型，成为所需宽度、所需厚度的高弹态PE带材。启动齿轮3的减速机，此减速机的动力为三相异步电动机，用变频调速将齿轮3调到合适的转速，带动芯棒齿轮2转动，套在芯棒齿轮2上的芯棒5也随之转动。将连续不断的PE带材搭在芯棒5上，同时将钢丝网带搭在芯棒上，钢丝网的幅宽根据需要选择，钢丝网位于PE料带材的中间，PE料带材的幅宽完全能盖住钢丝网。此时，PE料盖住钢丝网在芯棒5上作圆周运动，用手(带石棉手套)推动PE钢丝网圈(向出管方向)，到拨网轴4下方以后，开动气缸使拨网轴4压到PE钢丝网圈上(即压到芯棒5上)，同时让拨网轴4转动(附图1中为反时针旋转)，使PE钢丝网圈在芯棒5上作轴向直线运动，与芯棒5的圆周运动合成螺旋运动。不断的供料，不间断的螺旋运动，就可以生产螺旋缠绕的嵌入式加筋塑料管。为了消除螺旋缠绕搭接处的痕迹并使PE料与钢丝网嵌合得更紧密，故增设压光拨出轴6，压光拨出轴6的操作与拨网轴4相同，但旋转方向相反，以便于脱模(脱芯棒)。

[0034] 生产出来的嵌入式加筋塑料管离开成型机后，立即用水冷却定型，当生产到一定长度后，用无齿锯切断，而后包装出厂。关于嵌入式加筋塑料管在生产线上的传送、定径、切断等将另行申请专利。