一种塑料缠绕高筋结构壁管的制作方法

1.本实用新型涉及塑料管道技术，尤其是塑料结构壁管，具体是一种塑料缠绕成形的高筋波纹管。


背景技术：

2.塑料缠绕结构壁管是通过挤出的塑料带材，于缠绕设备上螺旋缠绕而成形的管道，大量的运用在埋地排水、排污等工程项目中。因为这类管道需要埋于地下深层，因此，管道的承压环刚度(抗外压强度) 对于管道而言十分重要，而结构壁塑料管材(如波纹管、中空平壁管等)正是由于具有在经济的材料成本下提高环刚度而得以非常广泛的运用。但结构壁塑料管材存在以下技术上的问题：
3.1、对于结构壁塑料管材，要经济性地提高其抗外压强度，除提高材料力学性能外，从结构上说就是如何提高管材结构厚度，简单地说就是提高管材结构厚度和其半径的比值，达到一定的环刚度。塑料缠绕成形结构壁管材主要传统的成形方法，是用冷却成形好的结构壁带材经缠绕“并列侧向”粘合成形而制造出管材。这样制造出的管材，其结构高度实际上取决于带材弯曲方向上的厚度，而带材的厚度反过来又限制了带材的弯曲半径，也就是限制了带材能够弯曲缠绕的管道口径，所以传统方法制造的缠绕结构壁管材不能达到其材料理想的管材结构厚度和管材内径比，一般只能达到8％，而且这样制成的管材内应力很大，会加速材料的老化，缩短管材的寿命，因此传统的成形方法无法制造出具有高环刚度的大口径结构壁塑料管道。
4.2、结构壁塑料管材的制造必须要考虑制造的效率问题，而传统的成形方法中，结构壁带材经挤出机热熔挤出后的冷却速度和冷却效果直接影响到管道的生产效率，正是这种原因，在设计结构壁带材时，必须要充分考量横截面的结构越简单越好，如没有任何多余内肋的中空腔是最好的结构壁带材结构，带材需冷却的部分都能贴近真空定形水套，但这样也无法提高管材结构壁加强高筋的稳定性，容易导致结构壁加强高筋(如波纹加强筋)受压垮塌、被碰损等等。因此，传统的成形方法很难设计出具有力学强度更好支撑内肋(如y形内肋、十字形内肋等)。
5.3、结构壁带材缠绕成形管道的工艺越简单越好，在结构复杂的结构壁管材的加工中，几乎难以做到一次挤出熔胶，实现三根带材一次熔结成形。
6.本实用新型是针对上述现有技术中所存在的诸多问题，提供一种具有独特设计的塑料缠绕管，尤其是大口径的塑料缠绕管。


技术实现要素：

7.针对上述问题，本实用新型旨在提供一种可采用冷弯带材在有效弯曲半径内缠绕获得高筋高环刚度的塑料缠绕结构壁管。
8.本实用新型还提供了一种高效简易地于中空加强筋内形成高强度多条内肋的塑料缠绕结构壁管，在不影响制造效率的情况下大幅增强了高筋的结构强度。
9.为实现该技术目的，本实用新型的方案是：一种塑料缠绕结构壁管，所述缠绕高筋结构壁管由挤出并冷却定形的两种塑料中空异形带材螺旋缠绕而成，所述两种塑料中空异形带材分别为基带材和增高筋带材；基带材螺旋缠绕并经熔胶侧向粘合形成具有中空底筋的管材本体；增高筋带材螺旋缠绕于所述底筋之上，同时经熔胶粘合于底筋上形成缠绕于管材本体的中空加强高筋。
10.进一步地，所述基带材是横截面为底片连接两个具有中空凸起的中空异形带材；中空凸起包括内侧壁、外侧壁以及跨接内外侧壁顶部的顶壁；基带材缠绕时相邻的中空凸起外侧壁经熔胶粘合，粘合的中空凸起形成管材本体上的中空底筋，该底筋的中部具有由两外侧壁粘接而成的第一支撑内肋；所述基带材内侧壁的垂直高度高于所述外侧壁的垂直高度，基带材缠绕粘合时，相邻的中空凸起顶壁相互倾斜形成v形槽，该v形槽为底筋的顶部。
11.作为优选的，所述增高筋带材的横截面为中空腔结构，其底部为与v形槽相匹配的v形外凸；增高筋带材的底部v形外凸跨压于底筋的v形槽上经熔胶粘合形成缠绕于管材本体的加强高筋，同时形成v 形的第二支撑内肋；所述第一支撑内肋和第二支撑内肋形成加强高筋内部的y形内肋。
12.作为优选的，所述增高筋带材为两个对称的中空初带材经熔胶侧向粘合而成，所成形的增高筋带材的底部为与v形槽相匹配的v形外凸，两中空初带材熔胶熔结面形成增高筋内的第三支撑内肋；增高筋带材的底部v形外凸跨压于底筋的v形槽上经熔胶粘合形成缠绕于管材本体的加强高筋，同时形成v形的第二支撑内肋；所述底筋内的第一支撑内肋和增高筋内的第三支撑内肋在一个平面上，形成加强高筋内部的径向直立内肋。
13.作为优选的，基带材之间侧向粘合和增强筋带材与底筋的粘合所用的熔胶由一台熔胶机同时挤出，基带材缠绕时，相邻基带材挤压将挤入相邻中空凸起外侧壁之间的熔胶溢出于v形槽内，增高筋带材的底部v形外凸跨压于底筋形成的v形槽上经溢出的熔胶粘合形成缠绕于管材本体的加强高筋。
14.作为优选的，所述v形外凸的横截面宽度与所述v形槽的横截面宽度相等，所述增高筋带材的两侧面与底筋两侧面齐平。
15.作为优选的，所述增高筋带材的横截面宽度宽于所述底筋的横截面宽度，所述增高筋带材的两侧面外凸于底筋的两侧面，所述加强高筋的横截面为中空t形结构。
16.作为优选的，所述加强高筋外部还包覆有一层塑料覆层，所述基带材、增高筋带材、熔胶以及加强高筋外部包覆的塑料覆层均为pe 材质。
17.作为优选的，所述增高筋带材内还复合有增强钢片或pp内层。
18.本实用新型的有益效果是：采用基带材形成管材本体及底筋并采用增高筋带材粘合于底筋合并形成加强高筋，突破了单一带材的有效弯曲半径对加强筋高度的限制，进而可大幅提升加强筋高度与管道直径之比，相较于传统塑料缠绕结构壁管，本方案制造的同刚度管单位米重明显降低；此外，巧妙的制造方法及结构设计使得在管道成形中于加强高筋内成形出多条支撑内肋，极大的增强了加强高筋的结构强度，使得高筋难以受压垮塌、被碰损；本方案的塑料缠绕结构壁管及制造方法能够有效提高了生产效率，节约生产成本；管材的结构科学合理，便于生产制造，性价比显而易见，具有巨大的市场前景。
附图说明
19.图1为本实用新型实施例一的塑料缠绕管之立体结构图；
20.图2为图1中a部位加强高筋的放大图；
21.图3为图1中实施例一的带材挤出模头出口示意图；
22.图4为基带材缠绕时熔胶粘合的结构示意图；
23.图5为增高筋带材跨压于底筋缠绕时熔胶粘合的结构示意图；
24.图6为本实用新型实施例三中覆层压轮于加强高筋外侧覆压塑料覆层的结构示意图；
25.图7为本实用新型实施例四的横截面示意图；
26.图8为本实用新型实施例五的横截面示意图；
27.图9为本实用新型实施例二中覆层压轮于加强高筋外侧覆压塑料覆层的结构示意图；
28.图10为本实用新型实施例一中压轮挤压带材成形管道的结构示意图；
29.图11为实施例二的带材挤出模头出口示意图；
30.图12为实施例三的带材挤出模头出口示意图；
31.图13为本实用新型的结构壁管制造时的挤压粘合示意图；
32.图14为本实用新型实施例五的横截面示意图。
33.其中：1加强高筋、2管材本体、3基带材、4增高筋带材、12y 形内肋、121第三支撑内肋、31中空凸起、32内侧壁、33外侧壁、34顶壁、41增高筋带材中空腔、42v形外凸、5熔胶、6塑料覆层、 7覆层压轮、8pp内层、9钢带、10夹轮、11压轮、13中空初带材。
具体实施方式
34.下面结合附图和实施例，进一步阐述本实用新型。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本实用新型的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。
35.本实用新型为一种塑料缠绕结构壁管，这类管道主要使用塑料制成，可以是pe、pp、复合塑料等等，具体使用的塑料材质由本领域技术人员根据现有技术和性能要求选定；本实用新型所涉的缠绕结构壁管是通过塑料挤出机经由挤出模头挤出带材，带材在冷却成形之后，再上管道成形缠绕设备进行弯曲缠绕，并粘合形成管材，这些皆为管道领域的公知技术，在此不展开叙述。
36.冷却定形后的中空带材，在弯曲缠绕时会产生内部应力，弯曲半径越小，内应力越大，材料应力的最大极限值限制了弯曲半径的最小极限值。一般聚乙烯带材的极限最小弯曲半径不能小于带材弯曲方向上结构厚度的6倍，这无形中限制了传统用冷却带材缠绕方式制造的缠绕结构壁管材的结构高度(厚度)，其结构高度一般不能超过管材内径的8％。而为了制造高环刚度的缠绕结构壁管道在经济的米重状态下实现，又必须提高结构壁管道的结构高度。如何在相对于缠绕带材弯曲方向上的结构厚度比较大的弯曲半径、缠绕带材内应力比较小的状态下，实现提高缠绕结构壁管结构高度的目的，正是本实用新型的方案要
充分解决的技术难题。
37.如图1、3、4、5所示的，本实用新型的一种塑料缠绕结构壁管是由两种挤出成形的塑料中空异形带材缠绕而成，所述的塑料中空异形带材分别为基带材3和具有中空腔的增高筋带材4；其中，基带材 3从塑料挤出设备经挤出模头挤出并冷却定形之后，再上管道成形设备弯曲螺旋缠绕，经熔胶侧向粘合形成具有中空底筋的管材本体2，底筋缠绕在管材本体2之上(即管壁)；所述增高筋带材4从塑料挤出设备的挤出模头挤出并冷却定形之后弯曲螺旋缠绕于基带材3成形的底筋之上，经熔胶粘合于底筋之上形成缠绕于管材本体的中空加强高筋1。
38.在本实用新型的具体实施例中，如图3、11、12所示出的，基带材3是横截面为底片连接两个具有中空凸起31的中空异形带材，增高筋带材的横截面也是中空，即增高筋带材中空腔41；这种中空凸起31和中空腔41的目的是为了减少材料、降低管道的每米重量，更重要目的是为了便于带材的迅速冷却，提高制造效率和速度，如果是实心的或内部多肋的，带材在制造过程中无法做到迅速冷却，必将大大的延缓制造的速度，降低制造效率，故本实用新型中的基带材3和增高筋带材4均为中空结构，且内部无多余的肋。从图3中看出，中空凸起31包括内侧壁32、外侧壁33以及跨接内外侧壁顶部的顶壁 34；基带材3缠绕时相邻的中空凸起31的外侧壁33经熔胶粘合，粘合的相邻两个中空凸起形成管材本体的底筋，该底筋的中部具有由两外侧壁合并而成的第一支撑内肋，该第一支撑内肋是在缠绕粘合中成形的，设计巧妙，生产效率高。
39.需要强调的是，本实用新型中的底筋的高度因弯曲半径的限制不能做到足够的高度，故不足以给到管材本体足够的环刚度，因此需要对底筋进行增高，故而需要粘合增高筋带材4进行增高，形成足够高度的加强高筋1，以达到管材所需的环刚度。这种通过多带材粘合增高的方式来解决弯曲半径对结构壁厚(加强筋高度)的限制，是本实用新型的核心贡献之一，其结构巧妙，科学合理，尤其是极容易在生产制造中实施，不降低生产制造效率，这在本技术领域是所产生的有益效果显而易见。
40.本实用新型具体实施例中的基带材3的内侧壁32的垂直高度高于所述外侧壁33的垂直高度，这样的结构使得基带材3在缠绕时，相邻的中空凸起31的顶壁34相互倾斜形成v形槽，该v形槽为底筋的顶部，这在图4、5、9和10中都有示出；所述增高筋带材4的底部为与v形槽相匹配的v形外凸42；增高筋带材4的底部v形外凸 42跨压于底筋的v形槽上，经熔胶粘合形成缠绕于管材本体的加强高筋1，同时形成v形的第二支撑内肋，如图4和5所示出的；所述第一支撑内肋和第二支撑内肋形成加强高筋1内部的y形内肋12，y 形内肋12是在缠绕粘合中成形的，设计巧妙，生产效率高，如果是直接在中空带材中挤出出这种内肋，在实际生产中很难实现，带材的冷却散热问题必将严重影响加工的效率，而且结构复杂，本实用新型的方案用各带材的侧边经熔胶在粘合的过程中形成了加强高筋1内部的y形内肋，极大的增强了加强高筋1的结构强度，使得加强高筋 1在远超出普通加强筋的高度之情况下，也难以受压垮塌、被碰损，进一步有力的保障了管材本体的环刚度(即承压能力)。
41.为了进一步的强化高筋部位的结构强度，在最优选的实施例五中，如图14所示出的，增高筋带材4采用两个对称的异形中空初带材13经熔胶侧向粘合而成，所成形的增高筋带材4的底部为与v形槽相匹配的v形外凸，两中空初带材13经熔胶熔结面形成增高筋内的第三支撑内肋121，该支撑内肋121强有力的支撑了增高筋带材的中空腔体，极大的强化了
增高筋带材的结构强度；增高筋带材的底部 v形外凸跨压于底筋的v形槽上经熔胶粘合形成缠绕于管材本体的加强高筋，同时形成v形的第二支撑内肋；所述底筋内的第一支撑内肋和增高筋内的第三支撑内肋在一个平面上，形成加强高筋内部的径向直立内肋。最终形成的加强高筋具有爪形内肋，相对于前述的y形内肋，具有更强的结构强度，使得加强高筋1在远超出普通加强筋的高度之情况下，更难以受压垮塌、被碰损，进一步有力的保障了管材本体的环刚度(即承压能力)。
42.为了更便于制造，优化制造工艺，本实用新型的具体实施例中，如图4所示的，基带材3在缠绕时，将挤入相邻中空凸起外侧壁33 之间的熔胶5溢出于v形槽内，增高筋带材4的底部v形外凸42跨压于底筋的v形槽上时，溢出的熔胶5刚好将增高筋带材粘合与基带材形成的底筋上部，形成缠绕于管材本体2的加强高筋1；这样的做法减少了加工的复杂度，无需再另行挤注熔胶5，一次注胶便可实现全部的粘合成形工艺，大大提升了生产效率。
43.作为本实用新型的具体实施例一和三，所述v形外凸的横截面宽度与所述v形槽的横截面宽度等宽，所述增高筋带材的两侧面与底筋两侧面齐平，这样制造出来的加强高筋的形状为等腰的梯形、三角形或顶部弧形的等腰体，本领域技术人员可以根据具体情况进行相应的设计。
44.作为本实用新型的具体实施例二和实施例五，如图9、11、14所示的，所述增高筋带材4的横截面宽度要宽于所述底筋的横截面宽度，所述增高筋带材4的两侧面外凸于底筋的两侧面，所形成的加强高筋1的横截面为t形结构；这种结构的好处在于管道在施工埋地时，加强高筋的t形结构与土壤形成嵌壁式结合，使得管土啮合更佳，管道和啮合土层共同抗压，提高管道在土壤中的抗压能力，具有更好的稳定性。
45.为了充分的利用模具，进一步提升生产效率，充分利用设备，降低生产成本，所述基带材3和增高筋带材4由同一塑料挤出模挤出，增高筋带材4的挤出口位于基带材3挤出口的中上部位置。这样充分利用了基带材3上面两中空凸起之间的模具区域，如图3、11、12所示出的，这样可以使得同一个挤出机的带材挤出模头同时挤出基带材 3和增高筋带材4，也能保证缠绕的同步性。
46.作为优选的实施例，基带材3和增高筋带材4均为pe材质，所述熔胶为熔化的高温pe。为了进一步提升管道的表面光滑度，在加强高筋1的外部还可以包覆有一层塑料覆层6，如图6、7、8、9所示，塑料覆层的材质可以是pe材质。
47.为了进一步的增强加强高筋1的强度，所述增高筋带材4内还复合有增强钢片9(如图8所示)或pp内层8(如图7所示)，具体的复合方法本领域技术人员能够根据现有技术实现，本说明书中不进行详述。
48.本实用新型还提供了两种制造方法，其中，方法一是针对无内肋的增高筋带材之制造方法，方法二是针对有内肋的增高筋带材之制造方法。
49.方法一：
50.一种塑料缠绕结构壁管的制造方法，包括以下工艺步骤：
51.步骤一、通过塑料挤出设备的挤出模头挤出高温柔性的中空异形基带材和增高筋带材，再将高温基带材和增高筋带材同时送入水箱进行带材真空冷却定形；
52.步骤二、将冷却定形后的基带材经由管材成形设备螺旋缠绕，在相邻基带材之间挤入熔胶，再经由夹轮将相邻基带材夹拢粘合，形成具有底筋的管材本体；
53.步骤三、将冷却定形后的增高筋带材经由同一管材成形设备螺旋缠绕于管材本体的底筋之上，用压轮将增高筋带材通过底筋上的熔胶与底筋相粘合，形成加强高筋。
54.作为方法一中优选的实施方法，结合图13所示，所述夹轮10具有夹槽，该夹槽底部的形状与增高筋带材的底部形状匹配，而夹槽的开口部横截面与底筋的横截面匹配；在夹轮下方通过夹槽的开口部夹拢基带材时，增高筋带材跨置于夹轮的上方的夹槽中由夹轮导向行进，使增高筋带材能准确对位于底筋之上；所述压轮具有压槽，该压槽横截面与加强高筋的横截面匹配。
55.作为优选的，所述基带材和增高筋带材由同一挤出模头挤出，增高筋带材的挤出口位于基带材挤出口的中上部位置。
56.作为优选的，在步骤二中挤入相邻基带材之间的熔胶能在夹轮夹拢粘合基带材之后溢出一定的量于底筋之上，用于步骤三中的增高筋带材与底筋的粘合。
57.方法二：
58.一种塑料缠绕结构壁管的制造方法，包括以下工艺步骤：步骤一、通过塑料挤出设备的挤出模头挤出高温柔性的中空异形基带材和两个中空初带材，再将基带材和两个中空初带材同时送入水箱进行带材冷却定形；步骤二、将冷却定形后的两个中空初带材通过侧向熔胶粘合，成形为内部具有第三支撑内肋的中空增高筋带材；步骤三、将冷却定形后的基带材经由管材成形设备螺旋缠绕，在相邻基带材之间挤入熔胶，再经由夹轮将相邻基带材夹拢粘合，形成具有底筋的管材本体；步骤四、将冷却定形后的增高筋带材经由同一管材成形设备螺旋缠绕于管材本体的底筋之上，用压轮将增高筋带材通过底筋上的熔胶与底筋相粘合，形成加强高筋；其中步骤二和步骤三同时进行。
59.作为方法二中优选的实施方法，结合图13所示，所述夹轮10具有夹槽，该夹槽底部的形状与增高筋带材的底部形状匹配，而夹槽的开口部横截面与底筋的横截面匹配；在夹轮下方通过夹槽的开口部夹拢基带材时，增高筋带材跨于夹轮的上方于夹槽的底部由夹轮导向行进，使增高筋带材能准确对位于底筋之上；所述压轮具有压槽，该压槽横截面与加强高筋的横截面匹配。
60.作为优选的，所述基带材和两个中空初带材由同一挤出模头挤出，两个中空初带材的挤出口位于基带材挤出口的中上部位置。
61.作为优选的，在步骤三中挤入相邻基带材之间的熔胶能在夹轮夹拢粘合基带材之后溢出一定的量于底筋之上，用于步骤四中的增高筋带材与底筋的粘合。
62.最后，需要强调的是，本实用新型的全文及附图仅仅是记载了增高筋带材为一条的实施例，本领域技术人员完全能够根据本实用新型方案，设计出一条以上增高筋带材的方案，如在第一条增高筋带材缠绕于底筋之后，再于第一条增高筋带材的顶部粘合第二条增高筋带材，以此类推，可以根据实际结构壁所需厚度(如外波纹筋的高度)，设计出具体的增高筋形状及缠绕根数，这些都是基于本实用新型的衍生、拓展。
63.以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征及本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。