抗塌腰多层复合管的制作方法

1.本实用新型涉及管道领域，具体涉及一种抗塌腰多层复合管。


背景技术：

2.在给排水、油气、化工介质、矿浆输送、水煤浆输送和市政建设等诸多管道应用领域，目前应用较多的有金属管道、纯塑实壁管道以及钢塑复合管道等。金属管道具有优异的刚性和尺寸稳定性，但是比重大，安装维护不便，且不耐腐蚀和磨损，因此，金属管道寿命短、维护成本高。纯塑实壁管道，具有自重轻、耐磨和耐腐蚀等优势，但存在其刚性差，耐温性差，承压能力低等缺点，在架设使用中需要支架较多，增加施工的难度和费用。对于钢塑复合管道，其中最典型代表的为钢丝网骨架管道，其外层和内层为双面复合塑料，增强钢丝包覆于热熔胶层中。现有的钢丝网骨架管道克服了钢管和纯塑实壁管道各自的缺点，又具有钢管和纯塑实壁管道的共同优点，在市政、油气、化工、矿山等领域具有广泛的应用。但是当钢丝网骨架管道采用悬空架设或者立管使用时，由于塑料的刚性较低，如聚烯烃的拉伸强度一般在20-30mpa，抗拉模量一般在1000-2000mpa，且钢丝网骨架中钢丝以游离的形式存在，使用过程中易出现蠕变、塌腰变形的情况。
3.cn201696753u公开了一种钢丝网骨架塑料复合管，该复合管的管壁由五层结构组成，复合管自内向外依次为内层塑料管(1)、内热熔胶层(2)、缠绕钢丝网(3)、外热熔胶层(4)、外层塑料管(5)，上述五层结构牢固的粘接。具有不腐蚀管道，便于施工，维护成本低，对输送介质无污染的优点。
4.cn201866424u公开了一种钢丝网骨架复合管，包括内塑料管层，所述内塑料管层外套接有钢丝网骨架层，所述钢丝网骨架层外套接有外塑料层，所述钢丝网骨架层和内塑料管层通过热熔胶粘接，钢丝网骨架层和外塑料层通过热熔胶粘接，采用上述技术方案的优点是，钢丝网骨架层的设置提高了管道的强度，外塑料层和内塑料层的设置增加了管道的柔韧性，具有耐内压高、挠曲性好、寿命长的优点。
5.cn202017829u公开一种设置有钢丝网骨架的塑料复合管，包括管体内层塑料和管体外层塑料，所述塑料采用高密度聚乙烯，所述管道内壁光滑，内外层中间具有镀铜钢丝网，采用热熔胶和内外层塑料镀铜钢丝网复合成塑钢管道。该复合管的结构简单独特，强度高，抗压耐冲击，抗蠕变性，可示踪性，内壁光滑，摩擦阻力小，水头损失低；钢塑两种材料复合均匀可靠，克服普通聚乙烯管的快速开裂的缺点，使用寿命长。
6.然而上述现有技术中，存在组成结构单一、塑料层的刚性差，在架设使用过程中易出现塌腰变形的问题。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的是为了克服现有技术存在的复合管的环刚度、机械强度和承压能力低的问题，提供一种抗塌腰多层复合管，该复合管的结构简单，并且具有高的环刚度、机械强度和承压能力，有效避免管道受压损坏，能够满足大口径管道的需求。
8.为了实现上述目的，本实用新型第一方面提供一种抗塌腰多层复合管，其特征在于，沿复合管中心至外层的方向上，所述复合管依次包括第一功能层1、第一塑料层2、第一热熔胶层3、金属丝骨架层4、第二热熔胶层3'、第二塑料层5、第二功能层6；
9.所述第一功能层1、第一塑料层2、第二塑料层5、第二功能层6中的至少一层中设置有纤维结构。
10.本实用新型提供的抗塌腰多层复合管获得以下有益的技术效果：
11.本实用新型提供的抗塌腰多层复合管结构简单，设计合理。通过在多层复合管中设置纤维结构，极大地提高了管道的环刚度、机械强度和承压能力，有效避免管道受压损坏，还能使得管道口径做的更大，从而提供一种抗塌腰多层复合管道。多层管道通过共挤出设备和管道生产线实现复合，以在线熔融粘接的形式结合为一个整体，结构安全可靠性高。
12.进一步地，本实用新型提供的抗塌腰多层复合管具有高的环刚度、机械强度和承压能力。
附图说明
13.图1是本实用新型提供的抗塌腰多层复合管的具体实施方式；
14.图2是本实用新型提供的抗塌腰多层复合管的具体实施方式；
15.图3是本实用新型提供的抗塌腰多层复合管的具体实施方式。
16.附图标记说明
17.1、第一功能层；2、第一塑料层；3、第一热熔胶层；4、金属丝骨架层；3'、第二热熔胶层；5、第二塑料层；6、第二功能层。
具体实施方式
18.在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
19.本实用新型第一方面提供一种抗塌腰多层复合管，其特征在于，沿复合管的中心至外表面的方向上，所述复合管依次包括第一功能层1、第一塑料层2、第一热熔胶层3、金属丝骨架层4、第二热熔胶层3'、第二塑料层5、第二功能层6；
20.所述第一功能层1、第一塑料层2、第二塑料层5、第二功能层6中的至少一层中设置有纤维结构。
21.本实用新型中，所述抗塌腰多层复合管道通过在第一功能层1、第一塑料层2、第二塑料层5、第二功能层6中的至少一层中设置纤维结构，极大地提高了管道的环刚度、机械强度和承压能力，有效避免管道受压损坏，能够满足大口径管道的需求。
22.特别地，本实用新型所提供的抗塌腰多层复合管通过共挤出设备和管道生产线实现复合，以在线熔融粘接的形式结合为一个整体，结构安全可靠性高。
23.根据本实用新型，所述第一塑料层2和第二塑料层中设置有纤维结构。
24.进一步优选地，本实用新型中，所述第一功能层1、第一塑料层2、第二塑料层5、第二功能层6中均设置有纤维结构。
25.根据本实用新型，所述纤维结构由玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚酯纤维和芳纶纤维中的至少一种提供。
26.本实用新型中，采用上述纤维作为纤维结构设置于第一功能层1、第一塑料层2、第二塑料层5、第二功能层6，能够使得所述抗塌腰多层复合管具有优异的环刚度、机械强度和承压能力，特别地，当所述纤维的长径比为60-600：1时，抗塌腰多层复合管具有优异的加工性能、管道的环刚度、机械强度和承压能力得到进一步提升。
27.本实用新型中，根据复合管不同的功能和应用场景需求，用于制备第一功能层1以及第二功能层6的材料可以相同或不同。
28.具体的，所述第一功能层1和所述第二功能层6各自独立地由选自聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚甲醛、聚苯硫醚和poe弹性体中的至少一种材料制得。本实用新型中，特别地，所述第一功能层1和所述第二功能层6各自独立地由选自超高分子量聚乙烯、聚硅氧烷接枝改性的超高分子量聚乙烯和poe弹性体中的至少一种材料制得。
29.根据本实用新型，所述第一塑料层2和第二塑料层5各自独立地由选自聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲醛和聚苯硫醚中的至少一种材料制得。
30.本实用新型中，根据复合管不同的功能和应用场景需求，用于制备所述第一塑料层2和第二塑料层5的材料可以相同，也可以不同。
31.根据本实用新型，所述第一热熔胶层3和所述第二热熔胶层3'各自独立地由选自马来酸酐接枝改性eva热熔胶、马来酸酐接枝改性聚烯烃热熔胶、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物基热熔胶、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物基热熔胶中的至少一种材料制得。
32.根据本实用新型，所述金属丝骨架层4由金属丝制得，通过缠绕机以特定角度缠绕于第一塑料层2的外壁。
33.进一步地，所述金属丝骨架层4由2层正反交替缠绕的金属丝制得；所述金属丝的缠绕角度为40-70
°
，优选为40-65
°
。
34.根据本实用新型，所述金属丝的直径为0.5-2mm。
35.本实用新型中，所述金属丝选自钢丝和/或铜丝，优选为钢丝，更优选为选自镀锌刚丝、镀铜刚丝、镀磷刚丝、聚烯烃包覆的刚丝和热熔胶包覆的刚丝中的至少一种。
36.本实用新型中，采用上述特定种类的刚丝，特别是选用聚烯烃包覆的刚丝和/或热熔胶包覆的刚丝，能够显著增加钢丝与胶层和管材的粘接能力，使得所述抗塌腰多层复合管的环刚度、机械强度和承压能力得到进一步改善。
37.根据本实用新型，所述金属丝骨架层缠绕在第一塑料层2的外壁，并被包覆于第一热熔胶层1和第二热熔胶层2中。
38.本实用新型中，所述金属丝骨架层缠绕在第一塑料层2的外壁，并被包覆于第一热熔胶层3和所述第二热熔胶层3'中，能够极大地提高了复合管的环刚度、机械强度和承压能力，有效避免管道受压损坏，能够满足大口径管道的需求。
39.根据本实用新型，所述第一功能层1、所述第一塑料层2、所述第二塑料层5与所述第二功能层6的厚度比为1：2-6：1.5-5:0.5-1。
40.本实用新型中，第一功能层1、第一塑料层2、第二塑料层5与第二功能层6的厚度满足上比例范围时，能够使得所述抗塌腰多层复合管具有优异的环刚度、机械强度和承压能力。
41.如图1所示，本实用新型的一个具体实施方式中，沿所述抗塌腰多层复合管的管中心至外表面的方向上，所述复合管依次包括第一功能层1、第一塑料层2、第一热熔胶层3、金属丝骨架层4、第二热熔胶层3'、第二塑料层5、第二功能层6。
42.所述第一功能层1由聚丙烯制得，且第一功能层1中设置有纤维结构，所述第一塑料层2由聚丙烯制得，所述第一塑料层2中设置有纤维结构。
43.本实用新型中，所述纤维结构为玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维和聚酯纤维中的至少一种，优选为玻璃纤维。
44.所述第一热熔胶层3和第二热熔胶层3'各自独立地由热熔胶马来酸酐接枝聚丙烯制得，具体的，所述热熔胶马来酸酐接枝聚丙烯附于第一塑料层2的外壁。
45.所述金属丝骨架层4由2层正反交替缠绕的钢丝制得，通过缠绕机以40-65
°
的缠绕角度缠绕于第一塑料层2的外壁，并被包覆于第一热熔胶层3和第二热熔胶层3'中。
46.所述第二塑料层5由聚丙烯制得，所述第二功能层6由聚丙烯制得，具体的，所述第二塑料层5、第二功能层6依次复合于第二热熔胶层3’的外层，得到能够应用于煤矿的聚丙烯复合管材。
47.如图2所示，本实用新型的一个具体实施方式中，沿所述抗塌腰多层复合管的管中心至外表面的方向上，所述复合管依次包括第一功能层1、第一塑料层2、第一热熔胶层3、金属丝骨架层4、第二热熔胶层3’、第二塑料层5、第二功能层6。
48.所述第一功能层1由超高分子量聚乙烯、聚硅氧烷接枝改性的超高分子量聚乙烯和poe弹性体中的至少一种材料制得，所述第一塑料层2由聚丙烯制得，第一塑料层2中设置有纤维结构，该纤维结构由玻璃纤维提供。
49.所述第一热熔胶层3和所述第二热熔胶层3’各自独立地由热熔胶马来酸酐接枝聚丙烯制得，所述热熔胶马来酸酐接枝聚丙烯附于第一塑料层2的外壁。
50.所述金属丝骨架层4由2层正反交替缠绕的钢丝制得，通过缠绕机以40-65
°
的缠绕角度缠绕于第一塑料层2的外壁，并被包覆于第一热熔胶层3和第二热熔胶层3'中。
51.所述第二塑料层5由聚丙烯制得，所述第二功能层6由聚丙烯制得，具体的：所述第二塑料层5、所述第二功能层6依次复合于所述第二热熔胶层3’的外层，得到能够应用于浆液输送的耐磨型聚丙烯管材。
52.如图3所示，本实用新型的一个具体实施方式中，沿所述抗抗塌腰多层复合管的管中心至外表面的方向上，所述复合管依次包括第一功能层1、第一塑料层2、第一热熔胶层3、金属丝骨架层4、第二熔胶层3’、第二塑料层5、第二功能层6。
53.所述第一功能层1由超高分子量聚乙烯、聚硅氧烷接枝改性的超高分子量聚乙烯和poe弹性体中的至少一种材料制得；所述第一塑料层2由聚丙烯制得，第一塑料层2中设置有纤维结构，该纤维结构由玻璃纤维提供。
54.所述第一热熔胶层3和所述第二热熔胶层3’各自独立地由热熔胶马来酸酐接枝聚丙烯制得，所述热熔胶马来酸酐接枝聚丙烯附于第一塑料层2的外壁。
55.所述金属丝骨架层4由2层正反交替缠绕的钢丝制得，通过缠绕机以40-65
°
的缠绕
角度缠绕于第一塑料层2的外壁，并被包覆于第一热熔胶层3和第二热熔胶层3'中。
56.所述第二塑料层5由聚丙烯制得，第二塑料层5中设置有纤维结构，该纤维结构由玻璃纤维提供，所述第二功能层6由聚丙烯制得，具体的：所述第二塑料层5、所述第二功能层6依次复合于第二热熔胶层3’的外层，得到能够应用于浆液输送的耐磨型聚丙烯管材。
57.本实用新型中，所述抗塌腰多层复合管的外径φ为110-630mm，壁厚为10-30mm，公称压力为0.8-3.5mpa。
58.本实用新型中，所述抗塌腰多层复合管的外径为φ315mm，壁厚为14mm，公称压力为2mpa时，在支架间隔为2.5m时，所述抗塌腰多层复合管的挠曲变形最大值为0.5-2.8mm。
59.以下将通过实施例对本实用新型进行详细描述。以下实施例中，
60.所述抗塌腰多层复合管的壁厚以及公称压力采用gb/t 32439-2015给水用钢丝网增强聚乙烯复合管方法测得；
61.在支架间隔为2.5m时，所述抗塌腰多层复合管的挠曲变形最大值采用abaqus软件中进行计算得到。
62.玻璃纤维，购自中国巨石股份有限公司，长径比为200：1；玄武岩纤维，购自四川谦宜复合材料有限公司，长径比为500：1；
63.聚丙烯，购自燕山石化公司，牌号b8101；
64.热熔胶马来酸酐接枝聚丙烯，购自上海邦中高分子材料股份有限公司，牌号gs40b100；
65.超高分子量聚乙烯，购自四川鑫成新材料科技有限公司，牌号gxcg-1101；
66.实施例以及对比例所用其他原料均为市售品。
67.实施例1
68.如图1所示，沿所述抗塌腰多层复合管的管中心至外表面的方向上，所述复合管依次包括第一功能层1、第一塑料层2、第一热熔胶层3、金属丝骨架层4、第二热熔胶层3'、第二塑料层5、第二功能层6。
69.第一功能层1由聚丙烯制得，且第一功能层中设置有由玻璃纤维提供的纤维结构；第一塑料层2由聚丙烯制得，第二塑料层中设置有由玻璃纤维提供的纤维结构；其中，第一功能层1和第一塑料层2的厚度分别为2mm和5mm。
70.第一热熔胶层3和第二热熔胶层3'由热熔胶马来酸酐接枝聚丙烯制得，所述热熔胶马来酸酐接枝聚丙烯附于第一塑料层2的外壁。其中，第一热熔胶层3和第二热熔胶层3'的厚度分别为1.2mm和1.2mm。
71.金属丝骨架层4由2层正反交替缠绕的钢丝制得，通过缠绕机以55
°
的缠绕角度缠绕于第一塑料层2的外壁，并被包覆于第一热熔胶层3和第二热熔胶层3'中。其中，金属丝骨架层4的总厚度为2mm，金属丝的直径为1mm。
72.第二塑料层5由聚丙烯制得，第二功能层6由聚丙烯制得，具体的，第二塑料层5、第二功能层6依次复合于第二热熔胶层3’的外层，其中，第二塑料层5和第二功能层6的厚度分别为3mm和1.6mm，得到能够应用于煤矿的多层聚丙烯复合管材a1，该多层聚丙烯复合管材的壁厚为15mm。复合管中，第一功能层1、第一塑料层2、第二塑料层5与第二功能层6的厚度比为1：2.5：1.5：0.8。
73.经测试，对于外径为315mm，壁厚为15mm，公称压力为2.5mpa的多层复合管道a1，在
支架间距为2.5m时，对应的挠曲变形最大值为1.8mm。
74.实施例2
75.如图2所示，沿所述抗塌腰多层复合管的管中心至外表面的方向上，所述复合管依次包括第一功能层1、第一塑料层2、第一热熔胶层3、金属丝骨架层4、第二热熔胶层3’、第二塑料层5、第二功能层6。
76.第一功能层1由超高分子量聚乙烯制得；第一塑料层2由聚丙烯制得，第二塑料层2中设置有由玻璃纤维提供的纤维结构，其中，第一功能层1和第一塑料层2的厚度分别为2mm和5mm。
77.第一热熔胶层3和第二热熔胶层3’由热熔胶马来酸酐接枝聚丙烯制得，所述热熔胶马来酸酐接枝聚丙烯附于第一塑料层2的外壁。其中，第一热熔胶层3和第二热熔胶层3'的厚度分别为1.2mm和1.2mm。
78.金属丝骨架层4由2层正反交替缠绕的钢丝制得，通过缠绕机以55
°
的缠绕角度缠绕于第一塑料层2的外壁，并被包覆于第一热熔胶层3和第二热熔胶层3'中。其中，金属丝骨架层4的总厚度为2mm，金属丝的直径为1mm。
79.第二塑料层5由聚丙烯制得；第二功能层6由聚丙烯制得，具体的：第二塑料层5、第二功能层6依次复合于热熔胶层3’的外层，其中，第二塑料层5和第二功能层6的厚度分别为3mm和1.6mm，得到能够应用于浆液输送的耐磨型聚丙烯管材a2，该多层聚丙烯复合管材的壁厚为15mm。复合管中，第一功能层1、第一塑料层2、第二塑料层5与第二功能层6的厚度比为1：2.5：1.5：0.8。
80.经测试，对于外径为315mm，壁厚为15mm，公称压力为2.5mpa的多层复合管道a2，在支架间距为2.5m时，对应的挠曲变形最大值为2.1mm。
81.实施例3
82.按照实施例2的方式制备多层聚丙烯复合管材a3，不同的是，第二塑料层2中设置有由玄武岩纤维提供的纤维结构。得到多层聚丙烯复合管材a3。
83.经测试，对于外径为315mm，壁厚为15mm，公称压力为2.5mpa的多层复合管道a3，在支架间距为2.5m时，对应的挠曲变形最大值为1.6mm。
84.实施例4
85.按照实施例2的方式制备多层聚丙烯复合管材a4，不同的是，在第二塑料层2和第二塑料层5中均设置有由玻璃纤维提供的纤维结构，得到多层聚丙烯复合管材a4。
86.经测试，对于外径为315mm，壁厚为15mm，公称压力为2.5mpa的多层复合管道a4，在支架间距为2.5m时，对应的挠曲变形最大值为0.6mm。
87.实施例5
88.按照实施例2的方式制备多层聚丙烯复合管材a5，不同的是，金属丝骨架层4由2层正反交替缠绕的钢丝制得，通过缠绕机以37
°
的缠绕角度缠绕于第一塑料层2的外壁。得到多层聚丙烯复合管材a5。
89.经测试，对于外径为315mm，壁厚为15mm，公称压力为2.5mpa的多层复合管道a4，在支架间距为2.5m时，对应的挠曲变形最大值为2.8mm。
90.对比例1
91.按照实施例2的方法多层聚丙烯复合管材d1，不同的是，第一塑料层2未设置有纤
维结构。制得多层聚丙烯复合管材d1
92.经测试，对于外径为315mm，壁厚为15mm，公称压力为2.5mpa的多层复合管道d1，在支架间距为2.5m时，对应的挠曲变形最大值为5.1mm。
93.以上详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于此。在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本实用新型所公开的内容，均属于本实用新型的保护范围。