[发明专利]内肋增强外波纹型塑料缠绕结构壁管材及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种内肋增强外波纹型塑料缠绕结构壁管材及其制造方法，该种管材的外波纹加强筋内含一条和管壁垂直的加强肋。

背景技术

在市政排污管道建设中，为减少污水渗漏，保护地下水源和土壤不受污染，大量地推广使用大口径塑料排水管。埋地自流式排水管道一般承受内压小，主要需提高抗土壤外挤压力。这就需要一方面提高管材的环刚度，另一方面通过增加管材与土壤的结合面积、加强回填土的密实度来完善管土共同作用，以提高管材抗压性。目前市场上的钢带增强聚乙烯(PE)螺旋波纹管、聚乙烯塑钢缠绕排水管、双平壁钢塑排水管、硬聚氯乙烯(PVC-U)钢塑复合缠绕管等都是通过复合钢带的方式增强管材的环刚度。但钢塑复合的技术还有待完善，钢材的耐腐蚀性差等问题，使钢塑类复合管在用于输送腐蚀性的污水时仍存在一定的质量安全隐患。

大口径纯塑料管目前主要有聚乙烯或硬聚氯乙烯双壁波纹管、硬聚氯乙烯加筋管、增强聚丙烯(FRPP)模压管、聚乙烯缠绕结构壁管材A型、聚乙烯缠绕结构壁管材B型。各种管材管壁的轴向局部剖面结构分别如图1的a、b、c、d和e。

双壁波纹管的制造方法是由塑机在熔融状态下连续挤出内外两层同心管，在内外管刚挤出还未冷却时，外管在上下或左右履带式模块的牵引和真空吸附下，形成连续的中空波型加强筋，并将该中空波形的“波谷”部位和内管的外壁在半熔融状态下压接在一起，冷却后形成管体。该管材外壁中空波形加强筋所形成的管材结构厚度可以达到管材直径的8％，有较高的管壁惯性矩，所以能经济有效地提高管材的环刚度；同时外壁的波纹形也增加了管材外表面积，有利于实现管土共同作用。但是，如在生产过程中因材料粘接性差或温度控制上的问题没有使内外层有效熔接(见图1.a，1熔接位)，在施工回填后极易在土壤的挤压下造成内外层分层甚而垮塌。同时其制造设备价格昂贵，市场发展空间有限。

硬聚氯乙烯加筋管和增强聚丙烯(FRPP)模压管的管壁轴向剖面结构基本相同，分别如图1.b、c，由于没有形成中空的加强筋结构，在环刚度相同时其经济性较同材质的波纹管差。

聚乙烯缠绕结构壁管A型的管壁轴向剖面结构如图1.d，其制造方法是先由第一挤塑机挤出断面为矩形的管坯，经真空水冷定型后成为矩形管2，然后使该矩形管连续有规律地并排螺旋缠绕在和成型管材直径对应的圆形成型滚筒上，成型滚筒上装有多条受链轮驱动旋转的小滚轴。与此同时，再由第二挤塑机不断向并排螺旋缠绕矩形管的相邻侧面间隙中挤出熔融的塑料熔胶3，相邻的矩形管在侧向压力下，由熔胶相互熔接在一起，并随着旋转小滚轴转动产生轴向力的推动下不断旋出，形成连续中空壁管材。该管材管壁的结构厚度决定于第一挤塑机所成型的矩形管的高度，由于矩形管是在冷却后再缠绕的，矩形管高度越大，则缠绕越困难，一般矩形高度只能在成型管材直径的6％左右，管壁惯性矩较同材质和同重量波纹管差，所以在环刚度相同时经济性也较同材质的波纹管差，同时其外壁为平面不利于形成管土共同作用。但该种管材结构稳定、设备简单、生产易于控制。

聚乙烯缠绕结构壁管材B型的管壁轴向剖面结构如图1.e，其制造设备和制造过程复杂，同时由于其加强筋是由聚丙烯圆管4外复合聚乙烯组成，在熔融状态下熔接在管壁上，造成管材结构壁惯性矩小，所以尤其是大口径管材在达到同等要求的环刚度时，比其他缠绕结构壁管材经济性差。

目前市场上有一种螺旋缠绕波纹管的管壁轴向剖面结构如图2.a，其制造方法是先有第一挤塑机挤出熔融条形塑料片材5，然后使该片材连续有规律地并排螺旋缠绕在装有多只主动旋转小滚轴的圆形成型滚筒上，同时由另一挤塑机构挤出相应梯形管状加强筋6，经水冷真空定型。以同样螺旋缠绕方式跨压于管壁上各条状塑料片材相邻边缘的搭接缝部位，梯形管状加强筋底面经适当加热，同时由于塑料片材处于半熔融状态。在梯形方管上的压轮的碾压下，方管和两层相互搭接的条状塑料片材熔合在一起。该管材外壁波纹形有利于管土共同作用。但由于其加强筋和聚乙烯缠绕结构管材B型类似，也是冷却定型后缠绕，其结构高度不能太大，所以其管壁惯性矩较同材质和同重量的波纹管小，但较聚乙烯缠绕结构管材A型稍好。最大的问题在于其加强筋和管壁的粘接很难控制，如条状塑料片温度过低，则粘接差；如温度过高，条型塑料片材则会从成型滚筒上下坠而难以控制成型。而且即使完成粘接，条形塑料片材的温度一定低于聚乙烯缠绕结构壁管材A型的熔胶，所以加强筋的侧面始终留有隙缝7，造成应力集中，在环境温度交替变化时熔接面会由隙缝逐步开裂，易造成管壁和加强筋分离而垮塌。