專利名稱：一種復(fù)合結(jié)構(gòu)壁管材及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)壁管材，尤其是一種高環(huán)剛度的復(fù)合結(jié)構(gòu)壁管材。本發(fā)明還涉及該復(fù)合結(jié)構(gòu)壁管材的制備方法。
背景技術(shù)：
目前，大口徑結(jié)構(gòu)壁管材屬于化學(xué)建材領(lǐng)域，是以塑代鋼，以塑代水泥的換代產(chǎn) 品，應(yīng)用于市政排水，遠(yuǎn)距離低壓輸水，礦山及化工排水，農(nóng)田水利灌溉及通風(fēng)管道及化工 容器的制作等，對(duì)節(jié)省能源，減少污染，保護(hù)環(huán)境有重要意義?，F(xiàn)有的結(jié)構(gòu)壁管材通常包括 管壁和沿管壁外表面螺旋排列的加強(qiáng)筋，其管壁單一采用高密度聚乙烯或聚丙烯材料熱擠 出纏繞成型，其加強(qiáng)筋包括聚丙烯骨架管和包覆在聚丙烯骨架管外的高密度聚乙烯層。這 樣的結(jié)構(gòu)壁管材，主體材料為高密度聚乙烯和聚丙烯，層次單一，受材料彈性模量的限制， 隨著結(jié)構(gòu)壁管材管徑的增加其環(huán)剛度會(huì)迅速降低，給產(chǎn)品的正常使用帶來極為不利的影 響。目前這種結(jié)構(gòu)壁管材的生產(chǎn)普遍采用單擠出機(jī)生產(chǎn)方式，用這種方式生產(chǎn)的管材存在 如下缺陷1、加強(qiáng)筋的高密度聚乙烯層有時(shí)不能完全包敷聚丙烯骨架管，形成外露，降低產(chǎn) 品環(huán)剛度；2、包敷聚丙烯骨架管直徑不宜過大，最大為54毫米，骨架尺寸受限制，影響產(chǎn)品 環(huán)剛度；3、高密度聚乙烯用量多，生產(chǎn)成本高。針對(duì)上述技術(shù)問題，中國(guó)專利200510012751. 6公開了一種共擠熱纏繞結(jié)構(gòu)壁管 材、加工方法及專用模具，借助共擠機(jī)頭使得高密度聚乙烯能夠完全包敷聚丙烯骨架管，同 時(shí)也節(jié)省了材料，提高了生產(chǎn)效率。但是，其管材結(jié)構(gòu)壁主體由高密度聚乙烯或聚丙烯組 成，受材料彈性模量的限制，隨著管徑的增加其環(huán)剛度依然會(huì)迅速降低，影響產(chǎn)品的正常使 用；另一方面，現(xiàn)有技術(shù)只能生產(chǎn)單一材料的管材，不能夠在管材結(jié)構(gòu)壁主體表面熱粘結(jié)不 同材料、不同顏色的復(fù)合層，以滿足工業(yè)應(yīng)用當(dāng)中的多樣化需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種復(fù)合結(jié)構(gòu)壁管材，采用纖維復(fù)合材料取代原 有高密度聚乙烯或聚丙烯，提高產(chǎn)品的環(huán)剛度，同時(shí)在管材結(jié)構(gòu)壁主體外表面熱粘結(jié)不同 材料、不同顏色的復(fù)合層，以滿足工業(yè)應(yīng)用當(dāng)中的多樣化需求；本發(fā)明同時(shí)提供該復(fù)合結(jié)構(gòu) 壁管材的制備方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是一種復(fù)合結(jié)構(gòu)壁管材，結(jié)構(gòu)中包括平帶纏繞的管壁和沿管壁外表面螺旋纏繞排列 的加強(qiáng)筋，所述平帶包括纖維復(fù)合材料帶和包覆在纖維復(fù)合材料帶外的高密度聚乙烯層或 聚丙烯層；所述加強(qiáng)筋包括纖維復(fù)合材料中空肋和包覆在纖維復(fù)合材料中空肋上的高密度 聚乙烯管層或聚丙烯管層；所述纖維復(fù)合材料帶和所述纖維復(fù)合材料中空肋的材料為高密 度聚乙烯與纖維的復(fù)合材料。本發(fā)明復(fù)合結(jié)構(gòu)壁管材所述高密度聚乙烯與纖維的復(fù)合材料中的纖維采用玻璃 纖維、碳纖維、木纖維、竹纖維、滌綸纖維中的一種或幾種。
本發(fā)明復(fù)合結(jié)構(gòu)壁管材所述高密度聚乙烯與纖維的復(fù)合材料中纖維的含量為 5-55%。本發(fā)明復(fù)合結(jié)構(gòu)壁管材所述加強(qiáng)筋還包括一金屬骨架管，所述纖維復(fù)合材料中空 肋包覆于此金屬骨架管上。
一種所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)壁管材的制備方法，采用兩個(gè)平行的擠出機(jī)，一個(gè)擠出機(jī)共 擠出包覆有高密度聚乙烯層或聚丙烯層的纖維復(fù)合材料帶作為管壁平帶，另一個(gè)擠出機(jī)共 擠出包覆有高密度聚乙烯管層或聚丙烯管層的纖維復(fù)合材料中空肋作為加強(qiáng)筋，在線依次 螺旋熱纏繞到轉(zhuǎn)動(dòng)并軸向平移的模具芯管上，粘結(jié)成型大口徑結(jié)構(gòu)壁管材。本發(fā)明的復(fù)合結(jié)構(gòu)壁管材的制備方法，將高密度聚乙烯與纖維一次混煉擠出造 粒，產(chǎn)物作為擠出機(jī)原料制備所述纖維復(fù)合材料帶和所述纖維復(fù)合材料中空肋，其中纖維 的含量為5-55%。本發(fā)明的復(fù)合結(jié)構(gòu)壁管材的制備方法，將纖維母粒與高密度聚乙烯原料機(jī)械攪拌 混勻，作為擠出機(jī)原料制備所述纖維復(fù)合材料帶和所述纖維復(fù)合材料中空肋，其中纖維的 含量為5-55%。本發(fā)明的復(fù)合結(jié)構(gòu)壁管材的制備方法，所述纖維或纖維母粒采用玻璃纖維、碳纖 維、木纖維、竹纖維、滌綸纖維中的一種或幾種。采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于由于采用纖維復(fù)合材料取代原有高密 度聚乙烯或聚丙烯作為管材結(jié)構(gòu)壁的主體，有效提高了產(chǎn)品的環(huán)剛度；另一方面，在同等的 環(huán)剛度條件下，采用本發(fā)明的技術(shù)方案制備的結(jié)構(gòu)壁管材的管重得到較大幅度的降低；同 時(shí)纖維復(fù)合材料較高密度聚乙烯或聚丙烯材料成型效果好，利于產(chǎn)品的纏繞制造；由于在 管材結(jié)構(gòu)壁主體表面熱粘結(jié)的復(fù)合層具有不同的顏色，其可以作為信號(hào)層，對(duì)產(chǎn)品的破裂、 磨損等質(zhì)量問題能夠迅速的顯示出來；復(fù)合層為高密度聚乙烯或聚丙烯材料，使得結(jié)構(gòu)壁 管材外表光滑整潔，保證產(chǎn)品的外觀質(zhì)量。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例制備的結(jié)構(gòu)壁管材的截面示意圖；圖2是本發(fā)明第二實(shí)施例制備的結(jié)構(gòu)壁管材的截面示意圖；圖3是本發(fā)明第三實(shí)施例制備的結(jié)構(gòu)壁管材的截面示意圖；圖4是本發(fā)明第四實(shí)施例制備的結(jié)構(gòu)壁管材的截面示意圖；圖5是本發(fā)明制備過程的示意圖。圖中1_1、高密度聚乙烯層1-2、聚丙烯層2、纖維復(fù)合材料帶3、纖維復(fù)合材 料中空肋4、模具芯管5-1、高密度聚乙烯管層5-2、聚丙烯管層
具體實(shí)施例方式以下實(shí)施例詳細(xì)說明了本發(fā)明。實(shí)施例1參看附圖1、5，一種復(fù)合結(jié)構(gòu)壁管材，結(jié)構(gòu)中包括平帶纏繞的管壁和沿管壁外表面 螺旋纏繞排列的加強(qiáng)筋，所述平帶包括纖維復(fù)合材料帶2和包覆在纖維復(fù)合材料帶2外的高密度聚乙烯層1-1 ；所述加強(qiáng)筋包括纖維復(fù)合材料中空肋3和包覆在纖維復(fù)合材料中空 肋3上的高密度聚乙烯管層5-1 ；所述纖維復(fù)合材料帶2和所述纖維復(fù)合材料中空肋3的 材料為高密度聚乙烯與纖維的復(fù)合材料，其中纖維的含量為5%，纖維采用玻璃纖維、碳纖 維和木纖維。此復(fù)合結(jié)構(gòu)壁管材的制備方法是采用兩個(gè)平行的擠出機(jī)，一個(gè)擠出機(jī)共擠出包 覆有高密度聚乙烯層1-1的纖維復(fù)合材料帶2作為管壁平帶，另一個(gè)擠出機(jī)共擠出包覆有 高密度聚乙烯管層5-1的纖維復(fù)合材料中空肋3作為加強(qiáng)筋，在線依次螺旋熱纏繞到轉(zhuǎn)動(dòng) 并軸向平移的模具芯管4上，粘結(jié)成型大口徑結(jié)構(gòu)壁管材；其中，將高密度聚乙烯與纖維一 次混煉擠出造粒，產(chǎn)物作為擠出機(jī)原料制備纖維復(fù)合材料帶2和纖維復(fù)合材料中空肋3。根據(jù)環(huán)剛度計(jì)算公式SN = E*I/(D+2e)3 (其中SN為環(huán)剛度，E為彈性模量，I為 慣性矩，D為管直徑，e為型心高)，計(jì)算采用本實(shí)施例的方法制備的結(jié)構(gòu)壁管材的環(huán)剛度比 現(xiàn)有結(jié)構(gòu)壁管材提高了 20-30%。實(shí)施例2參看附圖2、5，一種復(fù)合結(jié)構(gòu)壁管材，結(jié)構(gòu)中包括平帶纏繞的管壁和沿管壁外表面 螺旋纏繞排列的加強(qiáng)筋，所述平帶包括纖維復(fù)合材料帶2和包覆在纖維復(fù)合材料帶2外的 聚丙烯層1-2 ；所述加強(qiáng)筋包括纖維復(fù)合材料中空肋3和包覆在纖維復(fù)合材料中空肋3上 的聚丙烯管層5-2 ；所述纖維復(fù)合材料帶2和所述纖維復(fù)合材料中空肋3的材料為高密度 聚乙烯與纖維的復(fù)合材料，其中纖維的含量為10%，纖維采用竹纖維和滌綸纖維。此復(fù)合結(jié)構(gòu)壁管材的制備方法是采用兩個(gè)平行的擠出機(jī)，一個(gè)擠出機(jī)共擠出包 覆有聚丙烯層1-2的纖維復(fù)合材料帶2作為管壁平帶，另一個(gè)擠出機(jī)共擠出包覆有聚丙烯 管層5-2的纖維復(fù)合材料中空肋3作為加強(qiáng)筋，在線依次螺旋熱纏繞到轉(zhuǎn)動(dòng)并軸向平移的 模具芯管4上，粘結(jié)成型大口徑結(jié)構(gòu)壁管材；其中，將纖維母粒與高密度聚乙烯原料機(jī)械攪 拌混勻，作為擠出機(jī)原料制備纖維復(fù)合材料帶2和纖維復(fù)合材料中空肋3。根據(jù)環(huán)剛度計(jì)算公式SN = E*I/(D+2e)3計(jì)算采用本實(shí)施例的方法制備的結(jié)構(gòu)壁 管材的環(huán)剛度比現(xiàn)有結(jié)構(gòu)壁管材提高了 60-70%。實(shí)施例3參看附圖3、5，一種復(fù)合結(jié)構(gòu)壁管材，結(jié)構(gòu)中包括平帶纏繞的管壁和沿管壁外表面 螺旋纏繞排列的加強(qiáng)筋，所述平帶包括纖維復(fù)合材料帶2和包覆在纖維復(fù)合材料帶2外的 高密度聚乙烯層1-1 ；所述加強(qiáng)筋包括纖維復(fù)合材料中空肋3和包覆在纖維復(fù)合材料中空 肋3上的聚丙烯管層5-2 ；所述纖維復(fù)合材料帶2和所述纖維復(fù)合材料中空肋3的材料為 高密度聚乙烯與纖維的復(fù)合材料，其中纖維的含量為20%，纖維采用碳纖維、木纖維和竹纖 維。此復(fù)合結(jié)構(gòu)壁管材的制備方法是采用兩個(gè)平行的擠出機(jī)，一個(gè)擠出機(jī)共擠出包 覆有高密度聚乙烯層1-1的纖維復(fù)合材料帶2作為管壁平帶，另一個(gè)擠出機(jī)共擠出包覆有 聚丙烯管層5-2的纖維復(fù)合材料中空肋3作為加強(qiáng)筋，在線依次螺旋熱纏繞到轉(zhuǎn)動(dòng)并軸向 平移的模具芯管4上，粘結(jié)成型大口徑結(jié)構(gòu)壁管材；其中，將高密度聚乙烯與纖維一次混煉 擠出造粒，產(chǎn)物作為擠出機(jī)原料制備纖維復(fù)合材料帶2和纖維復(fù)合材料中空肋3。根據(jù)環(huán)剛度計(jì)算公式SN = E*I/(D+2e)3計(jì)算采用本實(shí)施例的方法制備的結(jié)構(gòu)壁 管材的環(huán)剛度比現(xiàn)有結(jié)構(gòu)壁管材提高了 190-210%。
實(shí)施例4參看附圖4、5，一種復(fù)合結(jié)構(gòu)壁管材，結(jié)構(gòu)中包括平帶纏繞的管壁和沿管壁外表面螺旋纏繞排列的加強(qiáng)筋，所述平帶包括纖維復(fù)合材料帶2和包覆在纖維復(fù)合材料帶2外的 聚丙烯層1-2 ；所述加強(qiáng)筋包括纖維復(fù)合材料中空肋3和包覆在纖維復(fù)合材料中空肋3上 的高密度聚乙烯管層5-1 ；所述纖維復(fù)合材料帶2和所述纖維復(fù)合材料中空肋3的材料為 高密度聚乙烯與纖維的復(fù)合材料，其中纖維的含量為55%，纖維采用玻璃纖維和滌綸纖維。此復(fù)合結(jié)構(gòu)壁管材的制備方法是采用兩個(gè)平行的擠出機(jī)，一個(gè)擠出機(jī)共擠出包 覆有聚丙烯層1-2的纖維復(fù)合材料帶2作為管壁平帶，另一個(gè)擠出機(jī)共擠出包覆有高密度 聚乙烯管層5-1的纖維復(fù)合材料中空肋3作為加強(qiáng)筋，在線依次螺旋熱纏繞到轉(zhuǎn)動(dòng)并軸向 平移的模具芯管4上，粘結(jié)成型大口徑結(jié)構(gòu)壁管材；其中，將纖維母粒與高密度聚乙烯原料 機(jī)械攪拌混勻，作為擠出機(jī)原料制備纖維復(fù)合材料帶2和纖維復(fù)合材料中空肋3。根據(jù)環(huán)剛度計(jì)算公式SN = E*I/(D+2e)3計(jì)算采用本實(shí)施例的方法制備的結(jié)構(gòu)壁 管材的環(huán)剛度比現(xiàn)有結(jié)構(gòu)壁管材提高了 280-300%。本發(fā)明的上述實(shí)施例中，由于在管材結(jié)構(gòu)壁主體表面熱粘結(jié)的復(fù)合層具有不同的 顏色，其可以作為信號(hào)層，當(dāng)產(chǎn)品發(fā)生破裂、磨損等質(zhì)量問題的時(shí)候，能夠迅速的顯示出來； 另外，還可以通過在復(fù)合層的材料中添加不同的添加劑以達(dá)到抗紫外線、抗老化、特殊耐 磨、耐油、阻燃、導(dǎo)電等功能，以滿足工業(yè)應(yīng)用當(dāng)中的多樣化需求。本發(fā)明上述實(shí)施例中管壁和加強(qiáng)筋的厚度均依照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)確定，其中包覆層的厚 度為 0. l-3mm。上述描述僅作為本發(fā)明可實(shí)施的技術(shù)方案提出，不作為對(duì)其技術(shù)方案本身的單一 限制條件。
權(quán)利要求
一種復(fù)合結(jié)構(gòu)壁管材，結(jié)構(gòu)中包括平帶纏繞的管壁和沿管壁外表面螺旋纏繞排列的加強(qiáng)筋，其特征在于所述平帶包括纖維復(fù)合材料帶(2)和包覆在纖維復(fù)合材料帶(2)外的高密度聚乙烯層(1-1)或聚丙烯層(1-2)；所述加強(qiáng)筋包括纖維復(fù)合材料中空肋(3)和包覆在纖維復(fù)合材料中空肋(3)上的高密度聚乙烯管層(5-1)或聚丙烯管層(5-2)；所述纖維復(fù)合材料帶(2)和所述纖維復(fù)合材料中空肋(3)的材料為高密度聚乙烯與纖維的復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)壁管材，其特征在于所述高密度聚乙烯與纖維的 復(fù)合材料中的纖維采用玻璃纖維、碳纖維、木纖維、竹纖維、滌綸纖維中的一種或幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)壁管材，其特征在于所述高密度聚乙烯與纖維的 復(fù)合材料中纖維的含量為5-55%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)壁管材，其特征在于所述加強(qiáng)筋還包括一金屬骨 架管，所述纖維復(fù)合材料中空肋(3)包覆于此金屬骨架管上。
5.一種權(quán)利要求1所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)壁管材的制備方法，其特征在于采用兩個(gè)平行的 擠出機(jī)，一個(gè)擠出機(jī)共擠出包覆有高密度聚乙烯層(1-1)或聚丙烯層(1-2)的纖維復(fù)合材 料帶(2)作為管壁基層，另一個(gè)擠出機(jī)共擠出包覆有高密度聚乙烯管層(5-1)或聚丙烯管 層(5-2)的纖維復(fù)合材料中空肋(3)作為加強(qiáng)筋，在線依次螺旋熱纏繞到轉(zhuǎn)動(dòng)并軸向平移 的模具芯管(4)上，粘結(jié)成型大口徑結(jié)構(gòu)壁管材。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)壁管材的制備方法，其特征在于將高密度聚乙烯 與纖維一次混煉擠出造粒，產(chǎn)物作為擠出機(jī)原料制備所述纖維復(fù)合材料帶(2)和所述纖維 復(fù)合材料中空肋(3)，其中纖維的含量為5-55%。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)壁管材的制備方法，其特征在于將纖維母粒與高 密度聚乙烯原料機(jī)械攪拌混勻，作為擠出機(jī)原料制備所述纖維復(fù)合材料帶(2)和所述纖維 復(fù)合材料中空肋(3)，其中纖維母粒的含量為5-55%。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)壁管材的制備方法，其特征在于所述纖維或 纖維母粒采用玻璃纖維、碳纖維、木纖維、竹纖維、滌綸纖維中的一種或幾種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種復(fù)合結(jié)構(gòu)壁管材，結(jié)構(gòu)中包括平帶纏繞的管壁和沿管壁外表面螺旋纏繞排列的加強(qiáng)筋，所述平帶包括纖維復(fù)合材料帶和包覆在纖維復(fù)合材料帶外的高密度聚乙烯層或聚丙烯層；所述加強(qiáng)筋包括纖維復(fù)合材料中空肋和包覆在纖維復(fù)合材料中空肋上的高密度聚乙烯管層或聚丙烯管層。本發(fā)明同時(shí)公開了該復(fù)合結(jié)構(gòu)壁管材的制備方法，采用兩個(gè)平行的擠出機(jī)，一個(gè)擠出機(jī)共擠出包覆有高密度聚乙烯層或聚丙烯層的纖維復(fù)合材料帶作為管壁平帶，另一個(gè)擠出機(jī)共擠出包覆有高密度聚乙烯管層或聚丙烯管層的纖維復(fù)合材料中空肋作為加強(qiáng)筋，在線依次螺旋熱纏繞到轉(zhuǎn)動(dòng)并軸向平移的模具芯管上，粘結(jié)成型大口徑結(jié)構(gòu)壁管材。本發(fā)明采用纖維復(fù)合材料取代原有高密度聚乙烯或聚丙烯，提高了產(chǎn)品的環(huán)剛度，同時(shí)在管材結(jié)構(gòu)壁主體外表面熱粘結(jié)不同材料、不同顏色的復(fù)合層，以滿足工業(yè)應(yīng)用當(dāng)中的多樣化需求。
文檔編號(hào)B29C47/06GK101813216SQ201010155949
公開日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2010年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月27日
發(fā)明者劉志軍, 吳耕田, 羅佳, 齊軍 申請(qǐng)人:吳耕田;羅佳