一種熱塑性纏繞增強塑料復合管的生產(chǎn)裝置及制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于機械加工和材料技術領域，涉及一種熱塑性纏繞增強塑料復合管的生產(chǎn)裝置及制備方法。
【背景技術】
[0002]現(xiàn)有技術中的塑料管因其強度低，使得管材只能應用于低壓管道領域，同時需要較大的壁厚，成本較高，這一劣勢在大口徑管道上體現(xiàn)的更加明顯。因此，增強塑料管(簡稱RTP管)應運而生，現(xiàn)有的增強塑料復合管主要是鋼絲纏繞增強塑料復合管。
[0003]現(xiàn)有的鋼絲纏繞增強塑料復合管生產(chǎn)設備，主要包括內管擠出成型裝置、左旋鋼絲纏繞機、加熱裝置、右旋鋼絲纏繞機、粘結劑擠出機、外管擠出成型裝置。鋼絲纏繞增強塑料復合管及其生產(chǎn)工藝設備存在一個致命的缺點就是:鋼絲層與塑料內外管粘結強度差，在長期使用中因熱脹冷縮及交變載荷作用下會造成分層，大大降低產(chǎn)品性能和使用效果，甚至報廢。
[0004]連續(xù)纖維增強的熱塑性復合材料具備非常高的強度及與內外管相同的基質兩大優(yōu)勢，使其用做增強塑料復合管的增強材料具有得天獨厚的優(yōu)勢，因此開發(fā)一款適合該產(chǎn)品的生產(chǎn)設備及工藝非常緊迫。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于為克服現(xiàn)有技術中的缺陷而提供一種熱塑性纏繞增強塑料復合管的生產(chǎn)裝置及制備方法。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下:
[0007]—種熱塑性纏繞增強塑料復合管的生產(chǎn)裝置，該設備包括從左到右依次設置的內管擠出模塊、增強層纏繞模塊、外管擠出模塊和切割模塊，其中內管擠出模塊用于擠出塑料內管，增強層纏繞模塊用于將連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料纏繞復合在內管上形成增強層，外管擠出模塊用于擠出外管并復合到增強層表面。
[0008]所述的內管擠出模塊包括從左到右依次排列的內管擠出機、真空定徑槽、噴淋冷卻槽、履帶牽引機。
[0009]所述的增強層纏繞模塊包括的加熱裝置和連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料纏繞裝置為2組或2組以上；其中加熱裝置和連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料纏繞裝置間隔排列。
[0010]所述的增強層纏繞模塊包括從左到右依次排列的第一加熱裝置、第一連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料纏繞裝置、第二加熱裝置和第二連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料纏繞裝置。
[0011]所述的外管擠出模塊包括從左到右依次排列的加熱裝置、外管擠出機、真空定徑槽、噴淋冷卻槽、履帶牽引機。
[0012]所述的切割模塊包括復合切割機。
[0013]所述加熱裝置的加熱方式選自熱風箱、紅外線加熱器、高頻感應加熱器或者電阻絲加熱器中的一種或者一種以上，優(yōu)選紅外線加熱器。
[0014]所述的加熱裝置內壁設置有測溫儀。
[0015]所述的連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料纏繞裝置包括底座、伺服電機和旋轉機架，所述的旋轉機架中心部位設有供內管通過的通孔，通孔通過軸承與底座轉動連接，旋轉機架上安裝有放卷盤、導向輥和張力調節(jié)裝置，放卷盤上導出的帶狀連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料依次通過導向輥和張力調節(jié)裝置導至內管的表面，伺服電機帶動旋轉機架旋轉使帶狀連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料纏繞到內管上。
[0016]優(yōu)選的，所述的旋轉機架上設有I?6個放卷盤和與之配套的導向輥及張力調節(jié)裝置，從而在一個連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料纏繞裝置上實現(xiàn)同時多個放卷盤同時放卷纏繞，提升纏繞效率。
[0017]所述的伺服電機可以控制旋轉機架左旋轉或者右旋轉。
[0018]所述連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料纏繞裝置上可以分別同時設置I?6個放卷盤。
[0019]一種利用上述設備生產(chǎn)熱塑性纏繞增強塑料復合管的生產(chǎn)方法，包括以下步驟:
[0020](I)經(jīng)擠出機擠出內管，通過履帶牽引機牽引，內管通過真空定徑槽定徑和噴淋水冷卻槽冷卻定型；
[0021](2)冷卻定型后的內管經(jīng)過加熱裝置加熱，經(jīng)過連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料纏繞裝置將連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料纏繞到內管表面，再經(jīng)過加熱裝置加熱，經(jīng)過連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料纏繞裝置將連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料纏繞到管材表面，經(jīng)過上述加熱和纏繞在內管外面制得增強層；
[0022](3)步驟(2)中制得的帶有增強層的管材經(jīng)過加熱裝置加熱，然后通過外管擠出機模頭，在增強層外包覆一層塑料外管，然后通過真空定徑槽定徑和噴淋水冷卻槽冷卻定型，最后牽引、切割，得到熱塑性纏繞增強塑料復合管。
[0023]步驟(I)中所述的內管的外徑為80?400mm ；
[0024]步驟(2)中所述的連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料纏繞裝置上卷盤放置的數(shù)量為I?6個；纏繞過程中的纏繞角度為55°?75° ;增強層的厚度為0.5?5mm。
[0025]步驟(2)中所述的連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料的寬度d= ( π XDXcosa )/n ；其中D表示內管外徑，η表示纏繞滿一層需要的纏繞裝置上設置放卷盤數(shù)量。
[0026]優(yōu)選的，步驟(2)中制備增強層過程中，連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料的纏繞以交叉纏繞為主，環(huán)向纏繞為輔。
[0027]所述加熱裝置對內管的加熱溫度控制在內管表面溫度大于100°C，但不能使得內管加熱溫度過高導致內管坍塌變形。
[0028]所述纏繞裝置之間的加熱裝置對纏繞至內管上的連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料的加熱溫度控制在連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料完全熔融，但是不能使得加熱溫度過高導致內管坍塌變形。
[0029]內管經(jīng)過第一道加熱器預熱后，通過連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料纏繞裝置在內管外纏上一層連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料，然后經(jīng)過第二道加熱器加熱使得內管表層的連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料熔融，通過連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料纏繞裝置再纏繞一層連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料，再經(jīng)過第三道加熱器加熱熔融，最后擠出外管。根據(jù)增強層的厚度要求，可以重復設置多個纏繞和加熱步驟。
[0030]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明生產(chǎn)出的熱塑性纏繞增強塑料復合管的優(yōu)點在于:
[0031](I)生產(chǎn)出的產(chǎn)品強度高，可以大大降低同等壓力條件下塑料管材的壁厚，節(jié)約成本。
[0032](2)解決了鋼絲纏繞增強塑料復合管中內外管與鋼絲層界面差的問題，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品具有非常好的界面粘結強度。
【附圖說明】
[0033]圖1是本發(fā)明實施例中熱塑性纏繞增強塑料復合管生產(chǎn)裝置的結構示意圖。
[0034]圖2是圖1所述裝置的加熱裝置的結構示意圖
[0035]圖3是本發(fā)明實施例制備的連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料纏繞裝置局部結構示意圖
[0036]附圖標注:
[0037]I內管擠出機；21、22真空定徑槽；
[0038]31、32噴淋水冷卻槽；41、42履帶牽引機；
[0039]51、52、53加熱裝置；61、62連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料纏繞裝置；
[0040]7外管擠出機；8復合管切割機；
[0041]9測溫儀；10加熱管；
[0042]11內管；12放卷盤；
[0043]13導向輥；14張力調節(jié)裝置。
【具體實施方式】
[0044]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行說明。
[0045]一種熱塑性纏繞增強塑料復合管的生產(chǎn)裝置，該設備包括從左到右依次設置的內管擠出模塊、增強層纏繞模塊、外管擠出模塊和切割模塊，其中內管擠出模塊用于擠出塑料內管，增強層纏繞模塊用于將連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料纏繞復合在內管上形成增強層，外管擠出模塊用于擠出外管并復合到增強層表面。
[0046]內管擠出模塊包括從左到右依次排列的內管擠出機1、真空定徑槽21、噴淋冷卻槽31、履帶牽引機41。
[0047]增強層纏繞模塊包括的加熱裝置和連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料纏繞裝置62為2組或2組以上；其中加熱裝置和連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料纏繞裝置間隔排列。在一個優(yōu)選的實施例中，如圖1所示，增強層纏繞模塊包括從左到右依次排列的第一加熱裝置51、第一連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料纏繞裝置61、第二加熱裝置52、和第二連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料纏繞裝置62。
[0048]外管擠出模塊包括從左到右依次排列的加熱裝置53、外管擠出機7、真空定徑槽22、噴淋冷卻槽32、履帶牽引機42。切割模塊包括復合切割機8。
[0049]加熱裝置的加熱方式選自熱風箱、紅外線加熱器、高頻感應加熱器或者電阻絲加熱器中的一種或者一種以上，優(yōu)選紅外線加熱器。加熱裝置內壁設置有測溫儀9。
[0050]連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料纏繞裝置61，62包括底座、伺服電機和旋轉機架，旋轉機架中心部位設有供內管通過的通孔，通孔通過軸承與底座轉動連接，旋轉機架上安裝有放卷盤12、導向輥13和張力調節(jié)裝置14，放卷盤上導出的帶狀連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料依次通過導向輥13和張力調節(jié)裝置14導至內管的表面，伺服電機帶動旋轉機架旋轉使帶狀連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料纏繞到內管上。
[0051]旋轉機架上設有I?6個放卷盤12和與之配套的導向輥13及張力調節(jié)裝置14，從而在一個連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料纏繞裝置上實現(xiàn)同時多個放卷盤同時放卷纏繞，提升纏繞效率。伺服電機可以控制旋轉機架左旋轉或者右旋轉。
[0052]連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料纏繞裝置61、62上可以分別同時設置I?6個放卷盤。
[0053]實施例1
[0054]如圖1、2和3所示，一種熱塑性纏繞增強塑料復合管的生產(chǎn)裝置，該裝置主要包括內管擠出模塊、履帶牽引機41、42、加熱裝置51、52、53、連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料纏繞裝置61、62、外管擠出模塊、復合管切割機8。內管擠出模塊包括內管擠出機1、真空定徑槽21和噴淋水冷卻槽31。加熱裝置51、52、53由加熱管10和測溫儀9組成，內管11從加熱裝置51中通過受熱。連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料纏繞裝置61、62由放卷盤12、導向輥13和張力調節(jié)裝置14組成。外管擠出模塊包括外管擠出機7、真空定徑槽22和噴淋水冷卻槽32。連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料纏繞裝置除61、62之外還需要添加時，往后依次類推為63、64等，加熱裝置也一次類推增加54、55等。
[0055]連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料纏繞裝置61，62包括底座、伺服電機和旋轉機架，旋轉機架中心部位設有供內管通過的通孔，通孔通過軸承與底座轉動連接，旋轉機架上安裝有放卷盤12、以及與之配套