用于热塑性连续纤维预浸带管材生产的设备及其使用方法与流程

本发明涉及含有增强材料的塑料成型复合材料领域，具体为一种用于热塑性连续纤维预浸带管材生产的设备及其使用方法。

背景技术：

连续纤维增强热塑性复合管具有高强、薄壁、轻质、长久、耐腐、卫生、环保、绿色等优点，广泛应用于高山、水库、江河引水、城市供水、集中供热、集中空调、燃气输送、原油输送等管网中使用，该复合管采用了缠绕的连续纤维来承担管内外的应力荷载，改变了原管道是由塑料材料或金属材料来承担管内外的应力荷载，是管道领域一次颠覆性的革命。

用连续玻璃纤维做成的预浸带，拉伸强度可达1200mpa以上，相比之下，钢材为325mpa，塑料仅为26mpa，用连续玻璃纤维做成的复合管材和钢制管材及普通塑料管材相比，管壁可以做得更薄，质量更轻，复合管材比普通塑料材可以减少60%的管壁、减轻50%的质量。

连续纤维增强热塑性复合管既有塑料管道耐腐蚀性、卫生性，又有陶瓷材料高强度性，是未来管道行业发展的方向。

然而，现有生产连续纤维增强热塑性复合管的技术存在耗能大、内外层塑料壁厚、管材断面不圆、各层间热熔脱层、无法连续生产等问题。公开号为102990923a的中国专利于2013年03月27日公开了“一种连续纤维增强热塑性复合预浸带管材的制备方法”，这种制备方法将复合预浸带放入置卷装置中，然后使复合预浸带依次通过张力辊组中的各个张力辊，将处理过的复合预浸带进行预加热，然后将预加热处理后的复合预浸带在缠绕点加热，再将经加热的复合预浸带进行缠绕，最后原位固结成型得到管材；公开号为105522725a的中国专利于2016年04月27日公开了一种“连续纤维增强预浸带缠绕克拉管道制造设备及方法”，这种方法：将连续纤维纱架上的连续纤维穿过挤出机并进入到多层分配器中的连续纤维流通通道内并被压辊压住被管道芯模具缠绕；挤出机挤出热熔融树脂进入多层分配器中的热熔融树脂流通通道在多层分配器的中间位置及末尾位置与连续纤维相互浸渍一起缠绕在管道芯模具外侧。以上两种工艺生产的连续纤维增强热塑性复合管需要内衬钢管作为模具，不能采用连续法生产，生产效率低下，内层脱模困难不光滑、层间气泡难以排除等问题。授权公告号为202360912u的中国专利于2012年08月01日公开了“一种连续纤维预浸带缠绕增强复合管”，这种复合管采用内层塑料管作为缠绕层热塑性预浸带的模具，边加热边缠绕预浸带最后复合面层塑料层，该方法所生产的管材尤其是大直径的管材存在断面椭圆度大，层间密实度低下，内外层塑料厚壁成本高等缺点。

综上所述，现阶段技术生产连续纤维增强热塑性复合管都存在工艺或产品质量问题。

技术实现要素：

为了克服现有技术的缺陷，提供一种管材质量高、节约原材料的复合管材生产设备及生产工艺，本发明公开了一种用于热塑性连续纤维预浸带管材生产的设备及其使用方法。

本发明通过如下技术方案达到发明目的：

一种用于热塑性连续纤维预浸带管材生产的设备，包括挤出机，其特征是：还包括带缠绕机、膜缠绕机、第一牵引机、第二牵引机、烘箱、真空箱、标示机、切割机和收料台，

带缠绕机、膜缠绕机、烘箱和真空箱依次设于挤出机机头的前方，第一牵引机设于膜缠绕机和烘箱的进料口之间，第二牵引机设于烘箱的出料口和真空箱的进料口之间，标示机和切割机依次设于真空箱出料口的前方，收料台设于切割机落料口的下方；

挤出机的机头、带缠绕机的转盘、膜缠绕机的转盘、第一牵引机和第二牵引机这五者的中心轴线互相重合；

带缠绕机的转盘和膜缠绕机的转盘都围绕内层薄壁管的中心轴线转动并分别带动纤维预浸带和热塑膜旋转既而依次缠绕在内层薄壁管的外侧面上；

第一牵引机和第二牵引机都选用多爪牵引机；

真空箱内设有定径套和喷淋头。

所述的用于热塑性连续纤维预浸带管材生产的设备，其特征是：烘箱内设有鼓风机，或者烘箱的箱体可转动地设于基座上，使烘箱在加热时产生的热空气在烘箱的箱体内旋转流动以对复合管实施均匀加热；

烘箱内的加热区域沿自进料口至出料口方向依次分成1#、2#和3#三个长度和加热温度都不全相同加热段，设1#加热段的长度和加热温度分别为l和t，则2#加热段的长度和加热温度分别为0.8l～1.2l和0.6t～1t，3#加热段的长度和加热温度分别为1.5l～2.5l和0.4t～0.7t；

真空箱内的真空度为20kpa～40kpa。

所述的用于热塑性连续纤维预浸带管材生产的设备的使用方法，其特征是，按如下步骤依次实施：

a.准备：将塑料原料投入挤出机内，在带缠绕机的转盘上绕上纤维预浸带，在膜缠绕机的转盘上贴上热塑膜；

b.挤出内层：挤出机将塑料原料挤出成内层薄壁管；

c.缠绕预浸带：带缠绕机的转盘持续地匀速转动，将纤维预浸带交叉地缠绕在内层薄壁管的外侧面上形成纤维预浸带层；

d.缠绕热塑膜：膜缠绕机的转盘持续地匀速转动，将热塑膜贴覆在纤维预浸带层的外侧面上形成热塑膜层，从而制成横截面有三层的复合管；

e.定径：第一牵引机将复合管牵引至烘箱内加热，待复合管加热至熔融状态后，第二牵引机将熔融状态的复合管牵引至真空箱内，定径套插入复合管内且真空箱内抽真空以形成负压环境，使复合管的内径固定；

f.冷却：喷淋头向复合管喷冷却水，使复合管冷却定型；复合管成为中间层多层次交叉缠绕、层间同晶结构化学键合的薄壁三层复合管；

g.收集：第二牵引机将复合管牵引出真空箱，标示机在复合管的外侧面上打上标记，切割机将复合管切割后，随后复合管送入收料台。

所述的用于热塑性连续纤维预浸带管材生产的设备的使用方法，其特征是：步骤a准备时，纤维预浸带为塑料和纤维的混纺带，所述塑料选用pp、pe、pa和pvc中的任意一种，所述塑料的质量百分比为30%～40%；所述纤维选用玻璃纤维、碳纤维、锦纶纤维、涤纶纤维和芳纶纤维中的任意一种，所述纤维的质量百分比为60%～70%；

热塑膜的厚度为0.1mm～0.2mm。

所述的用于热塑性连续纤维预浸带管材生产的设备的使用方法，其特征是：步骤b挤出内层时，内层薄壁管的管壁厚度为1mm～2mm；

步骤c缠绕预浸带时，纤维预浸带的缠绕层数不大于五层；步骤d缠绕热塑膜时，热塑膜的贴覆层数不大于五层，热塑膜层的厚度为0.2mm～1.0mm。

本发明采用先冷缠后加热再定径挤压冷却的方法制造复合管，可以有效校正管材断面的圆整度，管材外观平整光滑，避免了边加热边缠绕再整体冷却定型的方法所导致的难以控制管材断面圆整和外观粗糙不光滑的缺陷；采用连续缠绕、连续加热的工艺可以连续不间断地生产出品质一致的产品，克服了内衬模具法不能连续生产、效率不高、产品品质不一致的缺陷；采用外部定径、内壁熔融挤压冷却定型的工艺，促使多层预浸带之间和内外塑料之间更加紧密熔贴成为整体，解决管材断面多层次预浸带边加热边缠绕贴合不够紧密问题；

本发明可将内层管的壁厚从5mm～10mm减少至2mm～3mm，将面层管的壁厚从3mm～4mm减少至0.2mm～1mm，节约材料60%以上，也减少了消耗在挤出机和模具上的加热能耗、生产工序和投资；

本发明采用了旋转分段式加热的烘箱，解决了红外穿透快速加热与控制管材表面温度问题，复合管的三层在烘箱内一次加热，管材的各层加热均匀通透、周圈温度均衡，所生产的复合管断面不变形。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明制得的复合管的横截面示意图。

具体实施方式

以下通过具体实施例进一步说明本发明。

实施例1

一种用于热塑性连续纤维预浸带管材生产的设备，包括挤出机1、带缠绕机21、膜缠绕机22、第一牵引机31、第二牵引机32、烘箱4、真空箱5、标示机6、切割机7和收料台8，如图1所示，具体结构是：

带缠绕机21、膜缠绕机22、烘箱4和真空箱5依次设于挤出机1机头的前方，第一牵引机31设于膜缠绕机22和烘箱4的进料口之间，第二牵引机32设于烘箱4的出料口和真空箱5的进料口之间，标示机6和切割机7依次设于真空箱5出料口的前方，收料台8设于切割机7落料口的下方；

挤出机1的机头、带缠绕机21的转盘、膜缠绕机22的转盘、第一牵引机31和第二牵引机32这五者的中心轴线互相重合；

带缠绕机21的转盘和膜缠绕机22的转盘都围绕内层薄壁管91的中心轴线转动并分别带动纤维预浸带和热塑膜旋转既而依次缠绕在内层薄壁管91的外侧面上；

第一牵引机31和第二牵引机32都选用多爪牵引机；

烘箱4内可以设有鼓风机，或者烘箱4的箱体可转动地设于基座上，使烘箱4在加热时产生的热空气在烘箱4的箱体内旋转流动以对复合管9实施均匀加热；烘箱4内的加热区域沿自进料口至出料口方向依次分成1#、2#和3#三个长度和加热温度都不全相同加热段，设1#加热段的长度和加热温度分别为l和t，则2#加热段的长度和加热温度分别为0.8l～1.2l和0.6t～1t，3#加热段的长度和加热温度分别为1.5l～2.5l和0.4t～0.7t，本实施例中：1#加热段的长度和加热温度分别为500mm和300℃～400℃，2#加热段的长度和加热温度分别为500mm和250℃～300℃，3#加热段的长度和加热温度分别为1000mm和160℃～200℃；

真空箱5内设有定径套51和喷淋头52，真空箱5内的真空度为20kpa～40kpa。

本实施例使用时，按如下步骤依次实施：

a.准备：将塑料原料投入挤出机1内，在带缠绕机21的转盘上绕上纤维预浸带，在膜缠绕机22的转盘上贴上热塑膜；

纤维预浸带为塑料和纤维的混纺带，所述塑料选用pp、pe、pa和pvc中的任意一种，所述塑料的质量百分比为30%～40%；所述纤维选用玻璃纤维、碳纤维、锦纶纤维、涤纶纤维和芳纶纤维中的任意一种，所述纤维的质量百分比为60%～70%；

热塑膜的厚度为0.1mm～0.2mm。

b.挤出内层：挤出机1将塑料原料挤出成内层薄壁管91；内层薄壁管91的管壁厚度为1mm～2mm。

c.缠绕预浸带：带缠绕机21的转盘持续地匀速转动，将纤维预浸带交叉地缠绕在内层薄壁管91的外侧面上形成纤维预浸带层92；纤维预浸带的缠绕层数共五层。

d.缠绕热塑膜：膜缠绕机22的转盘持续地匀速转动，将热塑膜贴覆在纤维预浸带层92的外侧面上形成热塑膜层93，从而制成横截面有三层的复合管9；热塑膜的贴覆层数共五层，热塑膜层93的厚度为0.2mm～1.0mm。

e.定径：第一牵引机31将复合管9牵引至烘箱4内加热，待复合管9加热至熔融状态后，第二牵引机32将熔融状态的复合管9牵引至真空箱5内，定径套51插入复合管9内且真空箱5内抽真空以形成负压环境，使复合管9的内径固定。

f.冷却：喷淋头52向复合管9喷冷却水，使复合管9冷却定型；复合管9成为中间层多层次交叉缠绕、层间同晶结构化学键合的薄壁三层复合管。

g.收集：第二牵引机32将复合管9牵引出真空箱5，标示机6在复合管9的外侧面上打上标记，切割机7将复合管9切割后，随后复合管9送入收料台8。

制得的复合管9的横截面如图2所示。