专利名称：硬复合管状制品及其生产方法
技术领域：
本发明涉及增强的硬管状制品及其制造方法。更特别地，本发明涉及用于输送流体和液体的塑料材料的硬并增强的管状制品，这样它就有利地用在导水管、输油管、气体管道、排水网等应用中。
到目前为止，增强和非增强混凝土、金属材料例如钢或单壁塑料材料的管状制品已经并且正被用于这种应用。
这些制造的制品实际上必须埋在地下给定深度处，这样它们就会经受分布的和局部的纵弯曲负载(这些局部负载有时是临时的，例如在制品置于道路下方下的情形中)。它们还必须以密封方式制造以防止经过它们内部的液体或流体在可能会达到相当大的值的压力的作用下损失或泄漏。最后，它们必须相对于在其内部经过的流体是化学惰性的。可以理解，地下管状制品的任何损耗或断裂都将导致复杂的干预，因为需要执行挖掘以定位和接近制品的部分或是可能发生损耗的接头，并且在原地执行修理。
考虑到需要适当保护的钢管和具有单壁的塑料材料管的相对成本，当前使用的制品优选为混凝土制品，而混凝土制品具有的缺点是非常重，这样它们就仅仅能用在具有适中长度的部分中，因此就需要许多密封的接头。很显然，每个接头均是潜在的损失源。
过去已经提出了多种解决方案来制造这些类型的塑料材料的管状制品，因此一方面，可能使用化学和电惰性材料(事实上，应当指出，电惰性构成了穿透腐蚀的防御物)，并且另一方面，可以制造具有远远小于此前提到的传统材料的特定重量的制品。
在更大程度上得到检验和研究的一个解决方案是下列技术方案它包括两个同轴的圆柱形元件，在这两个元件之间插入增强元件，该增强元件固定地连接到这两个圆柱形元件的相互面向的表面上。该增强元件可以由构成同轴圆柱形元件的材料的肋材组成，该材料优选为玻璃纤维增强的不饱和聚酯树脂。该解决方案描述在编号为1,006,957、1,037,746和1,058,524的意大利专利中，这些专利也提供了螺旋地缠绕并且嵌入膨胀树脂层中的加固肋，该膨胀树脂层插入两个同轴圆柱形元件之间。
在其它情形下(法国专利No.1,308,575)，增强元件自身是由管状元件构成的，该管状元件螺旋地缠绕在两个圆柱形元件之间的间隙中，管状增强元件的螺旋线永久地固定到同轴圆柱形元件的相邻表面的相互接触区中。在已公布的德国专利申请No.2504883和2558288中也已经提出了相似的解决方案。
在最近，在国际专利申请No.WO 02/065011中提出了一种复合管状制品，它也包括至少两个同轴的塑料材料的硬元件，这两个元件形成间隙，在该间隙中布置有增强元件，该增强元件自身由螺旋缠绕的管状元件构成，其特征在于，它为波形或以凹进方式成形，并且其匝在制造过程中仅刺入两个同轴圆柱形元件的相邻表面内最小的厚度。
该解决方案可以制造出管状制品，其中沿横向方向的刚度比具有厚度等于增强的制品的总厚度的壁的单层管的刚度的二倍还要大。
当然，从工业观点和应用观点来说，除增强管状制品的其它机械性能之外进一步提高抗弯阻力仍然可以保持非常可取的目标。
这恰好是本发明的目的，即，制造硬并且增强的塑料材料的管状制品，其中机械性能并且特别是沿横向于制品轴线的方向的抗弯阻力将会比现有技术得到极大的提高。
该目标和其它目标是通过依照本发明的管状制品实现的，该制品的类型为包括至少两个同轴的塑料材料的圆柱形构件和间隔件元件，该间隔件元件容纳在这两个圆柱形构件之间的间隙中并且螺旋地缠绕该对圆柱形构件的内圆柱形构件，其特征在于，可焊材料层交替地插入间隔件元件的每匝和同轴圆柱形构件的一个和另一个的直接面向表面之间，从而与同轴圆柱形构件的表面形成化学键，所述层以波状横列布置在间隙中，且在波状横列的凹部中容纳了间隔件元件。
间隔件元件优选为管状元件，并且更优选为波形或滚花管状元件。在本发明的优选实施例中，所述可焊材料的层为形成同轴圆柱形构件的塑料材料，特别是玻璃纤维增强的不饱和聚酯树脂或也使用玻璃纤维或其它热固材料增强的环氧树脂。
本发明还涉及用于制造上面限定的管状制品的方法。在优选实施例中，该方法包括下列步骤(a)通过本身已知的方法，在临时支撑心轴上制造硬塑料材料的管状圆柱形构件，该圆柱形构件被称为内圆柱形构件；(b)在内圆柱形构件的外表面上沿螺旋缠绕相容塑料材料的管状间隔件元件，该螺旋具有预定间距并且基本上垂直于保持旋转的临时支撑心轴的轴线；(c)在构成内圆柱形构件的塑料材料完全硬化之前，通过本身已知的方法制造一层可焊至内圆柱形构件的塑料材料，且焊接角度允许该层以呈现波状形状的方式置于内圆柱形构件的外表面上和管状间隔件元件的匝上；(d)可选地缠绕与第一绕组具有相同间距的第二管状间隔件元件，但是轴向地交错半个间距，其方式为插入前述步骤(b)的绕组的匝之间，并且置于已由上述步骤(c)中制造的层形成的波的凹口中；(e)在构成所述层的树脂完全硬化之前，通过已知的方法制造被称作外圆柱形构件的圆柱形构件，该外圆柱形构件相对于内圆柱形构件同轴并且间隔一个厚度，该厚度对应于管状间隔件元件的直径与塑料材料中间层厚度之和；(f)可选地重复步骤(b)至(e)以制造具有多个同轴圆柱形构件的管状制品；(g)撤出临时支撑心轴。
上面限定的方法当然并不构成仅有的用于制造依照本发明的管状制品的方法。在该方法的优选实施例中，内和外圆柱形构件和/或插入管状元件之间并且螺旋地缠绕并容纳在间隙中的塑料材料层是通过被称作“纤维缠绕”的已知技术制造的，该方法主要是在心轴上缠绕玻璃的连续纤维，且该连续纤维充满树脂。向心轴施加旋转运动，并且用于沉积充满树脂的玻璃纤维的头部执行相对于心轴轴向定向的交替平移运动。
使用该技术，事实上已知所制造的制品被制造成具有基本上比此前使用喷射或铸造技术获得的制品更高的强度特征。
对于制造本发明的制品自身的硬塑料材料，如已经提到的那样，优选为使用玻璃纤维增强的聚酯树脂或是也使用玻璃纤维或其它热固材料增强的环氧树脂。
然而，代替玻璃纤维，可以使用其它纤维形式的增强材料，例如碳纤维，或其它无机或有机纤维，例如芳族聚酸胺纤维(例如凯夫拉尔)。
在使用玻璃纤维的情形下，这些包含在以玻璃纤维增强的塑料材料制造所谓的制品的正常数量中，对于本发明，该数量在总重量的30和80％之间，并且优选按重量在70％的数量级中，且始终是相对于制品的总重而言的。
至于在内和外圆柱形构件之间形成的间隙的厚度，该厚度优选在5和40毫米之间，并且形成波的层的厚度优选在1至5毫米之间，更优选为2毫米。
依照本发明的塑料材料的硬管状制品也可以具有数量级为3米的非常大的直径，并且甚至更大，这样它们就可以符合该说明书的前言中所述的要求。
通过下面参照附图给出的说明，可以理解本发明的特征和优点，其中
图1是沿依照本发明的管状制品的第一实施例的轴平面中的示意性局部剖视图；图2是与图1类似的本发明的第二实施例的视图，并且图3是本发明的第三实施例的局部剖视图。
首先参见图1，图中显示了本发明的管状制品的第一实施例，并且该制品包括内圆周形管状构件10和外圆柱形管状构件12，在这两个构件之间界定了间隙14。
在该间隙中设置了由管状元件16构成的间隔件，且管状元件16螺旋地缠绕内圆柱形构件10。
一层塑料材料18也布置在间隙14中，该层18制造在管状元件16的匝的外侧上，其方式为形成波状横列，在其凹口中设置了管状元件16的匝。
如所提到的图中所示，层18与内圆柱形构件10的外壁20充分地接触，如同所看到的那样，层18由于形成永久的化学键而保持固定到该壁上。
层18的波的顶部也设置成与外圆柱形构件12的内壁22接触，该顶部由于形成永久的化学键而锚定在其上。
在图2所示的实施例中，管状制品与图1中具有相同的结构，不同之处在于在间隙14中提供了第二螺旋绕组的管状元件24，该管状元件24相对于管状元件16而以半个间距的交错缠绕，这样它就相对于层18关于绕组16的相对侧对称地布置。
最后参见图3，图中显示了依照本发明的管状制品的实施例，其中图1中的结构被重复以在期望特定性能时进一步提高横向刚度。
在这种情形下，圆柱形构件12充当中间圆柱形构件，该中间圆柱形构件用作用于间隙14的外圆柱形构件，但是作为相对于另一个外圆柱形构件26的内圆柱形构件，且该中间圆柱形构件与外圆柱形构件26形成间隙28，其中优选具有与管状元件16相同特征的第二管状间隔件元件30容纳有螺旋绕组。
在由管状元件30形成的绕组上制造了与增强层18具有类似或优选相同特征和横列的另一个增强层32，这样在这种情形下，也会在该层32和它与圆柱形构件12的外壁34以及与外圆柱形构件26的内壁36接触处的表面之间形成永久化学键。
这些化学键是由本发明的两个伴发特征生成的(a)首先，选择构成本发明的复合管状制品的各个部件的树脂，该树脂必须相互相容并且特别是一旦接触就可焊，只要这在每种树脂的硬化之前实现即可。上文列出类型的树脂符合该要求；
(b)其次，使用方法和时间来执行制造管状制品的各种方法步骤从而符合上文所示要求，即(i)内圆柱形构件10上的管状元件16的螺旋绕组在构成构件的树脂完全硬化之前实现，优选在构成它的树脂(或使用玻璃纤维增强的树脂)仍然充分地为糊状以允许管状元件16的匝刺入内圆柱形构件10的表面中的一个很小的深度；(ii)类似地，也优选与内圆柱形构件10具有相同组分的外圆柱形构件12以下列方式形成它与层18的脊部分以给定压力接合，从而不仅形成构件12的内壁22与它与层18接触的区域之间的化学键，而且还会实现(在最终的硬化之后)相互夹紧管状制品的各个部件的物理作用。
关于管状元件16(对于24和30指示的元件的情形也一样)，它们可以是简单的类型，如图中所示，或者可以波纹管(例如为国际专利申请WO 02/065011中所示的类型)，在该情形中，最终的管状制品的机械强度得到进一步的增强，并且尤其是横向刚度得到增强。
与具有对应于依照本发明的管状制品的总厚度(并因此具有与内压力相等的阻力)的厚度的单层管相比，对于依照本发明制造的管状制品执行了试验。
对于依照本发明的管状制品，应该指出，外圆柱形构件和内圆柱形构件是使用在重量上以70％的玻璃纤维增强的聚酯树脂利用“纤维缠绕”制造的。管状元件16自身是由PVC波纹管构成的并且层18自身是由使用玻璃纤维增强的聚酯树脂制造的。
下面的表(其中ECOD表示依照本发明的管状制品)显示了各个内径(DN)的管制成制品的结果
其中Sstructural＝圆柱形(i)构件(i)的厚度，Sconnection＝ECOD管中层(18)的厚度。y＝试验中沿环的直径施加的变形，表示为占标称直径的百分比。
因为单层管和ECOD管，标称压力PN等于10巴，而对于填充沙子的管PN＝6巴。
所有ECOD管是利用“纤维缠绕”使用聚酯树脂制造的。
在ECOD管中，间隔件是由PVC波纹管构成的。
单层管的刚度是从制造厂的表中获得的。
ECOD管的刚度是通过试验获得的，这些试验是在OMECO srl实验室中依照标准UNI EN 1226和UNI EN 1228实施的；所示的值是对于每个直径的两个采样的测量值的平均值。
通过上面的数据，很容易理解，在依照本发明制造的管状制品中横向刚度得到极大的提高。
这些数据使依照本发明的管状制品远远利于混凝土管(即，当前使用的管)和具有相等壁厚的塑料材料的单层管。
权利要求
1.一种复合的硬管状制品，其类型为包括至少两个同轴的塑料材料的圆柱形构件(10，12)和一个增强间隔件元件，该间隔件元件容纳在两个圆柱形构件之间的间隙(14，28)中，并且螺旋地缠绕该对圆柱形构件的内圆柱形构件(10)，其特征在于，一可焊材料层(18，32)交替地设置在间隔件元件的每匝和一个和另一个同轴圆柱形构件的直接面向表面之间，从而与同轴圆柱形构件的表面形成化学键，所述层(18，32)以波状横列布置在间隙(14，28)中，且在波状横列的凹部中容纳了间隔件元件。
2.如权利要求1所述的复合硬管状制品，其特征在于，所述间隔件元件是塑料材料的管状元件(16，24，30)，优选为波形或滚花管状元件。
3.如权利要求1所述的复合硬管状制品，其特征在于，所述可焊材料层(18，32)为形成同轴圆柱形构件的塑料材料。
4.如权利要求1所述的复合硬管状制品，其特征在于，所述圆柱形构件由使用玻璃纤维增强的不饱和聚酯树脂、或也使用玻璃纤维增强的环氧树脂、或是使用玻璃纤维增强的其它热固材料制成。
5.如权利要求1所述的复合硬管状制品，其特征在于，所述圆柱形构件(10，12，26)是利用“纤维缠绕”方式制造的。
6.如权利要求3所述的复合硬管状制品，其特征在于，所述可焊材料层(18，32)由使用玻璃纤维增强的不饱和聚酯树脂、或也使用玻璃纤维增强的环氧树脂、或是其它热固材料制成。
7.如权利要求3和/或6所述的复合硬管状制品，其特征在于，所述不饱和聚酯树脂或环氧树脂或其它热固材料使用不同于玻璃纤维的纤维增强，所述纤维是从碳纤维或其它无机或有机纤维，例如芳族聚酸胺(aramide)纤维，优选凯夫拉尔(kevlar)中选取的。
8.如权利要求1所述的复合硬管状制品，其特征在于，所述间隙(14，28)的厚度在5至40毫米之间。
9.如权利要求1所述的复合硬管状制品，其特征在于，所述层(18，32)的厚度在1至5毫米之间，优选为2毫米。
10.如权利要求1所述的复合硬管状制品，其特征在于，它包括内圆柱形构件(10)、形成间隙(14)的外圆柱形构件(12)、以预定间距螺旋地缠绕所述内圆柱形构件(10)的管状间隔件元件(16)、和以波状结构设置在所述间隙中的增强层(18)，所述增强层(18)的凹陷中容纳了管状元件(16)的匝，这样所述匝就保持锁定在层(18，32)的凹陷与内圆柱形构件的相邻外壁(20)之间。
11.如权利要求10所述的复合硬管状制品，其特征在于，它包括管状间隔件元件的第二螺旋绕组(24)，该绕组相对于第一螺旋绕组(16)以半个间距交错，这样其匝就保持固定在层(18)的凹口与外圆柱形构件(12)的相邻内壁(22)之间。
12.如权利要求10和/或11所述的复合硬管状制品，其特征在于，所述管状间隔件元件(16，24)的匝分别刺入内圆柱形构件和外圆柱形构件的相邻壁中很小的深度。
13.如权利要求10所述的复合硬管状制品，其特征在于，它包括与圆柱形构件(10，12)同轴的另一个圆柱形构件(26)，以及一个管状间隔件元件(30)，所述管状间隔件元件(30)类似于管状间隔件元件(16)，并且螺旋地缠绕圆柱形构件(12)且容纳在间隙(28)中，所述间隙(28)形成在圆柱形构件(12，26)之间，且在所述间隙(28)中容纳有层(32)，所述层(32)具有与容纳在间隙(14)中的层(18)类似的特征和波形方向。
14.一种用于制造如权利要求1至13中任一项所述管状制品的方法，其特征在于包括下列步骤(a)通过本身已知的方法，在临时支撑心轴上制造硬塑料材料的管状圆柱形构件，该圆柱形构件被称为内圆柱形构件；(b)在内圆柱形构件的外表面上沿螺旋缠绕相容塑料材料的管状间隔件元件，该螺旋具有预定间距，并且基本上垂直于保持旋转的临时支撑心轴的轴线；(c)在构成内圆柱形构件的塑料材料完全硬化之前，通过本身已知的方法，制造一层可焊至内圆柱形构件的塑料材料，且角度允许该层以呈现波状形状的方式置于内圆柱形构件的外表面上和管状间隔件元件的匝上；(d)可选地缠绕与第一绕组具有相同间距的第二管状间隔件元件，但是轴向交错半个间距，其方式为设置在前述步骤(b)的绕组的匝之间，并且置于已由上述步骤(c)中制造的层形成的波的凹口中；(e)在构成所述层的树脂完全硬化之前，通过已知的方法制造被称作外圆柱形构件的圆柱形构件，该外圆柱形构件相对于内圆柱形构件同轴并且间隔一个厚度，该厚度对应于管状间隔件元件的直径与塑料材料中间层厚度之和；(f)可选地重复步骤(b)至(e)，以制造具有多个同轴圆柱形构件的管状制品；(g)撤出临时支撑心轴。
全文摘要
一种复合硬管状制品，尤其对沿与其轴线正交的平面中的直接载荷具有抵抗力，通过插入间隔件元件制造，该间隔件元件由至少一个塑料材料的管状元件(16，24，30)构成，管状元件在由至少两个塑料材料的同轴圆柱形构件(10，12，26)形成的间隙中螺旋地缠绕内圆柱形构件(10)，且这两个同轴圆柱形构件由增强层(18，32)彼此刚性地连接。增强层(18，32)布置成具有波状横列，在其凹陷中设置了管状间隔件元件(16，24，30)的匝，并且在其表面和同轴圆柱形构件的壁(20，22，34，36)之间的接触区中形成永久的化学键。
文档编号B29C53/58GK101031749SQ200480044088
公开日2007年9月5日 申请日期2004年9月27日 优先权日2004年9月27日
发明者F·科迪尼奥拉 申请人:动产和不动产管理股份公司