制造金属骨架塑料复合管的装置

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本发明涉及一种含有金属增强材料的塑料复合管的装置。\n在流体的传输中，金属管具有良好的力学性能但不耐腐蚀，而塑料管具有良好的耐 腐蚀性能但力学性能较差。为克服上述缺点，人们采用了许多方法，最主要的有：(1) 钢塑复合管。这是一种在钢管内外壁上均包有塑料的复合管材，申请号为97209525的 钢塑复合管即是该种结构，目的是将塑料的良好耐腐蚀性能及钢管的良好机械性能结合 起来。但在实际应用中由于两种材料的膨胀系数差距太大，在长期使用中易产生脱层造 成内衬管的开裂而失效，另外，这种复合管除了能用法兰连接外，尚无更好的方法能在 钢管焊接时不损坏塑料层，因而受到限制；(2)金属骨架增强管。这是一种综合性能优 良的复合管材，由于管材的内外表面均有相连接的热塑性塑料(如聚乙烯)所构成，所 以它的耐腐蚀性能及耐化学品性能极好且不会分层，而由于在塑料基体中埋有金属骨架 (例如铁丝网络)，其机械性能良好。另外这种管材可根据需要或采取法兰连接或采取 塑料热熔焊连接，施工性能良好。申请号为94209612，名称为“金属骨架-塑料复合 管道”介绍的就是这样一种管道。“制造金属骨架-塑料复合管道的方法及装置”(申请 号为94104509)介绍了这种管道的一种制造方法及装置。这种制造方法采用的方案是： 在按圆周均匀布置的纵向钢筋上缠绕螺旋线材，并用滚焊方式将纵、横钢筋固定制成网 状筒形钢筋骨架，将其与从塑料挤出机连续得到的塑料物料熔体一起送入管道成型腔， 在成型腔中挤压成型为管道形状后进行冷却定型，冷却定型后的管道由牵引机构牵引， 然后切割、收卷。可以看出，该工艺的特点是利用一根根线材缠绕焊接为金属骨架，同 时挤出塑料的加工方法。需要许多处理金属线的装置，焊机围绕管材环绕焊接，生产效 率不高，装置工艺构成复杂。另外受焊头尺寸的限制或因昂贵的生产成本，对小口径复 合管的生产及市场缺乏可行性和竞争力。\n本发明的目的提供一种制造金属骨架塑料复合管的装置，能够提供更高的生产效 率，装置工艺构成简单，能够生产各种大小口径的复合管。\n本发明的制造金属骨架塑料复合管的装置，包括塑料挤出机、定径台、牵引机、收 卷机，网带预成型系统、复合管成型系统，其特征在于：\n网带预成型系统包括有若干组压形轮，压形轮由一个阳鼓和一个阴鼓构成，阴、阳 鼓的间隙与金属网带相适应，从第一组压形轮到最后一组压形轮，阴、阳鼓的曲率逐渐 增大。\n网带预成型系统还包括有若干组整形轮，整形轮由一对分布在金属网带两侧的轮子 组成，轮子的侧面具有与被卷曲的网带相适应的凹面曲率，从导向轮到最后一组整形轮， 轮子间的距离逐渐缩小。\n本发明制造金属骨架塑料复合管的装置体现了制造金属骨架塑料复合管的方法，用 金属网带为基材，经过被碾压平整、通过若干组曲率逐渐增大的阴、阳鼓的碾压逐渐闭 合成管状、焊接接缝、与塑料熔体复合、冷却定型，得到具有网络金属骨架结构的塑料 复合管。\n本发明所述的金属网带可以是各种形式的连续的网络结构或孔状结构，如可以是具 有明显经纬结构的，也可以是没有经纬结构；网线间的搭接处可以是焊接的，也可以是 没有焊接的；还可以是在金属薄板上开有若干孔的结构或其它方法构成的连续网络结 构。现有技术和现有产品中有各种类型的上述金属网带产品，都可以作为本发明金属骨 架的基材。\n为保证金属骨架与热塑性塑料具有所需要的界面性能，所述的金属网带可以是具有 原金属的裸表面、也可以是金属表面具有复合层，如其它金属镀层或有机物层。对于有 机物层，最好是在工艺中形成网状的管形金属骨架后与塑料复合前加复合层。\n本发明连续的生产装置为：网带架、网带牵引系统、网带预成型系统、复合管的成 型系统、塑料挤出机、定型台、牵引机、管材切割机或收卷机，其中：\n网带架包括带张力控制系统的转轴、固定转轴的稳定架、转轴两侧的挡板、防松卷 机构。防松卷机构是用来抑制卷曲成卷的金属网带本身所产生的张力，使金属网卷不能 任意松脱。它的一种最简单的结构是一个由弹簧和能够调节自由转动的压杆所构成的组 件。张力控制系统是保证网带架的转速与下游牵引设备的牵引速度同步。固定转轴的稳 定架最好具有升降系统，可以根据金属网带的大小调节转轴的高度使其悬空并能自由转 动。两挡板间的间隔应与网带的宽度相适应，以便将网带卷卡于之间。\n网带牵引系统至少包括两对带有驱动装置的轧辊，每对轧辊的间隙与金属网带的厚 度相适应。轧辊的长度应大于金属网带的宽度。具有一定弹性及强度的金属网带在通过 每对轧辊的间隙时被碾压平整。这些轧辊被组装在一稳固支架上。\n网带预成型系统包括导向轮及若干组压形轮、整形轮。导向轮是分别位于金属网带 两侧的两个轮子，轮子可以随意转动，它们之间的距离可以根据金属网带的宽度随意调 节，其作用是控制金属网带不能在水平方向左右移动。压形轮由一个阳鼓和一个阴鼓构 成，阴、阳鼓的间隙可以调节与金属网带相适应，从第一组压形轮到最后一组压形轮， 阴、阳鼓的曲率逐渐增大，使金属网带被逐渐弯曲成圆桶状进行预成型。整形轮也是由 一对分布在金属网带两侧的轮子组成，轮子的侧面具有与被卷曲的网带相适应的凹面曲 率，从导向轮到最后一组整形轮，轮子间的距离逐渐缩小，压迫被卷曲的网带形成更大 的曲率。压形轮、整形轮的数量可以根据实际需要来设置。\n复合管成型系统包括导向压轮及包括导向芯轴、导向筋、模体、模套、模芯轴构成 的模具，导向压轮位于模具入口前端，模具入口与金属网带曲率一致，模具入口端的导 向芯轴越向内曲率越大，导向芯轴与模体内壁的间隙与金属网带厚度相适应，导向筋使 导向芯轴与模体固定，模体上于金属网带成闭合管状的接缝位置对应有一开口，此处装 一焊接头，此焊接头可以保证不断移动的金属管网的接缝被焊接在一起。模芯轴与导向 芯轴具有同一轴线，模芯轴与模套壁间有圆环状的空腔，对应此空腔的模具上开有进料 口。金属管网在此圆环状的空腔内应是严格定位的：(1)金属管网与圆环状的空腔具有 同一轴线；(2)从横截面看，金属管网的圆环应位于圆环状的空腔的中部。进料口处与 塑料挤出机的机头连接。此进料口处供塑料熔体流动的流道其轴线可以与金属管网的轴 线相垂直或呈一定角度，以保证塑料熔体更易向模具出口方向流动。在此模具的出口部 位的模套应是可以加热并控制温度。出口部位模套的内径、模芯棒的外径应与金属管网 的直径相适应，这三者对所要生产的金属骨架塑料复合管的直径及壁厚有一定影响。  \n本发明将金属网带先弯卷成管形，其弯卷形式可以是多种不同的方式，上述装置是 一种比较省时省力的弯卷形式及所采用的装置，它比较适合于小口径复合管的生产。当 金属网带的强度及弯曲产生的张力比较小时，可以将金属网带直接进入上述装置中的复 合管成型系统。当生产大口径复合管时，由于金属网带的强度及弯曲时产生的张力较大， 在按照本发明连续生产工艺的思路下，对于上述网带预成型系统、复合管成型系统进行 一些改进，由复合管预成型系统、焊接装置、复合管成型装置实现，其余装置同上 述其它装置。\n复合管预成型系统完成了网带预成型及形成网管状的功能，包括粗成型水平辊、立 辊、精成型水平辊。粗成型水平辊由若干组轧辊组成，每组轧辊均由阳鼓和阴鼓构成， 阴、阳鼓的间隙与金属网带相适应，从第一组轧辊到最后一组轧辊，阴、阳鼓的曲率逐 渐增大，使金属网带逐渐弯曲。立辊分布在金属网带两侧，侧面具有与被卷曲的网带相 适应的凹面曲率，并且压迫被卷曲的网带形成更大的曲率。精成型水平辊是由上下为一 组的多组轧辊组成，每组轧辊均具有凹形曲面，从前向后，辊间距离逐渐缩小，使卷曲 的网带形成网管状。该装置及网管的焊接装置可以同钢管的现有生产设备。\n复合管成型装置同现有技术，如申请号为94104509，制造金属骨架一塑料复合管道 的方法及装置，或者如上述复合管成型系统中后半部分(焊接以后)的结构形式，在该 装置中网管与塑料熔体进行成型。\n本发明方法中所需的挤出机，均有市售产品，根据所选用的热塑性塑料选择种类和 型号。\n离开模具后还处于熔融状态的复合管被迅速引入定径台，进行冷却定径，定径台均 是现有产品，根据需要选择定径方式：真空定径及内压定径。牵引机以及切割、收卷机 亦为现有技术的产品。\n根据不同的应用要求，金属骨架的材质可以是铁、铝、铜等不同金属，特别是铁和 铝。热塑性塑料可以是聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等。\n使用不同的金属骨架和不同的热塑性塑料，加工温度、冷却温度、牵引速度、挤出 速度等加工工艺条件是不相同的，这是现有技术所公知和实现的。\n本发明的优点：\n1、生产效率高。现有技术是焊机围绕管材进行环绕焊接，而本发明焊机仅需沿管 材轴向直线焊接。假定焊机每分种移动一米距离，那么若焊接一个直径为300毫米的管 网，若每隔1厘米环绕一圈金属线材的话，现有技术方法制造出1米长的管网需要942 分钟，而本发明的方法则仅需1分钟。\n2、工艺过程简单，设备投资小。现有技术是将一根根金属线材焊接成管网，所以 需要许多处理金属线材的装置，而本发明的方法仅需一套处理金属网带的装置。因此工 艺过程大大简化，设备投资小。\n3、本发明可以制造各种大小口径的复合管，例如10～300毫米或更大。而现有技术 生产80毫米以下复合管时或因焊头尺寸太大而无法生产或因其昂贵的生产成本，使其 在小口径复合管市场缺乏可行性和竞争力。\n4、本发明可以得到含各种形式的金属骨架的塑料复合管，克服了现有技术比较单 一的金属骨架形式。\n下面结合实施例及实施例附图说明：\n图1为本发明工艺流程示意图之一；\n图2为金属网带形状之一；\n图3为网带架结构示意图；\n图4为网带牵引系统结构示意图；\n图5为网带预成型系统示意图；\n图6为图5的俯视图；\n图7分别为压形轮、整形轮与调距装置间的连接结构示意图；\n图8为复合管成型系统结构示意图；\n图9为图8中导向压轮结构示意图；\n图10为金属网带形状之一；\n图11为本发明工艺流程示意图之二；\n图12为复合管预成型系统结构示意图；\n图13为焊接装置结构示意图；\n图14为复合管成型装置结构示意图。\n图中：1网带架  2网带牵引系统  3网带预成型系统  4复合管成型系统  5挤出 机  6定径台  7牵引机  8收卷机  9挡板  10防松脱机构  11带张力控制系统的转 轴  12升降系统  13稳定架  14轧辊  15调距装置  16导向轮  17底座  18导向轮 19压形轮  20调距装置  21整形轮  22导向压轮  23导向芯轴  24模芯轴  25 焊接头  26模体  27导向筋  28进料口  29模套  30压板  31加热套  32复合管预 成型系统及焊接装置  33复合管成型装置  34粗成型水平辊  35立辊  36精成型水平 辊  37高频感应器  38导向辊  39挤压辊  40铁磁体  41支撑挡板\n实施例一：\n制备外径为30mm，壁厚3mm的铁丝骨架聚丙烯复合管。选择市售的用1mm图2 所示镀锌铁丝制成的铁丝网带，网带宽度88mm。\n按图1工艺流程，利用图3所示的网带架、图4所示的网带牵引系统、图5所示的 网带预成型系统及公知的塑料挤出机、定径台、牵引机、收卷系统。\n网带架主要由带张力控制系统的转轴11、带有升降系统12的稳定架13、转轴两 侧的圆形挡板9、防松脱机构10组成，长度约为2000米，宽度为88mm的铁丝网带盘 卷在转轴上。防松脱机构由弹簧和压杆组成，弹簧所产生的拉力通过压杆压住铁丝卷以 免松脱。张力控制系统是安装在网带架转轴处的一种电子装置，可以保证网带架的转速 与下游牵引设备的牵引速度同步。可以升降的支架，使笨重的铁丝网卷比较方便地安装 在网带架上，又可使盘卷灵活转动，升降系统可以是公知技术的结构形式。\n铁丝网卷的网带被送入网带牵引系统。网带牵引系统由两组导向轮16、四组可以驱 动的轧辊14、固定轧辊轴的轧辊支撑挡板41、底座17组成。每组导向轮均由一对可以 灵活转动的轮子构成，它们之间的距离可调，它把网带夹在中间，防止网带左右摆动。 网带经过轧辊后，被碾压平整。\n经过网带牵引系统被碾压平整的网带，被送入网带预成型系统。网带预成型系统由 导向轮18、压形轮19、整形轮21组成。导向轮的作用与上述网带牵引系统导向轮的作 用相同。压形轮19由一个阳鼓和一个阴鼓构成，阴鼓、阳鼓的配合面一个是凸面，一 个凹面，它们之间的间隙可以通过调距装置20实现。从第一组压形轮到最后一组压形 轮，它们的阴、阳鼓的曲率逐渐增大。整形轮是由分布在网带两侧的轮子所组成，轮子 的侧面具有凹面曲率，此曲率与被卷曲的金属网带相适应，两只轮间的距离可以通过调 距装置实现。从网带导向轮起到最后一组整形轮，轮间距逐渐缩小，压迫铁丝网形成更 大的曲率。压形轮、整形轮分别有驱动装置驱动。经过该系统，网带已经产生了一 定弯曲，为下一步成型奠定了基础。\n复合管成型系统由导向压轮22及由导向芯轴23、导向筋27、模体26、模套29、 模芯轴24构成的模具，导向压轮22位于模具入口前端，模具入口与金属网带曲率一致， 模具入口端的导向芯轴越向内曲率越大，导向芯轴与模体内壁的间隙与金属网带厚度相 适应，导向筋使导向芯轴与模体固定，模体上于金属网带成闭合管状的接缝位置对应有 一开口，此处装一焊接头，此焊接头可以保证不断移动的金属管网的接缝被焊接在一起。 模芯轴与导向芯轴具有同一轴线，模芯轴与模套壁间有圆环状的空腔，对应此空腔的模 具上开有进料口28。\n在上述复合管成型系统中，导向压轮22的结构形式基本上是在一圆形支架上安装 一些小型导向轮，这些导向轮被安装在模具的入口处，当铁丝网经过此处时，通过这些 导向轮可以仔细调节其曲率，使铁丝网进入模具入口时，与模具入口曲率一致，处于模 具入口中央部位，在牵引机7的牵引下进入模具的铁丝网，在导向芯轴的作用下被进一 步弯曲，越向内芯轴曲率越大，直至网带被牵引至与模芯轴相接触的部位时，网带的前 部已被弯曲成管状，网带的两边已成对接状态，在网带呈对接状态的部位，模体上的开 口，使网带对接的接缝外露，在此上方安装焊接头25，使接缝被焊接，形成完全闭合 的网管。进料口与塑料挤出机相接，由挤出机挤出的聚丙烯熔体进入模具与网管相复合。 其工艺过程及此后的工序，包括冷却定径、收卷机盘卷同现有技术工艺。图8中压板30 是用来固定模套29，加热套31用来控制模具出口的温度。\n实施例二：\n制备外径为300mm，壁厚20mm的铁骨架聚乙烯复合管。选择市售的用1mm厚 带有菱形孔的黑铁皮作为骨架基材，图10所示。\n按图1工艺流程，利用图3所示的网带架、图4所示的网带牵引系统、图12所示 的复合管预成型系统、图13所示的焊接装置、图14所示的复合管成型装置及公知的塑 料挤出机、定径台、牵引机、收卷系统。\n复合管预成型系统完成了实施例一中网带预成型及形成网管状的功能，主要包括粗 成型水平辊34、立辊35、精成型水平辊36。粗成型水平辊由若干组轧辊组成，每组轧 辊均由阳鼓和阴鼓构成，阴、阳鼓的间隙与金属网带相适应，从第一组轧辊到最后一组 轧辊，阴、阳鼓的曲率逐渐增大，使金属网带逐渐弯曲。立辊分布在金属网带两侧，侧 面具有与被卷曲的网带相适应的凹面曲率，并且压迫被卷曲的网带形成更大的曲率。精 成型水平辊是由上下为一组的多组轧辊组成，每组轧辊均具有凹形曲面，从前向后，辊 间距离逐渐缩小，使卷曲的网带形成网管状。该装置及网管的焊接装置同钢管的现有生 产设备。焊接装置主要由高频感应器37、导向辊38、挤压辊39、铁磁体40组成，这 是钢管焊接的现成设备，适用于本发明。也可选用其它类型的焊接设备。金属网带在焊 接成管形与塑料复合前，可以喷涂有机物复合层。\n复合管成型装置亦同现有技术，如申请号为94104509，制造金属骨架-塑料复合管 道的方法及装置，也如同实施例一所示的复合管成型系统的后半部分(焊接以后)的结 构，图14重新给出结构示意图。在该装置中网管与塑料熔体进行成型。其后的工序同\n现有技术。