本發明涉及高分子材料加工技術領域，特別涉及一種大口徑高分子管道搭扣纏繞成型方法及設備。
背景技術：
大口徑塑料管道的應用越來越廣泛，與金屬管道等傳統管道相比，塑料管道具有耐腐蝕、易安裝、節能、流體摩阻小、衛生環保、質量輕、運輸維護成本低、可回收等優點，另外，相對傳統管道，塑料管道還具有很好的韌性，抗沖擊，具有優異的抗震性，這對于地震多發地帶而言，使用塑料管道尤為重要。基于這些優點，大口徑塑料管道已廣泛地應用在救援逃生、氣體輸送、液體輸送、固體輸送、排污、排水等諸多領域。
所謂大口徑塑料管道，對于pe管道而言一般是指外徑大于315mm的管道，對于其他材料則是外徑大于500mm的管道。目前塑料管道，尤其大口徑管道的成型工藝方法主要有擠出成型、纏繞熔接成型。擠出成型在成型大口徑管道時比較困難，存在力學性能差、成本高靈活性較差等問題，公開號為cn107775924a的發明申請公開了一種大型管材擠出成型裝置，但這種方法無法成型較大直徑管道且需要頻繁更換模具，故該成型方法存在工藝復雜，靈活性差，能耗高等缺點。纏繞成型方法成本高，管道具有一定的力學性能，但存在許多不足：成型過程復雜、節能效果差、管道強度低。德國克拉公司及公開號為cn101380819a的發明申請公開了一種纏繞熔接大口徑管道的方法，但這種方法需要預先成型小口徑管道，成型時小口徑管道先涂覆塑料熔體再纏繞到芯軸上纏繞成型時需用到專用芯軸模具，每成型一種口徑的管道時需更換芯軸模具，同時在成型時需用到二次加熱設備另外，成型時熔體料條及小口徑管道之間存在熔接痕，故該成型方法存在纏繞工藝復雜、靈活性差、能耗高、耗材多、流阻大、易泄漏、承壓低等缺點。
技術實現要素：
本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種大口徑高分子管道搭扣纏繞成型方法，該方法擠出具有卡扣結構的異型材坯料，以螺旋方式纏繞成型管道，可連續成型，適應性好。
本發明的另一目的在于提供一種用于實現上述方法的大口徑高分子管道搭扣纏繞成型設備。
本發明的技術方案為：一種大口徑高分子管道搭扣纏繞成型方法，先利用第一擠出機將高分子材料經異型材模具擠出坯料，坯料的橫截面包括卡扣結構，坯料以螺旋方式在芯膜組件上纏繞，相鄰圈的坯料的卡扣鍥合搭接，定型壓輥將已纏繞的坯料緊壓在芯膜組件上定型，芯膜組件的端部處設有限位擋料襯板，限位擋料襯板使坯料以螺旋方式纏繞并使纏繞完成的管道沿芯膜組件軸向延伸，從而實現大口徑管道連續成型。其中，芯膜組件采用有源驅動，卡扣結構使得新纏繞的坯料與上一圈坯料鍥合搭接，坯料在芯膜組件上纏繞并進行無縫搭接。
所述芯膜組件的上方設有軋輥，擠出的坯料先在軋輥的作用下完成卡扣的搭接，定型壓輥進一步壓實定型；芯膜組件包括滾筒狀的芯膜主體和阻尼棒，芯膜主體的圓周壁均布有橫截面為楔形的凹槽，阻尼棒限位于芯膜主體的凹槽內，阻尼棒的最外緣高于芯膜主體的最外緣，坯料在芯膜組件上纏繞時，阻尼棒向外滾動撐緊已纏繞的管道。
所述成型管道的高分子材料采用超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯或聚氯乙烯。
一種大口徑高分子管道搭扣纏繞成型設備，包括相連接的擠出裝置和搭扣纏繞裝置，所述擠出裝置包括第一擠出機和異型材模具，第一擠出機的出料口與異型材模具相連，通過異型材模具成型的坯料的橫截面包括卡扣結構，搭扣纏繞裝置包括呈滾筒狀的芯膜組件、定型壓輥和限位擋料襯板，芯膜組件還連接電機驅動旋轉，定型壓輥分布在芯膜組件的圓周并壓緊纏繞的坯料，呈螺旋狀的限位擋料襯板位于芯膜組件的一端。其中，異型材模具位于第一擠出機的出料端，擠出機將坯料送料至搭扣纏繞裝置，經異型材模具擠出的坯料纏繞在芯膜組件上，新纏繞的坯料在限位擋料襯板的作用下使纏繞完成的管道沿芯膜組件軸向延伸，實現大口徑管道連續成型。
所述經異型材模具成型的坯料的橫截面包括兩個卡扣結構，所述兩個卡扣結構呈中心對稱，橫截面的中部為中空或實心結構。卡扣即為兩端彎折結構，采用這種結構，坯料纏繞在芯膜組件上時，新纏繞坯料的卡扣能夠與上一圈坯料的卡扣搭接，再經過定型壓輥壓緊，保證管道無縫拼接；橫截面的中部為中空或實心結構，搭接時，一個卡扣的一端部落入另一卡扣的彎折部分，實現緊密嵌合。
所述搭扣纏繞裝置還包括支撐盤和限位螺栓，支撐盤位于芯膜組件的一端，定型壓輥安裝在支撐盤上，所述定型壓輥設有5～9個，限位擋料襯板通過多個限位螺栓固定在支撐盤上。其中，芯膜組件旋轉時，定型壓輥滾動壓緊坯料定型管材；限位螺栓均布在支撐板圓周上，相鄰的限位螺栓的伸出長度均勻變化，使得限位擋料襯板在支撐板上呈螺旋變化，沿芯膜組件的旋轉方向，限位螺栓的伸出長度逐漸變大。相鄰的定型壓輥之間的距離相同。
所述芯膜組件包括芯膜主體、芯膜端蓋、阻尼棒和芯膜驅動軸，所述芯膜主體的圓周壁均布有橫截面為楔形的凹槽，芯膜端蓋設在芯膜主體的兩端部，阻尼棒被芯膜端蓋限位于芯膜主體的凹槽內，芯膜驅動軸位于芯膜主體的軸線處，芯膜驅動軸與電機連接。其中，凹槽的長度方向與芯膜主體的軸線平行，各凹槽橫截面的方向一致，坯料纏繞于芯膜主體時，芯膜主體受電機驅動旋轉，凹槽內的阻尼棒受力向楔形的尖端滾動，阻尼棒的外緣高于芯膜主體的外緣圓周且超出的高度逐漸變大，從而撐緊已纏繞的管道。
所述阻尼棒的最外緣超過芯膜主體的外緣圓周，凹槽和阻尼棒的數量相同，凹槽和阻尼棒一一對應。其中，阻尼棒可在凹槽內滾動，凹槽和阻尼棒設有多組，配合撐緊已纏繞的管道。
所述搭扣纏繞裝置還包括導向輥與軋輥，異型材模具擠出的坯料經導向輥和軋輥以螺旋方式纏繞在芯膜組件上。其中，導向輥用于調整坯料的方向和位置，軋輥位于芯膜組件上方，將新擠出的坯料壓在芯膜主體上，使其與上一圈坯料的卡扣的鍥合搭接，便于定型壓輥進一步壓實定型，坯料依次經過軋輥和定型壓輥能夠保證緊密纏繞。
所述擠出裝置還包括第二擠出機，第二擠出機擠出粘接劑，粘接劑粘合新纏繞坯料的卡扣與上一圈坯料的卡扣的搭接縫隙處。采用此結構，能夠使相鄰圈的坯料更緊密地搭接粘合，保證管道的質量。
本發明相對于現有技術，具有以下有益效果：
1、通過螺旋搭扣纏繞成型大口徑塑料管道的方法，僅依靠小型異型材口模即可實現無大型模具連續成型大口徑管道。
2、改變了現有大口徑高分子材料管道纏繞成形方法和設備，可在同一臺設備上調整零件關鍵位置成型不同口徑和壁厚。
3、本大口徑高分子材料管道纏繞成形方法和設備結構簡單，容易拆裝，成本低，性能高，可以成型各類高分子材料大口徑管，應用范圍廣。
附圖說明
圖1為本大口徑高分子管道搭扣纏繞成型設備的結構示意圖。
圖2為芯膜組件的局部放大示意圖。
圖3為限位擋料襯板的結構示意圖。
圖4a為實施例1中坯料的橫截面卡扣未搭接的結構示意圖。
圖4b為實施例1中坯料的橫截面卡扣搭接后的結構示意圖。
圖5為實施例2中大口徑高分子管道搭扣纏繞成型設備的結構示意圖。
圖6為實施例2中坯料在搭扣纏繞裝置中纏繞的局部放大示意圖。
圖7a為實施例3中坯料的橫截面卡扣未搭接的結構示意圖。
圖7b為實施例3中坯料的橫截面卡扣搭接后的結構示意圖。
圖中所示，1為第一擠出機、2為異型材模具、3為坯料、4為導向輥、5為軋輥、6為支撐盤、7為芯膜組件、7-1為芯膜主體、7-2為阻尼棒、7-3為凹槽、8為定型壓輥、9為管道、10為限位螺栓、11為第二擠出機、12為粘結劑、13為限位擋料襯板、ⅰ為擠出裝置、ⅱ為搭扣纏繞裝置。
具體實施方式
下面結合實施例，對本發明作進一步的詳細說明，但本發明的實施方式不限于此。
實施例1
本實施例一種大口徑高分子管道搭扣纏繞成型設備，如圖1所示，包括相連接的擠出裝置ⅰ和搭扣纏繞裝置ⅱ，所述擠出裝置包括第一擠出機1和異型材模具2，第一擠出機的出料口與異型材模具通過法蘭以螺釘相連，通過異型材模具成型的坯料3的橫截面包括卡扣結構，搭扣纏繞裝置包括呈滾筒狀的芯膜組件7、定型壓輥8和限位擋料襯板13，芯膜組件還連接電機驅動旋轉，定型壓輥分布在芯膜組件的圓周并壓緊芯膜組件上纏繞的坯料，呈螺旋狀的限位擋料襯板位于芯膜組件的一端。其中，異型材模具位于第一擠出機的出料端，擠出機將坯料送料至搭扣纏繞裝置，搭扣纏繞裝置位于異型材模具的出料口下方，經異型材模具擠出的坯料纏繞在芯膜組件上，新纏繞的坯料在限位擋料襯板的作用下使纏繞完成的管道9沿芯膜組件軸向延伸，實現大口徑管道連續成型。
如圖4所示，所述經異型材模具成型的坯料的橫截面包括兩個卡扣結構，所述兩個卡扣結構呈中心對稱。坯料橫截面中部為空心結構，卡扣即為兩端彎折結構，采用這種結構，坯料纏繞在芯膜組件上時，新纏繞坯料的卡扣能夠與上一圈坯料的卡扣搭接，再經過定型壓輥壓緊，保證管道無縫拼接；搭接時，一個卡扣的一端部落入另一卡扣的彎折部分，實現緊密嵌合，卡扣的彎折部分內側可設置相配合的凸條和凹槽，能夠實現更緊密穩固的搭接。
如圖3所示，所述搭扣纏繞裝置還包括支撐盤6和限位螺栓10，支撐盤位于芯膜組件的一端，定型壓輥安裝在支撐盤上，所述定型壓輥設有7個，限位擋料襯板通過多個限位螺栓固定在支撐盤上。其中，芯膜組件旋轉時，定型壓輥滾動壓緊坯料定型管材；限位螺栓均布在支撐板圓周上，相鄰的限位螺栓的伸出長度均勻變化，使得限位擋料襯板在支撐板上呈螺旋變化，沿芯膜組件的旋轉方向，限位螺栓的伸出長度逐漸變大。相鄰的定型壓輥之間的距離相同。
如圖2所示，所述芯膜組件包括芯膜主體7-1、芯膜端蓋、阻尼棒7-2和芯膜驅動軸，所述芯膜主體的圓周壁均布有橫截面為楔形的凹槽7-3，芯膜端蓋設在芯膜主體的兩端部，阻尼棒被芯膜端蓋限位于芯膜主體的凹槽內，芯膜驅動軸位于芯膜主體的軸線處，芯膜驅動軸與電機連接。其中，凹槽的長度方向與芯膜主體的軸線平行，各凹槽橫截面的方向一致，坯料纏繞于芯膜主體時，芯膜主體受電機驅動旋轉，凹槽內的阻尼棒受力向楔形的尖端滾動，阻尼棒的外緣高于芯膜主體的外緣圓周且超出的高度逐漸變大，從而撐緊已纏繞的管道。
所述阻尼棒的最外緣超過芯膜主體的外緣圓周，凹槽和阻尼棒的數量相同，凹槽和阻尼棒一一對應。其中，阻尼棒可在凹槽內滾動，凹槽和阻尼棒設有多組，配合撐緊已纏繞的管道。
如圖1所示，所述搭扣纏繞裝置還包括導向輥4與軋輥5，異型材模具擠出的坯料經導向輥和軋輥以螺旋方式纏繞在芯膜組件上。其中，導向輥用于調整坯料的方向和位置，軋輥位于芯膜組件上方，將新擠出的坯料壓在芯膜主體上，使其與上一圈坯料的卡扣的鍥合搭接，便于定型壓輥進一步壓實定型，坯料依次經過軋輥和定型壓輥能夠保證緊密纏繞。導向輥4以焊接的方式設置在機架頭板上，軋輥5通過法蘭聯接在機架頭板上，芯膜組件7與機架頭板通過法蘭相聯接。
一種大口徑高分子管道搭扣纏繞成型方法，先利用第一擠出機將高分子材料經異型材模具擠出坯料，坯料的橫截面包括中心對稱的搭扣結構，坯料以螺旋方式在芯膜組件上纏繞，相鄰圈的坯料的卡扣鍥合搭接，定型壓輥將已纏繞的坯料緊壓在芯膜組件上定型，芯膜組件的端部處設有限位擋料襯板，限位擋料襯板使坯料以螺旋方式纏繞并使纏繞完成的管道沿芯膜組件軸向延伸，從而實現大口徑管道連續成型。其中，芯膜組件采用有源驅動，卡扣結構使得新纏繞的坯料與上一圈坯料鍥合搭接，坯料在芯膜組件上纏繞并進行無縫搭接。
所述芯膜組件的上方設有軋輥，擠出的坯料先在軋輥的作用下完成卡扣的搭接，定型壓輥進一步壓實定型；芯膜組件包括滾筒狀的芯膜主體和阻尼棒，芯膜主體的圓周壁均布有橫截面為楔形的凹槽，阻尼棒限位于芯膜主體的凹槽內，阻尼棒的最外緣高于芯膜主體的最外緣，坯料在芯膜組件上纏繞時，阻尼棒向外滾動撐緊已纏繞的管道。
所述成型管道的高分子材料采用超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯或聚氯乙烯。
實施例2
本實施例一種大口徑高分子管道搭扣纏繞成型設備，與實施例1相比較，其不同之處在于，如圖5所示，設有第二擠出機11，第一擠出機和第二擠出機熱態共擠，第二擠出機經模具擠出粘接劑12至搭扣纏繞裝置，如圖6所示，粘接劑至新擠出異型材坯料與前一圈異型材坯料因纏繞變形在卡扣處產生的縫隙中，纏繞的坯料再被定型壓輥緊壓在芯膜組件上定型。
實施例3
本實施例一種大口徑高分子管道搭扣纏繞成型設備，與實施例1相比較，其不同之處在于，如圖7所示，異型材坯料橫截面的中部為實心結構，異型材坯料橫截面呈橫置的“s”形。
如上所述，便可較好地實現本發明，上述實施例僅為本發明的較佳實施例，并非用來限定本發明的實施范圍；即凡依本發明內容所作的均等變化與修飾，都為本發明權利要求所要求保護的范圍所涵蓋。