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UPVC缠绕管简介（技术开发报告）
撰稿张允铭
电话：13561672078 一、
国内外情况调研分析 随着国民经济及城镇建设的高速发展和国家对环保事业的日益重视，近年来我国在市政排水、污水处理工程中的投资项目越来越多，所需排污管道的口径也越来越大，最大口径的管材已达到Φ3m，Φ1m～Φ2m之间的管材已普遍应用。工程所用管材总长度往往达到几公里至几十公里，工程投资额巨大。 经多渠道调查了解，目前我国在市政排污、污水处理方面所用管道，传统的水泥管和其它新型管道（PE中空缠绕管，塑料加筋管、塑料实壁管）基本上各占半壁江山。在国外，用于污水排放和污水处理的管道，基本上已淘汰了水泥管，采用了PE中空缠绕管、塑料加筋管、塑料实壁管（比例所占较少）、球墨铸铁管等。水泥管在国外早已被淘汰，其主要原因是该种管材笨重，运输和安装成本高,管材的长度受限，施工接头多，增加安装费用。其次是防漏可靠性低，车辆轧压或地基稍有下沉，都会造成抹缝水泥开裂，发生泄漏。其它各种塑料管材，在柔性方面，均较水泥管有了很大程度上的改进，单位长度的重量也有了较大幅度提高。但这些管道均存在以下问题： 1、设备投资巨大，象加筋管，每条生产线要数百万元，进口的要上千万元，而且管材口径一般不超过Φ1.5m。由于投资大，国内生产厂家不是很多，在布局上主要集中在南方和东部沿海地区，其它地区应用时，运输距离大。 2、 不管是PE中空缠绕管、塑料加筋管、塑料实壁管还是铸铁管，都需在制造厂生产出成品管材，对于Φ1.5m～Φ3m的管道，在运输上存在很大困难，一是体积大，二是容易超宽、超高，一般情况下一车只能运3根或几根管材，其结果是运输费用高昂，象Φ3m的管道，常用车辆几乎无法运输。由于运输问题和管材制造厂的布局，我国许多地区基本上无法使用这些新型塑料管材。
本次开发的UPVC缠绕管就是总结了现在市场上使用的其他缠绕管的优点，所暴露出来的诸多缺点和不足，同时引用了建筑结构力学理论，金属结构力学理论，工程密封理论，将它们有机的结合在一起，将本产品的基材几何形状设计为方孔、双壁、封闭式结构。除具备缠绕管的基本性能外，大大以高了产品的环刚度；内外管壁均为光滑壁具有与其他管材互配的性能；本产品管线方向形成了仿脊椎体结构，从而实现了管材在使用中因温度及其他因素变化所引起的管道收缩而能起到自身补偿作用。 二、新型缠绕管的开发思路 1、新型UPVC缠绕管的开发思路 之所以使用PVC材料，是因为PVC材料所固有的弹性模量可达3×103Mpa，远高于PE、PP等通用树脂数倍以上，在同样结构和壁厚前提下，所产管材单位长度的重量要小，而原材料的重量价格与其它树脂相比，不是很悬殊，因而在产品成本上具有优势。其二是PVC制品可采用专用胶合剂连接，而且连接强度极高，寿命不受影响。三是PVC材料防腐蚀而又阻燃，是其它材料所不可比拟的，这是思路之一。思路之二是利用小型双螺杆挤出机（例如锥双55或65）生产缠绕管型材，将缠绕管型材盘成卷，以便于运输，再将型材运至工程现场，在现场缠绕成成品管材，这样做的优点是不需要昂贵的设备投资，一些生产PVC管材或型材的工厂，利用现有的小型机台就可以生产各规格的缠绕管型材。第二是将型材运到现场，车辆完全可以不亏吨，运输费用节省60%～85%以上。三是型材运输不象管材运输那样使产品易受损坏。 2、缠绕管型材的结构 埋地排污管道是一种不承受内压的非压力管道，其主要技术指标是管材的环刚度，用户根据管材的埋设深度、管道上部堆集物的重量、路面下安装时的车辆静负荷和动负荷的大小，选择适宜环刚度的管材。设计的要点是在所有外负荷下，管材的径向变形量应小于5%，确保管材的长期安全使用。基于以上要点，设计型材的结构形式是产品开发的重要内容之一，其目的是利用结构型材缠绕出的管材达到规定的环刚度，而不同的结构形式，在重量相同的情况下，可获得不同的环刚度，这就存在着一个型材结构的设计和计算、型式选择问题。除此之外，型材的结构又与管材的缠绕有直接关系，最佳环刚度的设计型式，不一定是适合缠绕的型式。型材在缠绕时，内外壁的受力状不一样，外壁上存在拉伸应力，内壁上存在压缩应力，如何协调考虑压缩应力与拉伸应力均处于可接受的状态，对管材的使用性能和外观不受影响，是设计的重点。 在进行了多次结构设计计算和实开模具试验的基础上，最后确定了型材的结构为双壁（外壁为弧形）中空方孔结构，并根据不同管径和不同环刚度要求，计算出了各种所用型材的结构尺寸。 3、型材间连接密封型式的研究和设计 缠绕管结构型材通过缠绕机缠绕成成品管材时，需要考虑的问题是型材与型材之间的连接，其一是连接后的强度必须可靠；其二是连接处的使用寿命必须与管材的使用寿命相同；其三是连接设计必须确保密封性，在管材使用过程中不会发生连接处有泄漏现象。综合考虑以上问题，决定使用专用胶合剂进行连接，专用胶合剂是专用于PVC的一种胶合剂，其主要成份均为PVC的溶剂。其粘接原理是使PVC制品的两个被粘合面浅层均被溶解，两粘合面之间的过盈配合压力使被溶解了的PVC分子在两个面之间互相渗透，在胶合剂快速挥发后，两粘接面之间互相渗透的分子纠缠在一起，形成与被粘材料强度相同的一体材料，由于连接处壁厚大于型材其余部分壁厚，所以强度也大于其余部分。由于粘接后，胶合剂已挥发，粘接层之间不存在胶合剂，材料性质未发生变化，故材料寿命不会受影响，连接处在粘合后共形成四个密封面，水要透过四个密封面泄漏出去几乎是不可能的。这种结构不但保证了密封，也为解决缠绕时涂胶的难度，提供了有利的前提条件。为保证粘接的强度，粘接面之间采用过盈配合，保证了粘接时的压力。切片拉伸试验结果证明：在试片被拉断之前，粘接处不会被拉说明粘接强度是完全可靠的。----------------------- 三、、缠绕管配方的研制 好的配方不但质优价廉而且要满足生产和使用，保证产品在长期使用中保持稳定的质量。因此根据产品的特点，不同的用途和环境所需要的理化要求研制了三种配方。 1、填充5--8份CaCO3的配方命名为缠绕管1#配方。 2、填充15～20份CaCO3并调整其它辅料产生缠绕管2#配方。 3、填充30～35份CaCO3并调整其它辅料产生缠绕管3#配方。 4、1#配方生产的板材能满足用单层缠绕成形的环刚度4和环刚度2的缠绕管和用双层缠绕成形的环刚度8和环刚度4的缠绕管的制作，无异常困难。
5、用2#配方生产的板材能满足用单层缠绕成形的环刚度2的缠绕管和用双层缠绕成形的环刚度4的缠绕管的制作，无异常困难。 6、用3#配方生产的板材能满足用双层缠绕成形的环刚度4和环刚度2的缠绕管以及用单层缠绕成形的低于环刚度1的特殊用途的缠绕管的制作，无异常困难。 7、用单层缠绕生产的等于和大于环刚度2的管材在北方地区冬季施工时只允许使用1#配方。
四、缠绕机的研究和开发 缠绕机的功能是将生产出的结构型材在工程现场缠绕出合格的成品管材。除需要满足管材所要求的外径不圆度等尺寸要求外，缠绕机还需要保证缠绕速度要求，不能小于160mm/s，其次是缠绕机的结构重量、体积、电功率均不能太大，以便于运输和在施工现场易于找到可利用的电源。 几经改进后，制出了四种规格的缠绕机，分别可缠绕Φ300～Φ3000的滚轮式缠绕机，重量在0.5～3.2T之间，功率在1.1～5.5KW之间，经工程试用，表明该缠绕机具有结构简单、造价低、便于运输、性能可靠、缠绕速度快等优点。 五、缠绕管接头的开发 大口径管材的接头对管材有着连接固定及密封两重功能。大口径塑料管接头所采用的方式，目前多为热熔热收缩带、玻璃纤维和环氧树脂包缚以及承插式接头。 热熔式热收缩带有良好的密封作用，但剪切强度很低，在两根管材由于土压不均匀，车辆压轧发生径向变形时，极易因剪切力而发生断裂。承插式接头，一是造价高，二是随着管径的增大管子直径不圆度也增加，施工时易发生难于插接和发生泄漏等问题。玻璃纤维和环氧树脂包缚经多年使用经验表明，强度和密封性能均可靠，使用寿命长，但仅适用于Φ1m以下管道，对于更大的管道，施工时需在管子周边搭脚手架，包覆层数也有较大幅度增加，这样就给施工增加了难度和费用。考虑以上因素，决定对于Φ1m及以上口径的管材，将接头的固定和密封分开考虑，开发出了新式接头，即在管子连接处外部用宽度250～300mm，厚1mm的不锈钢带卡子对要连接的两根管子进行固定，然后在管子内部缝隙处用塑料焊焊接一圈宽度为100mm，厚为3mm的PVC带材，或用专用PVC胶粘接一圈软质PVC带材，均可实现良好密封。经多次试验，在管材承受可能的剪切应力下，管材接口不会产
生连接带严重变形或剪断现象，内部密封带材在管材径向承受10%反复变形情况下，焊缝及粘接处均不会产生泄漏。 六、关键技术 型材结构：双壁中空方孔结构；型材间连接和密封方式：胶合剂粘合镶嵌式密封方式；自主设计和生产的胎轮式缠绕机。 七、结论 与传统和现有技术的排污管材相比，我们开发的大口径UPVC缠绕管具有价格低、投资省、施工方便、可现场缠绕（节省运输费用60～85%）等特点。产品性能可靠，市场竞争力强，管材性能在各项指标上均达到了设计要求。 现在辽宁胜工管业公司已采用本技术开展经营，并初见成效，今年除拿到了很多国内工程外，10月份还出口赤道几内亚50余吨。中国的边远地区需求量非常大，而本技术的最大优点就是可以长途运输，运费低、竞争力强，市场前景非常好。 后附部分图片供参考
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