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无压埋地用聚乙烯（PE）/聚丙烯（PP）三层壁复合增强管的设计【摘要】针对目前在我国埋地排水、排污系统主要使用的塑料结构管聚烯烃双壁波纹管在堆放、运输及施工过程中易破损、变形，不易施工安装，且难以生产较高环刚度等级等缺陷，我公司采用复合增强的方式在，开发了内、外壁光滑，中间壁为波纹形三层壁复合增强塑料管材。关键词：排污系统，高环刚度，复合增强，波纹管1、概述近年来塑料结构壁管因其节省原料,降低成本等特点，得到行业内广泛认可，逐渐成为大口径排水排污管道的主流产品。我国用于排水和排污管道的结构壁管中,首先发展的是U-PVC双壁波纹管和环状肋管。但因其低温抗冲击性能差、热稳定性差、加工流动性低，很难生产大于600mm以上的大口径管材等缺点，影响了U-PVC结构壁管市场的进一步开发。而聚烯烃双壁波纹管在低温韧性上有明显的优势，并且具有非常好的成型加工性能，可以生产直径1200mm乃至更大直径的管材，在产品经济技术指标上具有明显的优势。但由于聚烯烃双壁波纹管的外壁是波纹形状的中空环形结构，在应用中也存在一些问题：如不规则波纹形状的外壁不便于管材堆放和运输；在施工中管材不便于拖动或拖动过程中，波纹形状的外壁极易受外力作用造成外壁破洞、波纹凹陷及管材强度下降；而且，波纹形状的结构，使得管材在波谷位置的强度很低，管材易发生翘曲变形，纵向抗折弯强度低；不光滑的管材外形也不能用于拖拉和非开挖施工等领域。本项目所开发的三层壁复合增强塑料管材，在结构、性能、原料及生产工艺上上对聚烯烃双壁波纹管进行改进，有效的避免了双壁波纹管存在的不足。2、技术特点与创新2.1主要技术特点2.1.1流程特点：项目产品是在对双壁波纹管产品结构进行改进以提高性能的基础上进行设计的，采用先生产双壁波纹管，再经挤出包覆制得三壁管的工艺流程，该项工艺流程的技术优势在于：（1）综合性能优异，应用范围更广：项目产品是对双壁管的性能进行改进和提高，产品既保留了双壁管的各项优点，又克服其缺点，产品强度更高，综合性能优异。本项目所开发的在具有不规则外形管材的表面进行复合增强的工艺流程，也可用与现有市场上大部分结构壁塑料管材，并取得相同的技术效果，应用范围更广。（2）多样化设计，产品系列化：双壁管的生产和三壁复合过程相对独立，使得在产品设计时可以有更多的组合。通过选择不同强度等级双壁管材以及不同厚度的复合层，可以生产更多强度等级的产品并形成系列化。通过选择不同的物料和配方设计，可以制得满足不同使用要求的、综合性能更加优异的管材。3.1.2产品技术特点（1）将聚烯烃结构壁管材的强度再提高一个等级，达到可以生产SN16级以上的管材的技术要求：由于材料模量的限制，大口径聚烯烃结构壁管材的环刚度一般在SN10以下，最高不超过SN12.5，且加工难度非常高。三层壁复合增强管的开发成功，三层壁复合增强工艺，增加了管材的波高和惯性矩，配合已有的双壁波纹管生产技术，根据不同的强度要求，调整复合层厚度和强度，实现了将现有的HDPE双壁波纹管产品的强度提高一个等级。（2）降低施工难度，提高工程质量：基于“管土共同作用”的原理，埋地管材在施工时，回填质量好坏，直接影响工程的整体质量。双壁波纹管由于是波纹状的外形结构，回填时，腹部难以填实，施工时开挖面积较大，回填一般要求为细沙回填，以确保工程质量。但实际应用中，由于施工条件限制和不规范施工，回填不当造成的压屈失稳，管材塌陷的情况，仍是塑料管材在应用中的主要质量问题。三层壁复合增强管，由于光滑的管材外表面，使得回填时很容易压实，工程质量提高，开挖面积减小，施工难度降低。（3）应用范围更广：强度等级提高，拓展了塑料结构壁管材的应用范围；管材具有重量轻，便于施工的优势，三层壁管材施工时，开挖面积小，采用快速施工的方式，可以实现当天开挖，当天覆土；管材具有光滑的外表面，采用热熔连接方式的管材，可以应用于非开挖施工领域。2.2主要创新点2.2.1结构创新：采用包覆成型的加工方式，在具有不规则外形的结构壁管材（B型管）外周包覆一层光滑的壁，以制成具有光滑内外表面的结构壁管材（A型管），通过结构上的改变，提高产品性能。这一结构设计方法是在产品结构设计方面的一大创新。该项结构设计方法不仅适用于双壁波纹管，也同样适用于其他B型结构壁管材，对推动行业技术进步有积极意义。2.2.2产品创新：目前，国内还没有企业开发出同类产品，项目产品属国内首创。三层壁复合增强管由聚烯烃原料生产，内、外壁光滑，中间壁为波纹形的高品质新型管材。与实壁管材相比，三壁管具有节约材料的优势，有更轻的重量，更高的强度。与双壁波纹管以及其他结构壁管材相比，它提供一种内外壁均为光滑表面的结构壁管材，能满足更高的使用要求和施工要求。3、结论三层壁复合增强管材，是在双壁波纹管波纹形外壁再包覆一层光滑的第三层壁而制成。管材由光滑的内壁、波纹形状的中间层以及光滑的外壁共同组成，一般称之为三壁管或三层壁复合管。与实壁管材相比，三壁管具有节约材料的优势，有更轻的重量，更高的强度。与双壁波纹管以及其他结构壁管材相比，它提供一种内外壁均为光滑表面的结构壁管材，能满足更高的使用要求和施工要求。包覆于管材最外层的复合增强层，使得管材具有光滑的外壁，在搬运和施工过程，可以很方便的拖拉和滚动，不会发生外壁波纹破裂和凹陷，从而影响管材的使用。同时，复合层是在熔融状态下，包覆于双壁波纹管材外壁并与波峰粘合成牢固的整体，这一结构一方面增加了管材的波高和惯性矩，使管材具有更高的环刚度，可以生产强度要求更高的管材，另一方面，所形成的牢固的三层壁结构，使管材在纵向抗折弯强度大幅增加，管材的环柔性性能也达到了极大的提高。