專利名稱：具有改進(jìn)的物理性能的多層管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多層管制造領(lǐng)域，通過通常用于制造紙管和芯的螺旋卷繞工藝制成，在本領(lǐng)域被稱為硬紙管或纖維板管。特別地，本發(fā)明涉及管狀產(chǎn)品的改進(jìn)構(gòu)造，具有改進(jìn)物理性能，其中包括增強(qiáng)的抗張強(qiáng)度和沖擊阻力。
背景技術(shù)：
在制造由多層紙結(jié)構(gòu)形成的管狀產(chǎn)品領(lǐng)域中，基于特定紙材的所述產(chǎn)品的物理強(qiáng)度特征，主要由管壁所含的紙張層數(shù)以及用來將所述紙層粘接在一起的粘接劑的特性來決定，所述物理強(qiáng)度特征涉及抗張強(qiáng)度、抗壓潰性能、抗撕裂或抗穿刺性或其他參數(shù)。通常，主要通過在管壁內(nèi)加入更多層紙獲得更大的強(qiáng)度。類似地，在不利環(huán)境如濕潤或潮濕環(huán)境下，通過使用粘性更強(qiáng)的粘接劑或者防潮粘接劑，如硅酸鈉或PVA粘接劑，獲得更大的抗強(qiáng)度損失性。
傳統(tǒng)地，通過將多層紙(通常為牛皮紙或類似的纖維紙)相互粘合在一起，并同時(shí)將各層卷繞在給定直徑的鋼心軸上形成紙管和芯。該工藝通常涉及將這些管的各層供給至單獨(dú)的卷軸或者其他分配器上，同時(shí)將材料以預(yù)定排列從分配器中抽出；將粘接劑同時(shí)應(yīng)用至互不接觸的不同股上；且然后將所述排列卷繞成圍繞心軸的管結(jié)構(gòu)。這一技術(shù)在本領(lǐng)域中稱作“螺旋卷繞”，并在下面的說明書和權(quán)利要求書使用該術(shù)語處理解相同。執(zhí)行這一工藝的設(shè)備由，例如，Pack Industrie，of rueGutenberg-B.P.109-68170 RIXHEIM(Alsace)-FRANCE供給。
通常，采用的紙張層數(shù)取決于管所需的物理要求，如用于衛(wèi)生紙芯的小直徑紙管需要小數(shù)量的薄紙層，采用廉價(jià)的糊精膠粘劑；重達(dá)2公噸的卷紙芯可能需要BrownChip Board(棕粗紙板)或者Liner Board(牛皮裱面紙板)及硅酸鹽或PVA膠水；或者用于澆注混凝土的管將需要更大的壁厚及抗水性更強(qiáng)的膠水，因此需要更大數(shù)量的紙層。
然而，這些措施通常使得管更重，由于容積和/或缺乏撓性而更難以運(yùn)輸，必要時(shí)更難以切割，而且更難以制造且制造更昂貴。另外，基于硅酸鹽的粘接劑更加昂貴，并在制造過程中出現(xiàn)各種安全問題。例如，一些基于硅酸鹽的粘接劑可能變得很硬，殘余物會(huì)出現(xiàn)切割危險(xiǎn)。另外，一些抗水性粘接劑需要更長的時(shí)間加工處理，有時(shí)需要借助烤箱等加工處理，這會(huì)增加單位成本以及生產(chǎn)線資金成本。
因而，必須找到改進(jìn)紙管各種強(qiáng)度參數(shù)的方法，克服與這些管的各種應(yīng)用相關(guān)的一些或所有這些問題。
例如，在建筑工業(yè)或建筑業(yè)中，在澆注垂直混凝土樁時(shí)，使用多層紙管和模板建立建筑物的基礎(chǔ)已成為一般慣例，特別是較大的多層建筑物。
現(xiàn)有技術(shù)中單一用途澆注管的典型結(jié)構(gòu)是用多層牛皮紙或者其他纖維紙來建立剛性管。然而，如上所述，牛皮紙或其他纖維紙結(jié)構(gòu)遇到的一個(gè)問題是，其被弄濕時(shí)易于失去抗張強(qiáng)度；導(dǎo)致膨脹或斷裂。還有，在潮濕環(huán)境下，管的尺寸易于改變，使得難以控制混凝土樁的尺寸。
美國專利號(hào)US5,376,316(Weekers)中示范性地示出在現(xiàn)有技術(shù)中構(gòu)造這種管的方法，其中描述所述管主要由多層牛皮紙制成。這種特定的澆注管還包括一層塑料材料在牛皮紙層中，用以改進(jìn)管的抗水性能。然而，這個(gè)文件沒有建議如何改進(jìn)所述管的整體強(qiáng)度。例如，這種構(gòu)造的一個(gè)缺點(diǎn)在于，塑料層可能提供一些屏障以阻礙弄濕牛皮紙，但其不能完全防止當(dāng)水從兩側(cè)進(jìn)入，或尤其是水通過管的端部進(jìn)入時(shí)使這些層的強(qiáng)度變?nèi)酢?br> 無論如何，有混凝土形成應(yīng)用必須采用半剛性管或者剛性管?，F(xiàn)有技術(shù)沒有教授加強(qiáng)和/或防水處理這種管的任何方法。推測(cè)起來，面對(duì)這問題的人一定會(huì)采取上述方法，包括更多的紙層和/或昂貴的粘接劑。
同樣地，在這種紙管被用作堅(jiān)硬、鋒利和/或重材料(如金屬部件)的包裝材料時(shí)，一個(gè)主要問題是這些物品在運(yùn)輸過程中轉(zhuǎn)移時(shí)，易于對(duì)管壁施加大量的局部沖擊張力。而且，Weekers所披露的結(jié)構(gòu)不夠剛硬，不足以可靠地被用于這種包裝方法，而現(xiàn)有技術(shù)中唯一可用的其他解決方法涉及公知途徑，即給管增加越來越多的紙層。
類似地，當(dāng)試圖制造具有優(yōu)良的抗壓潰性能的管時(shí)，例如用作成卷產(chǎn)品(如新聞?dòng)眉?的重載軸心時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)僅僅教授熟悉的解決方法，即采用施加越來越多的紙層到紙管以及不同類型的紙張。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種物理性能改進(jìn)的多層管材，不需要過多的紙層或者使用昂貴或有危害的粘接劑，且可以采用傳統(tǒng)的紙管成形裝置制造。

發(fā)明內(nèi)容
依照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種管，具有多層結(jié)構(gòu)的管壁，其中所述多層結(jié)構(gòu)包括一個(gè)或多個(gè)子層(sub-layers)，每個(gè)所述子層由置于一個(gè)或多個(gè)外層之間的機(jī)織聚合物網(wǎng)組成，所述外層由選自紙或聚合物材料所組成的組中的材料構(gòu)成，其中通過將所述子層相互粘附，同時(shí)使用制造紙管的螺旋卷繞裝置使所述子層形成管，而形成所述管。
優(yōu)選地，所述紙為牛皮紙，所述聚合物材料是高密度聚乙烯(HDPE)或者聚丙烯(PP)，且所述紙層通過聚乙烯(PE)中間層粘接到所述網(wǎng)?？梢岳帽绢I(lǐng)域公知的那種水基粘接劑將相繼子層的外紙層間粘接。
網(wǎng)狀材料的抗張強(qiáng)度對(duì)增強(qiáng)管的總體抗張強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度提供了有效方法，并且其不易由于，例如濕氣進(jìn)入，而受到影響進(jìn)而變?nèi)?。另外，網(wǎng)的優(yōu)良尺寸穩(wěn)定性給管提供了相同的優(yōu)點(diǎn)，即使是在高相對(duì)濕度情況下，因此避免了加入不想要的溶劑基粘接劑的需要。
由所述網(wǎng)提供的增強(qiáng)的總體抗張強(qiáng)度使得所述管的性能優(yōu)良，而不需要借助過多的紙層，這就意味著，在不極大增加管的容積的情況下可以制造更強(qiáng)、更堅(jiān)韌的管?？商鎿Q地，可以制造在現(xiàn)有技術(shù)中已知的相同強(qiáng)度規(guī)格的管，但是所述管的管壁可以大大地變薄。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，由于粘附到所述子層外側(cè)的紙主要用于為相繼子層的粘接提供適當(dāng)?shù)恼辰颖砻妫c現(xiàn)有技術(shù)相比這些紙層的厚度減小，例如至大約40g/m2，為期望的管強(qiáng)度提供了進(jìn)一步減少所需管壁厚度的機(jī)會(huì)。
本發(fā)明的又一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，由于使用傳統(tǒng)的水基粘接劑通過紙-紙粘接實(shí)現(xiàn)相繼子層的粘接，根據(jù)本發(fā)明的所述管可用傳統(tǒng)的螺旋卷繞紙管制造裝置生產(chǎn)。
優(yōu)選地，HDPE或PP網(wǎng)的克重在40g/m2和80g/m2之間，復(fù)合結(jié)構(gòu)的總克重大約在120g/m2和180g/m2之間。優(yōu)選地，所述網(wǎng)的抗張強(qiáng)度大于6.5kN/m。所述網(wǎng)可以簡單的紗羅組織形式或者以任何其他適當(dāng)?shù)男问教峁?。?yōu)選地，所述網(wǎng)的形式為粗支紗稀平布，其在任何方向上每英寸有6至15股。
應(yīng)用于澆注混凝土?xí)r，所述形式管的創(chuàng)造性結(jié)構(gòu)不僅有助于直接阻止水進(jìn)入管結(jié)構(gòu)內(nèi)，而且由于其抗張強(qiáng)度不受水本身的影響，其防止水的進(jìn)入危及整個(gè)管的抗張強(qiáng)度。
本發(fā)明適用于剛性管和撓性“扁平”(“l(fā)ay-flat”)管。
在被用作剛性混凝土形成材料時(shí)，用于所述管的優(yōu)選結(jié)構(gòu)是，提供足夠數(shù)量的子層以確保管壁厚度在大約2.5mm到大約5mm之間，以便在豎立時(shí)允許管材強(qiáng)度足以自承，同時(shí)保持經(jīng)由相對(duì)簡單的方法(如利用手持刀進(jìn)行切割)除去的能力，并以便提供優(yōu)良抗張強(qiáng)度和防潮的半剛性或者剛性結(jié)構(gòu)。
可替換的結(jié)構(gòu)，其提供混凝土成形管，具有改進(jìn)的強(qiáng)度，但有足夠的撓度以在“扁平”狀態(tài)存儲(chǔ)和運(yùn)輸，包括一層或多層上述“夾層”結(jié)構(gòu)。所述聚合物網(wǎng)的機(jī)織結(jié)構(gòu)有助于提供比按照現(xiàn)有技術(shù)的單一塑料材料片更大程度的抗張強(qiáng)度。另外，在所述管被填充滿混凝土?xí)r，優(yōu)選的網(wǎng)具有格外良好的抗拉性或抗膨脹性。這就允許提供扁平管，其對(duì)通?；炷翝沧⒉僮骶哂兴璧膹?qiáng)度。所述創(chuàng)造性管材的這個(gè)實(shí)施例的總厚度可能不大于大約1.5mm。
在又一個(gè)可替換的實(shí)施例中，為了對(duì)所述管的內(nèi)澆注表面提供適當(dāng)表面，一層或多層附加的聚合物片層，如聚乙烯，被粘接到最外面的子層上。
關(guān)于在材料包裝領(lǐng)域使用所述創(chuàng)造性管結(jié)構(gòu)，通過有四個(gè)或五個(gè)所述“夾層”的管壁結(jié)構(gòu)，提供了適用作容器容納，例如金屬部件的管，所述管壁的厚度為至少大約2.5mm，以便允許管材有足夠的抗張強(qiáng)度，從而在堅(jiān)硬或者鋒利的部件與管的內(nèi)表面強(qiáng)烈接觸(可能在運(yùn)輸過程中會(huì)發(fā)生)時(shí)防止撕裂或者刺穿。
也可以預(yù)見，在應(yīng)用所述創(chuàng)造性管壁結(jié)構(gòu)時(shí)，由于管壁改進(jìn)的抗張強(qiáng)度可能有助于防止較厚型此類管的變形，管的抗壓潰性能可以得到提高。通過管壁實(shí)現(xiàn)的改進(jìn)的抗張強(qiáng)度可能有助于防止管的差動(dòng)膨脹，即當(dāng)管壁的一側(cè)，例如外側(cè)受壓時(shí)，馬上所述管壁的鄰接和相應(yīng)部分，例如內(nèi)側(cè)，受到張力。相應(yīng)地，所述受到張力的管壁部分屈服于壓潰力的可能性較小。
優(yōu)選地，在作為軸心時(shí)，管壁結(jié)構(gòu)設(shè)置有大約10到50個(gè)子層，總厚度為大約20mm。
現(xiàn)將以具體的，非限制性的示例的方式描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
在下面討論的實(shí)施例中，每個(gè)實(shí)施例可被理解為由本領(lǐng)域所知的“螺旋卷繞”技術(shù)形成。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明提供由多個(gè)子層材料構(gòu)成的剛性混凝土形成管，其中每個(gè)所述子層由設(shè)置在一層或多層牛皮紙之間的機(jī)織HDPE網(wǎng)組成。用PP網(wǎng)可獲得類似的結(jié)果。牛皮紙可按照本領(lǐng)域的傳統(tǒng)方式粘接到網(wǎng)上，但是特別優(yōu)選地是，通過聚乙烯(PE)的中間層將所述紙粘接到網(wǎng)上。
一種優(yōu)選種類的網(wǎng)狀材料的示例是由Insulation Solutions，of 127Dandenong-Frankston Road，Dandenong，Victoria 3175，Australia(澳大利亞)提供的，名稱為“Metal Wrapping”(“金屬包裝材料”)，產(chǎn)品編號(hào)為1625。
這種材料的特性在表1中概要列出表1

通常，HDPE材料以粗支紗稀平布形式供給，在每個(gè)方向上每英寸有8到10股。這種材料由于具有非常高的抗張強(qiáng)度，尤其具有非常高的抗任何水平拉伸性能，從而特別適于這種應(yīng)用。然后利用本領(lǐng)域熟知的傳統(tǒng)方法，用40gsm牛皮紙經(jīng)低密度聚乙烯(LDPE)層壓HDPE。
本發(fā)明采用的通常形式的混凝土形成管已在上述的美國專利號(hào)US PatentNo.5,376,316中詳細(xì)描述，并參考其所述的一般類型結(jié)構(gòu)進(jìn)行以下描述。
加入這種材料的剛性澆注管的理想結(jié)構(gòu)由四到六個(gè)上述的子層組成，用傳統(tǒng)的紙-紙粘接劑，如PVA，粘接在一起。利用本領(lǐng)域所熟知的傳統(tǒng)的螺旋卷繞裝置來構(gòu)造上述材料，包括將多層紙(通常，牛皮紙或者類似的纖維紙)用膠水或其他方式相互粘附，同時(shí)將每層卷繞到給定直徑的鋼芯軸上。
其他聚乙烯層可粘附到材料的外表面上，以提供用于澆注的所需表面結(jié)構(gòu)。特別地，優(yōu)選有足夠的聚乙烯層粘接到所述管的內(nèi)表面，以確保澆注件的光滑表面。管材的總厚度應(yīng)在2.5mm到5mm之間，以便提供足夠的剛度，不需剛性上部結(jié)構(gòu)的輔助而能豎立。
在需要不同表面處理的地方，本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)知道其他可替換的材料，以獲得各種表面處理或表面特性。
本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)意識(shí)到，本發(fā)明不僅適用于主要由牛皮紙構(gòu)成的管材，而且這只是用于本工業(yè)中更通用材料的其中一個(gè)材料，且其特性可能通過本發(fā)明提高。
例如，通過將HDPE網(wǎng)加入另一聚合物材料如聚乙烯的多層內(nèi)，可能構(gòu)造澆注管。在這種情況下，優(yōu)選通過直接熱處理或者通過使用熱溶膠將所述層粘接在一起。
加入這種材料的撓性澆注管的理想結(jié)構(gòu)由一個(gè)或兩個(gè)上述子層組成，有可選的其他單面紙/網(wǎng)復(fù)合層粘附至所述管材的外表面上，以提供所需的表面結(jié)構(gòu)，但是其總厚度小于4mm，以便提供足夠的撓性以在不使用時(shí)可以平折。
本領(lǐng)域技術(shù)人員還可明顯看出，本發(fā)明提供一種改進(jìn)的用于各種不同應(yīng)用的多層管結(jié)構(gòu)，盡管上述優(yōu)選實(shí)施例陳述了混凝土構(gòu)成。顯而易見，本發(fā)明所提供的管材的改進(jìn)抗張強(qiáng)度將在需要這些特性的許多其他應(yīng)用中提供改進(jìn)的性能。
例如，與上述用于剛性模板管結(jié)構(gòu)類似的管可同樣用作金屬部件的包裝材料。管壁結(jié)構(gòu)具有四或五層所述創(chuàng)造性子層，所述管壁的厚度為大約3mm和大約4mm之間，可以允許所述管材有足夠的抗張強(qiáng)度，以防止當(dāng)堅(jiān)硬或鋒利部件與所述管的內(nèi)表面強(qiáng)烈接觸(可能在運(yùn)輸過程中會(huì)發(fā)生)時(shí)撕裂或穿刺。
也可以預(yù)料，應(yīng)用所述創(chuàng)造性管壁結(jié)構(gòu)可提供具有改進(jìn)抗壓潰性能的管，因?yàn)楣鼙诟倪M(jìn)的抗張強(qiáng)度可能有助于防止較厚型此類管的變形。如上所述，整個(gè)管壁所獲得的改進(jìn)的抗張強(qiáng)度可能有助于防止管的差動(dòng)膨脹，即管壁的一側(cè)，如外側(cè)受壓，而立即管壁的鄰接和相應(yīng)部分，如內(nèi)側(cè)受拉。受拉的管壁部分因而不易于屈服壓潰力。
優(yōu)選地，在作為軸心時(shí)，管壁結(jié)構(gòu)提供有10到15個(gè)子層，且總厚度為大約20mm。
權(quán)利要求
1.一種具有多層結(jié)構(gòu)壁的管，其中所述多層結(jié)構(gòu)包括一個(gè)或多個(gè)子層，每個(gè)所述子層由置于一個(gè)或多個(gè)外層之間的機(jī)織聚合物網(wǎng)組成，所述外層為選自紙、聚丙烯和聚乙烯組成的組中的材料，其中通過將所述子層相互粘附且同時(shí)使用用于制造紙管的螺旋卷繞裝置使所述子層形成為管，從而形成所述管。
2.如權(quán)利要求1所述的管，其中所述網(wǎng)以粗支紗稀平布形式提供，每英寸具有6到15股。
3.如權(quán)利要求2所述的管，其中所述子層的克重在大約120g/m2到大約180g/m2之間，且抗張強(qiáng)度大于約6.5kN/m。
4.如前述任一權(quán)利要求所述的管，其中所述子層的外層是聚合物材料，且所述聚合物材料是高密度聚乙烯(HDPE)或者聚丙烯(PP)。
5.如前述任一權(quán)利要求所述的管，其中所述子層的外層是紙，且所述紙是牛皮紙。
6.如權(quán)利要求5所述的管，其中所述牛皮紙最小克重為大約40g/m2。
7.如前述任一權(quán)利要求所述的管，其中所述子層的外層通過聚乙烯(PE)的中間層粘接到所述網(wǎng)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層結(jié)構(gòu)混凝土柱形管，其中所述管壁的厚度為至少2.5mm，因此允許所述管材有足夠強(qiáng)度，以在豎立時(shí)可以自支撐。
9.如權(quán)利要求8所述的管，其中所述管壁的厚度不大于大約5mm，因而保持通過手持刀切割以除去的能力。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層結(jié)構(gòu)混凝土柱形管，其中所述管壁的總厚度不大于大約1.5mm，從而提供足夠的撓性，以在扁平狀態(tài)存儲(chǔ)和運(yùn)輸。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層結(jié)構(gòu)，用于運(yùn)輸或存儲(chǔ)堅(jiān)硬或鋒利的材料的包裝管，其中所述管壁的厚度為至少2.5mm，從而允許所述管材有足夠強(qiáng)度，以防止由于所述堅(jiān)硬或鋒利材料的內(nèi)部移動(dòng)而穿刺。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層結(jié)構(gòu)，用于卷繞片材的卷芯管，其中所述管壁的厚度為至少2.5mm，從而允許所述管材有足夠強(qiáng)度抗壓潰力。
13.主要如前所述具有多層結(jié)構(gòu)壁的管。
全文摘要
一種具有多層結(jié)構(gòu)管壁的管，其中所述多層結(jié)構(gòu)包括一個(gè)或多個(gè)子層，每個(gè)所述子層由置于一個(gè)或多個(gè)外層之間的機(jī)織聚合物網(wǎng)組成，所述外層為選自紙、聚丙烯和聚乙烯所組成的組中的材料，其中通過將所述子層相互粘附，并同時(shí)將所述子層卷繞到心軸上形成所述管。
文檔編號(hào)B32B27/10GK1832851SQ200480022372
公開日2006年9月13日 申請(qǐng)日期2004年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月30日
發(fā)明者凱文亞當(dāng)斯, 馬里亞諾維勒斯庫薩 申請(qǐng)人:易奇管有限公司