專利名稱：復合材料細長桿增強復合材料管道接頭剪切強度的結(jié)構(gòu)及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種復合材料細長桿增強復合材料管道接頭剪切強度的結(jié)構(gòu)及 方法，屬于復合材料增強技術領域。
背景技術：
復合材料管道多采用濕法纏繞生產(chǎn)，其產(chǎn)品具有面內(nèi)力學性能優(yōu)良、成本低、 生產(chǎn)效率高和耐腐蝕性能優(yōu)良的優(yōu)點，廣泛用于各種液體輸送領域，尤其是給排 水、化工和油田抽油管道領域。目前復合材料管道的連接多采用機械連接，以螺 紋連接為主，由于接頭處的螺紋加工破壞了原有增強纖維的連續(xù)性并且管道徑向 缺乏增強材料，這使得管道的接頭處極易發(fā)生剪切破壞，這成為限制復合材料管 道進一步應用的重要障礙。三維編織技術和縫紉技術均是三維增強復合材料技 術，可以增強復合材料管道接頭剪切強度，但其技術復雜、成本高限制了這兩項 技術的應用。因此， 一種增強復合材料管道接頭剪切強度的低成本方法亟待發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，是提供一種復合材料細長桿增強復合材料管道接頭剪切強度 的結(jié)構(gòu)及方法，用來解決復合材料管道接頭處易發(fā)生剪切破壞的難題。
一種復合材料細長桿增強復合材料管道接頭剪切強度的結(jié)構(gòu)，其特征在于 在復合材料管道接頭處，沿圓周方向植入有復合材料細長桿。
一種復合材料細長桿增強復合材料管道接頭剪切強度的方法，其特征在于過 程如下首先，將復合材料細長桿垂直插入到泡沫中；其次，將濕法纏繞的復合 材料管道加熱固化至凝膠狀態(tài)；第三，將泡沫上的復合材料細長桿采用超聲錘插 入到處于凝膠狀態(tài)的復合材料管道；最后，加熱使復合材料管道完全固化。
本發(fā)明提供的一種復合材料細長桿增強復合材料管道接頭剪切強度的結(jié)構(gòu)， 其增強原理如下沿徑向插入管道接頭區(qū)域的復合材料細長桿，使管道接頭區(qū)域從平面增強模式變?yōu)槿S增強模式，螺紋區(qū)域被破壞連續(xù)性的鋪層被復合材料細 長桿釘扎在一起實現(xiàn)了牢固連接，可以有效抵抗剪切力的破壞。徑向復合材料細 長桿在提高剪切強度的同時，不可避免的會損傷原有鋪層的纖維或使原有纖維繞 過復合材料細長桿，這都會削弱原有的管道環(huán)向和軸向性能，因此采用的復合材 料細長桿的體積分數(shù)通常不高于5%。綜上所述，提高復合材料細長桿的體積分 數(shù)有利于提高管道徑向性能，同時會損傷軸向和環(huán)向性能，因此實際應用時需根 據(jù)管道的材料性能、纏繞角度以及管道的受力情況得到一個最佳的復合材料細長 桿的體積分數(shù)。
本發(fā)明提供的一種復合材料細長桿增強復合材料管道接頭剪切強度的方法， 其特點在于采用泡沫制作增強中間體，具有以下優(yōu)點(1)泡沫價格便宜，制作 成本低；(2)采用泡沫增強中間體，可以方便的適應不同規(guī)格的管道(通過分切、 拼接和熱變形泡沫)；(3)采用泡沫增強中間體，可方便的進行運輸、儲存。
本發(fā)明提供的一種復合材料細長桿增強復合材料管道接頭剪切強度的方法， 其特點在于將管道加熱固化至凝膠狀態(tài)再插入復合材料細長桿，其優(yōu)點包括(1 ) 凝膠狀態(tài)時樹脂已喪失流動性，此時插入復合材料細長桿可以避免將管道上樹脂 擠出造成局部貧膠，或使管道纏繞鋪層發(fā)生相對錯動影響管道性能；(2)凝膠狀 態(tài)時樹脂尚未變成堅硬固體，復合材料細長桿容易插入到管道鋪層之中。
本發(fā)明提供的一種復合材料細長桿增強復合材料管道接頭剪切強度的方法， 其特點在于采用超聲錘輔助將復合材料細長桿插進管道側(cè)壁，其優(yōu)點是超聲振動 可以減小復合材料細長桿插入過程中的阻力并減小對鋪層纖維的損傷。


圖1是未采用復合材料細長桿增強的復合材料管道接頭示意圖。 圖2是采用復合材料細長桿增強的復合材料管道接頭示意圖。 圖中標號名稱i、接頭區(qū)，2、螺紋，3、不連續(xù)的纏繞鋪層、4、連續(xù)的纏
繞鋪層，5、徑向復合材料細長桿，F(xiàn)、剪切力。
具體實施例方式
本發(fā)明的技術方案步驟l:將復合材料細長桿切成所需的長度、A等于 泡沫厚度^加管道壁厚^將泡沫切成所需尺寸，泡沫長度A略大于管道外周長S,
泡沫寬度W略大于復合材料管道接頭部分長度/3 ;步驟2:將短切的復合材料細長桿以一定的密度垂直插入泡沫中；
步驟3 :將濕法纏繞的復合材料管道加熱固化至樹脂達到凝膠狀態(tài)；
步驟4:將條狀帶有短切復合材料細長桿的泡沬繞在復合材料管道的接頭
區(qū)；
步驟5:采用超聲錘將泡沫上的短切復合材料細長桿壓入處于凝膠狀態(tài)的復 合材料管道，直到超聲錘接觸泡沫表面時停止壓入； 步驟6:繼續(xù)加熱復合材料管道，使其完全固化；
步驟7:修整管道表面，將泡沫和殘留在泡沫中的復合材料細長桿除掉。 實施方案
外徑500mm、壁厚20mm的復合材料管道的接頭部分采用螺紋連接，管道 接頭區(qū)長100mm。采用直徑0.5mm復合材料細長桿增強管道接頭部位剪切強度， 采用泡沫的厚度為10mm。
步驟1:將復合材料細長桿切成長度為30mm的短桿，將泡沫切成兩條長 1600mm、寬110mm的長方形；
步驟2:將短切的復合材料細長桿垂直插入泡沫之中，復合材料細長桿的行 間距為5min、列間距為3mm;
步驟3:將濕法纏繞好的復合材料管道芯模通過熱蒸汽加熱，直至樹脂處于 凝膠狀態(tài)；
步驟4:將兩條插有短切復合材料細長桿的泡沫繞在復合材料管道兩端的連 接區(qū)，泡沫側(cè)壁與管道端口對齊；
步驟5:采用超聲錘將泡沬上的復合材料細長桿壓入樹脂處于凝膠狀態(tài)的管 道中，超聲錘接觸到泡沫表面時即停止壓入，此時短切復合材料細長桿已經(jīng)貫穿 管壁接觸到芯模表面，繼續(xù)壓可能會導致短切復合材料細長桿的斷裂；
步驟6:將插完短切復合材料細長桿、處于凝膠狀態(tài)的管道繼續(xù)通過芯模熱 蒸汽加熱，直至管道上的樹脂完全固化；
步驟7:將管道連接區(qū)的泡沫和泡沫中的復合材料細長桿除掉，在管道連接 區(qū)加工所需的內(nèi)外螺紋
權(quán)利要求
1、一種復合材料細長桿增強復合材料管道接頭剪切強度的結(jié)構(gòu)，其特征在于在復合材料管道接頭處，沿圓周方向植入有復合材料細長桿。
2、 一種復合材料細長桿增強復合材料管道接頭剪切強度的方法，其特征在于過程如下首先，將復合材料細長桿垂直插入到泡沫中；其次，將濕法纏繞的 復合材料管道加熱固化至凝膠狀態(tài)；第三，將泡沫上的復合材料細長桿采用超聲 錘插入到處于凝膠狀態(tài)的復合材料管道；最后，加熱使復合材料管道完全固化。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種復合材料細長桿增強復合材料管道接頭剪切強度的結(jié)構(gòu)及方法，屬于復合材料增強技術領域。一種復合材料細長桿增強復合材料管道接頭剪切強度的結(jié)構(gòu)，其特征在于在復合材料管道接頭處，沿圓周方向植入復合材料細長桿。該方法，其特征在于過程如下首先，將復合材料細長桿垂直插入到泡沫中；其次，將濕法纏繞的復合材料管道加熱固化至凝膠狀態(tài)；第三，將泡沫上的復合材料細長桿采用超聲錘插入到處于凝膠狀態(tài)的復合材料管道；最后，加熱使復合材料管道完全固化。本發(fā)明可以顯著提高復合材料管道接頭區(qū)域的剪切強度，有效提高復合材料管道質(zhì)量并延長使用壽命，同時本發(fā)明具有設備和工藝簡單、成本低、效率高的優(yōu)點。
文檔編號F16L15/00GK101509582SQ200910024650
公開日2009年8月19日 申請日期2009年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月25日
發(fā)明者濤 孫, 勇 李, 程培忠, 軍 肖, 譚永剛 申請人:南京航空航天大學