一種樹脂基復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)管及其二次纏繞制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種輸送各種介質(zhì)的樹脂基復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)管及其二次纏繞制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前給排水行業(yè)管道種類眾多，比較常見的如混凝土管、鋼管、樹脂基復(fù)合管等，每種管道都有其優(yōu)勢及其劣勢。如鋼管強(qiáng)度、剛度高，但容易銹蝕；混凝土管剛度大價格低，但水力性能差重量大；樹脂基復(fù)合管主要是指采用樹脂為基體經(jīng)過增強(qiáng)后制作而成的復(fù)合材料管道，如纖維增強(qiáng)塑料管，具有優(yōu)異的耐腐蝕性和水力性能，但是剛度較低。綜合比較而言，樹脂基復(fù)合管道作為一種新型管道，具有更加突出的優(yōu)勢，是發(fā)展的趨勢和方向。但是樹脂基復(fù)合管道的剛度較低的缺點，導(dǎo)致其在地質(zhì)條件不良或回填施工不好的情況下，容易變形，甚至產(chǎn)生損傷破壞。如果按現(xiàn)有結(jié)構(gòu)和制作工藝來制作高剛度樹脂基復(fù)合管，則成本勢必會增加很多，重量也增加較多，不利于市場推廣應(yīng)用。玻璃鋼夾砂管作為一種樹脂基復(fù)合管采用了樹脂石英砂的夾層結(jié)構(gòu)，在一定程度上降低了成本，但其存在較明顯的界面問題，質(zhì)量不易控制，同時在進(jìn)一步提高剛度時成本仍然會有增加較多，重量也較大的增加。為此市場上需要一種高剛度、低成本、重量輕的新型樹脂基管道產(chǎn)品。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的在于提供一種高剛度、低成本、重量輕的樹脂基復(fù)合管道及其制作方法。
[0004]為達(dá)到上述目的，采用技術(shù)方案如下:
[0005]一種樹脂基復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)管，由內(nèi)到外依次為內(nèi)襯層、內(nèi)結(jié)構(gòu)層、夾層結(jié)構(gòu)、外結(jié)構(gòu)層；其中，內(nèi)襯層、內(nèi)結(jié)構(gòu)層、外結(jié)構(gòu)層均為樹脂基復(fù)合材料采用纏繞方式制作，所述夾層結(jié)構(gòu)按如下方式制備而來:
[0006]在條形骨架結(jié)構(gòu)上采用浸膠的纖維或其織物環(huán)向纏繞形成包裹在骨架結(jié)構(gòu)上的纏繞結(jié)構(gòu)，再將纏繞結(jié)構(gòu)和骨架結(jié)構(gòu)按纖維纏繞的方法環(huán)向纏繞到內(nèi)結(jié)構(gòu)層的表面形成夾層結(jié)構(gòu)。
[0007]按上述方案，所述夾層結(jié)構(gòu)為單層骨架結(jié)構(gòu)或多層骨架結(jié)構(gòu)。
[0008]按上述方案，所述骨架結(jié)構(gòu)為聚氨酯泡沫塑料或聚苯乙烯泡沫塑料制作的實心結(jié)構(gòu)或片材分層疊加結(jié)構(gòu)。
[0009]按上述方案，所述骨架結(jié)構(gòu)為樹脂基復(fù)合材料、金屬材料或熱塑性塑料制作的中空結(jié)構(gòu)或片材分層疊加結(jié)構(gòu)。
[0010]按上述方案，所述樹脂基復(fù)合材料采用不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂或乙烯基酯樹脂為基體材料，采用玻璃纖維、碳纖維、玄武巖纖維或聚酯纖維及其織物為增強(qiáng)材料。
[0011]上述樹脂基復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)管的二次纏繞制作方法，過程如下:
[0012]I)在管道纏繞系統(tǒng)上采用聚酯氈、表面氈或短切氈等纖維織物纏繞制作內(nèi)襯層，內(nèi)襯層厚度為0.5?5mm ；
[0013]2)然后在內(nèi)襯層外面采用纖維連續(xù)紗及短切紗或織物等進(jìn)行纏繞，形成內(nèi)結(jié)構(gòu)層；厚度為2?30mm ；
[0014]3)在條形骨架結(jié)構(gòu)上采用浸膠的纖維或其織物環(huán)向纏繞形成包裹在骨架結(jié)構(gòu)上的纏繞結(jié)構(gòu)，再將纏繞結(jié)構(gòu)和骨架結(jié)構(gòu)按纖維纏繞的方法環(huán)向纏繞到內(nèi)結(jié)構(gòu)層的表面形成夾層結(jié)構(gòu)，厚度為10?200mm ；
[0015]4)再采用纖維連續(xù)紗及短切紗或織物在夾層結(jié)構(gòu)外表面上進(jìn)行纏繞，形成外結(jié)構(gòu)層；厚度為2?30mm。
[0016]本發(fā)明的有益效果:
[0017]采用中空或輕質(zhì)材料填充的夾層結(jié)構(gòu)制作的樹脂基復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)管，使得管道的重量大幅降低，實現(xiàn)了輕量化；
[0018]這種夾層結(jié)構(gòu)外部的纏繞結(jié)構(gòu)，與內(nèi)外結(jié)構(gòu)層材料相一致，能很好的結(jié)合在一起，不存在界面冋題，具有更尚的可靠性；
[0019]由于采用夾層結(jié)構(gòu)可以采用更少的材料獲得更厚的管壁厚度，大大提高管壁截面慣性矩，提高了管道剛度，從而實現(xiàn)了高剛度、低成本化。
【附圖說明】
[0020]圖1:樹脂基復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)管的管壁結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2:制備系統(tǒng)示意圖；
[0022]圖3:夾層結(jié)構(gòu)制作示意圖；
[0023]圖4:骨架結(jié)構(gòu)的纏繞示意圖；
[0024]1-內(nèi)襯層；2-內(nèi)結(jié)構(gòu)層；3_夾層結(jié)構(gòu)；4_外結(jié)構(gòu)層；5_骨架結(jié)構(gòu)；6_纏繞結(jié)構(gòu)；7-管道纏繞系統(tǒng)；8_夾層結(jié)構(gòu)纏繞系統(tǒng)；9_管道纏繞主機(jī)及模具；10_內(nèi)襯層纏繞部分；11-內(nèi)結(jié)構(gòu)層纏繞部分；12_外結(jié)構(gòu)層纏繞部分；13_骨架結(jié)構(gòu)拉出部分；14_骨架結(jié)構(gòu)的纏繞部分；15_紗架底盤；16_連續(xù)纖維紗。
【具體實施方式】
[0025]以下實施例進(jìn)一步闡釋本發(fā)明的技術(shù)方案，但不作為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。
[0026]參照附圖1所示，本發(fā)明樹脂基復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)管，由內(nèi)到外依次為內(nèi)襯層1、內(nèi)結(jié)構(gòu)層2、夾層結(jié)構(gòu)3、外結(jié)構(gòu)層4 ;其中，內(nèi)襯層1、內(nèi)結(jié)構(gòu)層2、外結(jié)構(gòu)層4均為樹脂基復(fù)合材料采用傳統(tǒng)的纏繞方式制作，所述夾層結(jié)構(gòu)3按如下方式制備而來:
[0027]參照附圖4所示，在條形骨架結(jié)構(gòu)5上采用浸膠的連續(xù)纖維紗16通過紗架底盤15旋轉(zhuǎn)環(huán)向纏繞形成纏繞結(jié)構(gòu)6，再將纏繞結(jié)構(gòu)6和骨架結(jié)構(gòu)5按纖維纏繞的方法環(huán)向纏繞到內(nèi)結(jié)構(gòu)層2的表面形成夾層結(jié)構(gòu)3。
[0028]條形骨架結(jié)構(gòu)5可以為聚氨酯泡沫塑料或聚苯乙烯泡沫塑料的實心結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)，也可以為樹脂基復(fù)合材料、金屬材料或熱塑性塑料制作的中空結(jié)構(gòu)，或為以上材料制作的片材分層疊加結(jié)構(gòu)。骨架結(jié)構(gòu)可以在樹脂基復(fù)合管制作現(xiàn)場同步配套制作或者是預(yù)制好的結(jié)構(gòu)。骨架結(jié)構(gòu)5的形狀可以是矩形、橢圓形。夾層結(jié)構(gòu)3可以為單層骨架結(jié)構(gòu)或多層骨架結(jié)構(gòu)。
[0029]本發(fā)明樹脂基復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)管的二次纏繞制作過程如下:
[0030]參照附圖1、2、3、4;
[0031]I)在管道纏繞系統(tǒng)7的圓柱形模具9上通過內(nèi)襯纏繞部分10將聚酯氈、表面氈或短切氈等纖維織物纏繞制作內(nèi)襯層1，內(nèi)襯層I的厚度為0.5?5mm ;
[0032]2)然后通過內(nèi)結(jié)構(gòu)層纏繞部分11將纖維連續(xù)紗及短切紗或織物等纏繞到內(nèi)襯層I的外面，形成內(nèi)結(jié)構(gòu)層2。內(nèi)結(jié)構(gòu)層2的厚度根據(jù)管道直徑及不同壓力、剛度等要求由計算確定，一般厚度為2?30_ ；
[0033]3)通過夾層結(jié)構(gòu)纏繞系統(tǒng)8的骨架結(jié)構(gòu)拉出部分13將條形骨架結(jié)構(gòu)5牽引到骨架結(jié)構(gòu)的纏繞部分14，骨架結(jié)構(gòu)的纏繞部分14主要包括紗架底盤15和連續(xù)纖維紗16，連續(xù)纖維紗16放置在紗架底盤15上，通過紗架底盤15的旋轉(zhuǎn)將連續(xù)纖維紗16纏繞到骨架結(jié)構(gòu)5的外表面并浸漬樹脂形成纏繞結(jié)構(gòu)6 ;再將纏繞結(jié)構(gòu)6和骨架結(jié)構(gòu)5按纖維纏繞的方法環(huán)向纏繞到內(nèi)結(jié)構(gòu)層2的表面形成夾層結(jié)構(gòu)3，夾層結(jié)構(gòu)3的厚度主要根據(jù)管道直徑及剛度計算確定，一般厚度為10?200mm ；
[0034]4)再通過外結(jié)構(gòu)層纏繞部分12將纖維連續(xù)紗及短切紗或織物等纏繞到夾層結(jié)構(gòu)3的外表面，形成外結(jié)構(gòu)層4。外結(jié)構(gòu)層4的厚度根據(jù)管道直徑及不同壓力、剛度等要求由計算確定，一般厚度為2?30mm。
[0035]在剛度等級均為30000N/m2時，采用本發(fā)明的夾層結(jié)構(gòu)制作方法制作直徑2000mm的樹脂基復(fù)合管，其重量為傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)樹脂基復(fù)合管的20%左右，材料成本為實心結(jié)構(gòu)的50%左右。采用本發(fā)明的的夾層結(jié)構(gòu)制作方法制作直徑2000mm、剛度等級為30000N/m2的樹脂基復(fù)合管，其材料成本與直徑2000mm、剛度等級為5000N/m2的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的樹脂基復(fù)合管基本相當(dāng)，但重量僅為傳統(tǒng)樹脂基復(fù)合管的30%左右。同時由于這種夾層結(jié)構(gòu)的樹脂復(fù)合管重量輕，在管道運輸、施工安裝等方面都帶來極大的便利和更好的經(jīng)濟(jì)效益。
【主權(quán)項】
1.一種樹脂基復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)管，其特征在于由內(nèi)到外依次為內(nèi)襯層、內(nèi)結(jié)構(gòu)層、夾層結(jié)構(gòu)、外結(jié)構(gòu)層；其中，內(nèi)襯層、內(nèi)結(jié)構(gòu)層、外結(jié)構(gòu)層均為樹脂基復(fù)合材料采用纏繞方式制作，所述夾層結(jié)構(gòu)按如下方式制備而來: 在條形骨架結(jié)構(gòu)上采用浸膠的纖維或其織物環(huán)向纏繞形成包裹在骨架結(jié)構(gòu)上的纏繞結(jié)構(gòu)，再將纏繞結(jié)構(gòu)和骨架結(jié)構(gòu)按纖維纏繞的方法環(huán)向纏繞到內(nèi)結(jié)構(gòu)層的表面形成夾層結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述樹脂基復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)管，其特征在于所述夾層結(jié)構(gòu)為單層骨架結(jié)構(gòu)或多層骨架結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述樹脂基復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)管，其特征在于所述骨架結(jié)構(gòu)為聚氨酯泡沫塑料或聚苯乙烯泡沫塑料制作的實心結(jié)構(gòu)或片材分層疊加結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1所述樹脂基復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)管，其特征在于所述骨架結(jié)構(gòu)為樹脂基復(fù)合材料、金屬材料或熱塑性塑料制作的中空結(jié)構(gòu)或片材分層疊加結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1所述樹脂基復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)管，其特征在于所述樹脂基復(fù)合材料采用不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂或乙烯基酯樹脂為基體材料，采用玻璃纖維、碳纖維、玄武巖纖維或聚酯纖維及其織物為增強(qiáng)材料。
6.權(quán)利要求1-5任一項所述樹脂基復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)管的二次纏繞制作方法，其特征在于步驟如下: 1)在管道纏繞系統(tǒng)上采用聚酯氈、表面氈或短切氈等纖維織物纏繞制作內(nèi)襯層，內(nèi)襯層厚度為0.5?5mm ； 2)然后在內(nèi)襯層外面采用纖維連續(xù)紗及短切紗或織物等進(jìn)行纏繞，形成內(nèi)結(jié)構(gòu)層；厚度為2?30_ ； 3)在條形骨架結(jié)構(gòu)上采用浸膠的纖維或其織物環(huán)向纏繞形成包裹在骨架結(jié)構(gòu)上的纏繞結(jié)構(gòu)，再將纏繞結(jié)構(gòu)和骨架結(jié)構(gòu)按纖維纏繞的方法環(huán)向纏繞到內(nèi)結(jié)構(gòu)層的表面形成夾層結(jié)構(gòu)，厚度為10?200mm; 4)再采用纖維連續(xù)紗及短切紗或織物在夾層結(jié)構(gòu)外表面上進(jìn)行纏繞，形成外結(jié)構(gòu)層；厚度為2?30_。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種樹脂基復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)管及其二次纏繞制作方法。由內(nèi)到外依次為內(nèi)襯層、內(nèi)結(jié)構(gòu)層、夾層結(jié)構(gòu)、外結(jié)構(gòu)層；其中，內(nèi)襯層、內(nèi)結(jié)構(gòu)層、外結(jié)構(gòu)層均為樹脂基復(fù)合材料采用傳統(tǒng)的纏繞方式制作，所述夾層結(jié)構(gòu)按如下方式制備而來：在條形骨架結(jié)構(gòu)上采用浸膠的纖維或其織物環(huán)向纏繞形成纏繞結(jié)構(gòu)，再將纏繞結(jié)構(gòu)和骨架結(jié)構(gòu)按纖維纏繞的方法環(huán)向纏繞到內(nèi)結(jié)構(gòu)層的表面形成夾層結(jié)構(gòu)。采用中空或輕質(zhì)材料填充的夾層結(jié)構(gòu)制作的樹脂基復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)管，使得管道的重量大幅降低，實現(xiàn)了輕量化；夾層結(jié)構(gòu)外部的纏繞結(jié)構(gòu)，與內(nèi)外結(jié)構(gòu)層材料相一致，能很好的結(jié)合在一起，不存在界面問題，具有更高的可靠性。
【IPC分類】F16L9-14
【公開號】CN104613242
【申請?zhí)枴緾N201410715829
【發(fā)明人】陳建中, 宋建國, 宋建華, 李卓球, 張小玉, 宋鵬飛, 韓繼明, 徐東亮, 方璽, 呂泳
【申請人】武漢理工大學(xué), 恒潤集團(tuán)有限公司
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2014年12月1日