CN101004230A

CN101004230A - 一种纤维缠绕复合材料管道

Info

Publication number: CN101004230A
Application number: CN 200610031153
Authority: CN
Inventors: 曾建祥
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-01-18
Filing date: 2006-01-18
Publication date: 2007-07-25

Abstract

本发明涉及一种给、排水用的纤维缠绕复合材料管道。其管壁结构设计为内缠绕层[1]、中间缠绕层[2]、外缠绕层[3]。中间缠绕层[2]由热塑性复合材料组成，内缠绕层[1]、外缠绕层[3]由长纤维和/连续纤维增强热塑性或热固性复合材料组成。这种管道克服了现有大口径塑料管道的各种缺点，具有刚度高、径向和轴向强度高、产品重量极轻、制造成本低等特点，是现有玻璃钢夹砂管和各种塑料螺旋管的理想替代产品。

Description

一种纤维缠绕复合材料管道

技术领域：

本发明涉及给、排水管道，尤其是一种纤维缠绕复合材料管道。

背景技术：

因其塑料管道的众多优势正不断替代金属或其它传统材料的管材，塑料管道已被国内外广泛应用于城市供水、城市排水、建筑给水、建筑排水、热水供应、供热保暖、建筑雨水排水、城市燃气、农业排灌、化工流体输送及电线、电缆护套等领域。

目前，用作城市给、排水的口径较大的塑料管道主要有玻璃钢夹砂管、双壁波纹管、螺旋缠绕管等。玻璃钢夹砂管是采用玻璃纤维作增强材料，采用不饱和树脂作基体材料，采用石英砂作填充材料。管壁内、外层均由连续玻纤作增强材料，多层交叉缠绕，而中间低应力区夹入树脂、石英砂，既保持了原有玻璃钢缠绕管道的强度优点，又大幅度降低生产成本。专利号为00210658.2的“纤维缠绕玻璃钢夹砂管”在管壁结构层增强了织物的增强层，有效的增强了结构层的强度和防渗性能；专利号为00225039.X的“轻质蜂窝夹芯管”的管壁结构采用内、外层由玻纤缠绕增强热固性树脂组成，而中间层采用玻璃钢蜂窝。这种结构保持了玻璃钢夹砂管的强度，提高了管道的刚度，大幅减轻了管道的重量。在口径DN1200mm以上时，与玻璃钢夹砂管相比，具有一定成本优势。连续玻纤缠绕增强的热固性树脂管道的轴向、径向强度均高，但与双壁螺纹管、螺旋缠绕管、塑料中空螺旋管相比，造价较高；与钢筋混凝土管相比，价格更贵。因此，市场推广其制造成本仍然制约着该管材的发展。双壁波纹管、螺旋缠绕管、塑料中空螺旋管均采用热塑性塑料，并通过不同的管壁结构来实现管道的生产和保证管道的强度；专利号为00133020.9的“型材料螺旋缠绕管”采用边缘具有T型肋和T型槽的塑料型材，螺旋缠绕将相邻的T型肋和T型槽相互嵌合、卡紧。这种管道具有型材工厂化生产、管道可现场绕制、综合造价低等优点，但由于T型肋与T型槽通过硬接触卡合，容易造成管道渗漏，更不能适用于压力管道。专利号为03261424.1的“螺旋缠绕管”两边缘分别设有凸卡和凹卡，在凸凹之间夹持密封圈，管道的密封性能大为提高，但管材的轴向强度仍然不高，在遇到地质不均匀除外，其卡合部位有可能被损坏。专利号为200320114714.2的“塑料中空螺旋缠绕管型材”和专利号为03250370.9的“蜂窝状复合材料螺旋缠绕管”均将管壁设计为中空结构，螺旋缠绕时采用类似方法结合，存在相似缺点。采用螺旋缠绕方式制作的热塑性管具有成本优势，但均存在轴向拉伸强度过低(一般为30-40MPa)，不能满足实际使用的需要。

发明内容：

本发明是对现有塑料管道的进一步改进和发展。

本发明的目的在于：针对现有各种塑料管道的优点和不足，设计一种管道的轴向、径向强度高，刚度高，成本极低的集各种塑料管道优点于一体的新型纤维缠绕复合材料管道。

本发明的目的涉及一种纤维缠绕复合材料管道。

本发明为了实现上述目的，将管壁设计为内缠绕层[1]、中间缠绕层[2]、外缠绕层[3]三层，中间缠绕层[2]采用热塑性复合材料，而内缠绕层[1]和外缠绕层[3]均采用长纤维和/连续纤维增强热塑性或热固性复合材料。

上述纤维缠绕复合材料管道，其特征在于管壁中间缠绕层采用如下组份(重量份数)制备：

热塑性树脂：100-300份，

短纤维：0-150份，

填料：50-500份。

其中，热塑性树脂是经改性和/未经改性的石油沥青和/煤沥青；短纤维是玻璃纤维、涤纶纤维、尼龙纤维中的至少一种，其长度为0.5-30mm，最优长度为3-15mm；填料是粉煤灰、石英砂、碎石、重质碳酸钙、滑石粉、空心玻璃微珠、矿物晶纤、硅藻土中的至少一种。

上述纤维缠绕复合材料管道，其特征在于管壁内缠绕层[1]、外缠绕层[3]采用如下组份(重量份数)制备：

热塑性或热固性树脂：100-300份，

长纤维和/连续纤维：120-400份，

填料：0-100份。

其中，热塑性树脂是经改性和/未经改性的沥青；热固性树脂是不饱和聚酯树脂；长纤维和/连续纤维是玻璃纤维、涤纶纤维、尼龙纤维中的至少一种，长度大于50mm，最优长度大于100mm；填料是市场上的各色颜料、重质碳酸钙、滑石粉中的至少一种。

上述的纤维缠绕复合材料管道，其特征在于内缠绕层和/外缠绕层部分嵌入中间缠绕层中，或内缠绕层和/外缠绕层并未嵌入中空缠绕层中，而是相互处于界面结合状态。

综上所述，本发明的纤维缠绕复合材料管道，保留了玻璃钢夹砂管的各种强度，吸收了各种螺旋塑料管的重量轻、成本低、制造简单等特点。具有各种强度高，重量极轻、成本极低的优势，适用于压力管、自流管、给水管、排水管等，是现有各种纤维缠绕塑料管道的理想替代产品。

下面结合附圈和实施例对本发明作进一步说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施范围之中。

附图

图1是实施例1的纤维缠绕复合材料管道的管壁局部剖视图，

图2是实施例2的纤维缠绕复合材料管道的管壁局部剖视图，

图3是实施例3的纤维缠绕复合材料管道的管壁局部剖视图。

实施例1

如图1所示，一种纤维缠绕复合材料管道，其管壁由内缠绕层[1]、中间缠绕层[2]、外缠绕层[3]组成。

中间缠绕层[2]是密实结构，由热塑性复合材料组成，采用如下组份(重量份数)制备：

热塑性树脂：150份，

填料：350份。

其中，热塑性树脂是改性煤沥青，填料是200份石英砂、100份矿物晶纤和50份碳酸钙。

内缠绕层[1]是由热固性复合材料组成，采用如下组份(重量组份)制备：

不饱和聚酯树脂：120份(含2％的引发剂)，

长纤维和/连续纤维：150份，

填料：2份。

其中，长纤维是玻璃纤维，其长度是250mm；填料是市售的颜料。

外缠绕层[3]是由热固性复合材料组成，采用如下组份(重量份数)制备：

不饱和聚酯树脂：100份(含2％的引发剂)，

长纤维：160份，

填料：10份。

其中，长纤维和连续纤维，其长纤维是60份，长度是250mm；连续纤维是100份；填料是重质碳酸钙。

实施例2

如图2所示，一种纤维缠绕复合材料管道，管壁由内缠绕层[1]、中间缠绕层[2]、外缠绕层[3]组成。

中间缠绕层[2]是中空结构，由热塑性复合材料组成，采用如下组份(重量份数)制备：

热塑性树脂：180份，

短纤维：100份，

填料：320份。

其中，热塑性树脂是经改性的石油沥青；短纤维是玻璃纤维，长度为5-15mm；填料是晶纤50份、重质碳酸钙20份、硅藻土50份、空心玻璃微珠20份。

内缠绕层[1]和外缠绕层[3]是由热固性复合材料组成，采用如下组份(重量组份)制备：

不饱和聚酯树脂：120份(含1.5％的引发剂)，

长纤维和/连续纤维：180份。

其中，长纤维和/连续纤维是涤纶纤维，长纤维是100份，长度为200mm；连续纤维是80份。

实施例3

如图3所示的一种纤维缠绕复合材料管道，管壁由内缠绕层[1]、中间缠绕层[2]、外缠绕层[3]组成。

热塑性树脂：200份，

短纤维：120份，

填料：50份。

其中，热塑性树脂是未经改性的石油沥青，短纤维是玻璃纤维，长度为1-5mm，填料为重质碳酸钙。

内缠绕层[1]是由热塑性复合材料组成，采用如下组份(重量份数)制备：

热塑性树脂：200份，

长纤维和/连续纤维：100份。

其中，热塑性树脂是改性石油沥青；长纤维和/连续纤维是30-50mm玻纤织物30份，200mm长玻璃纤维束100份，连续玻璃纤维50份。

外缠绕层[3]是由热塑性复合材料组成，采用如下组份(重量份数)制备：

热塑性树脂：120份，

长纤维和/连续纤维：200份。

其中，热塑性树脂是改性石油沥青；长纤维和/连续纤维是200mm的长玻璃纤维120份，连续玻璃纤维80份。

Claims

1、一种纤维缠绕复合材料管道，管壁由内缠绕层、中间缠绕层、外缠绕层组成，其特征在于中间缠绕层[2]由热塑性复合材料组成；内缠绕层[1]、外缠绕层[3]由长纤维和/连续纤维增强热塑性或热固性复合材料组成。

2、根据权利要求1所述的纤维缠绕复合材料管道，其特征在于热塑性材料采用如下组份(重量份数)制备：

热塑性树脂：100-300份，

短纤维：0-150份，

填料：50-500份。

3、根据权利要求1所述的纤维缠绕复合材料管道，其特征在于长纤维和/连续纤维增强热塑性或热固性复合材料采用如下组份(重量份数)制备：

热塑性或热固性树脂：100-300份，

长纤维和/连续纤维：120-400份，

填料：0-100份。

4、据权利要求1、2、3所述的纤维缠绕复合材料管道，其特征在于热塑性树脂是经改性和/未经改性的沥青。

5、根据权利要求1、3所述的热固性树脂是不饱和聚酯树脂。

6、根据权利要求1、2所述的纤维缠绕复合材料管道，其特征在于短纤维是玻璃纤维、涤纶纤维、尼龙纤维中的至少一种。

7、根据权利要求1、2、6所述的纤维缠绕复合材料管道，其特征在于短纤维的长度为0.5-30mm，最优长度为3-15mm。

8、根据权利要求1、2所述的纤维缠绕复合材料管道，其特征在于填料是粉煤灰、石英砂、碎石、重质碳酸钙、滑石粉、空心玻璃微珠、矿物晶纤、硅藻土中的至少一种。

9、根据权利要求1、3所述的纤维缠绕复合材料管道，其特征在于长纤维和/连续纤维是玻璃纤维，涤纶纤维、尼龙纤维中的至少一种。

10、根据权利要求1、3、9所述的纤维缠绕复合材料管道，其特征在于长纤维和/连续纤维中长度大于30mm，最优长度大于100mm。

11、根据权利要求1、3所述的纤维缠绕复合材料管道，其特征在于填料是市场上的各色颜料、重质碳酸钙、滑石粉中的至少一种。

12、根据权利要求1所述的纤维缠绕复合材料管道，其特征在于中间缠绕层[1]是中空层，中空形状是方形、长方形、圆形、椭圆形、或菱形。

13、根据权利要求1、12所述的纤维缠绕复合材料管道，其特征在于中空缠绕层[1]的中空可以是一层、两层或多层。