CN102537534A - 大口径高压力非金属复合管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种大口径高压力非金属复合管，包括抗负压内衬层和抗内压结构层；所述抗负压内衬层为设有环向增强材料的增强热塑性塑料复合层，用于提高大口径管道抗负压能力；所述抗内压结构层为用于提高大口径管道抗内压能力的增强热固性塑料复合层；所述抗负压内衬层设置在所述抗内压结构层内部。还公开了一种制备上述大口径高压力非金属复合管的方法。本发明提供了一种大口径高压力非金属复合管及其制备方法。该复合管采用骨架增强塑料管作为抗负压内衬层，外层采用玻璃钢管作为主承载层。内衬增强材料提供了一定的承受内压能力，并提高了抗负压内衬层的环刚度，有效避免了抗负压内衬层在压力突降或负压条件下的坍塌，保证了复合管结构的完整性。

Description

大口径高压力非金属复合管及其制备方法

技术领域

本发明涉及非金属管材领域，特别涉及一种大口径高压力非金属复合管及其制备方法。

背景技术

为缓解油田金属管道的腐蚀问题，非金属与复合材料管在油气集输、注入和污水处理等领域逐步得到广泛应用。目前非金属管材在油田应用大部分是小口径管道(≤150mm)，主要包括玻璃钢管、柔性复合管和塑料合金复合管等。大口径非金属管材应用相对较少，主要是玻璃钢管和钢骨架增强聚乙烯复合管，但这些产品通常不能满足大口径(≥DN250)高压力(≥6MPa)集输干线管道的应用需求。标准中规定的钢骨架复合管(SY/T 6662、CJ/T 189等)公称压力通常低于4MPa，而大口径玻璃钢管压力高时密封困难，且在负压下容易发生坍塌。热塑性塑料内衬的玻璃钢复合管因为结合了塑料内衬层优良的防腐性、耐温性、液流性和玻璃钢结构层的高强度、耐久性而备受关注。同时内衬塑料层的存在使玻璃钢抗流体渗透性大幅度增加，使大口径、高压力非金属复合管的制备成为现实。但在实际使用过程中，当输送管线出现压力突降或负压情况时，内衬塑料层由于环刚度较低而常常出现坍塌现象，并最终失效脱落，堵塞整个管线，影响了管线安全有效地运行。增加塑料内衬层的厚度可以提高其环刚度，但一方面会造成原材料用量的大幅度增加，使复合管重量和制造成本大幅增加；另一方面会减小复合管内流体的流通内径，大大降低了复合管输送效率。

发明内容

本发明的目的是，解决现有复合管内衬环刚度低，流通内径小、输送效率低的问题，提供一种内衬环刚度高、流通内径大且输送效率高的大口径高压力非金属复合管及其制备方法。

本发明一个方面，提供的一种大口径高压力非金属复合管包括：抗负压内衬层和抗内压结构层；

所述抗负压内衬层为设有环向增强材料的增强热塑性塑料复合层，用于提高大口径管道抗负压能力；

所述抗内压结构层为用于提高大口径管道抗内压能力的增强热固性塑料复合层；

所述抗负压内衬层设置在所述抗内压结构层内部。

进一步，所述抗负压内衬层的增强材料包括：

玻璃纤维、玄武岩纤维带、碳纤维带、高强度塑料带、钢丝、钢带或钢板。

进一步，所述抗负压内衬层的热塑性塑料包括：

聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯。

进一步，所述抗内压结构层的增强材料包括：

玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、有机纤维或布带、浸胶带。

进一步，所述抗内压结构层的热固性塑料包括：

不饱和聚脂、环氧树脂或酚醛树脂。

本发明另一个方面，提供一种制备上述大口径高压力非金属复合管的方法，包括：将所述增强材料与加热成熔融状态的热塑性塑料一起经挤塑机复合管成型模腔形成复合管坯，再经冷却、切割、注塑获得抗负压内衬层；

将浸有热固性塑料的增强材料连续、均匀的缠绕在所述抗负压内衬层外表面后充分固化获得抗内压结构层；

将所述抗负压内衬层与所述缠绕在其外表面的抗内压结构层进行端口整形后获得成品。

进一步，所述抗负压内衬层的增强材料包括：

玻璃纤维、玄武岩纤维带、碳纤维带、高强度塑料带、钢丝、钢带或钢板。

进一步，所述抗负压内衬层的热塑性塑料包括：

聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯。

进一步，所述抗内压结构层的增强材料包括：

玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、有机纤维或布带、浸胶带。

进一步，所述抗内压结构层的热固性塑料包括：

不饱和聚脂、环氧树脂或酚醛树脂。

本发明提供的一种大口径高压力非金属复合管，在玻璃钢管内部增加了增强热塑性塑料抗负压内衬层，克服了玻璃钢在高压下由于基体开裂发生的渗漏现象，提高了管材的承压能力；外层(抗内压结构层)采用连续纤维缠绕成型的增强热固性塑料复合材料，可自由地设计复合管的最大承压能力，在保证复合管大口径的同时，有效确保了压力等级的提升；此外，由于抗负压内衬层为增强塑料，比采用单一的热塑性塑料内衬层，具有更高的环刚度，有效防止了压力突降或负压状态下内衬层的坍塌，明显提高了内衬层的抗负压能力。在降低抗负压内衬层壁厚的同时，保证了外层增强热固性塑料结构层的密封性能，为复合管整体承压能力的提升奠定了基础。

本发明提供的一种制备上述大口径高压力非金属复合管的方法，在连接时，复合管两端抗负压内衬层塑料采用热熔焊方式，在达到连接目的的同时，有效提高了复合管连接的密封性。复合管抗内压外结构层采用金属活动螺纹连接，或采用非金属管箍连接，保证了复合管具有足够连接强度的同时，也为抗负压内衬层提供了额外的预紧力，并为复合管整体的密封性起到了第二重保护作用。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种大口径高压力非金属复合管结构示意图；

图2是图1所示结构的剖视图。

具体实施方式

结合图1、图2所示，本发明提供的一种大口径高压力非金属复合管结构包括抗负压内衬层1和抗内压结构层2。抗负压内衬层1为设有环向增强材料的增强热塑性塑料复合层，用于提高大口径管道抗负压能力，具有一定的抗内压能力。抗内压结构层2为用于提高大口径管道抗内压能力的增强热固性塑料复合层。抗负压内衬层1设置在抗内压结构层2内部。其中，抗负压内衬层1的增强材料包括：玻璃纤维、玄武岩纤维带、碳纤维带、高强度塑料带、钢丝、钢带或钢板。抗负压内衬层1的热塑性塑料包括：聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯。抗内压结构层2的增强材料包括：玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、有机纤维或布带、浸胶带。抗内压结构层2的热固性塑料包括：不饱和聚脂、环氧树脂或酚醛树脂。

本发明提供的一种制备图1所示的大口径高压力非金属复合管结构方法，包括以下步骤：

步骤S1：将增强材料与加热成熔融状态的热塑性塑料一起经挤塑机复合管成型模腔形成复合管坯，再经冷却、切割、注塑获得抗负压内衬层1。其中，制备抗负压内衬层1的增强材料包括：玻璃纤维、玄武岩纤维带、碳纤维带、高强度塑料带、钢丝、钢带或钢板。制备抗负压内衬层1的热塑性塑料包括：聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯。

步骤S2：将浸有热固性塑料的增强材料连续、均匀的缠绕在所述抗负压内衬层外表面后充分固化获得抗内压结构层2。其中，制备抗内压结构层2的增强材料包括：玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、有机纤维或布带、浸胶带。制备抗内压结构层2的热固性塑料包括：不饱和聚脂、环氧树脂或酚醛树脂。

步骤S3：所述抗负压内衬层1与所述缠绕在其外表面的抗内压结构层2进行端口整形后获得成品。

本发明提供的一种大口径高压力非金属复合管，在玻璃钢管内部增加了增强热塑性塑料抗负压内衬层，克服了玻璃钢在高压下由于基体开裂发生的渗漏现象，提高了管材的承压能力；外层(抗内压结构层)采用连续纤维缠绕成型的增强热固性塑料复合材料，可自由地设计复合管的最大承压能力，在保证复合管大口径的同时，有效确保了压力等级的提升；此外，由于抗负压内衬层为增强塑料，比采用单一的热塑性塑料内衬层，具有更高的环刚度，有效防止了压力突降或负压状态下内衬层的坍塌，明显提高了抗负压内衬层的抗负压能力。在降低内衬层壁厚的同时，保证了外层增强热固性塑料结构层的密封性能，为复合管整体承压能力的提升奠定了基础。

本发明提供的一种制备上述大口径高压力非金属复合管的方法，在连接时，复合管两端抗负压内衬层塑料采用热熔焊方式，在达到连接目的的同时，有效提高了复合管连接的密封性。复合管抗内压外结构层采用金属活动螺纹连接，或采用非金属管箍连接，保证了复合管具有足够连接强度的同时，也为抗负压内衬层提供了额外的预紧力，并为复合管整体的密封性起到了第二重保护作用。

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。

实施例1：

首先应用电阻焊技术将数根经、纬线低碳钢丝焊接形成网状筒型钢丝网骨架，与加热成熔融状态的聚乙烯一起连续地送入挤塑机复合管成型模腔。复合成管坯后进行冷却定型，冷却定型后得到的复合管由牵引机引出，由定长切割机每10m进行切割。将切割后的复合管送至封口注塑机，对切割后暴露钢丝的端面进行二次注塑封口，形成最终的钢丝网骨架增强聚乙烯复合材料抗负压内衬层1。

将制备的钢丝网骨架增强聚乙烯复合材料抗负压内衬层1固定在玻璃钢管缠绕机上作为成型芯模，必要时在内衬管内增加金属模具增加模具刚度。随后将浸有不饱和聚脂胶液的玻璃纤维在一定控制张力作用下，按照一定规律连续、均匀地缠绕到内衬层外表面，待其达到一定厚度后充分固化，即制备出复合管的抗内压结构层2。对复合管的端口进行整形，得到精确的外圆尺寸。至此，新型大口径高压力非金属复合管制造工序结束。

实施例2：

将优质薄钢板经冲压卷焊形成增强骨架。与此同时，将聚丙烯加入挤出机内加热成熔融状态。将增强骨架与从挤出机得到的熔融状态聚丙烯一起连续地送入复合管成型模腔。复合成管坯后进行冷却定型，冷却定型后得到的复合管由牵引机引出，由定长切割机每10m进行切割。将切割后的复合管送至封口注塑机，对切割后暴露钢丝的端面进行二次注塑封口，形成最终的钢板网骨架增强聚丙烯复合材料抗负压内衬层1。

将制备的钢板网骨架增强聚丙烯复合材料抗负压内衬层1固定在纤维缠绕机上，随后将浸有环氧树脂胶液的芳纶纤维在一定控制张力作用下，按照一定规律连续、均匀地缠绕到内衬层外表面，待其达到一定厚度后充分固化，即制备出复合管的抗内压结构层2。对复合管的端口进行整形，得到精确的外圆尺寸。至此，新型大口径高压力非金属复合管制造工序结束。

实施例3：

将高强度玻璃纤维增强塑料带(宽度4mm*厚度3mm)以一定角度缠绕在芯模上。与此同时，将聚乙烯加入挤出机内加热成熔融状态。将增缠绕有高强塑料带的芯模与从挤出机得到的熔融状态聚乙烯一起连续地送入复合管成型模腔。复合成管坯后进行冷却定型，脱模后得到的复合管由牵引机引出，形成塑料带增强聚乙烯复合材料抗负压内衬层1。

将制备的塑料带增强聚乙烯复合材料抗负压内衬层1作为芯模通过纤维编织制管机，随后将浸有室温固化环氧树脂胶液的玻璃纤维在一定控制张力作用下，按照一定规律连续、均匀地编织到内衬层外表面，待其达到一定厚度后充分固化，即制备出复合管的抗内压结构层2。由切割机进行切割(可长至数十米，根据需要及运输能力确定)。将切割后的复合管送至封口注塑机，对切割后内衬层端面进行二次注塑封口，对复合管的端口进行整形，得到精确的外圆尺寸。至此，新型大口径高压力非金属复合管制造工序结束。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大口径高压力非金属复合管，其特征在于，包括：

抗负压内衬层和抗内压结构层；

所述抗负压内衬层为设有环向增强材料的增强热塑性塑料复合层，用于提高大口径管道抗负压能力；

所述抗内压结构层为用于提高大口径管道抗内压能力的增强热固性塑料复合层；

所述抗负压内衬层设置在所述抗内压结构层内部。

2.如权利要求1所述的大口径高压力非金属复合管，其特征在于，所述抗负压内衬层的增强材料包括：

玻璃纤维、玄武岩纤维带、碳纤维带、高强度塑料带、钢丝、钢带或钢板。

3.如权利要求1所述的大口径高压力非金属复合管，其特征在于，所述抗负压内衬层的热塑性塑料包括：

聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯。

4.如权利要求1所述的大口径高压力非金属复合管，其特征在于，所述抗内压结构层的增强材料包括：

玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、有机纤维或布带、浸胶带。

5.如权利要求1所述的大口径高压力非金属复合管，其特征在于，所述抗内压结构层的热固性塑料包括：

不饱和聚脂、环氧树脂或酚醛树脂。

6.一种制备如权利要求1所述的大口径高压力非金属复合管的方法，其特征在于，包括：

将所述增强材料与加热成熔融状态的热塑性塑料一起经挤塑机复合管成型模腔形成复合管坯，再经冷却、切割、注塑获得抗负压内衬层；

将浸有热固性塑料的增强材料连续、均匀的缠绕在所述抗负压内衬层外表面后充分固化获得抗内压结构层；

将所述抗负压内衬层与所述缠绕在其外表面的抗内压结构层进行端口整形后获得成品。

7.如权利要求6所示的制备方法，其特征在于，所述抗负压内衬层的增强材料包括：

玻璃纤维、玄武岩纤维带、碳纤维带、高强度塑料带、钢丝、钢带或钢板。

8.如权利要求6所示的制备方法，其特征在于，所述抗负压内衬层的热塑性塑料包括：

聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯。

9.如权利要求6所示的制备方法，其特征在于，所述抗内压结构层的增强材料包括：

玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、有机纤维或布带、浸胶带。

10.如权利要求6所示的制备方法，其特征在于，所述抗内压结构层的热固性塑料包括：

不饱和聚脂、环氧树脂或酚醛树脂。

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