CN102679047B

CN102679047B - 一种连续长纤维缠绕增强热塑性管及其制作工艺

Info

Publication number: CN102679047B
Application number: CN201210152580.7A
Authority: CN
Inventors: 陈建中; 李卓球
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Changsha Xin Shi pipeline Co., Ltd
Priority date: 2012-05-17
Filing date: 2012-05-17
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2032-05-17
Also published as: CN102679047A

Abstract

本发明涉及一种可用于输送固体、液体和气体等各种介质的管道结构及其制作工艺。一种连续长纤维缠绕增强热塑性管，其特征在于，它由管状的管道内衬层、管道结构层和管道外保护层采用缠绕的方式进行制作一体结构，管道结构层位于管道内衬层与管道外保护层之间；所述管道内衬层、管道外保护层的材料均为热塑性塑料，管道结构层的材料为连续长纤维。本发明的管道具有比传统的热塑性或热固性管道更好的强度、刚度、抗冲击性能、断裂韧性、耐温耐腐蚀性能、防渗漏性能等，可广泛应用于给水排水工程、石油化工行业、煤气天然气输送、海水淡化、核电等领域，并可适应于大口径、高刚度、高强度、高腐蚀性等特殊环境和需求。

Description

一种连续长纤维缠绕增强热塑性管及其制作工艺

技术领域

本发明涉及一种输送各种介质的管道结构及其制作工艺。

背景技术

塑料管道分为热塑性塑料管道和热固性塑料管道。热塑性管道种类很多，如PE管、PVC管、PP管等，而热固性管道的典型代表就是玻璃纤维纤维增强塑料管，俗称玻璃钢，是采用玻璃纤维增强热固性的不饱和聚酯树脂、环氧树脂等而成的。

这两种管材各有优劣，在当前市场上均占有一定的市场份额，大口径高压力以热固性为主，小口径低压力以热塑性为主。热塑性管道具有易回收、抗冲击能力强、断裂韧性好、成型周期短、生产效率高等特点，但其强度和弹性模量低，难以适应大口径、高刚度和高压力的要求；玻璃纤维增强的热固性管道因为有长纤维缠绕增强，从而具有高强度和较高的弹性模量，能够适应于大口径、高刚度和较高压力的要求，但其生产过程中有一定的污染且很难回收，对环境影响大，抗冲击性能较差。

当前的管道市场仅有纤维增强热固性管道而没有纤维增强热塑性管道，因为热固性树脂在常温下便可具有较强的流动性，易与玻璃纤维结合，工艺性能好，而热固性则必须在高温下才能具有一定的流动性，很难与纤维直接结合，工艺性能差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种连续长纤维缠绕增强热塑性管及其制作工艺。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种连续长纤维缠绕增强热塑性管，其特征在于，它由管状的管道内衬层11、管道结构层12和管道外保护层13采用缠绕的方式进行制作一体结构（管壁），管道结构层12位于管道内衬层11与管道外保护层13之间；所述管道内衬层11、管道外保护层13的材料均为热塑性塑料，管道结构层12的材料为连续长纤维。

所述的连续长纤维为经过表面处理后与热塑性塑料相匹配的玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维或芳纶纤维等。

表面处理可采用现有公知技术，如前处理法、后处理法、迁移法等，主要目的是在原丝表面形成一层与易于粘接树脂的过渡层。

所述的热塑性塑料为聚乙烯（PE ）、聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP ）、聚苯乙烯（PS ）、丙烯腈－丁二烯－苯乙烯（ABS）、尼龙（Nylon )、聚碳酸酯（PC ）、聚氨酯（PU）、聚四氟乙烯（PTFE）、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺（PI）、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰胺酰亚胺（PAI）、聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚醚酮（PEEK）、聚苯硫酸（PPS）、聚醚砜（PES）或聚酰胺（PA）等，并可根据需要添加如抗紫外线等的辅助材料。

管道内衬层11的厚度为0.1-5mm；管道结构层12的厚度为1-100mm；管道外保护层13的厚度为0.1-5mm。

上述一种连续长纤维缠绕增强热塑性管的制作工艺，其特征在于，它包括如下步骤：

1）在挤塑机（或称注塑机）8的出口处设置不少于3个挤出口（挤塑机8具有加热熔融热塑性塑料并挤出的功能，其中有两个挤出口挤出带状的热塑性塑料），挤出口包括内衬层挤出口10、结构层挤出口9和外保护层挤出口4，结构层挤出口9位于内衬层挤出口10与外保护层挤出口4之间；内衬层挤出口10和外保护层挤出口4均挤出带状的热塑性塑料，内衬层挤出口10直接将热塑性材料7呈带状挤出后在圆柱形的模具1上缠绕形成一层管道内衬层（或称热塑性内衬层）11；

2）在挤塑机旁设置有纱架2，纱架2上放置有连续长纤维纱团3，结构层挤出口9在挤出热塑性材料的同时，连续长纤维纱团3牵引出的连续长纤维6经过导丝头5处经加热处理后进入结构层挤出口9（加热处理的温度为50-300℃），连续长纤维纱团3牵引出的连续长纤维6在该结构层挤出口与熔融的热塑性材料7相结合浸透后缠绕到管道内衬层11外面形成管道结构层12；外保护层挤出口4将熔融的热塑性材料7呈带状挤出后在管道结构层12的外面再形成一层管道外保护层（或称热塑性外保护层13）；

挤塑机8和整个纱架2沿模具1的轴线往返移动，而模具1绕其轴线旋转；通过相对运动在模具1上形成管道内衬层11、管道结构层12和管道外保护层13；

通过在缠绕的过程中同时对模具进行加热（加热的温度为50-300℃），从挤出口挤出的热塑性材料到模具上时均为熔融状态，从而管道内衬层11、管道结构层12和管道外保护层13最终将形成一个完整的整体结构；

3）管道内衬层11、管道结构层12和管道外保护层13（即管壁）固化后，将模具1取出，便形成一根连续长纤维缠绕增强热塑性管（纤维增强热塑性管道）14。连续长纤维缠绕增强热塑性管14可通过承插连接、热熔连接或套筒连接等方式进行连接。

所采用的挤塑机可以将热塑性塑料熔融挤出，并有不少于3个挤出口，还可根据需要增加挤出口的数量，在增加的挤出口上形成加筋结构。纤维的缠绕角度可根据需要进行调整。各层依次在模具上同步缠绕，其厚度可根据设计需要进行调整。管道的连接可采用当前公知的连接方式，如承插连接、热熔连接或套筒连接等连接方式。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种纤维增强热塑性管道，本发明管道具有比传统的热塑性或热固性管道更好的强度、刚度、抗冲击性能、断裂韧性、耐温耐腐蚀性能、防渗漏性能等，同时具有更好的经济性能和对环境影响小的特点，可广泛应用于给水排水工程、石油化工行业、煤气天然气输送、海水淡化、核电等领域，并可适应于大口径、高刚度、高强度、高腐蚀性等特殊环境和需求。

附图说明

图1是连续长纤维缠绕增强热塑性管的制作工艺布置示意图。

图2是连续长纤维缠绕增强热塑性管的整体图。

图3是图2的1-1剖面图。

图中：1-模具；2-纱架；3-连续长纤维纱团；4-外保护层挤出口；5-导丝头；6-连续长纤维；7-热塑性塑料；8-挤塑机；9-结构层挤出口；10-内衬层挤出口；11-管道内衬层；12-管道结构层；13-管道外保护层；14-连续长纤维缠绕增强热塑性管。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1：

一种连续长纤维缠绕增强热塑性管，它由管状的管道内衬层11、管道结构层12和管道外保护层13采用缠绕的方式进行制作一体结构（管壁），管道结构层12位于管道内衬层11与管道外保护层13之间；所述管道内衬层11、管道外保护层13的材料均为热塑性塑料，管道结构层12的材料为连续长纤维。

上述一种连续长纤维缠绕增强热塑性管的制作工艺，它包括如下步骤：

2）在挤塑机旁设置有纱架2，纱架2上放置有连续长纤维纱团3，结构层挤出口9在挤出热塑性材料的同时，连续长纤维纱团3牵引出的连续长纤维6经过导丝头5处经加热处理后进入结构层挤出口9（加热处理的温度为50-300℃），连续长纤维纱团3牵引出的连续长纤维6在该结构层挤出口与熔融的热塑性材料7相结合浸透后缠绕到管道内衬层11外面形成管道结构层12；外保护层挤出口4将熔融的热塑性材料7呈带状挤出后在管道结构层12的外面再形成一层管道外保护层（或称热塑性外保护层13）；挤塑机8和整个纱架2沿模具1的轴线往返移动，而模具1绕其轴线旋转；通过相对运动在模具1上形成管道内衬层11、管道结构层12和管道外保护层13；通过在缠绕的过程中同时对模具进行加热（加热的温度为50-300℃），由于以上三个挤出口间距很小，从这三个挤出口挤出的热塑性材料到模具上时均为熔融状态，从而三层最终将形成一个完整的整体结构；

3）管道内衬层11、管道结构层12和管道外保护层13（即管壁）固化后，将模具1取出，便形成一根连续长纤维缠绕增强热塑性管14。连续长纤维缠绕增强热塑性管14可通过承插连接、热熔连接或套筒连接等方式进行连接。

所述的热塑性塑料为聚乙烯（PE ）。

实施例2：

与实施例1基本相同，不同之处在于：所述的连续长纤维为经过表面处理后与热塑性塑料相匹配的玄武岩纤维。

所述的热塑性塑料为聚氯乙烯（PVC）。

实施例3：

与实施例1基本相同，不同之处在于：所述的连续长纤维为经过表面处理后与热塑性塑料相匹配的碳纤维。

所述的热塑性塑料为聚丙烯（PP ）。

实施例4：

与实施例1基本相同，不同之处在于：所述的连续长纤维为经过表面处理后与热塑性塑料相匹配的芳纶纤维。

所述的热塑性塑料为聚苯乙烯（PS ）。

实施例5：

与实施例1基本相同，不同之处在于：所述的连续长纤维为经过表面处理后与热塑性塑料相匹配的玻璃纤维。

所述的热塑性塑料为丙烯腈－丁二烯－苯乙烯（ABS）。

实施例6：

所述的热塑性塑料为尼龙（Nylon )。

实施例7：

所述的热塑性塑料为聚碳酸酯（PC ）。

实施例8：

所述的热塑性塑料为聚氨酯（PU）。

实施例9：

所述的热塑性塑料为聚四氟乙烯（PTFE）。

实施例10：

所述的热塑性塑料为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。

实施例11：

所述的热塑性塑料为聚酰亚胺（PI）。

实施例12：

所述的热塑性塑料为聚醚醚酮(PEEK)。

实施例13：

所述的热塑性塑料为聚酰胺酰亚胺（PAI）。

实施例14：

所述的热塑性塑料为聚醚酰亚胺(PEI)。

实施例15：

所述的热塑性塑料为聚醚醚酮（PEEK）。

实施例16：

所述的热塑性塑料为聚苯硫酸。

实施例17：

基本同实施例1，但挤塑机（或称注塑机）具有4个挤出口，有三个挤出口与前面的功能相同，第四个挤出口可将一定形状的连续支撑物外包覆熔融的热塑性材料，然后缠绕到管道外保护层13上，形成加筋结构，以提高管道的刚度。

Claims

1.一种连续长纤维缠绕增强热塑性管的制作工艺，其特征在于，它包括如下步骤：

1）在挤塑机(8)的出口处设置不少于3个挤出口，挤出口包括内衬层挤出口(10)、结构层挤出口(9)和外保护层挤出口(4)，结构层挤出口(9)位于内衬层挤出口(10)与外保护层挤出口(4)之间；内衬层挤出口(10)和外保护层挤出口(4)均挤出带状的热塑性塑料，内衬层挤出口(10)直接将热塑性材料(7)呈带状挤出后在圆柱形的模具(1)上缠绕形成一层管道内衬层(11)；

2）在挤塑机旁设置有纱架(2)，纱架（2）上放置有连续长纤维纱团（3），结构层挤出口（9）在挤出热塑性材料的同时，连续长纤维纱团（3）牵引出的连续长纤维（6）经过导丝头（5）处经加热处理后进入结构层挤出口（9），加热处理的温度为50-300℃，连续长纤维纱团（3）牵引出的连续长纤维（6）在该结构层挤出口与熔融的热塑性材料（7）相结合浸透后缠绕到管道内衬层（11）外面形成管道结构层（12）；外保护层挤出口（4）将熔融的热塑性材料（7）呈带状挤出后在管道结构层（12）的外面再形成一层管道外保护层；

挤塑机（8）和整个纱架（2）沿模具（1）的轴线往返移动，而模具（1）绕其轴线旋转；通过相对运动在模具（1）上形成管道内衬层（11）、管道结构层（12）和管道外保护层（13）；通过在缠绕的过程中同时对模具进行加热，加热的温度为50-300℃，从挤出口挤出的热塑性材料到模具上时均为熔融状态，从而管道内衬层（11）、管道结构层（12）和管道外保护层（13）最终将形成一个完整的整体结构；

3）管道内衬层（11）、管道结构层（12）和管道外保护层（13）固化后，将模具（1）取出，便形成一根连续长纤维缠绕增强热塑性管。

2.根据权利要求1所述的一种连续长纤维缠绕增强热塑性管的制作工艺，其特征在于：管道内衬层(11)的厚度为0.1-5mm；管道结构层(12)的厚度为1-100mm；管道外保护层(13)的厚度为0.1-5mm。