CN103557378A - 一种定长缠绕成型高刚度复合管及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定长缠绕型高刚度复合管，其管壁结构由内向外依次为内衬层、内结构层、界面适配层、中间结构层、界面适配层、外结构层、外保护层；所述内衬层、内结构层、外结构层和外保护层采用玻璃纤维及其织物和树脂制作而成的树脂基复合材料；中间结构层为纤维混凝土水泥基复合材料；界面适配层为有机粘接材料与石英砂的混合物。本发明制备的复合管，刚度是当前玻璃钢管道常用刚度的10倍以上，而重量仅为普通混凝土管道的1/3左右，解决了玻璃钢管道刚度低和混凝土管笨重等缺点，成本介于玻璃钢管与混凝土管之间，具有良好的经济性能。

Description

一种定长缠绕成型高刚度复合管及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种定长缠绕型高刚度复合管及其制作方法。

背景技术

玻璃钢管是一种树脂基复合管，具有轻质高强、耐腐蚀、优良的水力性能，在给排水管道工程等行业得到广泛的应用。但其刚度较低，属于柔性管，变形较大，对施工要求较高。如果想进一步提高其高度而不改变现有玻璃钢管的结构，那么成本将会增加很多，主要在于基体材料树脂成本太高。

而水泥基材料混凝土则相对比较便宜，水泥基管道的管壁厚度都很厚，刚度很高，但单一的水泥基管道如PCCP等不耐腐蚀、水力性能差，太笨重，施工运输不便。

发明内容

本发明目的在于结合树脂基材料和水泥基材料两种基体材料的优势，提供一种采用定长缠绕成型工艺制作的高刚度复合管及其制作方法。

为实现上述目的，采用的技术方案如下：

一种定长缠绕成型高刚度复合管，其管壁结构由内向外依次为内衬层、内结构层、第一界面适配层、中间结构层、第二界面适配层、外结构层、外保护层；所述内衬层、内结构层、外结构层和外保护层采用玻璃纤维及其织物和玻璃钢树脂制作而成的树脂基复合材料；中间结构层为纤维混凝土水泥基复合材料，采用定长缠绕的制作方式；界面适配层为有机粘接材料与石英砂的混合物。

按上述方案，所述的内衬层中玻璃钢树脂含量在65-90wt%并采用玻璃纤维表面毡和针织毡增强，其厚度为1.2mm～5mm；内、外结构层中树脂含量在25～35wt%并采用玻璃纤维连续纱增强，厚度为0.3～30mm；外保护层中树脂含量在90-99wt%并采用玻璃纤维表面毡增强，其厚度为0.15～2mm；中间结构层为纤维混凝土水泥基复合材料，纤维加入量为1-5wt%，厚度为20～100mm；界面适配层为有机粘接材料与石英砂的混合物，按质量比为有机粘接材料:石英砂=1:1～1:5，厚度为0.1～2mm。

按上述方案，所述的定长缠绕的制作方式为：

将预制好的纤维混凝土水泥基复合材料通过漏斗注入到螺杆挤出装置中，通过螺杆旋转带动将纤维混凝土挤压密实并通过一个扁平的锥形挤出口挤出，挤出口的下面有同步转动的网格布兜住已挤压密实的扁平形状的纤维混凝土并牵引到圆柱形管材上进行缠绕，再采用压辊滚压，使得纤维混凝土密实形成一个整体。

按上述方案，所述的有机粘接材料是一种可在潮湿环境下固化的树脂。

按上述方案，所述的可在潮湿环境下固化的树脂为双组份聚氨酯树脂。

按上述方案，所述的外结构层在缠绕成型过程中对玻璃纤维连续纱施加张力，大小为玻璃纤维连续纱强度的1%～50%。

一种定长缠绕成型高刚度复合管的制作方法，其特征在于包括以下步骤：

1）在圆柱形模具上制作玻璃钢内衬层；

2）内衬层初步凝胶固化后，在内衬层外表面制作内结构层；

3）有机粘接材料与石英砂的混合物喷涂在内结构层表面形成第一界面适配层；

4）第一界面适配层初步凝胶固化后，开始制作中间结构层，所述的中间结构层为将纤维混凝土水泥基复合材料缠绕制作在界面适配层外表面形成；

5）纤维混凝土水泥基复合材料经过初步养护后在其外表均匀喷涂有机粘接材料与石英砂的混合物，形成第二界面适配层；

6）在第二界面适配层外，采用浸润过玻璃钢树脂的玻璃纤维连续纱通过树脂胶槽逐层缠绕，在缠绕的同时对玻璃纤维施加玻璃纤维连续纱强度1%～50%的张力，形成玻璃钢外结构层；

7）最后在玻璃钢外结构层外缠绕形成玻璃钢外保护层。

按上述方案，所述的内衬层玻璃钢树脂含量在65-90wt%并采用玻璃纤维表面毡和针织毡增强，其厚度为1.2mm～5mm；内、外结构层树脂含量在25～35wt%并采用玻璃纤维连续纱增强，厚度为0.3～30mm；外保护层树脂含量在90-99wt%并采用玻璃纤维表面毡增强，其厚度为0.15～2mm；中间结构层为纤维混凝土水泥基复合材料，纤维加入量为1-5wt%，厚度为20～100mm；界面适配层为有机粘接材料与石英砂的混合物，按质量比为有机粘接材料:石英砂=1:1～1:5，厚度为0.1～2mm。

一种用水泥基材料定长缠绕制作管材的方法，其特征在于：

将预制好的水泥基材料通过漏斗注入到螺杆挤出装置中，通过螺杆旋转带动将水泥基材料挤压密实并通过一个扁平的锥形挤出口挤出，挤出口的下面有同步转动的网格布兜住已挤压密实的扁平形状的水泥基材料并牵引到圆柱形管材上进行缠绕，再采用压辊滚压，使得水泥基材料密实形成一个整体。

本发明在成型过程中增加了纤维混凝土的缠绕装置，采用定长缠绕的方式制作水泥基材料的结构层，可以得到更加轻薄的混凝土结构层。

普通树脂基材料在潮湿条件下无法固化，而水泥基材料含有大量的水分，如果直接将这两种材料结合在一起制作复合管材，必然会造成树脂基材料无法固化，两者的界面分离而无法形成一个完整的结构。本发明创新地采用可以和树脂材料直接粘接也能在潮湿环境固化与水泥基材料粘接的潮湿固化粘接材料，形成了一层由有机到无机的过渡层，在粘接材料中混入了石英砂颗粒，使得有机材料和水泥基材料结合成一个整体，取得更好的过渡效果。

通过施加张力可以使得内部各层能够更加紧密的结合到一起，即使混凝土层出现干缩，外结构层也能通过调整预应力后达到变形协调一致，在实际应用中各种作用下也不会出现分层。这也是本发明中的一个重要特征，需要在现有的玻璃钢管缠绕设备上增加张力控制设备，具体的张力控制系统可采用公知的方法来实现。

本发明的有益效果是：本发明的定长缠绕成型高刚度复合管，具有玻璃钢管道所具有的高强度、优良的耐腐蚀性能与水力性能，同时其刚度是当前玻璃钢管道常用刚度的10倍以上，而重量仅为普通混凝土管道的1/3左右，解决了玻璃钢管道刚度低和混凝土管笨重等缺点，成本介于玻璃钢管与混凝土管之间，具有良好的经济性能。

附图说明

图1：定长缠绕成型复合管。

图2：定长缠绕成型复合管横截面图。

图3：纤维混凝土缠绕装置图。

具体实施方式

以下实施例是对本发明技术方案的进一步解释，不作为对本发明保护范围的限制。

参照附图1、2和3所述，一种定长缠绕成型高刚度复合管1，它由管状的内衬层2、内结构层3、第一界面适配层4、中间结构层5、第二界面适配层6、外结构层7、外保护层8依次由内至外采用定长缠绕的工艺进行制作的一体结构；管道内衬层2、内结构层3、外结构7、外保护层8均为树脂基材料，中间结构层5为水泥基材料，是一种高刚度的复合结构。中间结构层5的制作参照附图3所示，首先将预制好的纤维混凝土通过皮带传输等方式运送到漏斗9中，然后下落到螺杆挤出装置10上，通过螺杆的转动将纤维混凝土沿着锥形口11挤出到网格布12上，将网格布12搭到旋转的模具上后随着制作过程中模具的转动将纤维混凝土缠绕到第一界面适配层4的外表面，然后通过压辊13进行滚压进一步密实。

本发明定长缠绕成型高刚度复合管的制作工艺步骤如下：

1）在圆柱形模具上缠绕聚酯薄膜，然后均匀喷淋玻璃钢树脂，再采用玻璃纤维表面毡、针织毡分别缠绕，同时喷淋树脂，形成玻璃钢内衬层2；树脂含量在65-90wt%，其厚度为1.2mm～5mm。

2）当内衬层2初步凝胶固化后，采用玻璃纤维连续纱通过树脂胶槽浸透玻璃钢树脂后缠绕到内衬层2上，逐层缠绕形成玻璃钢内结构层3；树脂含量在25～35wt%，厚度为0.3～30mm。

3）当内结构层3制作完成后，在其外表均匀喷涂一层雷可德的

2双组份聚氨酯基底胶系统及石英砂颗粒的混合物，按质量比为有机粘接材料:石英砂=1:1～1:5，形成第一界面适配层4，厚度为0.1～2mm。

4）当第一界面适配层4初步凝胶固化后，开始制作中间结构层5。首先将预制好的纤维混凝土通过皮带传输等方式运送到漏斗9中，然后下落到螺杆挤出装置10上，通过螺杆的转动将纤维混凝土沿着锥形口11挤出到网格布12上，将网格布12搭到旋转的模具上后随着制作过程中模具的转动将纤维混凝土缠绕到界面适配层4的外表面，然后通过压辊13进行滚压进一步密实。整个纤维混凝土缠绕装置放置在与模具平行的导轨上，可以往复运动按需要的长度都缠绕纤维混凝土，形成完整的纤维混凝土中间结构层5；所用的纤维选用PVA纤维、玻璃纤维或钢纤维，混凝土可以为一般工程混凝土材料，纤维加入量为1-5wt%，制作厚度为20～100mm

5）当纤维混凝土经过初步养护后在其外表均匀喷涂一层雷可德的

2双组份聚氨酯基底胶系统及石英砂颗粒的混合物，形成第二界面适配层6；

6）在第二界面适配层6外，采用浸润过玻璃钢树脂的玻璃纤维连续纱通过树脂胶槽逐层缠绕，在缠绕的同时对玻璃纤维施加玻璃纤维连续纱强度1%～50%的张力，形成玻璃钢外结构层7；树脂含量在25～35wt%，厚度为0.3～30mm。

7）最后在玻璃钢外结构层7外缠绕形成玻璃钢外保护层8；外保护层玻璃钢树脂含量在90-95wt%树脂并采用玻璃纤维表面毡增强，其厚度为0.15～2mm。

水泥基材料定长缠绕制作管材的方法，其工艺步骤如下：

通过皮带传输等方式将水泥基材料运送到漏斗9中，然后下落到螺杆挤出装置10上，通过螺杆的转动将水泥基材料沿着锥形口11挤出到网格布12上，将网格布12搭到旋转的模具上后随着制作过程中模具的转动将水泥基材料缠绕到界面适配层4的外表面，然后通过压辊13进行滚压进一步密实。整个水泥基材料缠绕装置放置在与模具平行的导轨上，可以往复运动按需要的长度缠绕水泥基材料。

实施例1

按照上述制备工艺步骤，采用如下工艺参数制备：

内衬层树脂含量在65wt%并采用玻璃纤维表面毡和针织毡增强，厚度1.2mm；

内结构层、外结构层树脂含量在25wt%并采用玻璃纤维连续纱增强，厚度分别为0.3mm；其中外结构层在缠绕成型过程中对玻璃纤维连续纱施加张力，大小为玻璃纤维连续纱强度的1%；

外保护层树脂含量在90wt%并采用玻璃纤维表面毡增强，厚度0.15mm；

中间结构层为PVA纤维混凝土水泥基复合材料，纤维加入量为1wt%，厚度20mm；

界面适配层为雷可德的

2双组份聚氨酯基底胶系统及石英砂颗粒的混合物，按质量比聚氨酯:石英砂=1:1，厚度为0.1mm。

得到定长缠绕成型的复合管，当直径为800mm时按照国家标准GB/T5352-2005和GB/T21238-2007测试，管道的刚度等级不低于50000N/m²。

实施例2

按照上述制备工艺步骤，采用如下工艺参数制备：

内衬层树脂含量在90wt%并采用玻璃纤维表面毡和针织毡增强，厚度5mm；

内结构层、外结构层树脂含量在35wt%并采用玻璃纤维连续纱增强，厚度分别为30mm；其中外结构层在缠绕成型过程中对玻璃纤维连续纱施加张力，大小为玻璃纤维连续纱强度的50%；

外保护层树脂含量在95wt%并采用玻璃纤维表面毡增强，厚度2mm；

中间结构层为玻璃纤维混凝土水泥基复合材料，纤维加入量为5wt%，厚度100mm；

界面适配层为雷可德的

2双组份聚氨酯基底胶系统及石英砂颗粒的混合物，按质量比聚氨酯:石英砂=1:5，厚度为2mm。

得到定长缠绕成型的复合管，当直径为4000mm时按照国家标准GB/T5352-2005和GB/T21238-2007测试，管道的刚度等级不低于200000N/m²。

实施例3

按照上述制备工艺步骤，采用如下工艺参数制备：

内衬层树脂含量在80wt%并采用玻璃纤维表面毡和针织毡增强，厚度3mm；

内结构层、外结构层树脂含量在30wt%并采用玻璃纤维连续纱增强，厚度分别为15mm；其中外结构层在缠绕成型过程中对玻璃纤维表面毡施加张力，大小为玻璃纤维表面毡强度的25%；

外保护层树脂含量在92wt%并采用玻璃纤维表面毡增强，厚度1mm；

中间结构层为钢纤维混凝土水泥基复合材料，纤维加入量为3wt%，厚度50mm；

界面适配层为雷可德的2双组份聚氨酯基底胶系统及石英砂颗粒的混合物，按质量比聚氨酯:石英砂=1:2.5，厚度为1mm。

得到定长缠绕成型的复合管，当直径为2400mm时按照国家标准GB/T5352-2005和GB/T21238-2007测试，管道的刚度等级不低于100000N/m²。

Claims (9)

1.一种定长缠绕成型高刚度复合管，其特征在于管壁结构由内向外依次为内衬层、内结构层、第一界面适配层、中间结构层、第二界面适配层、外结构层、外保护层；所述内衬层、内结构层、外结构层和外保护层采用玻璃纤维及其织物和玻璃钢树脂制作而成的树脂基复合材料；中间结构层为纤维混凝土水泥基复合材料，采用定长缠绕的制作方式；界面适配层为有机粘接材料与石英砂的混合物。

2.如权利要求1所述的定长缠绕成型高刚度复合管，其特征在于所述的内衬层中玻璃钢树脂含量在65-90wt%并采用玻璃纤维表面毡和针织毡增强，其厚度为1.2mm～5mm；内、外结构层中树脂含量在25～35wt%并采用玻璃纤维连续纱增强，厚度为0.3～30mm；外保护层中树脂含量在90-99wt%并采用玻璃纤维表面毡增强，其厚度为0.15～2mm；中间结构层为纤维混凝土水泥基复合材料，厚度为20～100mm；界面适配层为有机粘接材料与石英砂的混合物，按质量比为有机粘接材料:石英砂=1:1～1:5，厚度为0.1～2mm。

3.如权利要求1或2所述的定长缠绕成型高刚度复合管，其特征在于所述的定长缠绕的制作方式为：

将预制好的纤维混凝土水泥基复合材料通过漏斗注入到螺杆挤出装置中，通过螺杆旋转带动将纤维混凝土挤压密实并通过一个扁平的锥形挤出口挤出，挤出口的下面有同步转动的网格布兜住已挤压密实的扁平形状的纤维混凝土并牵引到圆柱形管材上进行缠绕，再采用压辊滚压，使得纤维混凝土密实形成一个整体。

4.如权利要求1或2所述的定长缠绕成型高刚度复合管，其特征在于所述的有机粘接材料是一种可在潮湿环境下固化的树脂。

5.如权利要求4所述的定长缠绕成型高刚度复合管，其特征在于所述的可在潮湿环境下固化的树脂为双组份聚氨酯树脂。

6.如权利要求1或2所述的定长缠绕成型高刚度复合管，其特征在于所述的外结构层在缠绕成型过程中对玻璃纤维连续纱施加张力，大小为玻璃纤维连续纱强度的1%～50%。

7.一种定长缠绕成型高刚度复合管的制作方法，其特征在于包括以下步骤：

1）在圆柱形模具上制作玻璃钢内衬层；

2）内衬层初步凝胶固化后，在内衬层外表面制作内结构层；

3）有机粘接材料与石英砂的混合物喷涂在内结构层表面形成第一界面适配层；

4）第一界面适配层初步凝胶固化后，开始制作中间结构层，所述的中间结构层为将纤维混凝土水泥基复合材料缠绕制作在界面适配层外表面形成；

5）纤维混凝土水泥基复合材料经过初步养护后在其外表均匀喷涂有机粘接材料与石英砂的混合物，形成第二界面适配层；

6）在第二界面适配层外，采用浸润过玻璃钢树脂的玻璃纤维连续纱通过树脂胶槽逐层缠绕，在缠绕的同时对玻璃纤维施加玻璃纤维连续纱强度1%～50%的张力，形成玻璃钢外结构层；

7）最后在玻璃钢外结构层外缠绕形成玻璃钢外保护层。

8.如权利要求7所述的定长缠绕成型高刚度复合管的制作方法，其特征在于所述的内衬层玻璃钢树脂含量在65-90wt%并采用玻璃纤维表面毡和针织毡增强，其厚度为1.2mm～5mm；内、外结构层树脂含量在25～35wt%并采用玻璃纤维连续纱增强，厚度为0.3～30mm；外保护层树脂含量在90-99wt%并采用玻璃纤维表面毡增强，其厚度为0.15～2mm；中间结构层为纤维混凝土水泥基复合材料，厚度为20～100mm；界面适配层为有机粘接材料与石英砂的混合物，按质量比为有机粘接材料:石英砂=1:1～1:5，厚度为0.1～2mm。

9.一种用水泥基材料定长缠绕制作管材的方法，其特征在于：

将预制好的水泥基材料通过漏斗注入到螺杆挤出装置中，通过螺杆旋转带动将水泥基材料挤压密实并通过一个扁平的锥形挤出口挤出，挤出口的下面有同步转动的网格布兜住已挤压密实的扁平形状的水泥基材料并牵引到圆柱形管材上进行缠绕，再采用压辊滚压，使得水泥基材料密实形成一个整体。

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