CN103851278A - 一种塑料内衬热塑性缠绕管材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种塑料内衬热塑性缠绕管材及其制备方法，该管材包括由内向外依次设置的内衬层及结构层，内衬层为塑料内衬管，结构层由预浸带片材缠绕在内衬层外部并经辊压形成。制备方法如下：在塑料内衬管里面套上橡胶管，然后将其一起固定到缠绕机的气胀轴上；将预浸带片材放卷、预热后缠绕在套有塑料内衬管的芯模上，预浸带片材在此处被加热至熔融状态；当预浸带片材缠绕完成后，对管材进行辊压，使得预浸带片材层与层之间的粘结更质密；将气胀轴排气，脱模，获得塑料内衬热塑性缠绕管材。与现有技术相比，本发明具有结构层与内衬层界面结合性能好、管材密封性好、管材强度高等优点。

Description

一种塑料内衬热塑性缠绕管材及其制备方法
技术领域
本发明涉及热塑性缠绕管材，尤其是涉及一种塑料内衬热塑性缠绕管材及其制备方法。
背景技术
纤维缠绕成型工艺是树脂基复合材料的一种重要的制造工艺，其制品具有轻质、高强等优异的性能。缠绕成型是将连续增强纤维通过浸渍热固性或者热塑性树脂制成预浸渍片材，然后连续、均匀且有规律地缠绕到芯模或者内衬上，然后经过固化得到所需的制品。缠绕成型制品往往气密性和水密封性不好，因此在制造缠绕制品前需要制作内衬。内衬材料主要有金属、塑料和橡胶等，在使用内衬材料时，存在内衬层与结构层的界面粘结问题。在热塑性缠绕过程中，由于树脂粘度大，树脂在熔融过程中容易产生微气孔，如果直接将连续纤维浸渍热塑性树脂预浸带进行缠绕，其缠绕制品的内表面会存在缺陷，影响整个缠绕制品的密封性。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具备良好的耐水压性能的塑料内衬热塑性缠绕管材及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种塑料内衬热塑性缠绕管材，该管材包括由内向外依次设置的内衬层及结构层，所述的内衬层为塑料内衬管，所述的结构层由预浸带片材缠绕在内衬层外部并经辊压形成。
所述的塑料内衬管的壁厚为1～10mm。
所述的塑料内衬管的材料为聚丙烯或聚乙烯。
所述的预浸带片材为纤维增强树脂片材，其中的树脂基材为聚丙烯或聚乙烯，纤维包为玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维。
预浸带片材的缠绕角度为0°～90°，但不包含0°和90°，优选45°～85°。
所述的结构层的厚度为2mm以上，具体厚度取决于管径和设计压力，优选2～15mm。
一种塑料内衬热塑性缠绕管材的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)在塑料内衬管里面套上橡胶管，然后将其一起固定到缠绕机的气胀轴上；
(2)用缠绕机将预浸带片材缠绕至塑料内衬管上：将预浸带片材放卷、预热后缠绕在套有塑料内衬管的芯模上，预浸带片材在此处被加热至熔融状态，使得预浸带片材的层与层之间粘结，以及预浸带片材与内衬层之间具有良好界面性能；
(3)当预浸带片材缠绕完成后，对管材进行辊压，使得预浸带片材层与层之间的粘结更质密；
(4)将气胀轴排气，脱模，获得塑料内衬热塑性缠绕管材。
步骤(1)中塑料内衬管的材质与步骤(2)中预浸带片材中的树脂基材相同。
步骤(2)中预热和加热熔融过程均由红外加热器产生，其中预浸带片材的预热温度为100～170℃，芯模处加热器的加热温度控制在使得缠绕至芯模上的预浸带片材完全熔融，温度范围根据缠绕速度进行调节。
步骤(3)所述的辊压的压力为0.2～0.8Mpa。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)结构层与内衬层界面结合性能好；
(2)管材密封性更好；
(3)管材强度高。
附图说明
图1为塑料内衬热塑性缠绕管材的横截面示意图；
图2为塑料内衬热塑性缠绕管材的结构示意图；
图中，1为内衬层，2为结构层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
使用内径100mm、壁厚1mm聚丙烯塑料管内衬(一般管材壁厚与管径呈正比)，在内衬管中套上橡胶管，橡胶管与内衬管紧密贴附，然后将内衬管套在缠绕机气胀轴上，充气胀紧°将连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带(玻璃纤维质量百分含量为60％)经过红外加热器预热，红外加热器出口处温度为170℃，以85°缠绕角度在内衬管上环向缠绕2层，其余以75°缠绕至内衬管上，总缠绕厚度2mm，在缠绕机小车上安装红外红外加热器对芯模进行加热，加热温度控制在使得缠绕到芯模上的预浸带完全熔融即可。缠绕完成后，关闭预热红外加热器，芯模处红外加热器继续开着，将加热温度降至聚丙烯熔点，然后将气动压辊压上，压力设置为0.4MPa。辊压完成后，将气胀轴排气，脱模得到管材。
实施例2
使用内径150mm、壁厚2mm聚乙烯塑料管内衬(一般管材壁厚与管径呈正比)，在内衬管中套上橡胶管，橡胶管与内衬管紧密贴附，然后将内衬管套在缠绕机气胀轴上，充气胀紧。将连续玻璃纤维增强聚乙烯预浸带(玻璃纤维质量百分含量为60％)经过红外加热器预热，红外加热器出口处温度为140℃，以85°缠绕角度在内衬管上环向缠绕2层，其余以65°缠绕角度缠绕至内衬管上，缠绕厚度3mm，在缠绕机小车上安装红外红外加热器对芯模进行加热，加热温度控制在使得缠绕到芯模上的预浸带完全熔融即可。缠绕完成后，关闭预热红外加热器，芯模处红外加热器继续开着，将加热温度降至聚丙烯熔点，然后将气动压辊压上，压力设置为0.6MPa。辊压完成后，将气胀轴排气，脱模得到管材。
实施例3
使用内径200mm、壁厚5mm聚丙烯塑料管内衬(一般管材壁厚与管径呈正比)，在内衬管中套上橡胶管，橡胶管与内衬管紧密贴附，然后将内衬管套在缠绕机气胀轴上，充气胀紧。将连续碳纤维增强聚丙烯预浸带(碳纤维质量百分含量为60％)经过红外加热器预热，红外加热器出口处温度为160℃，以85°缠绕角度在内衬管上环向缠绕2层，其余以45°缠绕角度缠绕至内衬管上，缠绕厚度5mm，在缠绕机小车上安装红外红外加热器对芯模进行加热，加热温度控制在使得缠绕到芯模上的预浸带完全熔融即可。缠绕完成后，关闭预热红外加热器，芯模处红外加热器继续开着，将加热温度降至聚丙烯熔点，然后将气动压辊压上，压力设置为0.4MPa。辊压完成后，将气胀轴排气，脱模得到管材。
实施例4
使用内径200mm、壁厚10mm聚丙烯塑料管内衬(一般管材壁厚与管径呈正比)，在内衬管中套上橡胶管，橡胶管与内衬管紧密贴附，然后将内衬管套在缠绕机气胀轴上，充气胀紧°将连续芳纶纤维增强聚丙烯预浸带(芳纶纤维质量百分含量为60％)经过红外加热器预热，红外加热器出口处温度为160℃，以85°缠绕角度在内衬管上环向缠绕2层，其余以75°缠绕角度缠绕至内衬管上，缠绕厚度15mm，在缠绕机小车上安装红外红外加热器对芯模进行加热，加热温度控制在使得缠绕到芯模上的预浸带完全熔融即可。缠绕完成后，关闭预热红外加热器，芯模处红外加热器继续开着，将加热温度降至聚丙烯熔点，然后将气动压辊压上，压力设置为0.8MPa。辊压完成后，将气胀轴排气，脱模得到管材。
表1
样品 水压爆破压力(MPa)
实施例1 9
实施例2 10
实施例3 20
实施例4 32
实施例5
一种塑料内衬热塑性缠绕管材，结构如图1及图2所示，该管材包括由内向外依次设置的内衬层1及结构层2，内衬层1为塑料内衬管，结构层2由预浸带片材缠绕在内衬层外部并经辊压形成。其中，塑料内衬管的壁厚为10mm。塑料内衬管的材料为聚乙烯。预浸带片材为连续芳纶纤维增强聚乙烯。预浸带片材的缠绕角度为环向缠绕2层，其余以75°缠绕角度缠绕。结构层2的厚度为2mm以上，具体厚度取决于管径和设计压力，本实施例中，结构层2的厚度为15mm。
一种塑料内衬热塑性缠绕管材的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)在塑料内衬管里面套上橡胶管，然后将其一起固定到缠绕机的气胀轴上；
(2)用缠绕机将预浸带片材缠绕至塑料内衬管上：将预浸带片材放卷、预热至100℃后，缠绕在套有塑料内衬管的芯模上，预浸带片材在此处被加热至熔融状态，使得预浸带片材的层与层之间粘结，以及预浸带片材与内衬层之间具有良好界面性能；
(3)当预浸带片材缠绕完成后，关闭预热红外加热器，芯模处红外加热器继续开着，将加热温度降至聚丙烯熔点，对管材进行辊压，辊压的压力为0.2Mpa，使得预浸带片材层与层之间的粘结更质密；
(4)将气胀轴排气，脱模，获得塑料内衬热塑性缠绕管材。
步骤(2)中预热和加热熔融过程均由红外加热器产生，芯模处加热器的加热温度控制在使得缠绕至芯模上的预浸带片材完全熔融，温度范围根据缠绕速度进行调节。

Claims (10)

1.一种塑料内衬热塑性缠绕管材，其特征在于，该管材包括由内向外依次设置的内衬层及结构层，所述的内衬层为塑料内衬管，所述的结构层由预浸带片材缠绕在内衬层外部并经辊压形成。
2.根据权利要求1所述的一种塑料内衬热塑性缠绕管材，其特征在于，所述的塑料内衬管的壁厚为1～10mm。
3.根据权利要求1所述的一种塑料内衬热塑性缠绕管材，其特征在于，所述的塑料内衬管的材料为聚丙烯或聚乙烯。
4.根据权利要求1所述的一种塑料内衬热塑性缠绕管材，其特征在于，所述的预浸带片材为纤维增强树脂片材，其中的树脂基材为聚丙烯或聚乙烯，纤维为玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维。
5.根据权利要求1所述的一种塑料内衬热塑性缠绕管材，其特征在于，预浸带片材的缠绕角度为0°～90°，但不包含0°和90°，优选45°～85°。
6.根据权利要求1所述的一种塑料内衬热塑性缠绕管材，其特征在于，所述的结构层的厚度为2mm以上，具体厚度取决于管径和设计压力，优选2～15mm。
7.一种如权利要求1所述的塑料内衬热塑性缠绕管材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)在塑料内衬管里面套上橡胶管，然后将其一起固定到缠绕机的气胀轴上；
(2)用缠绕机将预浸带片材缠绕至塑料内衬管上：将预浸带片材放卷、预热后缠绕在套有塑料内衬管的芯模上，预浸带片材在此处被加热至熔融状态，使得预浸带片材的层与层之间粘结，以及预浸带片材与内衬层之间具有良好界面性能；
(3)当预浸带片材缠绕完成后，对管材进行辊压，使得预浸带片材层与层之间的粘结更质密；
(4)将气胀轴排气，脱模，获得塑料内衬热塑性缠绕管材。
8.根据权利要求7所述的一种塑料内衬热塑性缠绕管材的制备方法，其特征在于，步骤(1)中塑料内衬管的材质与步骤(2)中预浸带片材中的树脂基材相同。
9.根据权利要求7所述的一种塑料内衬热塑性缠绕管材的制备方法，其特征在于，步骤(2)中预热和加热熔融过程均由红外加热器产生，其中预浸带片材的预热温度为100～170℃，芯模处加热器的加热温度控制在使得缠绕至芯模上的预浸带片材完全熔融，温度范围根据缠绕速度进行调节。
10.根据权利要求7所述的一种塑料内衬热塑性缠绕管材的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述的辊压的压力为0.2～0.8Mpa。
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