CN104613242B - 一种树脂基复合夹层结构管及其二次缠绕制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种树脂基复合夹层结构管及其二次缠绕制作方法。由内到外依次为内衬层、内结构层、夹层结构、外结构层；其中，内衬层、内结构层、外结构层均为树脂基复合材料采用传统的缠绕方式制作，所述夹层结构按如下方式制备而来：在条形骨架结构上采用浸胶的纤维或其织物环向缠绕形成缠绕结构，再将缠绕结构和骨架结构按纤维缠绕的方法环向缠绕到内结构层的表面形成夹层结构。采用中空或轻质材料填充的夹层结构制作的树脂基复合夹层结构管，使得管道的重量大幅降低，实现了轻量化；夹层结构外部的缠绕结构，与内外结构层材料相一致，能很好的结合在一起，不存在界面问题，具有更高的可靠性。

Description

一种树脂基复合夹层结构管及其二次缠绕制作方法

技术领域

本发明涉及一种输送各种介质的树脂基复合夹层结构管及其二次缠绕制作方法。

背景技术

当前给排水行业管道种类众多，比较常见的如混凝土管、钢管、树脂基复合管等，每种管道都有其优势及其劣势。如钢管强度、刚度高，但容易锈蚀；混凝土管刚度大价格低，但水力性能差重量大；树脂基复合管主要是指采用树脂为基体经过增强后制作而成的复合材料管道，如纤维增强塑料管，具有优异的耐腐蚀性和水力性能，但是刚度较低。综合比较而言，树脂基复合管道作为一种新型管道，具有更加突出的优势，是发展的趋势和方向。但是树脂基复合管道的刚度较低的缺点，导致其在地质条件不良或回填施工不好的情况下，容易变形，甚至产生损伤破坏。如果按现有结构和制作工艺来制作高刚度树脂基复合管，则成本势必会增加很多，重量也增加较多，不利于市场推广应用。玻璃钢夹砂管作为一种树脂基复合管采用了树脂石英砂的夹层结构，在一定程度上降低了成本，但其存在较明显的界面问题，质量不易控制，同时在进一步提高刚度时成本仍然会有增加较多，重量也较大的增加。为此市场上需要一种高刚度、低成本、重量轻的新型树脂基管道产品。

发明内容

本发明目的在于提供一种高刚度、低成本、重量轻的树脂基复合管道及其制作方法。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种树脂基复合夹层结构管，由内到外依次为内衬层、内结构层、夹层结构、外结构层；其中，内衬层、内结构层、外结构层均为树脂基复合材料采用缠绕方式制作，所述夹层结构按如下方式制备而来：

在条形骨架结构上采用浸胶的纤维或其织物环向缠绕形成包裹在骨架结构上的缠绕结构，再将缠绕结构和骨架结构按纤维缠绕的方法环向缠绕到内结构层的表面形成夹层结构。

按上述方案，所述夹层结构为单层骨架结构或多层骨架结构。

按上述方案，所述骨架结构为聚氨酯泡沫塑料或聚苯乙烯泡沫塑料制作的实心结构或片材分层叠加结构。

按上述方案，所述骨架结构为树脂基复合材料、金属材料或热塑性塑料制作的中空结构或片材分层叠加结构。

按上述方案，所述树脂基复合材料采用不饱和聚酯树脂、环氧树脂或乙烯基酯树脂为基体材料，采用玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维或聚酯纤维及其织物为增强材料。

上述树脂基复合夹层结构管的二次缠绕制作方法，过程如下：

1)在管道缠绕系统上采用聚酯毡、表面毡或短切毡等纤维织物缠绕制作内衬层，内衬层厚度为0.5～5mm；

2)然后在内衬层外面采用纤维连续纱及短切纱或织物等进行缠绕，形成内结构层；厚度为2～30mm；

3)在条形骨架结构上采用浸胶的纤维或其织物环向缠绕形成包裹在骨架结构上的缠绕结构，再将缠绕结构和骨架结构按纤维缠绕的方法环向缠绕到内结构层的表面形成夹层结构，厚度为10～200mm；

4)再采用纤维连续纱及短切纱或织物在夹层结构外表面上进行缠绕，形成外结构层；厚度为2～30mm。

本发明的有益效果：

采用中空或轻质材料填充的夹层结构制作的树脂基复合夹层结构管，使得管道的重量大幅降低，实现了轻量化；

这种夹层结构外部的缠绕结构，与内外结构层材料相一致，能很好的结合在一起，不存在界面问题，具有更高的可靠性；

由于采用夹层结构可以采用更少的材料获得更厚的管壁厚度，大大提高管壁截面惯性矩，提高了管道刚度，从而实现了高刚度、低成本化。

附图说明

图1：树脂基复合夹层结构管的管壁结构示意图；

图2：制备系统示意图；

图3：夹层结构制作示意图；

图4：骨架结构的缠绕示意图；

1-内衬层；2-内结构层；3-夹层结构；4-外结构层；5-骨架结构；6-缠绕结构；7-管道缠绕系统；8-夹层结构缠绕系统；9-管道缠绕主机及模具；10-内衬层缠绕部分；11-内结构层缠绕部分；12-外结构层缠绕部分；13-骨架结构拉出部分；14-骨架结构的缠绕部分；15-紗架底盘；16-连续纤维纱。

具体实施方式

以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。

参照附图1所示，本发明树脂基复合夹层结构管，由内到外依次为内衬层1、内结构层2、夹层结构3、外结构层4；其中，内衬层1、内结构层2、外结构层4均为树脂基复合材料采用传统的缠绕方式制作，所述夹层结构3按如下方式制备而来：

参照附图4所示，在条形骨架结构5上采用浸胶的连续纤维纱16通过紗架底盘15旋转环向缠绕形成缠绕结构6，再将缠绕结构6和骨架结构5按纤维缠绕的方法环向缠绕到内结构层2的表面形成夹层结构3。

条形骨架结构5可以为聚氨酯泡沫塑料或聚苯乙烯泡沫塑料的实心结构结构，也可以为树脂基复合材料、金属材料或热塑性塑料制作的中空结构，或为以上材料制作的片材分层叠加结构。骨架结构可以在树脂基复合管制作现场同步配套制作或者是预制好的结构。骨架结构5的形状可以是矩形、椭圆形。夹层结构3可以为单层骨架结构或多层骨架结构。

本发明树脂基复合夹层结构管的二次缠绕制作过程如下：

参照附图1、2、3、4；

1)在管道缠绕系统7的圆柱形模具9上通过内衬缠绕部分10将聚酯毡、表面毡或短切毡等纤维织物缠绕制作内衬层1，内衬层1的厚度为0.5～5mm；

2)然后通过内结构层缠绕部分11将纤维连续纱及短切纱或织物等缠绕到内衬层1的外面，形成内结构层2。内结构层2的厚度根据管道直径及不同压力、刚度等要求由计算确定，一般厚度为2～30mm；

3)通过夹层结构缠绕系统8的骨架结构拉出部分13将条形骨架结构5牵引到骨架结构的缠绕部分14，骨架结构的缠绕部分14主要包括紗架底盘15和连续纤维纱16，连续纤维纱16放置在紗架底盘15上，通过紗架底盘15的旋转将连续纤维纱16缠绕到骨架结构5的外表面并浸渍树脂形成缠绕结构6；再将缠绕结构6和骨架结构5按纤维缠绕的方法环向缠绕到内结构层2的表面形成夹层结构3，夹层结构3的厚度主要根据管道直径及刚度计算确定，一般厚度为10～200mm；

4)再通过外结构层缠绕部分12将纤维连续纱及短切纱或织物等缠绕到夹层结构3的外表面，形成外结构层4。外结构层4的厚度根据管道直径及不同压力、刚度等要求由计算确定，一般厚度为2～30mm。

在刚度等级均为30000N/m²时，采用本发明的夹层结构制作方法制作直径2000mm的树脂基复合管，其重量为传统结构树脂基复合管的20％左右，材料成本为实心结构的50％左右。采用本发明的的夹层结构制作方法制作直径2000mm、刚度等级为30000N/m²的树脂基复合管，其材料成本与直径2000mm、刚度等级为5000N/m²的传统结构的树脂基复合管基本相当，但重量仅为传统树脂基复合管的30％左右。同时由于这种夹层结构的树脂复合管重量轻，在管道运输、施工安装等方面都带来极大的便利和更好的经济效益。

Claims (5)

1.一种树脂基复合夹层结构管，其特征在于由内到外依次为内衬层、内结构层、夹层结构、外结构层；其中，内衬层、内结构层、外结构层均为树脂基复合材料采用缠绕方式制作，所述树脂基复合夹层结构管按如下方式制备而来：

1)在管道缠绕系统上采用聚酯毡、表面毡或短切毡纤维织物缠绕制作内衬层，内衬层厚度为0.5～5mm；

2)然后在内衬层外面采用纤维连续纱或短切纱或织物进行缠绕，形成内结构层；厚度为2～30mm；

3)在条形骨架结构上采用浸胶的纤维或其织物环向缠绕形成包裹在骨架结构上的缠绕结构，再将缠绕结构和骨架结构按纤维缠绕的方法环向缠绕到内结构层的表面形成夹层结构，厚度为10～200mm；

4)再采用纤维连续纱或短切纱或织物在夹层结构外表面上进行缠绕，形成外结构层；厚度为2～30mm。

2.如权利要求1所述树脂基复合夹层结构管，其特征在于所述夹层结构为单层骨架结构或多层骨架结构。

3.如权利要求1所述树脂基复合夹层结构管，其特征在于所述骨架结构为聚氨酯泡沫塑料或聚苯乙烯泡沫塑料制作的实心结构或片材分层叠加结构。

4.如权利要求1所述树脂基复合夹层结构管，其特征在于所述骨架结构为树脂基复合材料或金属材料制作的中空结构或片材分层叠加结构。

5.如权利要求1所述树脂基复合夹层结构管，其特征在于所述树脂基复合材料采用不饱和聚酯树脂、环氧树脂或乙烯基酯树脂为基体材料，采用玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维或聚酯纤维为增强材料。