CN106979391A - 一种非粘结热塑性复合材料柔性管及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种非粘结热塑性复合材料柔性管及其制备工艺，所述柔性管最内层和最外层分别为内衬骨架层和外保护层，所述内衬骨架层和外保护层之间设有至少一层抗拉层和至少一层抗压层,所述内衬骨架层、抗拉层、抗压层、外保护层任意两层之间设有耐磨层，所述内衬骨架层由不同纤维含量的复合材料带与芯模轴线的缠绕角度大于等于70°小于90°缠绕、加热熔融和压合粘结而成，所述内衬骨架层纤维含量由内至外逐渐降低，每一种复合材料带的缠绕层数为偶数层且相邻两层之间缠绕方向相反。本发明的有益效果是具有普通钢制柔性管所具有的柔性与强度、具有更好的耐腐蚀性和优秀的抗疲劳特性、质量轻、性价比高等显著优点。
Description
技术领域
本发明涉及热塑性复合材料管道制造技术领域，具体的说是一种非粘结热塑性复合材料柔性管及其制备工艺。
背景技术
随着全球油气开采行业的不断发展，对于应用于海洋油气开采的管道需求量越来越大。比较而言，海洋油气开发相比陆上作业工况要复杂的多，对管道抗疲劳、抗压、耐温、耐腐蚀等性能有很高要求。
柔性管具有耐腐蚀、重量轻、可盘卷、易安装和回收、可降低综合成本等优点，受到业界的普遍关注。目前世界上已经出现多种截面结构的柔性管产品。其中，目前应用的绝大部分的柔性管仍以螺旋钢带或者金属线圈增强结构作为骨架层、压力层和拉伸层等承压结构。这一结构增加了柔性管的重量，并常常会带来腐蚀、疲劳及对H2S和CO2的敏感性，极易导致失效。
现有技术中采用缠绕方法做管道内层，在用作输油输气管道时，往往会出现由于粘合部位界面强度低而发生渗透、脱粘剥离进而失效的现象，从而造成较大的经济损失。
CN201410282015中的管道结构包括内骨架层、内衬层、非粘接增强层、内保护层、外骨架层、外拉伸层、抗磨层和外保护层。为了防止内衬层发生真空塌陷，内部设有内骨架层。内骨架层的存在虽然在一定程度上降低了真空塌陷的风险，但由于内部摩阻系数大，严重降低了输送效率，仍有较高的结蜡可能；在输送含沙量较高的介质时有很大的局限性。该管道中也部分采用了热固性树脂材料，通常其固化效果控制难度大、采用的部分原料如固化剂等有较大的毒性和污染，不利于回收利用。且该种管道制备工艺繁琐，可能需要重复缠绕、挤出等工序。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术的不足，提供了一种质量轻、耐腐蚀性好、耐疲劳性好、适用于海洋油气开采的非粘结热塑性复合材料柔性管及其制备工艺。
本发明的技术方案是：
一种非粘结热塑性复合材料柔性管，所述非粘结热塑性复合材料柔性管最内层为内衬骨架层，所述非粘结热塑性复合材料柔性管最外层为外保护层，所述内衬骨架层和外保护层之间设有至少一层抗拉层和至少一层抗压层,所述内衬骨架层、抗拉层、抗压层、外保护层任意两层之间设有耐磨层，所述内衬骨架层由不同纤维含量的复合材料带缠绕而成，所述复合材料带与芯模轴线的缠绕角度范围为α，所述α范围为70°≤α＜90°，所述内衬骨架层所使用的复合材料带的纤维含量由内至外逐渐降低，所述内衬骨架层每一种复合材料带的缠绕层数为偶数层，所述内衬骨架层相邻两层复合材料带之间缠绕方向相反，所述内衬骨架层最内层中紧贴芯模的复合材料带边缘相互搭接，所述复合材料带通过加热熔融和压合粘结形成一个整体结构。
所述内衬骨架层所使用的复合材料带与芯模轴线的缠绕角度α的范围为：80°≤α≤85°。
所述内衬骨架层所使用的复合材料带与芯模轴线的缠绕角度α为85°。
所述非粘结热塑性复合材料柔性管层数大于等于7小于等于15。
所述内衬骨架层最内层复合材料带中纤维含量为60～70％，所述内衬骨架层最外层复合材料带中纤维含量为20～30％。
所述内衬骨架层厚度范围为5～20mm，所述内衬骨架层最内层厚度范围为3～8mm。
所述的非粘结热塑性复合材料柔性管的制备工艺，包括以下步骤：
(1)内衬骨架层的制作
1)首先将宽30～50mm、纤维含量60～70％的复合材料带与芯模轴线缠绕角度α进行搭接缠绕，所述纤维含量60～70％的复合材料带在缠绕的同时采用激光加热方式对相邻复合材料带搭接区域进行加热使之熔融并压合粘结，所述α的角度范围为70°≤α＜90°；
2)将宽30～50mm、纤维含量60～70％的复合材料带按照步骤1)缠绕角度α相反的方向即-α角进行缠绕，在缠绕的同时对复合材料带整个幅面进行加热处理和热压粘合，从而将经过缠绕、加热处理和热压粘合形成的层贴合在步骤1)所形成的层外表面；
3)将宽30～50mm、纤维含量60～70％的复合材料带按照步骤1)缠绕角度α进行缠绕，在缠绕的同时对复合材料带整个幅面进行加热处理和热压粘合，从而将经过缠绕、加热处理和热压粘合形成的层贴合在步骤2)所形成的层外表面；
4)重复步骤2)n1+1次，重复步骤3)n1次，所述n1为正整数，所述纤维含量60～70％的复合材料与芯模轴线缠绕角度±α分别进行n1+2次缠绕、加热处理和热压粘合后形成内衬骨架层的最内层，所述内衬骨架层的最内层的厚度范围为3～8mm；
5)将宽30～50mm、纤维含量低于步骤1)大于20～30％的其他几个不同纤维含量的复合材料带按照与芯模轴线缠绕角度±α方向进行n2次缠绕，在缠绕的同时将复合材料带整个幅面进行加热处理和热压粘合，从而将每次缠绕、加热处理和热压粘合形成的层贴合在内衬骨架层最内层或上一层所形成的层外表面，所述前后两层复合材料带的缠绕角度刚好相反；所述每一种纤维含量的复合材料带的缠绕厚度范围为2～5mm；所述内衬骨架层从内至外纤维含量逐渐降低，所述n2为正整数且为偶数；
6)将宽度30～50mm、纤维含量20～30％的复合材料带按照与芯模轴线缠绕角度±α方向进行n3次缠绕，在缠绕的同时将复合材料带整个幅面进行加热处理和热压粘合，从而将每次缠绕、加热处理和热压粘合形成的层贴合在步骤5)所形成的层或上一层所形成的层外表面，所述前后两层带材的缠绕角度刚好相反，所述纤维含量20～30％的复合材料带的缠绕厚度为2～4mm，所述n3为正整数且为偶数；
(2)抗拉层的制作
1)选用热塑性复合材料带
所述抗拉层通过宽度10～30mm、厚度2～4mm、纤维含量20～70％的热塑性复合材料带与芯模轴线缠绕角度±β方向进行n4次缠绕成型，20°≤β＜45°，所述n4为正整数且为偶数，所述前一层热塑性复合材料带与后一层热塑性复合材料带缠绕角度β方向相反，所述热塑性复合材料带采用交叉缠绕方式；
2)选用连续性纤维丝束
所述抗拉层通过连续性纤维丝束与芯模轴线缠绕角度±β方向n5次缠绕成型，20°≤β＜45°，所述n5为正整数且为偶数，所述前一层连续性纤维丝束与后一层连续性纤维丝束缠绕角度β方向相反；所述连续性纤维丝束采用交叉缠绕方式，所述连续性纤维丝束的单丝直径范围为：10～30um，所述连续性纤维丝束线密度范围为1300～2500g/km；
(3)抗压层的制作
所述抗压层通过宽度10～50mm，厚度3～7mm、纤维含量40～70％的热塑性复合材料带与芯模轴线缠绕角度±γ进行n6次缠绕成型，60°≤γ＜90°，所述n6为正整数且为偶数，所述前一层热塑性复合材料带和后一层热塑性复合材料带缠绕角度γ方向相反；
(4)外保护层的制作
所述外保护层通过HDPE原料及其它助剂混合均匀后经单螺杆挤出设备挤出形成，所述单螺杆挤出设备机筒温度为170～190℃，所述单螺杆挤出设备的模头温度为170～190℃；
(5)耐磨层的制作
1)选用芳纶或尼龙纤维
所述耐磨层通过编织机将芳纶或尼龙纤维编制成网状结构贴附在内衬骨架层、抗拉层、抗压层、外保护层任意两层之间，所述芳纶或尼龙纤维中纤维丝束之间间隔0.3～5mm且成90°交叉，所述芳纶或尼龙纤维中纤维丝束与芯模轴线成45°角；
2)选用尼龙带
所述耐磨层通过尼龙带交叉缠绕贴附内衬骨架层、抗拉层、抗压层、外保护层在任意两层之间，所述尼龙带与芯模轴线的缠绕角度为45°角。
所述内衬骨架层在缠绕和熔融的同时，采用张紧装置对复合材料带施加300～500N的缠绕张力，并通过压力辊施加100～200N的压力将内衬骨架层最内层、最内层搭接区域和其余层粘合形成一个整体结构。
所述步骤(1)中2)～6)中的加热处理的加热温度范围为220～380℃。所述内衬骨架层最内层中紧贴芯模复合材料带边缘相互搭接的区域范围为3～10mm，所述权利要求7步骤(1)中1)中的激光加热温度范围为：180～360℃。
本发明的有益效果是：具有普通钢制柔性管所具有的柔性与强度，还具有更好的耐海水、耐H2S、耐CO2等化学物质的腐蚀性，具有优秀的抗疲劳特性，质量轻、性价比高等显著优点。
附图说明
图1是本发明的最简结构示意图；
图2是图1的截面示意图；
图中标记：1.内衬骨架层，2.抗拉层，3.抗压层，4.耐磨层，5.外保护层，6.芯模轴线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以助于理解本发明的内容。
如图1和图2所示，所述非粘结热塑性复合材料柔性管最内层为内衬骨架层1，所述非粘结热塑性复合材料柔性管最外层为外保护层5，所述内衬骨架层1和外保护层之间5设有至少一层抗拉层2和至少一层抗压层3,所述内衬骨架层1、抗拉层2、抗压层3、外保护层5任意两层之间设有耐磨层4，所述内衬骨架层1由不同纤维含量的复合材料带缠绕而成，所述复合材料带与芯模轴线6的缠绕角度为±α，所述内衬骨架层1纤维含量由内至外逐渐降低，所述内衬骨架层1每一种复合材料带的缠绕层数为偶数层，所述内衬骨架层1相邻两层的复合材料带之间缠绕方向相反，所述α范围为70°≤α＜90°，所述内衬骨架层1最内层中紧贴芯模的复合材料带边缘相互搭接，所述复合材料带通过加热熔融和压合粘结形成一个整体结构。
所述芯模为制造非粘结热塑性复合材料柔性管时使用的模具，所述芯模为圆柱形，所述芯模轴线6为芯模的轴线。
优选的，所述内衬骨架层所使用的复合材料带与芯模轴线的缠绕角度α的范围为：80°≤α≤85°。
更有选的，所述内衬骨架层所使用的复合材料带与芯模轴线的缠绕角度α为85°。
所述内衬骨架层1最内层复合材料带中纤维含量为60～70％，所述内衬骨架层1最外层复合材料带中纤维含量为20～30％。
所述内衬骨架层1厚度范围为5～20mm，所述内衬骨架层1最内层厚度范围为3～8mm。
其中视非粘结热塑性复合材料柔性管强度需要，抗拉层2、抗压层3可能均不止一层。
所述非粘结热塑性复合材料柔性管层数大于等于7小于等于15，所述非粘结热塑性复合材料柔性管层数为7时，所述非粘结热塑性复合材料柔性管层数为最简单排布，排布为内衬骨架1、耐磨层4、抗拉层2、耐磨层4、抗压层3、耐磨层4、外保护层5或内衬骨架层1、耐磨层4、抗压层3、耐磨层4、抗拉层2、耐磨层4、外保护层5；
所述非粘结热塑性复合材料柔性管层数大于7小于等于15时，所述非粘结热塑性复合材料柔性管层数排布为：最内层为内衬骨架层1，最外层为外保护层5，最内层与最外层之间分布至少一层抗拉层2、至多五层抗压层3和七层耐磨层4，或最内层与最外层之间分布至少一层抗压层3、至多五层抗拉层2和7层耐磨层，所述最内层与最外层之间抗拉层、抗压层可任意组合，但应该至少包含一层抗拉层或抗压层。
所述内衬骨架层1既可以作为流体的通道，同时又起到支撑防护和抵抗环向应力的作用。
所述内衬骨架层1最内层采用激光加热更便于精确控制受热面，快速达到设定温度，然后经粘合、加压，从而使粘合部位粘合强度更高，内外表面更加平整光滑。
所述抗拉层主要用于抵抗轴向拉伸，复合材料带或连续性纤维以小角度缠绕，且在管道结构中有多层，极大提高了管道的轴向拉伸性能。
所述抗压层主要用于抵抗径向和环向载荷，多层复合材料带热熔粘合，且抗压层在管道结构中分布多层，极大的提高了管道的抗压强度等性能。
所述耐磨层分布于各结构层之间，极大降低了传统非粘结柔性管结构部件之间相对滑移造成的磨损。
所述外保护层是聚合物挤出层，用于保护管结构元件不受外界环境破坏并给予一定机械强度保护。
所述非粘结热塑性复合材料柔性管的制备工艺，包括以下步骤：
1)首先将宽30～50mm、纤维含量60～70％的复合材料带，然后按照复合材料带与芯模轴线缠绕角度α进行搭接缠绕，70°≤α＜90°，相邻复合材料带搭接区域范围为3～10mm，在缠绕的同时采用激光加热方式对相邻复合材料带搭接区域进行加热使之熔融，激光加热的温度范围为：180～360℃，在缠绕和熔融的同时，采用张紧装置对复合材料带施加300～500N的缠绕张力，并通过压力辊施加100～200N的压力将搭接区域粘合；
2)将宽30～50mm、纤维含量60～70％的复合材料带按照内衬骨架层最内层缠绕角度相反的方向即-α角度进行缠绕，在缠绕的同时将复合材料带整个幅面进行加热处理，所述加热温度范围为220～380℃，在缠绕和熔融的同时，采用张紧装置对复合材料带施加300～500N的缠绕张力，并通过压力辊施加100～200N的压力将该层热熔粘合在内衬骨架层步骤1)所形成的层外表面；
3)首先将宽30～50mm、纤维含量60～70％的复合材料带按照内衬骨架层最内层缠绕角度α进行缠绕，在缠绕的同时将复合材料带整个幅面进行加热处理，所述加热温度范围为220～380℃，在缠绕和熔融的同时，采用张紧装置对复合材料带施加300～500N的缠绕张力，并通过压力辊施加100～200N的压力将该层热熔粘合在内衬骨架层步骤2)所形成的层外表面；
4)重复步骤2)n1+1次，重复步骤3)n1次，所述n1为正整数，所述纤维含量60～70％的复合材料与芯模轴线缠绕角度±α分别进行n1+2次缠绕、加热处理和热压粘合后形成内衬骨架层的最内层，所述内衬骨架层的最内层的厚度范围为3～8mm；
5)将宽30～50mm、纤维含量低于步骤1)大于20～30％的其他几个不同纤维含量的复合材料带按照与芯模轴线缠绕角度±α方向进行n2次缠绕，每层复合材料带在缠绕的同时将复合材料带整个幅面进行加热处理，所述加热温度范围为220～380℃，在缠绕和熔融的同时，采用张紧装置对复合材料带施加300～500N的缠绕张力，并通过压力辊施加100～200N的压力将该层热熔粘合在内衬骨架层最内层或上一层缠绕所形成的层外表面，所述前后两层复合材料带的缠绕角度刚好相反；所述每一种纤维含量的复合材料带的缠绕厚度范围为2～5mm；所述内衬骨架层从内至外纤维含量逐渐降低，所述n2为正整数且为偶数，所述不同纤维含量的复合材料带缠绕层数分别为偶数层，所述不同纤维含量的复合材料带缠绕层数之和为n2；
6)将宽度30～50mm、纤维含量20～30％的复合材料带按照与芯模轴线缠绕角度±α方向进行n3次缠绕，每层复合材料带在缠绕的同时对复合材料带整个幅面进行加热处理，然后经热熔压合粘结贴在步骤5)或上一层缠绕所形成的层外表面，所述前后两层带材的缠绕角度刚好相反，所述纤维含量20～30％的复合材料带的缠绕厚度为2～4mm，所述n3为正整数且为偶数；
(2)抗拉层的制作
1)选用热塑性复合材料带
所述抗拉层通过宽度10～30mm、厚度2～4mm、纤维含量20～70％的热塑性复合材料带与芯模轴线缠绕角度±β方向进行n4次缠绕成型，20°≤β＜45°，所述n4为正整数且为偶数，所述前一层热塑性复合材料带与后一层热塑性复合材料带缠绕角度β方向相反，所述热塑性复合材料带采用交叉缠绕方式；
2)选用连续性纤维丝束
所述抗拉层通过连续性纤维丝束与芯模轴线缠绕角度±β方向n5次缠绕成型，20°≤β＜45°，所述n5为正整数且为偶数，所述前一层连续性纤维丝束与后一层连续性纤维丝束缠绕角度β方向相反；所述连续性纤维丝束采用交叉缠绕方式，所述连续性纤维丝束的单丝直径范围为：10～30um，所述连续性纤维丝束线密度范围为1300～2500g/km；
(3)抗压层的制作
所述抗压层通过宽度10～50mm，厚度3～7mm、纤维含量40～70％的热塑性复合材料带与芯模轴线缠绕角度±γ进行n6次缠绕成型，60°≤γ＜90°，所述n6为正整数且为偶数，所述前一层热塑性复合材料带和后一层热塑性复合材料带缠绕角度γ方向相反；
(4)外保护层的制作
所述外保护层通过HDPE原料及其它助剂混合均匀后经单螺杆挤出设备挤出形成，所述单螺杆挤出设备机筒温度为170～190℃，所述单螺杆挤出设备的模头温度为170～190℃；
(5)耐磨层的制作
1)选用芳纶或尼龙纤维
所述耐磨层通过编织机将芳纶或尼龙纤维编制成网状结构贴附在内衬骨架层、抗拉层、抗压层、外保护层任意两层之间，所述芳纶或尼龙纤维中纤维丝束之间间隔0.3～5mm且成90°交叉，所述芳纶或尼龙纤维中纤维丝束与芯模轴线成45°角；
2)选用尼龙带
所述耐磨层通过尼龙带交叉缠绕贴附内衬骨架层、抗拉层、抗压层、外保护层在任意两层之间，所述尼龙带与芯模轴线的缠绕角度为45°角。
所述加热处理的加热方式可选红外加热、微波加热、电阻丝加热等方式。所述加热温度视带材基体树脂具体材料而定，控制树脂熔融软化而不发生流动、垂滴。
所述的复合材料带是由热塑性聚合物材料与连续性纤维复合制成，纤维单向均匀分布在带当中；所述复合材料带中的纤维含量在20～70％区间分多个等级；所述复合材料带为热塑性聚合物树脂，可分为高密度聚乙烯HDPE、聚丙烯PP、聚酰胺PA、聚苯硫醚PPS、聚偏氟乙烯PVDF、聚醚酮酮PEKK、聚醚醚酮PEEK中的一种或几种。
所述的连续性纤维为玻璃纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、玄武岩纤维或碳纤维中的一种或几种，所述连续性纤维的线密度为600D～1500D。
实施例一
所述非粘结热塑性复合材料柔性管由内向外分别是内衬骨架层1、耐磨层4、抗拉层2、耐磨层2、抗压层3、耐磨层4、外保护层5，该种结构适用于中低压环境的油气输送等。
(1)内衬骨架层1制作
1)所述内衬骨架层采用宽度50mm，厚度0.25mm、纤维含量70％的聚苯硫醚PPS玻纤带，按照聚苯硫醚PPS玻纤带与芯模轴线缠绕角度80°角进行缠绕而成，相邻聚苯硫醚PPS玻纤带搭接区域为10mm，采用激光加热方式对相邻复合材料带搭接区域进行加热使之熔融，激光加热的温度范围为：285～310℃，在缠绕和熔融的同时，采用张紧装置对复合材料带施加300～500N的缠绕张力，并通过压力辊施加100～200N的压力将搭接区域粘合；
2)将宽度50mm，厚度0.25mm、纤维含量70％的聚苯硫醚PPS玻纤带，按照聚苯硫醚PPS玻纤带与芯模轴线缠绕角度80°角相反方向即-80°角进行缠绕而成，将聚苯硫醚PPS玻纤带整个幅面进行加热处理，所述加热温度范围为285～310℃，在缠绕和熔融的同时，采用张紧装置对复合材料带施加300～500N的缠绕张力，并通过压力辊施加100～200N的压力将该层热熔粘合在内衬骨架层步骤1)所形成的层外表面；
3)将宽50mm、厚度0.25mm、纤维含量50％的聚苯硫醚PPS玻纤带，按照聚苯硫醚PPS玻纤带与芯模轴线缠绕角度80°角方向进行缠绕而成，将复合材料带整个幅面进行加热处理，所述加热温度范围为350～365℃，在缠绕和熔融的同时，采用张紧装置对复合材料带施加300～500N的缠绕张力，并通过压力辊施加100～200N的压力将该层热熔粘合在步骤2)所缠绕的层外表面；
4)重复步骤2)23次，重复步骤3)22次，所述纤维含量70％的聚苯硫醚PPS玻纤带与芯模轴线缠绕角度±80°角方向分别进行24次缠绕、加热处理和热压粘合后形成内衬骨架层的最内层，所述内衬骨架层的最内层的厚度为5mm，所述上一层聚苯硫醚PPS玻纤带与下一层聚苯硫醚PPS玻纤带的缠绕角度刚好相反，从而形成内衬骨架层的最内层；
5)将宽度50mm，厚度0.25mm、纤维含量60％、50％、40％三个不同纤维含量的聚苯硫醚PPS玻纤带分别按照与芯模轴线缠绕角度±80°方向进行12次、10次、8次缠绕，每层聚苯硫醚PPS玻纤带在缠绕的同时对整个幅面进行加热处理，所述加热温度范围为285～310℃，在缠绕和熔融的同时，采用张紧装置对聚苯硫醚PPS玻纤带施加300～500N的缠绕张力，并通过压力辊施加100～200N的压力将该层热熔粘合在内衬骨架层最内层或上一层缠绕所形成的层外表面，所述前后两层聚苯硫醚PPS玻纤带的缠绕角度刚好相反；所述每一种纤维含量的聚苯硫醚PPS玻纤带的缠绕厚度范围为2mm；所述内衬骨架层从内至外纤维含量逐渐降低，所述不同纤维含量的聚苯硫醚PPS玻纤带缠绕层数分别为偶数层，所述不同纤维含量的复合材料带缠绕层数之和为30；
6)最后将宽度50mm、厚度0.25mm、纤维含量30％的聚苯硫醚PPS玻纤带按照与芯模轴线缠绕角度±80°方向进行缠绕，每层聚苯硫醚PPS玻纤带在缠绕的同时对整个幅面进行加热处理，所述加热温度范围为285～310℃，在缠绕和熔融的同时，采用张紧装置对聚苯硫醚PPS玻纤带施加300～500N的缠绕张力，并通过压力辊施加100～200N的压力将该层热熔粘合在上一层缠绕所形成的层外表面，所述前后两层聚苯硫醚PPS玻纤带的缠绕角度刚好相反；纤维含量30％的聚苯硫醚PPS玻纤带成为内衬骨架层的外表面层；前后两层聚苯硫醚PPS玻纤带的缠绕角度刚好相反，该纤维含量聚苯硫醚PPS玻纤带缠绕厚度1mm。
(2)抗拉层2的制作
采用宽度10mm、厚度4mm的高密度聚乙烯玻纤带与芯模轴线缠绕角度35°多层缠绕成型，所述前一层高密度聚乙烯玻纤带与后一层的高密度聚乙烯玻纤带缠绕方向相反。
(3)抗压层3的制作
将宽度10mm，厚度7mm聚丙烯玻纤带与芯模轴线缠绕角度70°多层缠绕成型，前一层聚丙烯玻纤带和后一层聚丙烯玻纤带缠绕角度相同且方向相反。
(4)外保护层5的制作
将HDPE原料及其它助剂混合均匀后通过单螺杆挤出设备挤出外保护层，该层厚度5mm，机筒温度为170～190℃，挤出设备的模头的温度是170～190℃。
(5)耐磨层4的制作
将四条宽30mm，厚度0.15mm的尼龙带交叉缠绕形成耐磨层，所述尼龙带与芯模轴线的缠绕角度为45°，耐磨层厚度为3mm，将3个耐磨层4分别贴附内衬骨架层1、抗拉层2、抗压层3、外保护层5任意两层之间。
实施例二
所述非粘结热塑性复合材料柔性管由内向外分别是内衬骨架层1、耐磨层4、抗拉层2、耐磨层2、抗压层3、耐磨层4、抗拉层2、耐磨层4、抗压层3、耐磨层、外保护层5，该种结构较适合高压环境的油气输送等。
(1)内衬骨架层1制作
1)所述内衬骨架层采用宽度45mm、厚度0.30mm、纤维含量70％的聚醚醚酮PEEK碳纤带，按照聚醚醚酮PEEK碳纤带与芯模轴线缠绕角度85°角进行缠绕而成，相邻聚醚醚酮PEEK碳纤带搭接区域为10mm，采用激光加热方式对相邻聚醚醚酮PEEK碳纤带搭接区域进行加热使之熔融，激光加热的温度范围为：345～360℃，在缠绕和熔融的同时，采用张紧装置对复合材料带施加300～500N的缠绕张力，并通过压力辊施加100～200N的压力将搭接区域粘合；
2)将宽度45mm、厚度0.30mm、纤维含量70％的聚醚醚酮PEEK碳纤带，按照聚醚醚酮PEEK碳纤带与芯模轴线缠绕角度85°角相反方向即-85°角进行缠绕而成，将聚醚醚酮PEEK碳纤带整个幅面进行加热处理，所述加热温度范围为350～370℃，在缠绕和熔融的同时，采用张紧装置对聚醚醚酮PEEK碳纤带施加300～500N的缠绕张力，并通过压力辊施加100～200N的压力将该层热熔粘合在内衬骨架层步骤1)所形成的层外表面；
3)将宽度45mm、厚度0.30mm、纤维含量70％的聚醚醚酮PEEK碳纤带，按照聚醚醚酮PEEK碳纤带与芯模轴线缠绕角度85°角方向进行缠绕而成，将聚醚醚酮PEEK碳纤带整个幅面进行加热处理，所述加热温度范围为350～370℃，在缠绕和熔融的同时，采用张紧装置对聚醚醚酮PEEK碳纤带施加300～500N的缠绕张力，并通过压力辊施加100～200N的压力将该层热熔粘合在步骤2)所缠绕的层外表面；
4)重复步骤2)15次，重复步骤3)14次,所述纤维含量70％的聚醚醚酮PEEK碳纤带与芯模轴线缠绕角度±85°分别进行16次缠绕、加热处理和热压粘合后形成内衬骨架层的最内层，所述内衬骨架层的最内层的厚度为4mm，所述上一层聚醚醚酮PEEK碳纤带与下一层聚醚醚酮PEEK碳纤带的缠绕角度刚好相反，从而形成内衬骨架层的最内层；
5)将宽度45mm、厚度0.30mm、纤维含量60％、50％、40％、30％四个不同纤维含量的聚醚醚酮PEEK碳纤带分别按照与芯模轴线缠绕角度±85°方向进行8次缠绕，每层聚醚醚酮PEEK碳纤带在缠绕的同时对整个幅面进行加热处理，所述加热温度范围为350～370℃，在缠绕和熔融的同时，采用张紧装置对聚醚醚酮PEEK碳纤带施加300～500N的缠绕张力，并通过压力辊施加100～200N的压力将该层热熔粘合在内衬骨架层最内层或上一层缠绕所形成的层外表面，所述前后两层聚醚醚酮PEEK碳纤带的缠绕角度刚好相反；所述每一种纤维含量的聚醚醚酮PEEK碳纤带的缠绕厚度范围为2mm；所述内衬骨架层从内至外纤维含量逐渐降低，所述不同纤维含量的聚醚醚酮PEEK碳纤带缠绕层数分别为偶数层，所述不同纤维含量的复合材料带缠绕层数之和为32；
6)最后将宽度45mm、厚度0.30mm、纤维含量20％的聚醚醚酮PEEK碳纤带按照与芯模轴线缠绕角度±85°方向进行缠绕，每层聚醚醚酮PEEK碳纤带在缠绕的同时对整个幅面进行加热处理，所述加热温度范围为350～370℃，在缠绕和熔融的同时，采用张紧装置对聚醚醚酮PEEK碳纤带施加300～500N的缠绕张力，并通过压力辊施加100～200N的压力将该层热熔粘合在上一层缠绕所形成的层外表面，所述前后两层聚醚醚酮PEEK碳纤带的缠绕角度刚好相反；纤维含量20％的聚醚醚酮PEEK碳纤带成为内衬骨架层的外表面层；前后两层聚醚醚酮PEEK碳纤带的缠绕角度刚好相反，该纤维含量聚醚醚酮PEEK碳纤带缠绕厚度为2mm。
(2)抗拉层2的制作
采用宽度15mm、厚度4mm的高密度聚乙烯玻纤带与芯模轴线缠绕角度35°多层缠绕成型，所述前一层高密度聚乙烯玻纤带与后一层的高密度聚乙烯玻纤带缠绕方向相反。
(3)抗压层3的制作
将宽度20mm，厚度5mm聚苯硫醚玻纤带与芯模轴线缠绕角度75°多层缠绕成型，前一层聚苯硫醚玻纤带和后一层聚苯硫醚玻纤带缠绕角度相同且方向相反。
(4)外保护层5的制作
将HDPE原料及其它助剂混合均匀后通过单螺杆挤出设备挤出外保护层，该层厚度5mm，机筒温度为170～190℃，挤出设备的模头的温度是170～190℃。
(5)耐磨层4的制作
用编织机将芳纶纤维丝束编制成网状结构贴附内衬骨架层1、抗拉层2、抗压层3、外保护层5任意两层之间，芳纶纤维丝束之间间隔3mm且成90°交叉，所述芳纶纤维丝束与芯模轴线成45°。
惟以上所述者，仅为本发明的具体实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，故其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修改，皆应仍属本发明权利要求书涵盖之范畴。
Claims (10)
1.一种非粘结热塑性复合材料柔性管，其特征在于：所述非粘结热塑性复合材料柔性管最内层为内衬骨架层，所述非粘结热塑性复合材料柔性管最外层为外保护层，所述内衬骨架层和外保护层之间设有至少一层抗拉层和至少一层抗压层,所述内衬骨架层、抗拉层、抗压层、外保护层任意两层之间设有耐磨层，所述内衬骨架层由不同纤维含量的复合材料带缠绕而成，所述复合材料带与芯模轴线的缠绕角度范围为α，所述α范围为70°≤α＜90°，所述内衬骨架层所使用的复合材料带的纤维含量由内至外逐渐降低，所述内衬骨架层每一种复合材料带的缠绕层数为偶数层，所述内衬骨架层相邻两层复合材料带之间缠绕方向相反，所述内衬骨架层最内层中紧贴芯模的复合材料带边缘相互搭接，所述复合材料带通过加热熔融和压合粘结形成一个整体结构。
2.根据权利要求1所述的非粘结热塑性复合材料柔性管，其特征在于：所述内衬骨架层所使用的复合材料带与芯模轴线的缠绕角度α的范围为：80°≤α≤85°。
3.根据权利要求1所述的非粘结热塑性复合材料柔性管，其特征在于：所述内衬骨架层所使用的复合材料与芯模轴线的缠绕角度α为85°。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的非粘结热塑性复合材料柔性管，其特征在于：所述非粘结热塑性复合材料柔性管层数大于等于7小于等于15。
5.根据权利要求4所述的非粘结热塑性复合材料柔性管，其特征在于：所述内衬骨架层最内层复合材料带中纤维含量为60～70％，所述内衬骨架层最外层复合材料带中纤维含量为20～30％。
6.根据权利要求5所述的非粘结热塑性复合材料柔性管，其特征在于：所述内衬骨架层厚度范围为5～20mm，所述内衬骨架层最内层厚度范围为3～8mm。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的非粘结热塑性复合材料柔性管的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：
(1)内衬骨架层的制作
1)首先将宽30～50mm、纤维含量60～70％的复合材料带与芯模轴线缠绕角度α进行搭接缠绕，所述纤维含量60～70％的复合材料带在缠绕的同时采用激光加热方式对相邻复合材料带搭接区域进行加热使之熔融并压合粘结，所述α的角度范围为70°≤α＜90°；
2)将宽30～50mm、纤维含量60～70％的复合材料带按照步骤1)缠绕角度α相反的方向即-α角进行缠绕，在缠绕的同时对复合材料带整个幅面进行加热处理和热压粘合，从而将经过缠绕、加热处理和热压粘合形成的层贴合在步骤1)所形成的层外表面；
3)将宽30～50mm、纤维含量60～70％的复合材料带按照步骤1)缠绕角度α进行缠绕，在缠绕的同时对复合材料带整个幅面进行加热处理和热压粘合，从而将经过缠绕、加热处理和热压粘合形成的层贴合在步骤2)所形成的层外表面；
4)重复步骤2)n1+1次，重复步骤3)n1次，所述n1为正整数，所述纤维含量60～70％的复合材料与芯模轴线缠绕角度±α分别进行n1+2次缠绕、加热处理和热压粘合后形成内衬骨架层的最内层，所述内衬骨架层的最内层的厚度范围为3～8mm；
5)将宽30～50mm、纤维含量低于步骤1)大于20～30％的其他几个不同纤维含量的复合材料带按照与芯模轴线缠绕角度±α方向进行n2次缠绕，每层复合材料带在缠绕的同时对整个幅面进行加热处理和热压粘合，从而将每次缠绕、加热处理和热压粘合形成的层贴合在内衬骨架层最内层或上一层所形成的层外表面，所述相邻两层复合材料带的缠绕角度刚好相反；所述每一种纤维含量的复合材料带的缠绕厚度范围为2～5mm；所述内衬骨架层从内至外纤维含量逐渐降低，所述n2为正整数且为偶数；
6)将宽度30～50mm、纤维含量20～30％的复合材料带按照与芯模轴线缠绕角度±α方向进行n3次缠绕，每层复合材料带在缠绕的同时对整个幅面进行加热处理和热压粘合，从而将每次缠绕、加热处理和热压粘合形成的层贴合在步骤5)所形成的层或上一层所形成的层外表面，所述相邻两层复合材料带的缠绕角度刚好相反，所述纤维含量20～30％的复合材料带的缠绕厚度为2～4mm，所述n3为正整数且为偶数；
(2)抗拉层的制作
1)选用热塑性复合材料带
所述抗拉层通过宽度10～30mm、厚度2～4mm、纤维含量20～70％的热塑性复合材料带与芯模轴线缠绕角度±β方向进行n4次缠绕成型，20°≤β＜45°，所述n4为正整数且为偶数，所述前一层热塑性复合材料带与后一层热塑性复合材料带缠绕角度β方向相反，所述热塑性复合材料带采用交叉缠绕方式；
2)选用连续性纤维丝束
所述抗拉层通过连续性纤维丝束与芯模轴线缠绕角度±β方向n5次缠绕成型，20°≤β＜45°，所述n5为正整数且为偶数，所述前一层连续性纤维丝束与后一层连续性纤维丝束缠绕角度β方向相反；所述连续性纤维丝束采用交叉缠绕方式，所述连续性纤维丝束的单丝直径范围为：10～30um，所述连续性纤维丝束线密度范围为1300～2500g/km；
(3)抗压层的制作
所述抗压层通过宽度10～50mm，厚度3～7mm、纤维含量40～70％的热塑性复合材料带与芯模轴线缠绕角度±γ进行n6次缠绕成型，60°≤γ＜90°，所述n6为正整数且为偶数，所述前一层热塑性复合材料带和后一层热塑性复合材料带缠绕角度γ方向相反；
(4)外保护层的制作
所述外保护层通过HDPE原料及其它助剂混合均匀后经单螺杆挤出设备挤出形成，所述单螺杆挤出设备机筒温度为170～190℃，所述单螺杆挤出设备的模头温度为170～190℃；
(5)耐磨层的制作
1)选用芳纶或尼龙纤维
所述耐磨层通过编织机将芳纶或尼龙纤维编制成网状结构贴附在内衬骨架层、抗拉层、抗压层、外保护层任意两层之间，所述芳纶或尼龙纤维中纤维丝束之间间隔0.3～5mm且成90°交叉，所述芳纶或尼龙纤维中纤维丝束与芯模轴线成45°角；
2)选用尼龙带
所述耐磨层通过尼龙带交叉缠绕贴附内衬骨架层、抗拉层、抗压层、外保护层在任意两层之间，所述尼龙带与芯模轴线的缠绕角度为45°角。
8.根据权利要求7所述的非粘结热塑性复合材料柔性管的制备工艺，其特征在于：所述内衬骨架层在缠绕和熔融的同时，采用张紧装置对复合材料带施加300～500N的缠绕张力，并通过压力辊施加100～200N的压力将内衬骨架层最内层、最内层搭接区域和其余层粘合形成一个整体结构。
9.根据权利要求7所述的非粘结热塑性复合材料柔性管的制备工艺，其特征在于：所述权利要求7步骤(1)中2)～6)中的加热处理的加热温度范围为220～380℃。
10.根据权利要求7所述的非粘结热塑性复合材料柔性管的制备工艺，其特征在于：所述内衬骨架层最内层中紧贴芯模复合材料带边缘相互搭接的区域范围为3～10mm，所述权利要求7步骤(1)中1)中的激光加热温度范围为：180～360℃。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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