CN107701815A - 一种带密封性接头的连续纤维增强热塑复合管及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了非金属复合管产品制造技术领域的一种带密封性接头的连续纤维增强热塑复合管及制作方法，所述复合管包括复合管内衬层、复合管增强层和复合管外保护层，所述复合管内衬层的外壁设置有复合管增强层，所述复合管增强层的外壁设置有复合管外保护层，所述复合管内衬层、复合管增强层和复合管外保护层的右侧端部均与密封环的外壁连接，所述密封环基体的外壁上环向设置有密封环凸台，在不改变复合管传统成熟的扣压接头制作工艺基础上，仅通过将热塑性塑料密封环熔接至复合管端部，即可达到密封复合管端面、杜绝输送介质渗入，从而提升复合管接头部位密封性能的目的，该方法简单有效，成本低廉，制作效率高。
Description
技术领域
本发明涉及非金属复合管产品制造技术领域，具体为一种带密封性接头的连续纤维增强热塑复合管及制作方法。
背景技术
随着油田油气开发过程的逐步深入，地面集输管线运行工况环境日益苛刻，传统碳钢管面临严峻的腐蚀问题。具有耐腐蚀、寿命长、施工方便等优点的非金属与复合材料管材(简称为非金属管)逐渐成为解决油田集输管线腐蚀问题的重要方案。增强热塑性塑料复合管因其连续成型，单根可达数百米、接头少，柔性好、抗冲击性能优良，重量轻、运输成本低，安装快速简单等一系列优点，在油气田得到广泛应用，成为最具有发展潜力的非金属管。
当前我国增强热塑性塑料复合管主体产品为钢丝/钢带或涤纶纤维增强的非粘结型结构管材，其接头制作采用金属扣压方式：将金属芯管插入复合管内壁，随后采用液压装置沿复合管径向压缩套在复合管外壁的金属套筒，借助于足够的径向压缩应力，实现金属接头与复合管的机械结合。虽然金属芯管和金属套筒均进行了特殊的齿形设计，同时也施加了足够的径向压力，但针对非粘结结构产品的大量室内试验及现场应用结果证明，输送介质会沿复合管内壁与金属芯管的扣压界面渗入金属套筒，进而渗入复合管端面，并沿着复合管内衬层、结构层和外保护层之间界面继续流通。积聚在各结构层之间的输送介质会造成复合管结构失稳，外保护层鼓包进而爆裂的可能性大大增加。
以连续纤维增强热塑性塑料复合管为代表的粘结型增强热塑性塑料复合管为解决以上接头连接完整性问题提供了极好的选择。连续纤维增强热塑性塑料复合管是由热塑性聚合物挤出管和连续纤维增强热塑性塑料带缠绕粘结制成实壁管，各结构层之间粘结为一体后可有效避免输送介质沿着界面的渗入流通，一定程度上提升了复合管的密封完整性。但当前该类型复合管的接头制作方式与非粘结结构产品基本类似，无法从根本上杜绝输送介质的渗入。由此，必须考虑进一步优化连续纤维增强热塑性塑料复合管结构，提升复合管接头部位的密封性，才能为确保复合管连接完整性，降低产品失效风险提供重要保障。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带密封性接头的连续纤维增强热塑复合管及制作方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种带密封性接头的连续纤维增强热塑复合管，包括复合管，所述复合管包括复合管内衬层、复合管增强层和复合管外保护层，所述复合管内衬层的外壁设置有复合管增强层，所述复合管增强层的外壁设置有复合管外保护层，所述复合管内衬层、复合管增强层和复合管外保护层的右侧端部均与密封环的外壁连接，所述密封环包括密封环基体，所述密封环基体的外壁上环向设置有密封环凸台。
优选的，该一种带密封性接头的连续纤维增强热塑复合管的制作方法包括如下步骤：
S复合管端面处理：采用切割刀等工具对复合管端面进行打磨处理，确保端面平整光滑即可；
S密封环选材及凸台加工：选择与复合管内外径及椭圆度大小相同的密封环，采用机加工方法加工密封环凸台；
S3 试件装配：将复合管及密封环分别装置在旋转试验机的固定装置和装卡装置上，移动密封环的装卡装置位置，使密封环凸台与复合管增强层完全贴合；
S4 启动试验机：设置旋转试验机的旋转速度为2000-3000r/min，行程速度为3-5mm/min，熔接时间为2-3min。启动试验机开始摩擦焊接；
S5 结束熔接：到达设定的熔接时间后，旋转试验机装卡装置自动释放密封环，并后移旋转轴。冷却后完成密封环的熔接过程。
优选的，所述密封环凸台的端口宽度与复合管增强层的端口宽度相同，且密封环凸台的外壁分别与复合管内衬层的外壁壁和复合管外保护层的内壁贴合。
优选的，所述复合管内衬层和外保护层均为聚乙烯热塑性塑料管，且复合增强层为连续玻纤增强聚乙烯带或连续玻纤增强聚丙烯带或连续芳纶纤维增强聚乙烯带。
优选的，所述密封环为热塑性塑料密封环，且密封环基体为热塑性塑料密封环基体，且密封环凸台为热塑性塑料密封环凸台。
优选的，所述密封环通过熔接方式与复合管内衬层、复合管增强层和复合管外保护层的端部连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、在不改变复合管传统成熟的扣压接头制作工艺基础上，仅通过将热塑性塑料密封环熔接至复合管端部，即可达到密封复合管端面、杜绝输送介质渗入，从而提升复合管接头部位密封性能的目的。该方法简单有效，成本低廉，制作效率高。
2、通过采用旋转摩擦焊接的方法将密封环熔接至复合管端面，熔接工艺能量消耗低，熔接效率高。
3、在密封环高速旋转过程中，密封环上设置的凸台与复合管增强层对接摩擦，熔融的热塑性塑料凸台会渗入复合管增强层，冷却之后形成一体化的连续基体，有效保障了密封环与复合管增强层的熔接质量。
4、密封环凸台消耗完之后，整个热塑性塑料密封环基体将与复合管内衬层、增强层和外保护层同时进行摩擦熔接，进一步提升了密封环和复合管整个端面的熔接质量。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明密封环结构示意图；
图3为本发明密封环左视图。
图中：1复合管内衬层、2复合管增强层、3复合管外保护层、4密封环、41密封环基体、42密封环凸台。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种带密封性接头的连续纤维增强热塑复合管，包括复合管，所述复合管包括复合管内衬层1、复合管增强层2和复合管外保护层3，所述复合管内衬层1的外壁设置有复合管增强层2，所述复合管增强层2的外壁设置有复合管外保护层3，所述复合管内衬层1、复合管增强层2和复合管外保护层3的右侧端部均与密封环4的外壁连接，所述密封环4包括密封环基体41，所述密封环基体1的外壁上环向设置有密封环凸台42。
其中，所述密封环凸台42的端口宽度与复合管增强层2的端口宽度相同，且密封环凸台42的外壁分别与复合管内衬层1的外壁壁和复合管外保护层3的内壁贴合，所述复合管内衬层1和外保护层3均为聚乙烯热塑性塑料管，且复合增强层2为连续玻纤增强聚乙烯带或连续玻纤增强聚丙烯带或连续芳纶纤维增强聚乙烯带，所述密封环4为热塑性塑料密封环，且密封环基体41为热塑性塑料密封环基体，且密封环凸台42为热塑性塑料密封环凸台，所述密封环4通过熔接方式与复合管内衬层1、复合管增强层2和复合管外保护层3的端部连接。
一种带密封性接头的连续纤维增强热塑复合管的制作方法，其特征在于：该带密封性接头的连续纤维增强热塑复合管的制作方法包括如下步骤：
S1 复合管端面处理：采用切割刀等工具对复合管端面进行打磨处理，确保端面平整光滑即可；
S2 密封环选材及凸台加工：选择与复合管内外径及椭圆度大小相同的密封环4，采用机加工方法加工密封环凸台42；
S3 试件装配：将复合管及密封环4分别装置在旋转试验机的固定装置和装卡装置上，移动密封环4的装卡装置位置，使密封环凸台42与复合管增强层2完全贴合；
S4 启动试验机：设置旋转试验机的旋转速度为2000-3000r/min，行程速度为3-5mm/min，熔接时间为2-3min。启动试验机开始摩擦焊接；
S5 结束熔接：到达设定的熔接时间后，旋转试验机装卡装置自动释放密封环4，并后移旋转轴。冷却后完成密封环4的熔接过程。
实施例1(其中复合管增强层2为连续玻纤增强聚乙烯带，复合管增强层2的厚度为3mm)
S1 复合管端面处理：采用切割刀等工具对复合管端面进行打磨处理，确保端面平整光滑即可；
S2 密封环选材及凸台加工：选择与复合管内外径及椭圆度大小相同的密封环4，采用机加工方法加工密封环凸台42，其中密封环凸台42厚度为3mm，高度为2mm；
S3 试件装配：将复合管及密封环4分别装置在旋转试验机的固定装置和装卡装置上，移动密封环4的装卡装置位置，使密封环凸台42与复合管增强层2完全贴合；
S4 启动试验机：设置旋转试验机的旋转速度为2500r/min，行程速度为5mm/min，熔接时间为2min。启动试验机开始摩擦焊接；
S5结束熔接：到达设定的熔接时间后，旋转试验机装卡装置自动释放密封环4，并后移旋转轴。冷却后完成密封环4的熔接过程。
实施例2(其中复合管增强层2为连续玻纤增强聚丙烯带，复合管增强层2的厚度为5mm)
S1 复合管端面处理：采用切割刀等工具对复合管端面进行打磨处理，确保端面平整光滑即可；
S2 密封环选材及凸台加工：选择与复合管内外径及椭圆度大小相同的密封环4，采用机加工方法加工密封环凸台42，其中密封环凸台42厚度为5mm，高度为3mm；
S3 试件装配：将复合管及密封环4分别装置在旋转试验机的固定装置和装卡装置上，移动密封环4的装卡装置位置，使密封环凸台42与复合管增强层2完全贴合；
S4 启动试验机：设置旋转试验机的旋转速度为3000r/min，行程速度为4mm/min，熔接时间为2.5min。启动试验机开始摩擦焊接；
S5结束熔接：到达设定的熔接时间后，旋转试验机装卡装置自动释放密封环4，并后移旋转轴。冷却后完成密封环4的熔接过程。
实施例3(其中复合管增强层2为连续芳纶纤维增强聚乙烯带，复合管增强层2的厚度为4mm)
S1 复合管端面处理：采用切割刀等工具对复合管端面进行打磨处理，确保端面平整光滑即可；
S2 密封环选材及凸台加工：选择与复合管内外径及椭圆度大小相同的密封环4，采用机加工方法加工密封环凸台42，其中密封环凸台42厚度为4mm，高度为2mm；
S3 试件装配：将复合管及密封环4分别装置在旋转试验机的固定装置和装卡装置上，移动密封环4的装卡装置位置，使密封环凸台42与复合管增强层2完全贴合；
S4 启动试验机：设置旋转试验机的旋转速度为2000r/min，行程速度为3/min，熔接时间为3min。启动试验机开始摩擦焊接；
S5结束熔接：到达设定的熔接时间后，旋转试验机装卡装置自动释放密封环4，并后移旋转轴。冷却后完成密封环4的熔接过程。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种带密封性接头的连续纤维增强热塑复合管，包括复合管，其特征在于：所述复合管包括复合管内衬层(1)、复合管增强层(2)和复合管外保护层(3)，所述复合管内衬层(1)的外壁设置有复合管增强层(2)，所述复合管增强层(2)的外壁设置有复合管外保护层(3)，所述复合管内衬层(1)、复合管增强层(2)和复合管外保护层(3)的右侧端部均与密封环(4)的外壁连接，所述密封环(4)包括密封环基体(41)，所述密封环基体(1)的外壁上环向设置有密封环凸台(42)。
2.根据权利要求1所述的一种带密封性接头的连续纤维增强热塑复合管，其特征在于：所述密封环凸台(42)的端口宽度与复合管增强层(2)的端口宽度相同，且密封环凸台(42)的外壁分别与复合管内衬层(1)的外壁壁和复合管外保护层(3)的内壁贴合。
3.根据权利要求1所述的一种带密封性接头的连续纤维增强热塑复合管，其特征在于：所述复合管内衬层(1)和外保护层(3)均为聚乙烯热塑性塑料管，且复合增强层(2)为连续玻纤增强聚乙烯带或连续玻纤增强聚丙烯带或连续芳纶纤维增强聚乙烯带。
4.根据权利要求1所述的一种带密封性接头的连续纤维增强热塑复合管，其特征在于：所述密封环(4)为热塑性塑料密封环，且密封环基体(41)为热塑性塑料密封环基体，且密封环凸台(42)为热塑性塑料密封环凸台。
5.根据权利要求1所述的一种带密封性接头的连续纤维增强热塑复合管，其特征在于：所述密封环(4)通过熔接方式与复合管内衬层(1)、复合管增强层(2)和复合管外保护层(3)的端部连接。
6.根据权利要求1所述的一种带密封性接头的连续纤维增强热塑复合管的制作方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1复合管端面处理：采用切割刀等工具对复合管端面进行打磨处理，确保端面平整光滑即可；
S2密封环选材及凸台加工：选择与复合管内外径及椭圆度大小相同的密封环(4)，采用机加工方法加工密封环凸台(42)；
S3试件装配：将复合管及密封环(4)分别装置在旋转试验机的固定装置和装卡装置上，移动密封环(4)的装卡装置位置，使密封环凸台(42)与复合管增强层(2)完全贴合；
S4启动试验机：设置旋转试验机的旋转速度为2000-3000r/min，行程速度为3-5mm/min，熔接时间为2-3min。启动试验机开始摩擦焊接；
S5结束熔接：到达设定的熔接时间后，旋转试验机装卡装置自动释放密封环(4)，并后移旋转轴。冷却后完成密封环(4)的熔接过程。
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