CN108061201A - 一种耐高压聚氨酯包覆碳纤维复合管件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐高压聚氨酯包覆碳纤维复合管件及其制造方法，包括：管状的耐高压碳纤维管，于耐高压碳纤维管的上、下端分别以内承插式结构套合入上端面法兰和下端面法兰,其3者之间设有端异氰酸酯接枝丙烯酸改性环氧树脂胶粘剂层作为胶粘剂层将3者组合成管件主壳体，于管件主壳体的环形外壁上包覆有聚氨酯保护层；本发明方案的复合管件达到能适应应用到耐高温、耐高压、耐化学腐蚀、耐老化等复杂环境条件。
Description
技术领域
本发明涉及一种海洋勘探、地质钻探等领域用于特定物料输送的管件，尤其涉及一种耐高压聚氨酯包覆碳纤维复合管件及其制造方法。
背景技术
随着玻璃钢复合材料应用的不断深入，复合材料因为“重量轻、产品精、性能高”的进步趋势而逐步应用到耐高温、耐高压、耐化学腐蚀、耐老化等复杂环境条件。本发明创造技术针对目前海洋勘探、地质钻探、石油开采等领域金属管材管件，在深海、深地的高压、高温、高腐蚀情况下重量重、易损耗、易破坏、更换困难，导致生产效率降低、生产成本升高的问题，特作出本发明的管件的深入研究。同时本发明人为了解决上述问题，投入较大的研发,设计出本发明的方案以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种耐高压聚氨酯包覆碳纤维复合管件及其制造方法，使复合管件达到能适应应用到耐高温、耐高压、耐化学腐蚀、耐老化等复杂环境条件。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种耐高压聚氨酯包覆碳纤维复合管件，包括：管状的耐高压碳纤维管，于耐高压碳纤维管的上、下端分别以内承插式结构套合入金属材质的上端面法兰和下端面法兰,其3者之间设有端异氰酸酯接枝丙烯酸改性环氧树脂胶粘剂层作为胶粘剂层将3者组合成管件主壳体，于管件主壳体的环形外壁上包覆有聚氨酯保护层；
上端面法兰依次由圆环状的上法兰接头、外径大于耐高压碳纤维管外径且内径与耐高压碳纤维管内径相同的上法兰第一环套、外径大于耐高压碳纤维管外径且内径配合耐高压碳纤维管外径的上法兰第二环套组成，其中上法兰第一环套的外周环状设置两道平行的上法兰外凹形沟槽，上法兰第一环套的内周设置三道上法兰内凹形沟槽，并于上法兰接头设有固定安装孔；
下端面法兰依次由圆环状的下法兰接头、外径大于耐高压碳纤维管外径且内径与耐高压碳纤维管内径相同的下法兰第一环套、外径大于耐高压碳纤维管外径且内径配合耐高压碳纤维管外径的下法兰第二环套组成，其中下法兰第一环套的外周环状设置两道平行的下法兰外凹形沟槽，下法兰第一环套的内周设置三道上法兰内凹形沟槽；
进一步，所述的上法兰第二环套的末端部位以20度-40度的斜度形成末端外径小于上法兰第二环套外径的斜收口面；所述的下法兰第二环套的末端部位以20度-40度的斜度形成末端外径小于下法兰第一环套外径的斜收口面。
进一步，所述的上端面法兰和下端面法兰是铝合金材质，上法兰接头和下法兰接头的表面上覆盖有表面镀铬层；
上法兰接头外径大于下法兰接头的外径。
如此，还提供一种耐高压聚氨酯包覆碳纤维复合管件的制造方法，其包括以下步骤：
步骤1：准备定长度和定外径的不锈钢管芯，在管芯上包裹一层塑料薄膜，然后应用在线编织缠绕挤出工艺，将环氧树脂和碳纤维挤出成型在包裹塑料薄膜的管芯上，形成规定壁厚规定长度的碳纤维管状管套、并放入恒温固化炉内在120℃恒温4小时后升温到130℃恒温4小时，然后升温到140℃恒温8小时，使其达到固化完全化定型后，抽出管芯，测试该碳纤维管要求达到承受外压30MPa，修边切割制得耐高压碳纤维管；
步骤2：将步骤1形成的耐高压碳纤维管定位，在耐高压碳纤维管的上端部外壁及上端面法兰的上法兰第二环套内壁涂抹端异氰酸酯接枝丙烯酸改性环氧树脂胶粘剂，待胶粘剂自然固化2-3分钟后，将耐高压碳纤维管的上端插入上端面法兰的上法兰第二环套内并定位好上端面法兰，待胶粘剂完全固化；在耐高压碳纤维管的下端部外壁及下端面法兰的下法兰第二环套内壁涂抹端异氰酸酯接枝丙烯酸改性环氧树脂胶粘剂，待胶粘剂自然固化2-3分钟后，将耐高压碳纤维管的下端插入下端面法兰的下法兰第二环套内并定位好下端面法兰，待胶粘剂完全固化；如此形成管件主壳体；
步骤3：在管件主壳体的管体外壁浇铸包覆一层聚氨酯保护层，使上、下法兰接头部分聚氨酯保护层厚度略大于耐高压碳纤维管外部聚氨酯保护层，形成一种耐高压聚氨酯包覆碳纤维复合管件成品。
进一步，所述碳纤维采用进口T700高性能碳纤维、环氧树脂采用酚醛环氧树脂。
进一步，所述聚氨酯选用高性能、莫氏硬度90～95的聚氨酯树脂，聚氨酯保护层厚度为3毫米-8毫米。
进一步，所述的规定壁厚规定长度为壁厚10毫米，长度1000毫米。
综上所述，针对目前海洋勘探、地质钻探、石油开采等领域金属管材管件，在深海、深地的高压、高温、高腐蚀情况下重量重、易损耗、易破坏、更换困难，导致生产效率降低、生产成本升高的缺点和问题，本发明创造性提出碳纤维复合管件的技术思路，具有下列创新点：
1）.耐高压聚氨酯包覆碳纤维复合管件，具有重量轻、耐高温、耐高压、耐化学腐蚀、综合造价低、使用寿命长等特点。
2）.法兰为内承插式结构，法兰外围靠近头部设置两道平行的凹形沟槽用于外层包覆聚氨酯固定和包覆牢固，使管件壳体形成一体；上法兰接头法兰外径大于下法兰接头的外径；法兰接头为表面镀铬铝合金材质，内侧靠近头部设置两道平行的凹形沟槽。
3）.上法兰、碳纤维管、下法兰承插粘接组合成复合碳纤维壳体。创造性采用了金属—碳纤维复合一体化管体复合技术方案，实现了“重量轻、产品精、性能高”的预期技术目标。
4）.在复合碳纤维管壳体外表浇铸包覆一层聚氨酯保护层，实现了防护、保护、加固功能一体化，赋予碳纤维复合管壳体更好的实用性和适用性。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图；
图2为本发明实施例1上端面法兰的结构示意图；
图3为发明实施例1上端面法兰的截面剖视图；
图4为本发明实施例1下端面法兰的截面剖视图。
具体实施方式
实施例1
本发明实施例1所描述的一种耐高压聚氨酯包覆碳纤维复合管件，如图1-4所示，包括：管状的耐高压碳纤维管3，于耐高压碳纤维管的上、下端分别以内承插式结构套合入上端面法兰1和下端面法兰2,其3者之间设有端异氰酸酯接枝丙烯酸改性环氧树脂胶粘剂层10作为胶粘剂层将3者组合成管件主壳体，于管件主壳体的环形外壁上包覆有聚氨酯保护层5；
上端面法兰1依次由上法兰接头8、外径大于耐高压碳纤维管外径且内径与耐高压碳纤维管内径相同的上法兰第一环套9、外径大于耐高压碳纤维管外径且内径配合耐高压碳纤维管外径的上法兰第二环套10组成，其中上法兰第一环套的外周环状设置两道平行的上法兰外凹形沟槽6，上法兰第一环套的内周设置三道上法兰内凹形沟槽7，并于上法兰接头设有固定安装孔4；
下端面法兰2依次由下法兰接头11、外径大于耐高压碳纤维管外径且内径与耐高压碳纤维管内径相同的下法兰第一环套14、外径大于耐高压碳纤维管外径且内径配合耐高压碳纤维管外径的下法兰第二环套15组成，其中下法兰第一环套的外周环状设置两道平行的下法兰外凹形沟槽12，下法兰第一环套的内周设置三道上法兰内凹形沟槽13；
所述的上法兰第二环套的末端部位以23度的斜度形成末端外径小于上法兰第二环套外径的斜收口面；所述的下法兰第二环套的末端部位以23度的斜度形成末端外径小于下法兰第一环套外径的斜收口面。
所述的上端面法兰和下端面法兰是铝合金材质，上法兰接头和下法兰接头的表面上覆盖有表面镀铬层；
上法兰接头外径大于下法兰接头的外径。
实施例2：
一种耐高压聚氨酯包覆碳纤维复合管件的制造方法，制造内孔径为156毫米的复合管件，其包括以下步骤：
步骤1：准备长度1100毫米和外径为155毫米的不锈钢管芯，在管芯上包裹一层厚度为1毫米的塑料薄膜，然后应用在线编织缠绕挤出工艺，将环氧树脂和碳纤维挤出成型在包裹塑料薄膜的管芯上，所述碳纤维采用进口T700高性能碳纤维、环氧树脂采用酚醛环氧树脂。形成内径为156毫米壁厚10毫米，长度1000毫米的碳纤维管状管套、并放入恒温固化炉内在120℃恒温4小时后升温到130℃恒温4小时，然后升温到140℃恒温8小时，使其达到固化完全定型后，抽出管芯，测试该碳纤维管达到承受外压30MPa，修边切割制得耐高压碳纤维管；
步骤2：将步骤1形成的耐高压碳纤维管定位，在耐高压碳纤维管的上端部外壁及上端面法兰的上法兰第二环套内壁涂抹端异氰酸酯接枝丙烯酸改性环氧树脂胶粘剂，待胶粘剂自然固化2-3分钟后，将耐高压碳纤维管的上端插入上端面法兰的上法兰第二环套内并定位好上端面法兰，待胶粘剂完全固化；在耐高压碳纤维管的下端部外壁及下端面法兰的下法兰第二环套内壁涂抹端异氰酸酯接枝丙烯酸改性环氧树脂胶粘剂，待胶粘剂自然固化2-3分钟后，将耐高压碳纤维管的下端插入下端面法兰的下法兰第二环套内并定位好下端面法兰，待胶粘剂完全固化；如此形成管件主壳体；
步骤3：在管件主壳体的管体外壁浇铸包覆一层厚度为5毫米的聚氨酯保护层，所述聚氨酯选用高性能、莫氏硬度90～95的聚氨酯树脂。浇铸时在上、下法兰接头部分聚氨酯保护层厚度略大于耐高压碳纤维管外部聚氨酯保护层，形成一种耐高压聚氨酯包覆碳纤维复合管件成品。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构及方法作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种耐高压聚氨酯包覆碳纤维复合管件，其特征在于，包括：管状的耐高压碳纤维管，于耐高压碳纤维管的上、下端分别以内承插式结构套合入上端面法兰和下端面法兰,其3者之间设有端异氰酸酯接枝丙烯酸改性环氧树脂胶粘剂层作为胶粘剂层将3者组合成管件主壳体，于管件主壳体的环形外壁上包覆有聚氨酯保护层；
上端面法兰依次由上法兰接头、外径大于耐高压碳纤维管外径且内径与耐高压碳纤维管内径相同的上法兰第一环套、外径大于耐高压碳纤维管外径且内径配合耐高压碳纤维管外径的上法兰第二环套组成，其中上法兰第一环套的外周环状设置两道平行的上法兰外凹形沟槽，上法兰第一环套的内周设置三道上法兰内凹形沟槽，并于上法兰接头设有固定安装孔；
下端面法兰依次由下法兰接头、外径大于耐高压碳纤维管外径且内径与耐高压碳纤维管内径相同的下法兰第一环套、外径大于耐高压碳纤维管外径且内径配合耐高压碳纤维管外径的下法兰第二环套组成，其中下法兰第一环套的外周环状设置两道平行的下法兰外凹形沟槽，下法兰第一环套的内周设置三道上法兰内凹形沟槽。
2.根据权利要求1所述的一种耐高压聚氨酯包覆碳纤维复合管件，其特征在于，所述的上法兰第二环套的末端部位以20度-40度的斜度形成末端外径小于上法兰第二环套外径的斜收口面；所述的下法兰第二环套的末端部位以20度-40度的斜度形成末端外径小于下法兰第一环套外径的斜收口面。
3.根据权利要求1所述的一种耐高压聚氨酯包覆碳纤维复合管件，其特征在于，所述的上端面法兰和下端面法兰是铝合金材质，上法兰接头和下法兰接头的表面上覆盖有表面镀铬层。
4.根据权利要求1所述的一种耐高压聚氨酯包覆碳纤维复合管件，其特征在于，所述的上法兰接头外径大于下法兰接头的外径。
5.一种耐高压聚氨酯包覆碳纤维复合管件的制造方法，其特征在于，其包括以下步骤：
步骤1：准备定长度和定外径的不锈钢管芯，在管芯上包裹一层塑料薄膜，然后应用在线编织缠绕挤出工艺，将环氧树脂和碳纤维挤出成型在包裹塑料薄膜的管芯上，形成规定壁厚规定长度的碳纤维管状管套、并放入恒温固化炉内在120℃恒温4小时后升温到130℃恒温4小时，然后升温到140℃恒温8小时，使其达到固化完全化定型后，抽出管芯，测试该碳纤维管要求达到承受外压30MPa，修边切割制得耐高压碳纤维管；
步骤2：将步骤1形成的耐高压碳纤维管定位，在耐高压碳纤维管的上端部外壁及上端面法兰的上法兰第二环套内壁涂抹端异氰酸酯接枝丙烯酸改性环氧树脂胶粘剂，待胶粘剂自然固化2-3分钟后，将耐高压碳纤维管的上端插入上端面法兰的上法兰第二环套内并定位好上端面法兰，待胶粘剂完全固化；在耐高压碳纤维管的下端部外壁及下端面法兰的下法兰第二环套内壁涂抹端异氰酸酯接枝丙烯酸改性环氧树脂胶粘剂，待胶粘剂自然固化2-3分钟后，将耐高压碳纤维管的下端插入下端面法兰的下法兰第二环套内并定位好下端面法兰，待胶粘剂完全固化；如此形成管件主壳体；
步骤3：在管件主壳体的管体外壁浇铸包覆一层聚氨酯保护层，使上、下法兰接头部分聚氨酯保护层厚度略大于耐高压碳纤维管外部聚氨酯保护层，形成一种耐高压聚氨酯包覆碳纤维复合管件成品。
6.根据权利要求5所述一种耐高压聚氨酯包覆碳纤维复合管件的制造方法，其特征在于，所述碳纤维采用进口T700高性能碳纤维、环氧树脂采用酚醛环氧树脂。
7.根据权利要求5所述一种耐高压聚氨酯包覆碳纤维复合管件的制造方法，其特征在于，所述聚氨酯选用高性能、莫氏硬度90～95的聚氨酯树脂。
8.根据权利要求5所述一种耐高压聚氨酯包覆碳纤维复合管件的制造方法，其特征在于，所述的规定壁厚规定长度为壁厚10毫米，长度1000毫米。
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