CN108105507A - 一种rtp管热熔连接用碳纤维复合材料套管及其应用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种RTP管热熔连接用碳纤维复合材料套管，适用于大口径高内压RTP管的热熔连接，包括内衬层、增强层、外保护层以及导电装置，其中导电装置包括四个接线柱。每一层的基体均为热塑性树脂，增强层是由连续的碳纤维缠绕而成，外保护层是在外管挤出机内挤出包裹在增强层上而成，导电装置位于连接套管的两端。本发明碳纤维复合材料套管一方面利用碳纤维强度高，提高了套管的强度，降低了套管的厚度；另一方面利用碳纤维高导电、低电阻特性，起到电阻丝的作用，通电碳纤维发热使套管的内表面塑料及RTP管材的外表面分别被熔化，冷却到要求的时间后达到熔接。

Description

一种RTP管热熔连接用碳纤维复合材料套管及其应用方法
技术领域
本发明涉及一种用于管路连接的连接件，尤其涉及一种RTP管热熔连接用碳纤维复合材料套管及其应用方法，属于管件制造与工程连接技术领域。
背景技术
增强热塑性塑料管(RTP管)通常主要由三层构成，即内、外塑料层以及设置在中间由增强材料复合而成的增强层。RTP管由于其承压能力高、同等管径性价比高、线膨胀系数小、柔性好等特点，应用领域不断扩大。由于应用场合的特殊性，因而对其接头的要求就更高，接头要实现三种功能：连接、密封和提供连接强度。目前，低压力等级、小口径RTP管大部分连接接头为是PE、PVC等纯塑料注塑而成。纯塑料接头与管材之间同体共熔连接，连接效果好，但是纯塑料连接接头承受压力在1.6MPa以下，只能用于低压场合，无法在高压领域运用。另外，在大于1.6MPa环境中运用的是钢骨架增强的聚合物连接接头，存在的主要问题是钢骨架连接接头在受热时，对管体或连接接头的膨胀起到阻碍作用，所以不能完全使得管材外壁与连接接头之间的间隙和空气排尽，使得连接的可靠性降低。随着RTP管向大口径(300mm～600mm)及以上、高内压(>5MPa)发展，传统的PE电熔套筒强度不足，限制了其在进一步的应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提出一种RTP管热熔连接用碳纤维复合材料套管及其应用方法，适用于大口径高内压RTP管的热熔连接。该套管由碳纤维增强热塑性复合材料组成，一方面碳纤维强度高、极大地提高了套管的强度和刚度；另一方面碳纤维具有高导电、低电阻特性，起到电阻丝的作用，通电碳纤维发热使套管的内表面塑料及RTP管材的外表面分别被熔化，冷却到要求的时间后达到熔接。
本发明通过以下技术方案解决技术问题：
一种RTP管热熔连接用碳纤维复合材料套管，适用于大口径高内压RTP管的热熔连接，所述碳纤维复合材料套管包括内衬层、增强层、外保护层以及导电装置；每一层的基体材料均为热塑性树脂，增强层是由连续的碳纤维缠绕而成，外保护层包裹在增强层上，所述导电装置用于给增强层的碳纤维通电。
上述方案中，所述导电装置包括多个接线柱，所述多个接线柱与增强层相接触。
上述方案中，所述接线柱为四个，每两个对称分布在外保护层的两端。
上述方案中，所述接线柱为铝制或者铜质。
上述方案中，所述内衬层、增强层及外保护层所用基体材质相同，其为聚乙烯、聚烯烃树脂或聚酰胺树脂。
上述方案中，所述大口径的尺寸为200mm以上。
上述方案中，所述增强层的碳纤维缠绕角为0-90°。
上述方案中，所述高内压值为1.6MPa以上。
所述的一种RTP管热熔连接用碳纤维复合材料套管，其制备工艺如下：
(1)将内衬层原料放进内管挤出机中，对其进行加热处理后得到粘流态物料，挤出成型形成内衬层；
(2)在冷却定型的内衬层外壁上，用连续的碳纤维按照一定的缠绕角在内衬层1的外壁上缠绕而形成增强层，在缠绕的过程中均匀的在增强层2的两端涂抹上导电胶增强碳纤维的导电性；
(3)将增强层原料放入外管挤出机内，对其进行加热处理后得到粘流态物料，外管挤出机将粘流态物料挤出包覆在增强层外，构成外保护层，在外保护层3还未完全冷却定型时，将接线柱埋入到外保护层里，使其与增强层2完全接触，冷却定型后得到所述RTP管热熔连接用碳纤维复合材料套管。
所述的一种RTP管热熔连接用碳纤维复合材料套管在热熔连接RTP管中的应用方法，包括以下步骤：
(1)将两根RTP管的其中一个端部插入到碳纤维复合材料套管中，使两根RTP管的端部在碳纤维复合材料套管的中间内部接触；
(2)接通导电装置，使增强层的碳纤维通电后会产生大量热量融化内衬层和RTP管，待RTP管与碳纤维复合材料套管完全熔为一体时断开电源。
本发明的有益效果为：首先，本发明的碳纤维复合材料套管由三层结构复合组成，内村层不仅能够保证致密性，还具有耐腐蚀、低磨损等优点；增强层主要起到承受内压的作用，保证接头在内压作用下不会发生破坏，同时利用了碳纤维本身的导电性、低电阻特性；外保护层可以保护套筒在安装和使用过程中不受损伤。这样，克服了传统纯塑料连接接头承受内压低的问题。其次，本发明的碳纤维复合材料套管不仅充分的利用了碳纤维高强度、高模量的特点，于此同时也充分发挥了碳纤维的导电性、低电阻特性，一方面提高了套管的承压能力，另一方面碳纤维本身通电的情况下可以产生大量的热量，将套管与管件焊熔在一起；连接可靠且制造工艺简单，可以运用于压力高于1.6MPa的条件下。
附图说明
图1是本发明碳纤复合材料套管的结构示意图。
具体实施方式
实施例一
本实施例提供的一种RTP管热熔连接用碳纤维复合材料套管，其结构如图1所示，包括内衬层1、增强层2、外保护层3和导电装置。
导电装置用于给增强层2的碳纤维通电。在本实施例中，导电装置包括四个接线柱4，四个接线柱4与增强层2相接触、每两个接线柱4对称分布在外保护层3的两端。接线柱4为铝制或者铜制。
内衬层1由热塑性树脂在内管挤出机中挤出，如采用聚乙烯(PE-80)，对其进行加热(160-210℃)及剪切压缩处理后得到粘流态物料，挤出成型。增强层2的碳纤维是按照预定角度缠绕在还未完全冷却的内村上缠绕而成，如采用T700-12k碳纤维，基体采用聚乙烯树脂，采用缠绕机将碳纤维按照55°的缠绕角进行缠绕。外保护层3由热塑性树脂在外管挤出机中挤出，如采用聚乙烯(PE-80)，对其进行加热(160-210℃)及剪切压缩处理后得到粘流态物料，挤出成型。在保护层还未完全冷却定型时，将电阻丝埋入使其接触到增强层2，冷却后形成接线柱4。
本实施例还提供一种RTP管热熔连接用碳纤维复合材料套管在热熔连接RTP管中的应用方法，包括以下步骤：
(1)将两根RTP管5的其中一个端部插入到碳纤维复合材料套管中，使两根RTP管5的端部在碳纤维复合材料套管的中间内部接触；
(2)接通导电装置，使增强层的碳纤维通电后会产生大量热量融化内衬层和RTP管5，待RTP管5与碳纤维复合材料套管完全熔为一体时断开电源。
以上各层涉及壁厚分别为：内村层1mm、增强层4mm、外保护层2mm。RTP管5的口径为400mm，高内压值为6.4MPa。
实施例二
本实施例与实施例一大致相同，不同的是内衬层1和外保护层3采用的是聚乙烯(PE100)。以上各层的涉及壁厚分别为：内村层2mm、增强层7mm、外保护层3mm。RTP管5的口径为500mm，高内压值为8MPa。
实施例三
本实施例与实施例一大致相同，不同的是碳纤维按照90°的缠绕角进行缠绕。
以上各层的涉及壁厚分别为：内村层2mm、增强层7mm、外保护层3mm。RTP管的口径为500mm，高内压值为11MPa。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种RTP管热熔连接用碳纤维复合材料套管,适用于大口径高内压RTP管的热熔连接，其特征在于，所述碳纤维复合材料套管包括内衬层、增强层、外保护层以及导电装置；每一层的基体材料均为热塑性树脂，增强层是由连续的碳纤维缠绕而成，外保护层包裹在增强层上，所述导电装置用于给增强层的碳纤维通电。
2.根据权利要求1所述的一种RTP管热熔连接用碳纤维复合材料套管，其特征在于：所述导电装置包括多个接线柱，多个接线柱在两端并和增强层的碳纤维通过导电胶紧密接触。
3.根据权利要求2所述的一种RTP管热熔连接用碳纤维复合材料套管，其特征在于：所述导电装置包括四个接线柱，所述接线柱每两个对称分布在外保护层的两端。
4.根据权利要求2所述的一种RTP管热熔连接用碳纤维复合材料套管，其特征在于：所述接线柱为铝制或者铜制。
5.根据权利要求1所述的一种RTP管热熔连接用碳纤维复合材料套管，其特征在于：所述内衬层、增强层及外保护层所用基体材质相同，其为聚乙烯或聚丙烯塑料。
6.根据权利要求1所述的一种RTP管热熔连接用碳纤维复合材料套管，其特征在于：所述大口径的尺寸为200mm以上。
7.根据权利要求1所述的一种RTP管热熔连接用碳纤维复合材料套管，其特征在于：所述增强层的碳纤维缠绕角为0-90°。
8.根据权利要求1所述的一种RTP管热熔连接用碳纤维复合材料套管，其特征在于：所述高内压值为1.6MPa以上。
9.根据权利要求1所述的一种RTP管热熔连接用碳纤维复合材料套管，其特征在于：其制备工艺如下：
(1)将内衬层原料放进内管挤出机中，对其进行加热处理后得到粘流态物料，挤出成型形成内衬层；
(2)在冷却定型的内衬层外壁上，用连续的碳纤维按照一定的缠绕角在内衬层1的外壁上缠绕而形成增强层，在缠绕的过程中均匀的在增强层2的两端涂抹上导电胶增强碳纤维的导电性；
(3)将增强层原料放入外管挤出机内，对其进行加热处理后得到粘流态物料，外管挤出机将粘流态物料挤出包覆在增强层外，构成外保护层，在外保护层3还未完全冷却定型时，将接线柱埋入到外保护层里，使其与增强层2完全接触，冷却定型后得到所述RTP管热熔连接用碳纤维复合材料套管。
10.根据权利要求1所述的一种RTP管热熔连接用碳纤维复合材料套管在热熔连接RTP管中的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将两根RTP管的其中一个端部插入到碳纤维复合材料套管中，使两根RTP管的端部在碳纤维复合材料套管的中间内部接触；
(2)接通导电装置，使增强层的碳纤维通电后会产生大量热量融化内衬层和RTP管，待RTP管与连接接头完全熔为一体时断开电源。
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