CN108749024A - 一种竹纤维缠绕复合管的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种竹纤维缠绕复合管的制备方法，竹纤维缠绕复合管沿管径方向，由内到外依次为内衬层、增强层、外防护层，其制备方法包括以下步骤：1)内衬层的制备：在直管模具上用树脂及毡制作内衬，形成防渗且内壁光滑的内衬层；2)竹纤维预处理：把毛竹开成长2‑6m、厚0.5‑3mm、宽1‑25mm的竹纤维，接着脱脂，然后清洗并干燥碳化，最后竹纤维采用衬布粘接、或缝合、或编织的方式连接成一条连续的竹纤维带，并卷成卷；3)增强层的制备：将成卷的竹纤维带装在缠绕机上退卷，竹纤维带先通过树脂槽并涂上树脂，然后缠绕在直管模具的内衬层上，缠绕二层以上，经固化后形成增强层；4)外防护层的制备：在增强层外喷涂一层防腐防水的材料，形成外防护层。
Description
技术领域
本发明涉及管道领域，具体地说是一种应用于农业灌溉、给排水工程以及石油化工防腐场合中的竹纤维缠绕复合管的制备方法。
背景技术
目前在给排水工程及石油化工防腐场合中，所用的管道普遍采用聚氯乙烯管、聚乙烯管、玻璃钢管、玻璃钢夹砂管等。聚氯乙烯管和聚乙烯管质轻、光滑且耐腐蚀，但刚度和强度方面有所不足且原料均为石油产品的合成品；玻璃钢管及玻璃钢夹砂管具有耐腐蚀、强度高、流体阻力小、刚度大的优点，但产品的增强材料为高能耗的玻璃纤维，其所用的树脂完全依赖于石油，产品及废料不可回收、不环保。因此使用上述管道产品，消耗了大量宝贵的石油资源且导致了环境污染。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种竹纤维缠绕复合管的制备方法，其制得的竹纤维缠绕复合管，在保证强度和刚度的前提下，节省石油资源，减少环境污染。
为实现上述目的，本发明通过如下技术方案加以实现：
一种竹纤维缠绕复合管的制备方法，竹纤维缠绕复合管沿管径方向，由内到外依次为内衬层、增强层、外防护层，其制备方法包括以下步骤：
1)内衬层的制备：在直管模具上用树脂及毡制作内衬，形成防渗且内壁光滑的内衬层；
2)竹纤维预处理：把毛竹开成长2-6m、厚0.5-3mm、宽1-25mm的竹纤维，接着脱脂，然后清洗并干燥碳化，其中干燥碳化为将竹纤维放入烘干消毒碳干机，烘干消毒碳干机加热的温度为160—190℃，加热时间2—4小时，竹纤维碳化，碳化程度为5％—30％，最后竹纤维采用衬布粘接、或缝合、或编织的方式连接成一条连续的竹纤维带，并卷成卷；
3)增强层的制备：将成卷的竹纤维带装在缠绕机上退卷，竹纤维带先通过树脂槽并涂上树脂，然后缠绕在直管模具的内衬层上，缠绕二层以上，经固化后形成增强层；
4)外防护层的制备：在增强层外喷涂一层防腐防水的材料，形成外防护层。
作为优选，采用螺旋缠绕、或环向缠绕、或环向缠绕加螺旋缠绕的组合将竹纤维带缠绕在内衬层上。
作为优选，竹纤维带的长度在50米以上，宽在3-50cm。
作为优选，树脂槽中所用的树脂为脲醛树脂、或不饱和聚酯树脂、或环氧树脂、或酚醛树脂、或聚氨酯树脂，固化温度为10-120℃。
作为优选，制作内衬层的树脂选用防腐树脂或食品级树脂。
作为优选，脱脂过程如下：将开好的竹纤维浸入质量浓度为 1-10％的NaOH溶液中，在20-80℃下浸泡5-48小时。
作为优选，竹纤维带的制作方法如下：把多根竹纤维平行排列整齐，沿纵向方向布置多排成带状，背面衬上涂有树脂的衬布，形成竹纤维带。
作为优选，竹纤维带的制作方法如下：把多根竹纤维平行排列整齐，沿纵向方向布置多排成带状，在纵向方向每隔20-40cm距离处用缝合线缝合，缝合线迹与竹纤维带垂直，形成竹纤维带。
作为优选，竹纤维带的制作方法如下：用竹纤维相互交叉缠绕形成交叉网状增强结构。
本发明的有益效果是：
本发明采用竹纤维带作为增强材料，而非玻璃纤维或碳纤维等，环保且成本低；将竹纤维进行浸泡处理，可以提高韧性，降低脆性；采用热固性树脂作为粘合剂，可以使竹纤维与竹纤维之间粘接更佳，充分发挥它的强度；由于增强层中采用了竹纤维带作为增强材料，赋于管体质轻、高强度、高刚度、高韧性等优点。本发明采用连续的竹纤维带后，所得产品中的增强层由一条连续不断的竹纤维带缠绕而成，可以采用缠绕机进行机械化生产，提高了竹纤维之间的致密性，并提高了产品的强度。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的实施方式作进一步的说明，但不是对本发明的限定。
实施例1：
以制作直径为200mm的竹复管为例，具体步骤如下：
a)竹片预处理：
把新鲜的毛竹开成5米长、0.7mm厚、10mm宽的竹片，用5％NaOH 溶液浸泡6小时，用水冲洗干净，将毛竹再放入烘干消毒碳干机，烘干消毒碳干机加热的温度为160℃，加热时间2小时，毛竹碳化，碳化程度为5％，用9根竹片11平行排列整齐为一排，沿纵向方向依次布置多排，背面衬上涂有脲醛树脂的棉纱网格12(60g/m2)，经 120℃压制5分钟固化，形成宽90mm、厚0.8mm的竹片布带，形成一条长达50米以上不间断的竹片布带，并卷到卷筒上待用；
b)内衬层1的制备：
在外径为200mm的经抛光的钢制直管模具上包覆一层0.029mm厚的聚酯薄膜，用防腐性能优异的乙烯基酯树脂和玻璃纤维表面毡 (30g/m2)在直管模具上制作厚度达2mm的内衬层；
c)缠绕工序(即增强层2的制备)：
待内衬层固化后，把事先卷好的竹片布带卷装在缠绕机上，把竹片布带退卷后，浸入树脂槽内浸润脲醛树脂，再平整地缠绕在直管模具上，缠绕1层环向/2层螺旋/1层环向后，达到6mm的设计厚度；缠绕完毕后，对管道加热到60℃固化20分钟，树脂交联固化后，成为坚硬一体的热固性复合材料。
d)外防护层3的制备：
在管道外面涂刷一层防水防腐较好的环氧树脂，厚约0.5-1mm。
生产的管道经水压测试，短时失效压力达到5.2MPa，实测总厚度 8.5mm，刚度达到16200N/m2，环向抗拉强力达到520KN/m，高于聚氯乙烯和聚乙烯管道，达到玻璃钢管道的技术指标。实管体材质比重为0.87，低于玻璃钢管的1.8～2.1。
实施例2：
以制作直径为300mm的竹复管为例，具体步骤如下：
a)竹片预处理：
把新鲜的毛竹开成5米长、1.3mm厚、14mm宽的竹片，用8％NaOH 溶液60℃浸泡8小时，用水冲洗干净，将毛竹再放入烘干消毒碳干机，烘干消毒碳干机加热的温度为170℃，加热时间3小时，毛竹碳化，碳化程度为25％，用8根竹片21平行排列为一排，沿纵向方向依次布置多排，在纵向方向每隔30cm的距离上用缝合线22缝合，缝合线迹与竹片成垂直。竹片经缝合后，形成宽120mm、厚1.3mm、长 50米以上不间断的竹片带，并卷到卷筒上待用；
b)内衬层的制备：
在外径为300mm的经抛光的钢制直管模具上包覆一层0.029mm厚的聚酯薄膜，用食品级树脂和涤纶表面毡(30g/m2)在直管模具上制作厚度达2mm的内衬层；
c)缠绕工序：
待内衬层固化后，把事先卷好的竹片卷装在缠绕机上，把竹片带退卷后，浸入树脂槽内浸润不饱和聚酯树脂，再平整地缠绕在直管模具上，缠绕1层环向/2层螺旋/1层环向后，达到8mm的设计厚度；缠绕完毕后，最外面包敷一层0.029mm厚的聚酯薄膜，使管体外表平整。在20℃以上固化60分钟，树脂交联固化后，成为坚硬一体的热固性复合材料。
d)外防护层的制备：
在管道外面涂刷一层防水防腐较好的乙烯基酯树脂，厚约0.5mm。
实施例2生产的管道经水压测试，短时失效压力达到4.6MPa，实测总厚度10.5mm，实测刚度达到13200N/m2，环向抗拉强力达到 713KN/m，高于聚氯乙烯和聚乙烯管道，达到玻璃钢管道的技术指标。实测管体材质比重为0.84，低于玻璃钢管的1.8～2.1。
实施例3：
以制作直径为300mm的竹复管为例，具体步骤如下：
a)竹片预处理：
把新鲜的毛竹开成140mm长、1.0mm厚、12mm宽的竹片，用5％ NaOH溶液浸泡6小时，用水冲洗干净，将毛竹再放入烘干消毒碳干机，烘干消毒碳干机加热的温度为190℃，加热时间4小时，毛竹碳化，碳化程度为30％，用竹片31相互交叉的方式编织成110mm宽的竹席带，在本竹席带中经纬竹片与竹席带呈45°的角度。编织后的竹席带厚度为2mm、长度超过50米的连续带状，并卷到卷筒上待用；
b)内衬层的制备：
在外径为300mm的经抛光的钢制直管模具上包覆一层0.029mm厚的聚酯薄膜，用食品级树脂和涤纶表面毡(30g/m2)在管模具上制作厚度达2mm的内衬层；
c)缠绕工序：
待内衬层固化后，把事先卷好的竹席带卷装在缠绕机上，把竹席带退卷后，浸入树脂槽内浸润脲醛树脂，再平整地缠绕在直管模具上，缠绕5层环向后，达到10mm的设计厚度。在60℃以上固化30 分钟，树脂交联固化后，成为坚硬一体的热固性复合材料。
d)外防护层的制备：
在管道外面涂刷一层防水防腐较好的聚氨酯树脂，厚约0.5mm。
实施例3生产的管道经水压测试，短时失效压力达到4.9MPa，实测总厚度12.2mm，实测刚度达到42300N/m2，环向抗拉强力达到 735KN/m，轴向抗拉强力达到590KN/m，高于聚氯乙烯和聚乙烯管道，达到玻璃钢管道的技术指标。实测管体材质比重为0.88，低于玻璃钢管的1.8～2.1。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术方案作任何形式上的限制。凡是依据本发明的实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种竹纤维缠绕复合管的制备方法，竹纤维缠绕复合管沿管径方向，由内到外依次为内衬层、增强层、外防护层，其制备方法包括以下步骤：
1)内衬层的制备：在直管模具上用树脂及毡制作内衬，形成防渗且内壁光滑的内衬层；
2)竹纤维预处理：把毛竹开成长2-6m、厚0.5-3mm、宽1-25mm的竹纤维，接着脱脂，然后清洗并干燥碳化，其中干燥碳化为将竹纤维放入烘干消毒碳干机，烘干消毒碳干机加热的温度为160—190℃，加热时间2—4小时，竹纤维碳化，碳化程度为5％—30％，最后竹纤维采用衬布粘接、或缝合、或编织的方式连接成一条连续的竹纤维带，并卷成卷；
3)增强层的制备：将成卷的竹纤维带装在缠绕机上退卷，竹纤维带先通过树脂槽并涂上树脂，然后缠绕在直管模具的内衬层上，缠绕二层以上，经固化后形成增强层；
4)外防护层的制备：在增强层外喷涂一层防腐防水的材料，形成外防护层。
2.根据权利要求1所述的竹纤维缠绕复合管的制备方法，其特征在于采用螺旋缠绕、或环向缠绕、或环向缠绕加螺旋缠绕的组合将竹纤维带缠绕在内衬层上。
3.根据权利要求1或2所述的竹纤维缠绕复合管的制备方法，其特征在于竹纤维带的长度在50米以上，宽在3-50cm。
4.根据权利要求1所述的竹纤维缠绕复合管的制备方法，其特征在于树脂槽中所用的树脂为脲醛树脂、或不饱和聚酯树脂、或环氧树脂、或酚醛树脂、或聚氨酯树脂，固化温度为10-120℃。
5.根据权利要求1所述的竹纤维缠绕复合管的制备方法，其特征在于制作内衬层的树脂选用防腐树脂或食品级树脂。
6.根据权利要求1所述的竹纤维缠绕复合管的制备方法，其特征在于脱脂过程如下：将开好的竹纤维浸入质量浓度为1-10％的NaOH溶液中，在20-80℃下浸泡5-48小时。
7.根据权利要求1所述的竹纤维缠绕复合管的制备方法，其特征在于竹纤维带的制作方法如下：把多根竹纤维平行排列整齐，沿纵向方向布置多排成带状，背面衬上涂有树脂的衬布，形成竹纤维带。
8.根据权利要求1所述的竹纤维缠绕复合管的制备方法，其特征在于竹纤维带的制作方法如下：把多根竹纤维平行排列整齐，沿纵向方向布置多排成带状，在纵向方向每隔20-40cm距离处用缝合线缝合，缝合线迹与竹纤维带垂直，形成竹纤维带。
9.根据权利要求1所述的竹纤维缠绕复合管的制备方法，其特征在于竹纤维带的制作方法如下：用竹纤维相互交叉缠绕形成交叉网状增强结构。
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| CN110972765A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-04-10 | 浙江鑫宙竹基复合材料科技有限公司 | 一种生物基缠绕育苗装置及其安装方法 |
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