CN112161115A - 一种立体纤维编织复合管道及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种立体纤维编织复合管道及其生产方法，属于复合管道技术领域，立体纤维编织复合管道包括：立体纤维编织体，立体纤维编织体为由周向纤维和径向纤维一体编织形成的空间立体结构；固化胶体，固化胶体填充于立体纤维编织体的孔隙内。本申请提供的立体纤维编织复合管道，具有工艺简单、强度高、刚性大、耐腐蚀性强和使用寿命长的优点。

Description

一种立体纤维编织复合管道及其生产方法

技术领域

本申请涉及复合管道技术领域，尤其是涉及一种立体纤维编织复合管道及其生产方法。

背景技术

长期以来，输送管道采用钢或铁等金属材料制成，但传统金属材料管道生产过程能耗大、工序多，且后续使用过程中易锈蚀、维护成本高，因此逐渐被各种新型材质管道代替。目前市场上常见的新型材质管道有采用玻璃钢复合材料缠绕成型的管道、PVC挤出成型管道或者各种中空塑料上设有加强筋的塑料波纹管道。其中，采用玻璃钢复合材料缠绕成型的管道，纵向强度低，工艺繁锁；PVC挤出成型管道环向强度差，各种单一的塑料管道存在刚度低、强度差、寿命短、脆性大、易断裂。

相关技术中已有采用连续针织复合玻璃钢管道，其通过在内层设置一层编织层后，在该编织层上铺设周向和轴向纤维层，然后在最外层再设置一层编织层，起到了一定的平衡管道内外表面的张力的作用。

针对上述中的相关技术，发明人认为其存在生产步骤繁琐、易分层的缺陷。

发明内容

为了改善相关技术中连续针织复合玻璃钢管道生产步骤繁琐、易分层的问题，本申请提供一种立体纤维编织复合管道及其生产方法。

第一方面，本申请提供一种立体纤维编织复合管道，采用如下技术方案：

一种立体纤维编织复合管道，包括：

立体纤维编织体，立体纤维编织体为由周向纤维和径向纤维一体编织形成的空间立体结构；

固化胶体，固化胶体填充于立体纤维编织体的孔隙内。

通过采用上述技术方案，立体纤维编织体为一体成型，整体性好，管道强度高。

可选的，立体纤维编织复合管道的内径为15-800mm，壁厚为1.5-20mm，长度为1.5-15m。

通过采用上述技术方案，立体纤维编织复合管道可以适应不同的应用场合。

可选的，纤维采用玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、芳纶纤维中的一种或多种。

通过采用上述技术方案，可以使得立体纤维编织复合管道在重量轻的前提下满足高强度的要求。

可选的，固化胶体为热固性树脂固化形成。

通过采用上述技术方案，采用热固性树脂固化使得立体纤维编织复合管道耐腐蚀能力强。

可选的，热固性树脂为环氧树脂、聚氨酯树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、有机硅树脂、呋喃树脂或三聚氰胺甲醛树脂中的一种或多种。

通过采用上述技术方案，热固性树脂可以与立体纤维编织体良好嵌合，保证立体纤维编织复合管道的强度。

第二方面，本申请提供一种立体纤维编织复合管道生产方法，采用如下技术方案：

一种立体纤维编织复合管道的生产方法，包括以下步骤：

步骤S1：编织立体纤维编织体并由牵引装置牵引运动；

步骤S2：向立体纤维编织体喷射热固性树脂；

步骤S3：将喷射热固性树脂后的立体纤维编织体加热固化，得到立体纤维编织复合管道。

通过采用上述技术方案，通过立体编织、喷射热固性树脂和固化可得到立体纤维编织复合管道。

可选的，编织立体纤维编织体包括以下步骤：

步骤S1-1：将纤维与编织机的编织架上的携纱器相连，将携纱器在编织架上排布初始位置，编织架上设置有若干个圆周滑道，相邻圆周滑道上的携纱器沿着径向方向排成一列，相邻径向方向上的携纱器呈靠近或远离编织架中心错位排列；

步骤S1-2：位于远离编织架中心的径向方向上的携纱器向靠近编织架中心的方向运动，位于靠近编织架中心的径向方向上的携纱器向远离编织架中心的方向运动；

步骤S1-3：位于圆周滑道上的携纱器沿着圆周滑道运动，相邻圆周滑道上的携纱器的运动方向相反；

步骤S1-4：在步骤S1-3的基础上，位于远离编织架中心的径向方向上的携纱器向靠近编织架中心的方向运动，位于靠近编织架中心的径向方向上的携纱器向远离编织架中心的方向运动；

步骤S1-5：在步骤S1-4的基础上，位于不同圆周滑道上的携纱器沿着圆周滑道运动，相邻圆周滑道上的携纱器的运动方向相反，并且与步骤S1-3中相同的圆周滑道上的携纱器与步骤S1-3中的携纱器运动方向相反；

步骤S1-6：循环进行步骤S1-2至步骤S1-5。

通过采用上述技术方案，可以实现立体纤维编织体的连续编织并一体成型。

可选的，编织架上每个圆周滑道上的携纱器的数量为偶数。

通过采用上述技术方案，便于携纱器的排布和编织。

可选的，在步骤S3中，热固性树脂通过设置于立体纤维编织体轴向同一截面上的三个高压喷枪喷射完成，三个高压喷枪分别设置于立体纤维编织体的上、左、右三个方向，高压喷枪的枪头指向立体纤维编织体的中心；喷射热固性树脂的压力为2-2.5MPa；加热固化的温度为100-150℃。

通过采用上述技术方案，能够实现对立体纤维编织体的上胶和固化过程，通过高压喷射热固性树脂，树脂分布均匀，管道表面质量好。

可选的，立体纤维编织复合管道生产方法还包括：

步骤S4：将步骤S3得到的立体纤维编织复合管道进行切割和码垛处理。

通过采用上述技术方案，便于立体纤维编织复合管道适应不同的应用场合且方便运输和仓储。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1、立体纤维编织体一体编织成型，工艺简单，立体纤维编织复合管道整体性强，不易分层，刚性大，强度高，韧性好；

2、将立体纤维编织体与热固性树脂进行复合，立体纤维编织复合管道具有耐腐蚀性强和使用寿命长的优点。

附图说明

图1是立体纤维编织复合管道的断面结构示意图；

图2是立体纤维编织体径向编织关系示意图；

图3是立体纤维编织体周向编织关系示意图；

图4是编织机的编织架、携纱器三维结构示意图；

图5是立体纤维编织体的编织过程示意图。

附图标记说明：1、立体纤维编织体；2、固化胶体；3、编织架；4、携纱器；11、第一周向纤维；12、第二周向纤维；13、第三周向纤维；14、第四周向纤维；15、径向纤维；31、第一滑道；32、第二滑道；33、第三滑道；34、第四滑道。

具体实施方式

以下结合附图1-5对本申请作进一步详细说明。

参照图1，本申请实施例公开一种立体纤维编织复合管道，包括立体纤维编织体1和固化胶体2。立体纤维编织体1为由周向纤维和径向纤维15一体编织形成的空间立体结构；固化胶体2填充于立体纤维编织体1的孔隙内。

参照图2，图2中箭头所指方向为由管道中心指向其外表面的径向方向。立体纤维编织体1在径向方向上由径向纤维15与第一周向纤维11、第二周向纤维12、第三周向纤维13和第四周向纤维14缠绕编织，从而使立体纤维编织体1在径向方向上形成一个整体。

本领域技术人员可以根据应用场合要求的管道壁厚选择立体纤维编织体1的厚度，在管道承载压力大的情况下，需要的管道壁厚也大，可以在径向方向上使径向纤维15与更多的周向纤维编织。

参照图3，周向纤维编织后展开呈网状。周向纤维在圆周面内缠绕编织，纤维间的夹角为0-90°。

编织用的纤维可以采用玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、芳纶纤维中的一种或多种，以满足立体纤维编织复合管道重量轻、强度高的要求。

参照图1，固化胶体2填充于立体纤维编织体1的孔隙内。固化胶体2为热固性树脂经加热固化后形成。热固性树脂可以为环氧树脂、聚氨酯树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、有机硅树脂、呋喃树脂或三聚氰胺甲醛树脂等，本领域人员可以根据需要进行选择，此处不作具体限定。

在本申请的实施例中，立体纤维编织复合管道的内径可以为15-800mm，壁厚可以为1.5-20mm，长度可以为1.5-15m，根据管道的应用场合，本领域技术人员可以对管道内径、壁厚和长度进行选择。

本申请实施例还提供一种立体纤维编织复合管道生产方法，包括以下步骤：

步骤S1：编织立体纤维编织体1并由牵引装置牵引运动。

参照图4和图5，立体纤维编织体1由立体编织机进行编织，立体编织机包括编织架3，以编织架3上由中心向外依次设置有同心的四条圆周滑道为例，四条圆周滑道分别为第一滑道31、第二滑道32、第三滑道33、第四滑道34。每条滑道上设置有若干个携纱器4，携纱器4可沿着圆周滑道运动，每条圆周滑道上的携纱器4的数量为偶数，以便于排布和编织。立体纤维编织体1的编织过程包括以下步骤：

步骤S1-1：将纤维与编织机的编织架3上的携纱器4相连，将携纱器4在编织架3上排布初始位置，相邻圆周滑道上的携纱器4沿着径向方向排成一列，相邻径向方向上的携纱器4呈靠近或远离编织架中心错位排列。

参照图5（d），该图所示的排布状态为携纱器4在编织架3上的初始排布状态。此时，第一滑道31上设置有4个携纱器4，第二滑道32上设置有8个携纱器4，第三滑道33上设置有8个携纱器4，第四滑道34上设置有4个携纱器4。在通过编织架3中心的8条均匀分布的直径线上，每条直径线上设置有6个携纱器4，即每条通过四条圆周滑道的半径线上设置有3个携纱器4。在相邻的两条直径线上，其中一条直径线上的携纱器4对称设置于内三条圆周滑道上，即对称设置于第一滑道31、第二滑道32和第三滑道33上；另一条直径线上的携纱器4对称设置于外三条圆周滑道上，即对称设置于第二滑道32、第三滑道33和第四滑道34上，相邻直径线上的携纱器4呈错位关系。

步骤S1-2：位于远离编织架3中心的径向方向上的携纱器4向靠近编织架3中心的方向运动，位于靠近编织架3中心的径向方向上的携纱器4向远离编织架3中心的方向运动。

参照图5（a），在图5（d）将携纱器4在编织架3上排布好初始状态的基础上，设置于内三条圆周滑道上的携纱器4沿着半径方向向外移动一个步位，即原位于第一滑道31、第二滑道32和第三滑道33上的携纱器4分别移动至第二滑道32、第三滑道33和第四滑道34上；设置于外三条圆周滑道上的携纱器4沿着半径方向向内移动一个步位，即原位于第二滑道32、第三滑道33和第四滑道34上的携纱器4分别移动至第一滑道31、第二滑道32和第三滑道33上。由此可以通过携纱器4在径向方向上的错位移动，使纤维实现径向方向上的编织。

立体纤维编织体1的编织厚度可以通过调整编织架3上的圆周滑道的数量来调整。周向纤维的编织密度可通过调整同一圆周滑道上的携纱器4的数量来调整。

步骤S1-3：位于圆周滑道上的携纱器4沿着圆周滑道运动，相邻圆周滑道上的携纱器4的运动方向相反。

参照图5（b），在步骤S1-2的基础上，携纱器4沿着所在的圆周滑道作周向运动，相邻的圆周滑道上的携纱器4向相反方向运动，从而实现纤维在圆周面内的编织。例如，第二滑道32上的携纱器4沿着顺时针方向作圆周运动，第三滑道33上的携纱器4沿着逆时针方向作圆周运动，相应的，第一滑道31上的携纱器4沿着逆时针方向作圆周运动，第四滑道34上的携纱器4沿着顺时针方向作圆周运动。由此，通过相邻的圆周滑道上的携纱器4的运动方向不同，可同时进行立体空间内的周向纤维的编织。其中，携纱器4沿着各自的圆周滑道每次仅运动一个步位，例如第一滑道31上的携纱器4沿着周向运动一个步位为90°，第二滑道32和第三滑道33上的携纱器4沿着周向运动一个步位为45°，第四滑道34上的携纱器4沿着周向运动一个步位为90°。

步骤S1-4：在步骤S1-3的基础上，位于远离编织架3中心的径向方向上的携纱器4向靠近编织架3中心的方向运动，位于靠近编织架3中心的径向方向上的携纱器4向远离编织架3中心的方向运动。

参照图5（c），位于内三条圆周滑道上的携纱器4沿着半径方向向外移动一个步位，位于外三条圆周滑道上的携纱器4沿着半径方向向内移动一个步位，即同一半径线上的携纱器4在步骤1-2和步骤1-4中的运动方向相反，从而在完成步骤S1-3中一次周向编织后进行一次径向编织。

步骤S1-5：在步骤S1-4的基础上，位于圆周滑道上的携纱器4沿着圆周滑道运动，相邻圆周滑道上的携纱器4的运动方向相反，并且与步骤S1-3中相同的圆周滑道上的携纱器4与步骤S1-3中的携纱器4运动方向相反。

参照图5（d），通过相邻圆周滑道上的携纱器4向相反方向作圆周运动，实现一次周向编织。在步骤S1-5中，与步骤S1-3中对应的圆周滑道上的携纱器4与在步骤S1-3中的携纱器的运动方向相反，从而保证编织的连续性和紧固性。经过步骤S1-5后，编织架3上的携纱器4位置恢复到初始的排布状态。

步骤S1-6：循环进行步骤S1-2至步骤S1-5。由于立体纤维编织体1的编织过程是连续过程，因此在步骤S1-1对携纱器4在编织架3上排布好初始位置后，通过步骤S1-2至步骤S1-5循环动作，可实现立体纤维编织体1的连续编织。

编织完成的立体纤维编织体1在牵引装置的牵引下沿着芯模运动，从而使得完成编织的部分连续拉出。

步骤S2：向立体纤维编织体1喷射热固性树脂。

立体纤维编织体1完成编织后，在牵引装置的牵引作用下需与热固性树脂进行复合，热固性树脂通过喷胶装置喷射。喷胶装置包括支撑壳体，支撑壳体上设置有三个高压喷枪，三个高压喷枪设置于立体纤维编织体1轴向的同一截面上，三个高压喷枪分别设置于立体纤维编织体1的上、左、右三个方向，三个高压喷枪的枪头均指向立体纤维编织体的中心，热固性树脂的喷射压力为2.0-2.5MPa。通过高压喷射，热固性树脂可直接喷射至纤维之间的孔隙内，使得管道上胶过程效率高，相对于真空负压浸胶方式，喷胶装置的结构简单，管道的表面质量好。

S3：将喷射热固性树脂后的立体纤维编织体1加热固化，得到立体纤维编织复合管道。

立体纤维编织体1完成喷射热固性树脂的操作后，牵引装置牵引立体纤维编织体1进入编织机芯模与外模之间的腔体，外模外部设置有加热部件，加热部件将外模升温使热固性树脂固化。加热部件可以为电加热部件、燃气加热部件或采用其他能源形式的加热部件。为了保证固化效果，固化温度为100-150℃。

经步骤S3完成固化得到立体纤维编织复合管道后，为便于管道适应不同的应用场合且方便运输和仓储，本申请提供的立体纤维编织复合管道的生产方法还可以包括：

步骤S4：将立体纤维编织复合管道进行切割和码垛处理。

切割过程通过跟踪切割机进行，以满足对立体纤维编织复合管道的长度要求。跟踪切割机包括机台、送管装置、接管装置、切割装置和卸管装置。其中，机台具有相对的第一端和第二端；送管装置设置于机台的第一端，送管装置包括取管机构和输送机构，取管机构通过电驱动或液压驱动的卡钳或机械手对立体纤维编织管道进行抓取并放置到输送机构上，输送机构可以为输送带或辊道等。

切割装置包括锯片，锯片与立体纤维编织复合管道的轴向方向垂直，锯片由驱动电机驱动，驱动电机设置于行走机构上，通过行走机构的作用，锯片可沿着垂直于管道轴向的方向进行行走切割。切割装置还包括跟踪定位机构，用于测量管道通过的长度，当管道通过的长度达到设定的切割长度时，切割装置进行自动切割。跟踪定位机构可以包括红外测量元件，用于检测是否有管道通过，当有管道通过时，根据输送机构的输送速度计算管道通过的长度。

接管装置设置于机台的第二端，当立体纤维编织复合管道经切割装置切割后，由接管装置进行承接，接管机构可以是槽体或挡板等结构。

卸管装置设置于切管装置与接管装置之间，用于将切割完成后的管道从机台上卸下，卸管装置可以包括机械手或翻板机构等，本领域技术人员可根据实际需要设置相应结构。

通过设置跟踪切割机，可实现自动送管、切割和卸管的过程，切割效率高，管道断面质量好。

在码垛过程中，可通过输送轨道对管道进行输送，由自动码垛机进行打捆和码放，便于发货和运输。

本申请提供的立体纤维编织复合管道，立体纤维编织体1通过立体编织方法一次成型， 结构及生产工艺简单，管道强度高，刚性大，韧性好，并且具有耐腐蚀性强、使用寿命长的优点。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种立体纤维编织复合管道，其特征在于，包括：

立体纤维编织体（1），所述立体纤维编织体（1）为由周向纤维和径向纤维（15）一体编织形成的空间立体结构；

固化胶体（2），所述固化胶体（2）填充于立体纤维编织体（1）的孔隙内。

2.根据权利要求1所述的立体纤维编织复合管道，其特征在于，所述立体纤维编织复合管道的内径为15-800mm，壁厚为1.5-20mm，长度为1.5-15m。

3.根据权利要求1所述的立体纤维编织复合管道，其特征在于，所述纤维采用玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、芳纶纤维中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的立体纤维编织复合管道，其特征在于，所述固化胶体（2）为热固性树脂固化形成。

5.根据权利要求4所述的立体纤维编织复合管道，其特征在于，所述热固性树脂为环氧树脂、聚氨酯树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、有机硅树脂、呋喃树脂或三聚氰胺甲醛树脂中的一种或多种。

6.一种立体纤维编织复合管道生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：编织立体纤维编织体（1）并由牵引装置牵引运动；

步骤S2：向立体纤维编织体（1）喷射热固性树脂；

步骤S3：将喷射热固性树脂后的立体纤维编织体（1）加热固化，得到立体纤维编织复合管道。

7.根据权利要求6所述的立体纤维编织复合管道生产方法，其特征在于，编织立体纤维编织体（1）包括以下步骤：

步骤S1-1：将纤维与编织机的编织架（3）上的携纱器（4）相连，将携纱器（4）在编织架（3）上排布初始位置，编织架（3）上设置有若干个圆周滑道，相邻圆周滑道上的携纱器（4）沿着径向方向排成一列，相邻径向方向上的携纱器（4）呈靠近或远离编织架（3）中心错位排列；

步骤S1-2：位于远离编织架（3）中心的径向方向上的携纱器（4）向靠近编织架（3）中心的方向运动，位于靠近编织架（3）中心的径向方向上的携纱器（4）向远离编织架（3）中心的方向运动；

步骤S1-3：位于圆周滑道上的携纱器（4）沿着圆周滑道运动，相邻圆周滑道上的携纱器的运动方向相反；

步骤S1-4：在步骤S1-3的基础上，位于远离编织架（3）中心的径向方向上的携纱器（4）向靠近编织架（3）中心的方向运动，位于靠近编织架（3）中心的径向方向上的携纱器（4）向远离编织架（3）中心的方向运动；

步骤S1-5：在步骤S1-4的基础上，位于不同圆周滑道上的携纱器（4）沿着圆周滑道运动，相邻圆周滑道上的携纱器（4）的运动方向相反，并且与步骤S1-3中相同的圆周滑道上的携纱器（4）与步骤S1-3中的携纱器（4）运动方向相反；

步骤S1-6：循环进行步骤S1-2至步骤S1-5。

8.根据权利要求7所述的立体纤维编织复合管道生产方法，其特征在于，所述编织架（3）上每个圆周滑道上的携纱器（4）的数量为偶数。

9.根据权利要求6所述的立体纤维编织复合管道生产方法，其特征在于，在步骤S3中，热固性树脂通过设置于立体纤维编织体（1）轴向同一截面上的三个高压喷枪喷射完成，三个高压喷枪分别设置于立体纤维编织体（1）的上、左、右三个方向，高压喷枪的枪头指向立体纤维编织体（1）的中心；

所述喷射热固性树脂的压力为2-2.5MPa；

所述加热固化的温度为100-150℃。

10.根据权利要求6所述的立体纤维编织复合管道生产方法，其特征在于，还包括：

步骤S4：将步骤S3得到的立体纤维编织复合管道进行切割和码垛处理。

Images