CN112555519B - 连续纤维增强复合管端口耐高压密封结构及其制作方法 - Google Patents

连续纤维增强复合管端口耐高压密封结构及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种连续纤维增强复合管端口耐高压密封结构其制作方法，包括热塑复合管以及设置在所述热塑复合管端口的封闭环，热塑复合管包括内衬层、增强层和外护层，还包括开设在热塑复合管端口的环形凹槽，环形凹槽的轴向投影面积覆盖增强层的轴向投影面积，封闭环填充所述环形凹槽，并且封闭环的封闭侧与所述内衬层、外护层密封连接；该方法包括复合管端面处理、环形凹槽的加工和复合管端面封闭三个步骤；本发明简单有效，成本低廉，端口封闭效果好，能有效的防止介质窜入中间的增强层。

Description

连续纤维增强复合管端口耐高压密封结构及其制作方法
技术领域
本发明涉及复合管领域，尤其涉及一种连续纤维增强复合管端口耐高压密封结构及其制作方法。
背景技术
连续纤维预浸带增强复合管道系统，兼具有耐高压耐高热耐腐蚀特殊优点，被广泛应用于供水管网、供热管网、油田集输高温、工业与化工管网、浆体输送管网等高低压场景中使用。
但由于中间增强层的连续纤维预浸带与塑料内、外层之间熔合度不好，以及多层次缠绕的连续纤维预浸带层自身熔合度也是不好，管内的介质极易从管的端口处窜入中间增强层，继而形成复合管塑料外层单独承压破损导致管体承压失效。为了避免管内介质从管端口窜入中间增强层，通常做法都是采用在复合管端熔贴塑料圆圈环来防止介质窜入增强层。
其中，申请号CN201711037638.2的中国专利公开了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，其特征在于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，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，该凸台尺寸与复合管增强层尺寸相对应后，复合管端与密封环及其凸台界面通过高速旋转摩擦所产生的温度熔化熔合熔贴在一起，达到密封复合管端面、杜绝输送介质渗入的目的，从而提升复合管接头部位密封性能的目的。
但是，该专利技术存在以下问题与不足：
(1)由于塑料密封环或者复合管的端面局部不平整，二者旋压摩擦时，不平整的部位熔贴不完全、熔合不完整。
(2)连续纤维增强的复合管属于薄壁管与芯层缠绕管，尤其是管径大于200mm以上的复合管均存在管端椭圆性偏大问题，利用旋压熔合的方式将塑料环尤其是侧面带有凸台的塑料密封环与椭圆性复合管端旋压熔合在一起后，复合管的管端与塑料密封环的端面无法完全吻合熔接；经常会出现中间的复合管增强层端面外露的情况。
(3)由于复合管内衬层、复合管增强层和复合管外保护层的端面是齐平的，采用挤压接触、旋熔摩擦升温熔接方法制作时，密封环凸台与中间的复合管增强层的连续纤维首先摩擦挤压，含有无机纤维丝束的复合管增强层，其硬度强度超过塑料材质的密封环凸台，二者摩擦结果导致密封环凸台熔化后纤维增强层依然存在；复合管增强层在挤压熔合的过程中，芯层纤维会无序的扩散到管端塑料内外层面上，形成无机材料隔离丝束层，导致密封环与管端熔合出现缝隙，在管内介质压力作用下继而出现介质窜入纤维增强层，导致管端口密封失效。
发明内容
基于上述问题，本发明的目的是提供一种连续纤维增强复合管端口耐高压密封结构及其制作方法。
本发明采用如下技术方案：
本发明一种连续纤维增强复合管端口耐高压密封结构，包括热塑复合管以及设置在所述热塑复合管端口的封闭环，所述热塑复合管包括内衬层、增强层和外护层，还包括开设在所述热塑复合管端口的环形凹槽，所述环形凹槽的轴向投影面积覆盖所述增强层的轴向投影面积，所述封闭环填充所述环形凹槽，并且所述封闭环的封闭侧与所述内衬层、外护层的外露端密封连接。
进一步的，所述环形凹槽的内圈延伸至所述内衬层的外壁，所述环形凹槽的外圈延伸至所述外护层的外壁；
所述封闭环由塑料带材缠绕而成，并且所述封闭环套设在所述内衬层上。
进一步的，所述环形凹槽的横截面为矩形。
进一步的，所述环形凹槽的深度为60～300mm；所述塑料带材的厚度为5～10mm、宽度60～300mm。
进一步的，所述环形凹槽的内圈延伸至所述内衬层中，所述环形凹槽的延伸至所述外护层中；
所述封闭环由熔融塑料熔体注塑而成，所述封闭环包括环形基体，所述环形基体的封闭侧环向设置有环形凸台，所述环形凸台嵌入到所述环形凹槽中。
进一步的，所述环形凹槽的横截面为弧形。
进一步的，所述环形凹槽的深度为3～10mm。
一种用于制作连续纤维增强复合管端口耐高压密封结构的方法，包括以下步骤：
S1复合管端面处理，对热塑复合管端面进行平整处理；
S2环形凹槽的加工，利用切削设备对热塑复合管的管端外壁进行切削形成环形凹槽，确保环形凹槽内的增强层去除干净；
S3复合管端面封闭，先对环形凹槽预热，然后将塑料带材加热并旋转缠绕熔贴在环形凹槽上，塑料带材冷却后形成封闭环。
一种用于制作连续纤维增强复合管端口耐高压密封结构的方法，包括以下步骤：
S1复合管端面处理，对热塑复合管端面进行平整处理；
S2环形凹槽的加工，利用切削设备对热塑复合管端面进行切削形成环形凹槽，确保环形凹槽内的增强层去除干净；
S3复合管端面封闭，先对环形凹槽、内衬层和外护层的端面预热，然后将熔融塑料熔体填充熔贴在环形凹槽中，直至熔融塑料熔体完全熔贴覆盖内衬层和外护层的端面，熔融塑料熔体冷却后形成封闭环。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
(1)在热塑复合管的端口剔除一部分的增强层后，形成一定深度的环形凹槽，这样可以避免由连续纤维制成的增强层在后续的熔合工序中无序的扩散到管端塑料内外层面上，避免了无机材料隔离丝束层的形成，有效提高管端管体与封闭环的融合度，继而更好的实现了封闭环对热塑复合管端口的封闭效果；
(2)用塑料带材或者熔融塑料熔体形成的封闭环，熔合更加完整、熔合更加充分、密封更加完好，封闭环更加容易熔合到管端内、外层的管体上并形成一体封闭结构，防止管端纤维层窜水。
附图说明
下面结合附图说明对本发明作进一步说明。
图1为本发明实施一中密封结构的剖视图；
图2为本发明实施二中密封结构的剖视图。
附图标记说明：1、内衬层；2、增强层；3、外护层；4、封闭环；401、环形基体；402、环形凸台；5、环形凹槽。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
实施例一
如图1所示，本实施例中公开了一种连续纤维增强复合管端口耐高压密封结构，包括热塑复合管以及设置在热塑复合管端口的封闭环4，热塑复合管包括内衬层1、增强层2和外护层3，还包括开设在热塑复合管端口的环形凹槽5，环形凹槽5的轴向投影面积覆盖增强层2的轴向投影面积，封闭环4填充环形凹槽5，并且封闭环4的封闭侧与内衬层1、外护层3的外露端密封连接。
在本实施例中，环形凹槽5的内圈延伸至内衬层1的外壁，环形凹槽5的外圈延伸至外护层3的外壁；增强层2和外护层3的外端面齐平，内衬层1的长度大于增强层2，环形凹槽5的横截面为矩形。在本实施例中，环形凹槽5形成了一个台阶形状的凹槽。
封闭环4由塑料带材缠绕而成，并且封闭环4套设在内衬层1上，封闭环4的内壁与内衬层1的内壁密封连接，封闭环4的左侧端面与外护层3的外端面密封连接。
在本实施例中，环形凹槽5的深度为60～300mm，塑料带材的厚度为5～10mm、宽度60～300mm。环形凹槽5的深度与管径变化相匹配，如管径800mm的复合管，环形凹槽5的深度为80mm，塑料带材的厚度为4mm、宽度80mm。
在本实施例中，还公开了一种用于制作连续纤维增强复合管端口耐高压密封结构的方法，主要包括以下步骤：
S1复合管端面处理，采用切割刀或者打磨设备对热塑复合管端面进行打磨处理，确保端面平整光滑即可。
S2环形凹槽的加工，利用切削设备对热塑复合管的管端外壁进行切削形成环形凹槽5，确保环形凹槽5内的增强层2去除干净。
具体来说，将含有连续纤维预浸带的热塑复合管的端口套设在带有前后移动的胀紧机构上，胀紧机构从热塑复合管端内径张开，很好的保证了热塑复合管端口的圆整度，通过旋转电机驱动胀紧机构转动，从而带动热塑复合管转动，热塑复合管转动的同时，由切削刀具对增强层2、外护层3切削去除，形成具有台阶形状的环形凹槽5，在切削的过程中，确保增强层2切削干净，避免增强层2的存在导致封闭环4与环形凹槽5粘贴熔合不牢固的问题。
S2复合管端面封闭，将塑料带材加热并旋转缠绕熔贴在环形凹槽5上，塑料带材冷却后形成封闭环4。
具体来说，退出切削刀具，开启旋转电机，继续带动热塑复合管旋转；用侧面带有热风出风平嘴的热风机，先对环形凹槽5热风预热，紧跟其后将塑料带材旋转缠绕在外露的内衬层1上，缠绕的过程中热风机继续对塑料带材缠绕部位以及外护层3的端面加热，塑料带材内壁与内衬层1外壁加热热风温度在300～350℃，塑料带材张力在250～300N，熔贴时间1～2秒。当塑料带材缠绕至与外护层3外壁齐平时，环形凹槽5填充完毕，塑料带材冷却后形成封闭环4。需要说明的是，塑料带材与内衬层1、外护层3的晶体结构相同，为同种材料。
实施例二
如图2所示，在本实施例中，环形凹槽5的内圈延伸至内衬层1中，环形凹槽5的延伸至外护层3中。封闭环4由熔融塑料熔体注塑而成，封闭环4包括环形基体401，环形基体401的封闭侧环向设置有环形凸台402，环形基体401与环形凸台402一体成型，环形基体401的左侧端面与内衬层1、外护层3密封连接，环形凸台402嵌入到环形凹槽5中。其余结构与实施例一相同。
为了增大封闭环4与热塑复合管端面的密封面积，在本实施例中，环形凹槽5的横截面为弧形，这样环形凸台402的一部分也可与内衬层1、外护层3密封连接。
在本实施例中，环形凹槽5的深度为3mm～10mm，环形凹槽5的厚度为3mm～5mm。环形凹槽5的深度与管径变化相匹配，如管径1000mm，其环形凹槽5的深度为5mm，厚度为4mm。
在本实施例中还公开了一种用于制作连续纤维增强复合管端口耐高压密封结构的方法，该方法包括以下步骤：
S1复合管端面处理，对热塑复合管端面进行平整处理；
S2环形凹槽的加工，利用切削设备对热塑复合管端面进行切削形成环形凹槽5，确保环形凹槽5内的增强层2去除干净。在本实施例步骤S2中，环形凹槽5切削完成后的横截面为弧形，具体操作过程与实施例一中的步骤S2相同。
S3复合管端面封闭，将熔融塑料熔体填充熔贴在环形凹槽5中，直至熔融塑料熔体完全熔贴覆盖内衬层1和外护层3的端面，熔融塑料熔体冷却后形成封闭环4。
具体来说，退出切削刀具，开启旋转电机，继续带动热塑复合管旋转；用侧面带有热风出风平嘴的热风机，先对环形凹槽5、内衬层1和外护层3的端面热风预热，紧跟其后利用注塑设备将熔融塑料熔体填充在环形凹槽5中，直至熔融塑料熔体完全覆盖内衬层1和外护层3的端面，挤出熔融塑料熔体的温度为140～165℃，熔体冷却定型时间30～60分钟。熔融塑料熔体冷却后形成封闭环4，之后利用磨光机修理外溢的塑料体。需要说明的是，熔融塑料熔体与内衬层1、外护层3的晶体结构相同，为同种材料。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种用于制作连续纤维增强复合管端口耐高压密封结构的方法，所述连续纤维增强复合管端口耐高压密封结构包括热塑复合管以及设置在热塑复合管端口的封闭环（4），所述热塑复合管包括内衬层（1）、增强层（2）和外护层（3），其特征在于：还包括开设在所述热塑复合管端口的环形凹槽（5），所述环形凹槽（5）的轴向投影面积覆盖所述增强层（2）的轴向投影面积，所述封闭环（4）填充所述环形凹槽（5），并且所述封闭环（4）的封闭侧与所述内衬层（1）、外护层（3）的外露端密封连接；
所述环形凹槽（5）的内圈延伸至所述内衬层（1）的外壁，所述环形凹槽（5）的外圈延伸至所述外护层（3）的外壁；或所述环形凹槽（5）的内圈延伸至所述内衬层（1）中，所述环形凹槽（5）的外圈延伸至所述外护层（3）中；
当所述环形凹槽（5）的内圈延伸至所述内衬层（1）的外壁，所述环形凹槽（5）的外圈延伸至所述外护层（3）的外壁时，
所述封闭环（4）由塑料带材缠绕而成，并且所述封闭环（4）套设在所述内衬层（1）上；
所述环形凹槽（5）的深度为60～300mm；所述塑料带材的厚度为5～10mm、宽度60～300mm；
还包括以下步骤：
S1复合管端面处理，对热塑复合管端面进行平整处理；
S2环形凹槽的加工，利用切削设备对热塑复合管的管端外壁进行切削形成环形凹槽（5），确保环形凹槽（5）内的增强层（2）去除干净；
将含有连续纤维预浸带的热塑复合管的端口套设在带有前后移动的胀紧机构上，胀紧机构从热塑复合管端内径张开，通过旋转电机驱动胀紧机构转动，从而带动热塑复合管转动，热塑复合管转动的同时，由切削刀具对增强层（2）、外护层（3）切削去除，形成具有台阶形状的环形凹槽（5），在切削的过程中，确保增强层（2）切削干净，避免增强层（2）的存在导致封闭环（4）与环形凹槽（5）粘贴熔合不牢固的问题；
S3复合管端面封闭，先对环形凹槽（5）预热，然后将塑料带材加热并旋转缠绕熔贴在环形凹槽（5）上，塑料带材冷却后形成封闭环（4）；
退出切削刀具，开启旋转电机，继续带动热塑复合管旋转；用侧面带有热风出风平嘴的热风机，先对环形凹槽（5）热风预热，紧跟其后将塑料带材旋转缠绕在外露的内衬层（1）上，缠绕的过程中热风机继续对塑料带材缠绕部位以及外护层（3）的端面加热，塑料带材内壁与内衬层（1）外壁加热热风温度在300～350℃，塑料带材张力在250～300N，熔贴时间1～2秒；当塑料带材缠绕至与外护层（3）外壁齐平时，环形凹槽（5）填充完毕，塑料带材冷却后形成封闭环（4），塑料带材与内衬层（1）、外护层（3）的晶体结构相同，为同种材料；
当所述环形凹槽（5）的内圈延伸至所述内衬层（1）中，所述环形凹槽（5）的外圈延伸至所述外护层（3）中时，
所述封闭环（4）由熔融塑料熔体注塑而成，所述封闭环（4）包括环形基体（401），所述环形基体（401）的封闭侧环向设置有环形凸台（402），所述环形凸台（402）嵌入到所述环形凹槽（5）中；
还包括以下步骤：
S1复合管端面处理，对热塑复合管端面进行平整处理；
S2环形凹槽的加工，利用切削设备对热塑复合管端面进行切削形成环形凹槽（5），确保环形凹槽（5）内的增强层（2）去除干净；
S3复合管端面封闭，先对环形凹槽（5）、内衬层（1）和外护层（3）的端面预热，然后将熔融塑料熔体填充熔贴在环形凹槽（5）中，直至熔融塑料熔体完全熔贴覆盖内衬层（1）和外护层（3）的端面，熔融塑料熔体冷却后形成封闭环（4）。
2.根据权利要求1所述的一种用于制作连续纤维增强复合管端口耐高压密封结构的方法，其特征在于：所述环形凹槽（5）的横截面为矩形。
3.根据权利要求1所述的一种用于制作连续纤维增强复合管端口耐高压密封结构的方法，其特征在于：所述环形凹槽（5）的横截面为弧形。
4.根据权利要求1所述的一种用于制作连续纤维增强复合管端口耐高压密封结构的方法，其特征在于：所述环形凹槽（5）的深度为3～10mm。
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