CN112628479A - 一种宽幅纤维网增强塑料复合管材 - Google Patents

一种宽幅纤维网增强塑料复合管材 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种宽幅纤维网增强塑料复合管材，属于纤维增强塑料管材技术领域，包括：管材本体，所述管材本体具有中间段、承口段和插口段，所述中间段和插口段由内至外依次包括：内衬层、纤维网增强层和外保护层；所述纤维网增强层包括：叠层设置的轴向纤维层和周向纤维层，所述轴向纤维层的纤维为与管材本体的轴向平行、并纵贯管材本体的两端的连续纤维；所述周向纤维层的纤维为围绕管材本体的圆周方向连续缠绕的连续纤维；本发明的宽幅纤维网增强塑料复合管材，在纤维网增强层中设置的轴向纤维层和周向纤维层，所述轴向纤维层与管材本体的轴向平行，通过轴向纤维层用于使复合管材具有一定的轴向强度，所述周向纤维层用于承受管材的径向内压。

Description

一种宽幅纤维网增强塑料复合管材
技术领域
本发明涉及纤维增强塑料管材技术领域，具体涉及一种宽幅纤维网增强塑料复合管材。
背景技术
纤维增强塑料复合管是指在内部设有纤维增强层的塑料复合管，其具有耐压强度高、重量轻、运输方便等优点，因此已成为我国热塑性纤维增强塑料管材的一大主要产品。
现有的热塑性纤维增强聚乙烯管材，其内部增强层一般采用玻璃纤维缠绕成型，具体的，玻璃纤维是采用宽度不超过600毫米的窄幅热塑性单向玻纤增强带，然后采用连续螺旋缠绕的方式形成增强层。
然而，传统的这种生产方式，只适用于生产小管径的纤维增强塑料管材(管材直径一般在20-630毫米)，而如果要生产大口径的纤维增强塑料管材(内管内径为1000-6000mm)，这种单片螺旋正反缠绕方式效率低，而且耗能大，无法一次性生产出带密封圈槽的大口径纤维增强塑料管材。另外，由于玻璃纤维采用的是径向螺旋缠绕工艺成型，管材只是承受内部的径向压力，制成的压力管材轴向抗拉力弱，容易出现断裂等现象。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的纤维增强塑料复合管材在轴向强度方面较弱，容易出现断裂的缺陷，从而提供一种一次形成密封圈槽并具有一定的轴向强度的宽幅纤维网增强塑料复合管材。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种宽幅纤维网增强塑料复合管材，包括：管材本体，所述管材本体包括：中间段、承口段和插口段，所述插口段及中间段由内至外依次包括：内衬层、纤维网增强层和外保护层；所述纤维网增强层包括：叠层设置的轴向纤维层和周向纤维层，所述轴向纤维层的纤维为与管材本体的轴向平行、并纵贯管材本体的两端的连续纤维；所述每层周向纤维为与每层轴向纤维正交的连续纤维，轴向纤维层与周向纤维层在中间段和插口段形成多层热塑性纤维网增强层；
所述承口段由内至外依次包括：内衬层、承口中间层、第二周向纤维层和外保护层；所述承口中间层包括：叠层设置的轴向纤维层和塑料层，多层轴向纤维层与塑料层组成无周向纤维的承口中间层；
所述第二周向纤维层的纤维为围绕承口中间层的外壁圆周方向连续热熔缠绕的热塑性连续纤维。
可选地，每一层网状结构的所述轴向纤维层和所述周向纤维层紧密贴合在一起，纤维之间的空隙通过塑料熔融为一体。
本发明提供第二种宽幅纤维网增强塑料复合管材，在第一种宽幅纤维网增强塑料复合管材的基础上，所述插口段及中间段，在所述外保护层与所述纤维网增强层之间，还设有第二周向纤维层；所述插口段及中间段由内至外依次包括：内衬层、纤维网增强层、第二周向纤维层和外保护层。
本发明提供第三种宽幅纤维网增强塑料复合管材，在第一种宽幅纤维网增强塑料复合管材的基础上，所述中间段，在所述纤维网增强层的外层，沿圆周螺旋缠绕有实心结构的螺旋立筋，所述螺旋立筋为热塑性连续纤维材料，所述螺旋立筋的外层复合有所述外保护层。
本发明提供第四种宽幅纤维网增强塑料复合管材，在第一种宽幅纤维网增强塑料复合管材的基础上，所述中间段，在所述外保护层的外壁上，沿圆周螺旋缠绕有一层或多层空心结构的螺旋立筋，所述螺旋立筋的横截面为圆形、椭圆形、方形或梯形结构。
可选地，所述承口段的内壁上设有密封圈槽，所述密封圈槽通过所述承口中间层一次缠绕成型；所述承口段内径略大于插口段外径；所述密封圈槽内适于放置密封圈，所述密封圈的内径略小于所述插口段的外径，所述密封圈的外径略大于所述承口段的密封圈槽的内径。
可选地，所述管材本体具有多根，多根所述管材本体的承口段和插口段依次承插密封连接。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的宽幅纤维网增强塑料复合管材，在纤维网增强层中设置的轴向纤维层与管材本体的轴向平行，通过轴向纤维层用于使复合管材具有一定的轴向强度，从而改善管材断裂的问题。本发明提供的宽幅纤维网增强塑料复合管材，在纤维网增强层中设置的周向纤维层与管材的圆周方向平行排列，通过周向纤维层用于承受管材的径向内压，轴向纤维层与周向纤维层的纤维呈网状紧密贴合在一起，网状纤维空隙处的塑料熔合在一起，形成多层网状叠层熔融复合成热塑性纤维网增强层。
2.本发明提供的宽幅纤维网增强塑料复合管材，采用纤维网增强层作为主要的承压材料，纤维网增强层的宽度等于管材的长度，宽幅热塑性纤维网增强层采用提前预制，然后在圆周方向零角度连续热态缠绕复合成型，其缠绕效率较高，可适用于生产大口径热塑性宽幅纤维网增强塑料复合管材。
3.本发明提供的宽幅纤维网增强塑料复合管材，在管材本体的两端分别具有承口段和插口段，承口段的内径在不同的圆周方向变化较大，在承口段上的纤维网增强层中，采用塑料层替代周向纤维层设置在轴向纤维层之间，热熔缠绕承口段时塑料层可以随承口段的模具变形，而失去周向纤维的束缚，为变径成型承口段创造了条件，连同插口段、中间段和承口段中间层一次复合缠绕完成纤维网增强层及承口段不同圆周方向的扩径和缩径，一次制造出密封圈槽，而每层轴向纤维贯穿管材两端，保证了整根复合管材的轴向强度的一致性。通过第二周向纤维层补足承口段中间层承受内部压力不足的缺陷，从而使宽幅纤维网增强塑料复合管材的三段达到承受同样内部液体压力的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的宽幅纤维网增强塑料复合管材的实施例1的具有局部剖视结构的主视图。
图2为图1中局部剖视区域的放大图。
图3为图2中A区域的放大图。
图4为图2中B区域的放大图。
图5为图2中C区域的放大图。
图6为本发明的宽幅纤维网增强塑料复合管材的实施例2的具有局部剖视结构的主视图。
图7为图6中局部剖视区域的放大图。
图8为本发明的宽幅纤维网增强塑料复合管材的实施例3的具有局部剖视结构的主视图。
图9为图8中局部剖视区域的放大图。
图10为本发明的宽幅纤维网增强塑料复合管材的实施例4的具有局部剖视结构的主视图。
图11图10中局部剖视区域的放大图。
图12为本发明的宽幅纤维网增强塑料复合管材的实施例5的具有局部剖视结构的主视图。
图13图12中局部剖视区域的放大图。
图14为本发明的宽幅纤维网增强塑料复合管材的一种实施方式在进行承插密封连接后的主视图。
图15为图14中D区域的放大图。
附图标记说明：
100、管材本体；1、中间段；2、承口段；3、插口段；4、螺旋立筋；5、内衬层；6、纤维网增强层；7、外保护层；8、轴向纤维层；9、周向纤维层； 10、塑料层；11、第二周向纤维层；12、密封圈槽；13、承口中间层；14、密封圈。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
目前，国内外生产的热塑性连续玻璃纤维增强聚乙烯片材，称为热塑性玻纤带(或片)，热塑性玻纤带的宽度规格一般在500毫米至1000毫米之间，我们称之为窄幅热塑性玻纤带。常用规格的热塑性玻纤带宽度为600毫米左右，根据玻璃纤维直径的不同，所制造的热塑性玻纤带厚度在0.15毫米至0.4毫米之间。这种片材用于纤维增强塑料管材的制造，宽度要裁切成更窄(一般是 50-160毫米)的热塑性玻纤带来使用。
上述热塑性玻纤带，在长度方向均匀平行分布有连续玻璃纤维，连续玻纤与纵向带长度方向的角度为零度，我们称这种单向热塑性玻纤带叫零度玻纤带，只承受纵向拉力，不承受横向拉力，主要应用在螺旋正反向缠绕聚乙烯增强压力管材的制造。
发明人经过研究，提出了含有纵向和横向连续纤维的一种宽幅纤维网增强塑料叠层复合片材，并改变了单向热塑性玻纤片材在内管上的螺旋缠绕方式，采用整片宽幅纤维网增强塑料叠层复合片材零度连续热熔缠绕制造成管材的纤维网增强层，使分段生产一次完成带密封圈槽的承口大口径纤维增强塑料管材效率提高10倍以上，降低耗能数倍。
上述宽幅纤维网增强层的侧边部分只含轴向连续纤维不含周向连续纤维，可以生产变径承口段的纤维增强塑料管材，后经在承口段中间层的外壁上缠绕复合一层周向纤维，实现承口段与中间段和插口段同样的管道内部压力，进而使得分段制造大口径纤维增强塑料管材的快速生产成为可能。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种宽幅纤维网增强塑料复合管材具体实施方式，包括：管材本体100，所述管材本体100的内层和外层为平整光滑结构。所述管材本体100包括：承口段2、中间段1和插口段3，所述承口段2的内径略大于所述插口段3的外径，该承口段2用于另一管材的插口段3进行插入，从而将两段管材进行承插连接。
如图2、图3所示，所述管材本体100的插口段3和中间段1的结构相同，所述插口段3及中间段1由内至外依次包括：内衬层5、纤维网增强层6和外保护层7；所述纤维网增强层6包括：叠层设置的轴向纤维层8和周向纤维层9，所述轴向纤维层8的纤维为与管材本体100的轴向平行、并纵贯管材本体100 的两端的连续纤维；所述周向纤维层9的纤维为围绕纤维网增强层6的圆周方向连续缠绕的连续纤维。作为一种优选实施方式，所述纤维网增强层6的轴向纤维层8和周向纤维层9通过依次叠层设置成多层网状结构，每一层所述网状结构的所述轴向纤维层8和所述周向纤维层9之间通过塑料熔融为一体。
本实施例提供的宽幅纤维网增强塑料复合管材，在纤维网增强层6中设置的轴向纤维层8与管材本体100的轴向平行，通过轴向纤维层8用于承受管材的轴向强度，从而可使复合管材具有一定的轴向强度，在一定程度上可改善管材容易出现断裂的问题。
本实施例提供的宽幅纤维网增强塑料复合管材，采用纤维网增强层作为主要的承压材料，采用提前预制的宽幅纤维网增强塑料叠层复合片材，然后在圆周方向零角度连续热态缠绕复合成型，其缠绕效率高，可适用于快速生产大口径热塑性宽幅纤维网增强塑料复合管材。
如图2-图5所示，所述管材本体100上的纤维网增强层6中，所述轴向纤维层8延伸至所述承口段2的端部，并且，所述周向纤维层9不延伸至所述承口段2的端部，所述周向纤维层9在当管材本体100的内径开始变径至承口段 2时进行截止，然后在承口段2通过塑料层10代替周向纤维层9设置在所述轴向纤维层8之间。
如图2-图5所示，所述承口段2由内至外依次包括：内衬层5、承口中间层13、第二周向纤维层11和外保护层7；所述承口中间层13包括：叠层设置的轴向纤维层8和塑料层10，多层轴向纤维层8与塑料层10组成无周向纤维的承口中间层13；所述第二周向纤维层11的纤维为围绕承口中间层13的外壁圆周方向连续缠绕的热塑性连续纤维。
如图2-图5所示，本实施例提供的宽幅纤维网增强塑料复合管材，在承口段2上的纤维网增强层中，采用塑料层10替代周向纤维层9设置在轴向纤维层 8之间，从而进一步的提高了承口段2的轴向强度，提高管材的接口处的牢固性。所述第二周向纤维层11的设置，可补充由于通过塑料层10替代周向纤维层9而失去的抗管材内部径向压力的强度，从而提高承口段2的管材内部抗径向压力的强度。
如图2、图5所示，在承口段2的内侧壁上设置有密封圈槽12，所述密封圈槽12用于安装密封圈14，从而使两根管材能够实现承插密封连接。承口段2 的结构为通过承口内塑料层和承口中间层13的一次性连续热熔缠绕成型，因此具有较高的承压强度，所述承口中间层13包括多层轴向纤维层8，在多层轴向纤维层8之间间隔设置有塑料层10，并且，在承口中间层13中无周向纤维。所述承口中间层13的外层沿周向缠绕有第二周向纤维层11，所述第二周向纤维层11具有部分延伸至覆盖在所述管材本体100的纤维网增强层6上，从而使承口段2与管材本体100之间平滑过渡。
本实施例提供的宽幅纤维网增强塑料复合管材中，所述内衬层5和外保护层7及纤维之间的塑料采用聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃类材料。
本实施例提供的宽幅纤维网增强塑料复合管材中，所述轴向纤维层8、周向纤维层9和第二周向纤维层11可采用热塑性玻璃纤维，也可以采用玄武岩纤维、碳纤维、金属纤维等无机物纤维材料。
如图14、图15所示，本实施例提供的宽幅纤维网增强塑料复合管材，可依次将两个管材本体100承口段和插口段进行承插密封连接，从而通过多个管材本体100构成整根管道，并且其长度可根据实际需要进行调节。具体的，在将两根管材本体100进行承插连接时，在第一根管材本体100的承口段的密封圈槽12内设有密封圈14，通过该密封圈14使两根管材本体100的承口段和插口段密封承插连接。
实施例2
如图6、图7所示，本实施例提供另一种宽幅纤维网增强塑料复合管材的具体实施方式，本实施例的宽幅纤维网增强塑料复合管材的结构与实施例1大体相同，不同之处在于：本实施例的宽幅纤维网增强塑料复合管材，在所述管材本体100的纤维网增强层6的外层，还缠绕有多层第二周向纤维层11，在第二周向纤维层11外再设置所述外保护层7；通过第二周向纤维层11可进一步的增加管材的抗内压强度。
具体的，在所述承口段2的外壁上缠绕所述第二周向纤维层11完毕后，通过继续朝向插口段3方向继续缠绕，使管材本体100的纤维网增强层6的外层整体均缠绕有多层第二周向纤维层11；通过第二周向纤维层11的设置，可在减小管材本体100内的纤维网增强层6的厚度的情况下，提高管材本体100的内压承压强度。
实施例3
如图8、图9所示，本实施例提供第三种宽幅纤维网增强塑料复合管材的具体实施方式，本实施例的宽幅纤维网增强塑料复合管材具体结构与实施例1 大体相同，不同之处在于：本实施例的宽幅纤维网增强塑料复合管材，所述管材本体100的中间段1的纤维网增强层6的外层，沿圆周螺旋缠绕有实心结构的螺旋立筋4，所述螺旋立筋4为热塑性连续纤维材料，实心结构的所述螺旋立筋4的外层通过外保护层7包裹。螺旋立筋4的设置，可以用于提高管材抗内压及提高管材环刚度的作用。
实施例4
如图10、图11所示，本实施例提供第四种宽幅纤维网增强塑料复合管材的具体实施方式，本实施例的宽幅纤维网增强塑料复合管材具体结构与实施例 1大体相同，不同之处在于：本实施例的宽幅纤维网增强塑料复合管材，所述管材本体100的中间段1的外保护层7上，沿圆周螺旋缠绕有一层螺旋立筋4，所述螺旋立筋4为空心结构，主要采用塑料材料。螺旋立筋4的空心腔体可以为圆形、椭圆形、方形、梯形等结构。空心结构的螺旋立筋4的设置，提高了管材的环刚度，使得管材在进行暗埋施工后，增加抗外压能力。
实施例5
如图12、图13所示，本实施例提供第五种宽幅纤维网增强塑料复合管材的具体实施方式，本实施例的宽幅纤维网增强塑料复合管材具体结构与实施例 4大体相同，不同之处在于：本实施例的宽幅纤维网增强塑料复合管材，所述管材本体100的中间段1的外保护层7上沿圆周螺旋缠绕有多层螺旋立筋4，所述螺旋立筋4为空心结构，主要采用塑料材料。螺旋立筋4的空心腔体可以为圆形、椭圆形、方形、梯形等结构。多层空心结构的螺旋立筋4的设置，进一步提高了管材的环刚度，使得管材在进行暗埋施工后，进一步增加抗外压能力。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种宽幅纤维网增强塑料复合管材，其特征在于，包括：管材本体(100)，所述管材本体(100)包括：中间段(1)、承口段(2)和插口段(3)，所述插口段(3)及中间段(1)由内至外依次包括：内衬层(5)、纤维网增强层(6)和外保护层(7)；所述纤维网增强层(6)包括：叠层设置的轴向纤维层(8)和周向纤维层(9)，所述轴向纤维层(8)的纤维为与管材本体(100)的轴向平行、并纵贯管材本体(100)的两端的连续纤维；所述周向纤维层(9)的纤维为与每层轴向纤维正交的连续纤维；轴向纤维层(8)与周向纤维层(9)在中间段(1)和插口段(3)形成多层热塑性纤维网增强层(6)；
所述承口段(2)由内至外依次包括：内衬层(5)、承口中间层(13)、第二周向纤维层(11)和外保护层(7)；所述承口中间层(13)包括：叠层设置的轴向纤维层(8)和塑料层(10)，多层轴向纤维层(8)与塑料层(10)组成无周向纤维的承口中间层(13)；
所述第二周向纤维层(11)的纤维为围绕承口中间层(13)的外壁圆周方向连续缠绕的热塑性连续纤维。
2.根据权利要求1所述的宽幅纤维网增强塑料复合管材，其特征在于，每一层网状结构的所述轴向纤维层(8)和所述周向纤维层(9)紧密贴合在一起，纤维之间的空隙通过塑料熔融为一体。
3.一种宽幅纤维网增强塑料复合管材，其特征在于，在权利要求1的基础上，所述插口段(3)及中间段(1)，在所述外保护层(7)与所述纤维网增强层(6)之间，还设有第二周向纤维层(11)；所述插口段(3)及中间段(1)由内至外依次包括：内衬层(5)、纤维网增强层(6)、第二周向纤维层(11)和外保护层(7)。
4.一种宽幅纤维网增强塑料复合管材，其特征在于，在权利要求1的基础上，所述中间段(1)，在所述纤维网增强层(6)的外层，沿圆周螺旋缠绕有实心结构的螺旋立筋(4)，所述螺旋立筋(4)为热塑性纤维材料，所述螺旋立筋(4)的外层复合有所述外保护层(7)。
5.一种宽幅纤维网增强塑料复合管材，其特征在于，在权利要求1的基础上，所述中间段(1)，在所述外保护层(7)的外壁上，沿圆周螺旋缠绕有一层或多层空心结构的螺旋立筋(4)，所述螺旋立筋(4)的横截面为圆形、椭圆形、方形或梯形结构。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的宽幅纤维网增强塑料复合管材，其特征在于，所述承口段(2)的内壁上设有密封圈槽(12)，所述密封圈槽(12)通过所述承口中间层(13)一次缠绕成型；承口段(2)的内径略大于插口段(3)外径，所述密封圈槽(12)内适于放置密封圈(14)，所述密封圈(14)的内径略小于所述插口段(3)的外径，所述密封圈(14)的外径略大于所述承口段(2)的密封圈槽(12)的内径。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的宽幅纤维网增强塑料复合管材，其特征在于，所述管材本体(100)具有多根，多根所述管材本体(100)的承口段(2)和插口段(3)依次承插密封连接。
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