CN115056465A - 连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管成型设备和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管成型设备和方法，属于聚合物复合材料成型加工技术领域。所述设备由管模装置、缠绕装置、热熔装置、压制装置、冷却装置、脱模装置、牵引输送装置和收卷装置组成，所述方法主要通过管模装置实现支撑及输送进而完成缠绕、压紧、热熔、压紧、输送、冷却、脱模工艺。所述设备和方法可连续成型连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管，具有可连续不间断生产、生产效率高、产品质量高等优势。
Description
技术领域
本发明涉及一种连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管成型设备和方法，属于聚合物复合材料成型加工技术领域。
背景技术
随着连续纤维增强热塑性聚合物复合材料的发展，应用领域从航空航天、汽车、军事领域扩展到石油天然气管道行业。连续纤维增强热塑性聚合物复合材料主要由连续纤维增强体和聚合物基体组成，其中玻璃纤维和碳纤维是目前应用最广的增强体材料，基体材料则为热塑性聚合物。与热固性聚合物复合材料相比，热塑性聚合物具有韧性好、成本低和可回收再利用的优势，但由于其黏度普遍高于热固性聚合物，加工成型难度较大。特别对于连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管的成型方面，技术难度很大，不同于传统的连续纤维增强热固性聚合物复合材料管的成型技术。
连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管通常由内衬层、增强芯层和外保护层组成。内衬层和外保护层均以热塑性聚合物基体为主要材料，内衬层起介质导流、防腐和传导内应力的作用，外保护层起保护增强芯层和传导外应力的作用；增强芯层以多层交错缠绕的连续纤维增强体和热塑性聚合物基体材料构成，其连续纤维材料有芳纶纤维、聚酯纤维、玻璃纤维、碳纤维、金属纤维(铜丝、钢丝)，增强芯层起承担主要应力、温度、管体抗蠕变的作用。连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管道具有耐腐蚀、耐高压、耐温保温、输送能力强(内壁光滑、流动阻力小、耐磨损、不易结垢)、柔韧性好可曲挠(耐冲击、抗震、不需热补偿装置)、施工便捷、接头少、性价比高、使用寿命长等优势，主要用于石油、天然气、高压水及特殊流体输送领域，是替代常规金属管、塑料管的新型耐腐蚀耐压耐温的增强型管。为此深受世界各国的普遍重视，欧美、德、法、英、日、俄等国家早在70年代就开始研究连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管的生产技术，目前已经进入工业化生产阶段，我国的生产研究处于起步阶段，相关产品生产技术亟需升级。
目前连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管的连续成型是通过生产线完成的，较为复杂。以最为常用的连续玻纤增强热塑性聚合物复合材料管为例，通常采用4至16层的连续玻纤或连续玻纤增强热塑性聚合物复合材料预浸带缠绕成型增强芯层，缠绕厚度1.2至6mm，预浸带宽度为45至300mm。连续玻纤增强热塑性聚合物复合材料管的成型流程为：热塑性聚合物原料干燥上料挤出机→内衬层挤出→内衬层管定型→牵引→内衬层表面预热→多级连续纤维丝/带缠绕→外保护层挤出包覆→冷却定型→牵引输送→收卷。但是上述工艺首先需要通过挤出成型内衬层进而提供多级连续纤维丝/带缠绕支撑，而在内衬层上缠绕连续纤维丝/带时需要使内衬层表面熔化进而实现连续纤维丝/带的无缝隙粘结，此过程容易使也是热塑性聚合物的内衬层熔化过渡及软化变形，影响缠绕及粘结。
专利CN1324295公布了一种旋转中空体及其制造方法，其所述旋转中空体为热塑性聚合物为基体和玻璃纱线为增强体的热塑性聚合物复合材料管，通过一根管作为支撑，再铺设热塑性聚合物和连续纤维带，通过区域下游加热将热塑性聚合物熔融实现连续纤维带的粘结，最终固化成型。但此方法制备的热塑性复合材料管近局限于支撑管的长度，无法实现连续成型。专利CN101570063公布了一种耐高温高性能热塑性复合材料缠绕构件，通过芯模支撑，将经过预热的预浸带缠绕在上面，再进一步加热实现缠绕层间的粘合，最后固化冷却为密实的缠绕结构。但此方法提到所采用的芯模为球形、管形或环形，没有明确所成型制品的形状，也没有提供有关能否实现连续成型的信息。专利CN103707496公布了一种热塑性纤维缠绕成型的管材及其成型工艺，主要通过芯模预加热实现提高粘结性能的目的。专利CN102205633公布了一种连续纤维增强热塑性聚合物复合材料两步法缠绕成型的加热方法及其装置，主要通过可摆动、伸缩的加热装置实现良好的加热和保温，进而形成牢固的粘结。但以上方法均没有提供能够实现连续成型的内容。专利CN103802325公布了一种热塑性纤维缠绕管材设备，通过小车往复运动实现缠绕过程，其生产的管材仅限于小车往复距离，无法实现连续管材的成型。美国专利US5039368公布了一种热塑性复合材料缠绕头，可在连续纤维缠绕在芯模上的同时通过辊压实现热塑性复合材料管的成型。此方法也没有公布有关热塑性聚合物复合材料管连续成型的内容。
专利JPH0911355A公布了一张纤维增强热塑性聚合物复合管的制造方法，其采用的芯模支撑完成内衬层的挤出成型，再外包裹多层纤维增强层熔融粘结后，冷却固化成型。专利CA1032460公布了一种制备纤维增强塑料管的方法，采用了芯轴和传输管作为支撑，进而实现聚合物能够更好成型管的内衬层，同时在传输管和芯轴的支撑作用下完成连续纤维丝的缠绕，可以达到良好的浸渍效果。但此方法涉及的工艺仅适用于热固性聚合物复合材料，浸渍过程没有加热熔化过程，而是在连续纤维丝缠绕浸渍完成后再通过加热实现热固性聚合物基体的固化成型。专利DE10229073公布了一种用于连续生产高强度承载管的装置和方法，通过一系列连续耦合的圆柱形芯轴连续推进承载挤出单元的管状物料直至固化后剥离切割。但此装置及方法在切割工艺时实际上产生了断续，并没有实质的连续生产。专利US2002/0054968公布了一种热塑性复合材料管连续成型方法，采用了连续移动的管模做支撑，在管模移动过程中连续缠绕热塑性纤维丝，进一步提供足够的温度是连续纤维丝熔融粘结成型。但此方法成型的热塑性复合材料管的长度取决于管模的长度，仍然无法实现真正的连续成型。
发明内容
针对现有连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管的成型无法实现完全连续成型的问题，本发明的目的在于提供一种可连续成型连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管的设备和方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管成型设备，包括管模装置(3)、复数个缠绕装置(4)、复数个热熔装置(5)、复数个压制装置(6)、冷却装置(7)、脱模装置(8)、牵引输送装置(9)和收卷装置(10)，其特征在于：所述管模装置(3)一侧设置所述复数个缠绕装置(4)，所述复数个压制装置(6)设置在所述复数个缠绕装置(4)之间，所述复数个热熔装置(5)设置在所述复数个压制装置(6)之间，所述冷却装置(7)设置在所述复数个缠绕装置(4)一侧，所述脱模装置(8)设置在所述冷却装置(7)一侧，所述牵引输送装置(9)设置在所述脱模装置(8)一侧，所述收卷装置(10)设置在所述牵引输送装置(9)一侧。
进一步地，所述复数个缠绕装置(4)中的第一个缠绕装置一侧设置复数个压制装置(6)中的第一个压制装置，所述第一个压制装置一侧设置复数个热熔装置(5)中的第一个热熔装置，所述第一个热熔装置一侧设置复数个压制装置(6)中的第二个压制装置，所述第二个压制装置一侧设置所述复数个缠绕装置(4)中的第二个缠绕装置，以此方式依次重复设置。
进一步地，所述管模装置(3)包括管模(3-1)、支撑座(3-2)和轴向位移驱动系统(3-3)，所述管模(3-1)一端固定在所述支撑座(3-2)上，另一端作为缠绕连续纤维增强热塑性聚合物复合材料丝/带(11)的管成型模具，所述管模(3-1)末端设置有若干出气孔(3-4)，在连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管(12)连续成型过程前，所述支撑座(3-2)由轴向位移驱动系统带动固定的管模(3-1)做水平移动一段距离，直到前端成型的连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管(12)完成脱模后停止移动。
进一步地，所述缠绕装置(4)包括支撑架(4-1)、转动架(4-2)、旋转驱动系统(4-3)，所述转动架(4-2)为轮盘结构，轮盘末端设置有若干撑杆，撑杆上设有成卷的连续纤维增强热塑性聚合物复合材料丝/带(11)，在连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管(12)成型过程中连续纤维增强热塑性聚合物复合材料丝/带(11)在转动架(4-2)旋转作用下缠绕在管模(3-1)上。
进一步地，所述热熔装置(5)包括加热器、测温器和温控器，加热器为环形套筒结构，加热器中轴线与管模中轴线重合，连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管(12)成型过程中，缠绕有连续纤维增强热塑性聚合物复合材料丝/带(11)的管模(3-1)穿过所述加热器。
进一步地，所述压制装置(6)包括若干组压辊，压辊的压制面为圆弧形凹面结构，连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管(12)成型过程中压辊转动，压辊的压制面持续压在缠绕在管模(3-1)上连续纤维增强热塑性聚合物复合材料丝/带(11)上，至少有一组压辊设置在缠绕装置(4)与热熔装置(5)之间，热熔装置(5)前后端各有至少一组压辊。
进一步地，所述冷却装置(7)设置在压制装置(6)和脱模装置(8)之间的连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管(12)的外围；所述脱膜装置(8)包括管道(8-1)、气源和压缩机，所述管道(8-1)设置在管模(3-1)内，管道(8-1)末端与管模末端的出气孔(3-4)连通，连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管(12)成型过程中，出气孔(3-4)持续出气。
进一步地，所述牵引输送装置(9)包括上压履带(9-1)、下压履带(9-2)、驱动器和支架(9-3)。
进一步地，所述收卷装置(10)包括收卷轮盘(10-1)和机架(10-2)。
进一步地，所述复数个缠绕装置(4)中的一个缠绕装置、所述所述复数个热熔装置(5)中的一个热熔装置和所述复数个压制装置(6)中的一个压制装置组成一个“缠绕-压紧-热熔-压紧”组合(13)配置，沿连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管(12)连续成型方向依次设置有管模装置(3)、若干组“缠绕-压紧-热熔-压紧”组合(13)、冷却装置(7)、脱模装置(8)、牵引输送装置(9)和收卷装置(10)，所述“缠绕-压紧-热熔-压紧”组合(13)的数量跟连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管(12)的管壁层数相同。
进一步地，在管模装置和缠绕装置之间设置有将润滑剂喷涂在管道壁面和连续纤维增强热塑性聚合物复合材料丝/带接触面上的润滑剂喷涂装置。
进一步地，管模表面具有耐高温且强润滑性的树脂涂层。
进一步地，热熔装置采用热风加热和/或红外加热和/或感应加热和/或激光加热，冷却装置采用风冷或/和水冷。
使用本发明连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管成型设备的连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管成型方法具体步骤如下：
1)启动轴向位移驱动系统，使管模端头穿过缠绕装置的转动架；
2)根据连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管的规格要求确定连续纤维增强热塑性聚合物复合材料丝/带的宽度和厚度，将成卷的连续纤维增强热塑性聚合物复合材料丝/带设置在缠绕装置转动架的撑杆上，然后将每卷连续纤维增强热塑性聚合物复合材料丝/带的末端牵引出来依次初步缠绕到管模端头位置；
3)启动缠绕装置的旋转驱动系统，使转动架旋转，带动连续纤维增强热塑性聚合物复合材料丝/带在管模上缠绕；
4)同时，启动轴向位移驱动系统驱动固定管模的支撑座沿轴向移动，使缠绕有连续纤维增强热塑性聚合物复合材料丝/带的管模末端依次穿过压制装置的压辊、热熔装置的加热器、压制系统的压辊，最后进入冷却装置和脱模装置；
5)启动冷却装置和脱膜装置，使管模末端经过热熔和压制后的连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管冷却，进一步脱离管模；
6)关闭管模装置的轴向位移驱动系统，使管模停止轴向移动；
7)除管模装置外，其他装置继续工作；
8)在牵引输送装置作用下，脱离管模的连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管进一步沿轴向移动，最后经收卷装置连续收卷得到连续的连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管。
进一步地，所述的连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管成型方法，其特征在于：通过缠绕装置的转动架的转动速度和牵引输送装置的轴向速度控制连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管各层丝/带的螺旋角度，管模轴向移动速度与牵引输送装置的轴向速度相同。
进一步地，所述的连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管成型设备和方法，其特征在于：连续纤维增强热塑性聚合物复合材料丝/带可以为纯热塑性聚合物材料，也可以为连续纤维丝增强体和聚合物基体组成的连续纤维热塑性预浸带，连续纤维丝增强体为芳纶纤维、聚酯纤维、玻璃纤维、碳纤维、金属纤维其中的一种，聚合物基体的材料为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、线性低密度聚乙烯、聚酰胺6、聚酰胺66、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚乳酸、聚醚醚酮、聚对苯二甲酸丁二醇酯中的一种，连续纤维丝增强体分布在聚合物基体中。
进一步地，所述的连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管成型设备和方法，其特征在于：连续纤维增强热塑性聚合物复合材料丝/带为单聚合物复合材料即基体和增强体均来自同种聚合物的材料，单聚合物复合材料即基体和增强体的材料选自均聚聚丙烯、共聚聚丙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、线性低密度聚乙烯、聚酰胺6、聚酰胺66、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚乳酸、聚醚醚酮、聚对苯二甲酸丁二醇酯中任意化学式相同的聚合物，其中共聚聚丙烯包括聚丙烯嵌段共聚物和聚丙烯无规共聚物，热熔装置的加热温度等于或高于聚合物材料的熔融软化温度低于聚合物材料的降解温度。
进一步地，所述的连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管成型设备和方法，其特征在于：连续纤维增强热塑性聚合物复合材料丝/带为两种组分/双组份单聚合物复合材料丝/带，两种组分聚合物原料的化学式相同而熔点不同，热熔装置的加热温度高于一个组分聚合物的熔点低于另一个组分聚合物的熔点。
有益效果
本发明具有以下优点和效果：
1.连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管成型设备及方法，采用了管模装置，用于管初始阶段的初步成型和引入生产线，保证了连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管连续成型的启动和连续生产；
2.热熔装置可保证缠绕在管模上的连续纤维增强热塑性聚合物复合材料丝/带热熔粘结；
3.冷却装置可保证连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管的冷却固化；
4.脱膜装置和牵引输送装置可保证冷却固化的连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管能够顺利脱离管模进而实现生产的连续性；
5.连续纤维增强热塑性聚合物复合材料丝/带依次交叉编织缠绕在管模上可保证最终成型的连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管在使用过程中的力学性能和弯曲度；
6.连续纤维增强热塑性聚合物复合材料丝/带为单聚合物复合材料，单聚合物复合材料采用了基体和增强体相同的聚合物材料，具有成本低、质量轻、界面粘结性好、强度高、易回收的优势；
7.连续纤维增强热塑性聚合物复合材料丝/带为单聚合物复合材料，单聚合物复合材料管的基体和增强体来自相同的聚合物材料，热传导系数、比热容和热膨胀及收缩系数等热力学系数均相同或相近，具有优良的温度适用范围；在温度变化很大的条件下，管内部基体和增强体的热变形可保持一致，进而在高温和低温环境下，管都能保持优良的力学性能；与相同基体材料的玻璃纤维和碳纤维增强的复合材料管相比，耐低温性能更好，可用于液化天然气的输送；
8.连续纤维增强热塑性聚合物复合材料丝/带为双组份单聚合物复合材料丝/带，热熔系统的加热温度高于一个组分聚合物的熔点低于另一个组分聚合物的熔点，可使熔点低的组分聚合物熔融形成基体，进而将未熔融的另一个组分聚合物纤维粘结，未熔融的另一个组分聚合物纤维保持原力学性能，进而确保最终成型管的力学性能；
9.连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管的管壁层数可根据需要和技术要求设定，进而控制最终管的力学性能和弯曲度；
10.至少有一组压辊设置在缠绕装置与热熔装置之间，可避免连续纤维增强热塑性聚合物复合材料丝/带进入热熔系统时发生变形及断裂；
11.管模表面具有耐高温且强润滑性的树脂涂层，和/或在管模装置和缠绕装置之间设置有将润滑剂喷涂在管道壁面和连续纤维增强热塑性聚合物复合材料丝/带接触面上的润滑剂喷涂装置，可方便管成型后的脱模；
12.连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管成型设备及方法，与现有商用设备及方法相比，省去了内衬层和外保护层的挤出成型设备和工艺环节。
附图说明
图1是本发明实施例1连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管的结构示意图(主视图)；
图2是本发明实施例1连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管的结构示意图(侧视图)；
图3是本发明实施例2连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管的结构示意图(主视图)；
图4是本发明实施例2连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管的结构示意图(侧视图)；
图5是本发明实施例2连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管成型设备的示意图；
图6是本发明实施例2连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管成型设备的管模装置的示意图；
图7是本发明实施例2连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管成型设备的缠绕装置的示意图；
图8是本发明实施例2连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管成型设备的牵引输送装置和收卷装置的示意图；
图9是本发明实施例2连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管成型设备的的管模装置末端结构的示意图；
图中：1—连续纤维增强热塑性聚合物复合材料丝，2—热塑性聚合物带，3—管模装置，4—缠绕装置，5—热熔装置，6—压制装置，7—冷却装置，8—脱模装置，9—牵引输送装置，10—收卷装置，11—连续纤维增强热塑性聚合物复合材料丝/带，12—连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管，13—“缠绕-压紧-热熔-压紧”组合，1-1—连续纤维丝增强体，1-2—聚合物基体，3-1—管模，3-2—支撑座，3-3—轴向位移驱动系统，3-4—出气孔，4-1—支撑架，4-2—转动架，4-3—旋转驱动系统，8-1—管道，9-1—上压履带，9-2—下压履带，9-3—支架，10-1—收卷轮盘，10-2—机架。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施方式作进一步详细说明。
实施例1
一种连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管，由交叉编织缠绕的连续纤维增强热塑性聚合物复合材料丝(1)组成，连续纤维增强热塑性聚合物复合材料丝(1)包含连续纤维丝增强体(1-1)和聚合物基体(1-2)，连续纤维丝增强体(1-1)为芳纶纤维、聚酯纤维、玻璃纤维、碳纤维、金属纤维(铜丝、钢丝)其中的一种，聚合物基体(1-2)的材料为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、线性低密度聚乙烯、聚酰胺6、聚酰胺66、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚乳酸、聚醚醚酮、聚对苯二甲酸丁二醇酯中的一种，连续纤维丝增强体(1-1)分布在聚合物基体(1-2)中。
实施例2
一种连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管，由螺旋缠绕的热塑性聚合物带(2)内层、交叉编织缠绕的连续纤维增强热塑性聚合物复合材料丝(1)中间层和螺旋缠绕的热塑性聚合物带(2)外层组成，连续纤维增强热塑性聚合物复合材料丝(1)包含连续纤维丝增强体(1-1)和聚合物基体(1-2)，连续纤维丝增强体(1-1)为芳纶纤维、聚酯纤维、玻璃纤维、碳纤维、金属纤维(铜丝、钢丝)其中的一种，聚合物基体(1-2)的材料为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、线性低密度聚乙烯、聚酰胺6、聚酰胺66、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚乳酸、聚醚醚酮、聚对苯二甲酸丁二醇酯中的一种，连续纤维丝增强体(1-1)分布在聚合物基体(1-2)中。热塑性聚合物带(2)呈螺旋交叉缠绕分布形成管状，聚合物基体(2-2)紧密分布在连续聚合物纤维丝增强体(2-1)之间的间隙中。
实施例3
一种连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管成型设备，由管模装置(3)、缠绕装置(4)、热熔装置(5)、压制装置(6)、冷却装置(7)、脱模装置(8)、牵引输送装置(9)和收卷装置(10)组成，其特征在于：管模装置(3)主要由管模(3-1)、支撑座(3-2)和轴向位移驱动系统(3-3)组成，管模(3-1)一端固定在支撑座(3-2)上，另一端作为缠绕连续纤维增强热塑性聚合物复合材料丝/带(11)的管成型模具，管模(3-1)末端设置有若干出气孔(3-4)，在连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管(12)连续成型过程前，支撑座(3-2)由轴向位移驱动系统带动固定的管模(3-1)做水平移动一段距离，直到前端成型的连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管(12)完成脱模后停止移动；缠绕装置(4)主要由支撑架(4-1)、转动架(4-2)、旋转驱动系统(4-3)组成，转动架(4-2)为轮盘结构，轮盘末端设置有若干撑杆，撑杆上设有成卷的连续纤维增强热塑性聚合物复合材料丝/带(11)，连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管(12)成型过程中连续纤维增强热塑性聚合物复合材料丝/带(11)在转动架(4-2)旋转作用下缠绕在管模(3-1)上；热熔装置(5)主要由加热器、测温器和温控器组成，加热器为环形套筒结构，加热器中轴线与管模中轴线重合，连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管(12)成型过程中，缠绕有连续纤维增强热塑性聚合物复合材料丝/带(11)的管模(3-1)穿过加热器；压制装置(6)包括若干组压辊，压辊的压制面为圆弧形凹面结构，连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管(12)成型过程中压辊转动，压辊的压制面持续压在缠绕在管模(3-1)上连续纤维增强热塑性聚合物复合材料丝/带(11)上，至少有一组压辊设置在缠绕装置(4)与热熔装置(5)之间，热熔装置(5)前后端各有至少一组压辊；冷却装置(7)设置在压制装置(6)和脱模装置(8)之间的连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管(12)的外围；脱膜装置(8)由管道(8-1)、气源和压缩机组成，管道(8-1)设置在管模(3-1)内，管道(8-1)末端与管模末端的出气孔(3-4)连通，连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管(12)成型过程中，出气孔(3-4)持续出气；牵引输送装置(9)主要由上压履带(9-1)、下压履带(9-2)、驱动器和支架(9-3)组成；收卷装置(10)包括收卷轮盘(10-1)和机架(10-2)。
缠绕装置(4)、热熔装置(5)和压制装置(6)为一个“缠绕-压紧-热熔-压紧”组合(13)配置，沿连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管(12)连续成型方向依次设置有管模装置(3)、若干组“缠绕-压紧-热熔-压紧”组合(13)、冷却装置(7)、脱模装置(8)、牵引输送装置(9)和收卷装置(10)，“缠绕-压紧-热熔-压紧”组合(12)的数量跟连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管(12)的管壁层数相同。
在管模装置(3)和缠绕装置(4)之间设置有将润滑剂喷涂在管模(3-1)壁面和连续纤维增强热塑性聚合物复合材料丝/带(11)接触面上的润滑剂喷涂装置。
管模(3-1)表面具有耐高温且强润滑性的树脂涂层，例如聚四氟乙烯。
热熔装置(5)采用热风加热和/或红外加热和/或感应加热和/或激光加热，冷却装置(7)采用风冷或/和水冷。
使用本发明连续纤维增强热塑性聚合物复合材料型设备的连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管成型方法具体步骤如下：
1)启动轴向位移驱动系统(3-3)，使管模(3-1)端头穿过缠绕装置(4)的转动架(4-2)；
2)根据连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管(12)的规格要求确定连续纤维增强热塑性聚合物复合材料丝/带(11)的宽度和厚度，将成卷的连续纤维增强热塑性聚合物复合材料丝/带(11)设置在缠绕装置(4)转动架(4-2)的撑杆上，然后将每卷连续纤维增强热塑性聚合物复合材料丝/带(11)的末端牵引出来依次初步缠绕到管模(3-1)端头位置；
3)启动缠绕装置的旋转驱动系统(4-3)，使转动架(4-2)旋转，带动连续纤维增强热塑性聚合物复合材料丝/带(11)在管模(3-1)上缠绕；
4)同时，启动轴向位移驱动系统(3-3)驱动固定管模的支撑座(3-2)沿轴向移动，使缠绕有连续纤维增强热塑性聚合物复合材料丝/带(11)的管模(3-1)末端依次穿过压制装置(6)的压辊、热熔装置(5)的加热器、压制系统(6)的压辊，最后进入冷却装置(7)和脱模装置(8)；
5)启动冷却装置(7)和脱膜装置(8)，使管模(3-1)末端经过热熔和压制后的连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管(12)冷却，进一步脱离管模(3-1)；
6)关闭管模装置(3)的轴向位移驱动系统(3-3)，使管模(3-1)停止轴向移动；
7)除管模装置(3)外，其他装置继续工作；
8)在牵引输送装置(9)作用下，脱离管模(3-1)的连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管(12)进一步沿轴向移动，最后经收卷装置(10)连续收卷得到连续的连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管(12)。
通过缠绕装置(4)的转动架(4-2)的转动速度和牵引输送装置(9)的轴向速度控制连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管(12)各层丝/带的螺旋角度，管模(3-1)轴向移动速度与牵引输送装置(9)的轴向速度相同。
连续纤维增强热塑性聚合物复合材料丝/带(11)为两种组分/双组份单聚合物复合材料丝/带，两种组分聚合物原料的化学式相同而熔点不同，热熔装置(5)的加热温度高于一个组分聚合物的熔点低于另一个组分聚合物的熔点。
本发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明的精神和原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管成型设备，包括管模装置(3)、复数个缠绕装置(4)、复数个热熔装置(5)、复数个压制装置(6)、冷却装置(7)、脱模装置(8)、牵引输送装置(9)和收卷装置(10)，其特征在于：所述管模装置(3)一侧设置所述复数个缠绕装置(4)，所述复数个压制装置(6)设置在所述复数个缠绕装置(4)之间，所述复数个热熔装置(5)设置在所述复数个压制装置(6)之间，所述冷却装置(7)设置在所述复数个缠绕装置(4)一侧，所述脱模装置(8)设置在所述冷却装置(7)一侧，所述牵引输送装置(9)设置在所述脱模装置(8)一侧，所述收卷装置(10)设置在所述牵引输送装置(9)一侧。
2.如权利要求1所述的一种连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管成型设备，其特征在于：所述复数个缠绕装置(4)中的第一个缠绕装置一侧设置复数个压制装置(6)中的第一个压制装置，所述第一个压制装置一侧设置复数个热熔装置(5)中的第一个热熔装置，所述第一个热熔装置一侧设置复数个压制装置(6)中的第二个压制装置，所述第二个压制装置一侧设置所述复数个缠绕装置(4)中的第二个缠绕装置，以此方式依次重复设置。
3.如权利要求1或2之一所述的一种连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管成型设备，其特征在于：所述管模装置(3)包括管模(3-1)、支撑座(3-2)和轴向位移驱动系统(3-3)，所述管模(3-1)一端固定在所述支撑座(3-2)上，另一端作为缠绕连续纤维增强热塑性聚合物复合材料丝/带(11)的管成型模具，所述管模(3-1)末端设置有若干出气孔(3-4)，在连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管(12)连续成型过程前，所述支撑座(3-2)由轴向位移驱动系统带动固定的管模(3-1)做水平移动一段距离，直到前端成型的连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管(12)完成脱模后停止移动。
4.如权利要求1-3中任一项所述的一种连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管成型设备，其特征在于：所述缠绕装置(4)包括支撑架(4-1)、转动架(4-2)、旋转驱动系统(4-3)，所述转动架(4-2)为轮盘结构，轮盘末端设置有若干撑杆，撑杆上设有成卷的连续纤维增强热塑性聚合物复合材料丝/带(11)，在连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管(12)成型过程中连续纤维增强热塑性聚合物复合材料丝/带(11)在转动架(4-2)旋转作用下缠绕在管模(3-1)上。
5.如权利要求1-4中任一项所述的一种连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管成型设备，其特征在于：所述热熔装置(5)包括加热器、测温器和温控器，加热器为环形套筒结构，加热器中轴线与管模中轴线重合，连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管(12)成型过程中，缠绕有连续纤维增强热塑性聚合物复合材料丝/带(11)的管模(3-1)穿过所述加热器。
6.如权利要求1-5中任一项所述的一种连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管成型设备，其特征在于：所述压制装置(6)包括若干组压辊，压辊的压制面为圆弧形凹面结构，连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管(12)成型过程中压辊转动，压辊的压制面持续压在缠绕在管模(3-1)上连续纤维增强热塑性聚合物复合材料丝/带(11)上，至少有一组压辊设置在缠绕装置(4)与热熔装置(5)之间，热熔装置(5)前后端各有至少一组压辊。
7.如权利要求1-6中任一项所述的一种连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管成型设备，其特征在于：所述冷却装置(7)设置在压制装置(6)和脱模装置(8)之间的连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管(12)的外围；所述脱膜装置(8)包括管道(8-1)、气源和压缩机，所述管道(8-1)设置在管模(3-1)内，管道(8-1)末端与管模末端的出气孔(3-4)连通，连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管(12)成型过程中，出气孔(3-4)持续出气。
8.如权利要求1-7中任一项所述的一种连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管成型设备，其特征在于：所述牵引输送装置(9)包括上压履带(9-1)、下压履带(9-2)、驱动器和支架(9-3)。
9.如权利要求1-8中任一项所述的一种连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管成型设备，其特征在于：所述收卷装置(10)包括收卷轮盘(10-1)和机架(10-2)。
10.如权利要求1-9中任一项所述的一种连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管成型设备，其特征在于：所述复数个缠绕装置(4)中的一个缠绕装置、所述所述复数个热熔装置(5)中的一个热熔装置和所述复数个压制装置(6)中的一个压制装置组成一个“缠绕-压紧-热熔-压紧”组合(13)配置，沿连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管(12)连续成型方向依次设置有管模装置(3)、若干组“缠绕-压紧-热熔-压紧”组合(13)、冷却装置(7)、脱模装置(8)、牵引输送装置(9)和收卷装置(10)，所述“缠绕-压紧-热熔-压紧”组合(13)的数量跟连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管(12)的管壁层数相同。
11.如权利要求1-10中任一项所述的一种连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管成型设备，其特征在于：管模表面具有耐高温且强润滑性的树脂涂层。
12.一种连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管成型方法，其特征在于：所述方法在如权利要求1-11中任一项所述的连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管成型设备上进行，所述方法具体步骤如下：
1)启动轴向位移驱动系统，使管模端头穿过缠绕装置的转动架；
2)根据连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管的规格要求确定连续纤维增强热塑性聚合物复合材料丝/带的宽度和厚度，将成卷的连续纤维增强热塑性聚合物复合材料丝/带设置在缠绕装置转动架的撑杆上，然后将每卷连续纤维增强热塑性聚合物复合材料丝/带的末端牵引出来依次初步缠绕到管模端头位置；
3)启动缠绕装置的旋转驱动系统，使转动架旋转，带动连续纤维增强热塑性聚合物复合材料丝/带在管模上缠绕；
4)同时，启动轴向位移驱动系统驱动固定管模的支撑座沿轴向移动，使缠绕有连续纤维增强热塑性聚合物复合材料丝/带的管模末端依次穿过压制装置的压辊、热熔装置的加热器、压制系统的压辊，最后进入冷却装置和脱模装置；
5)启动冷却装置和脱膜装置，使管模末端经过热熔和压制后的连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管冷却，进一步脱离管模；
6)关闭管模装置的轴向位移驱动系统，使管模停止轴向移动；
7)除管模装置外，其他装置继续工作；
8)在牵引输送装置作用下，脱离管模的连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管进一步沿轴向移动，最后经收卷装置连续收卷得到连续的连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管。
13.如权利要求12所述的连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管成型方法，其特征在于：通过缠绕装置的转动架的转动速度和牵引输送装置的轴向速度控制连续纤维增强热塑性聚合物复合材料管各层丝/带的螺旋角度，管模轴向移动速度与牵引输送装置的轴向速度相同。
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