CN218857837U - 一种多层复合材料缠绕不锈钢管 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及不锈钢管缠绕强化技术领域，公开了一种多层复合材料缠绕不锈钢管，包括：不锈钢内管与第一缠绕带，所述不锈钢内管的外壁通过第一粘合剂层粘合缠绕纤维层，所述纤维层外复合第一缠绕管，所述纤维层、所述第一缠绕板带及所述第一缠绕管之间填充有第一填充复合料，所述第一缠绕管的外壁设有第一缠绕管涂胶层，所述第一缠绕带的外壁设有至少一层用于对所述不锈钢内管进行多层复合缠绕增强的复合结构，所述不锈钢内管与所述第一粘合剂层的粘合剂热膨胀系数一致。本实用新型提供了一种多层复合材料缠绕不锈钢管，解决了复合管材的各向异性开裂问题，增强了不锈钢管的抗压、抗拉强度以及抗环境腐蚀能力。

Description

一种多层复合材料缠绕不锈钢管

技术领域

本实用新型涉及不锈钢管缠绕强化技术领域，尤其涉及一种多层复合材料缠绕不锈钢管。

背景技术

常见的有在大口径塑料管外缠绕小口径塑料管，也称为克拉管，或者塑料管外缠绕板带的缠绕管，还有塑料波纹管、缠绕管均是为了增强塑料管的强度，抗变形、抗外压力而设计的结构。克拉管缠绕是塑料管上缠绕塑料管，塑料管缠绕钢板带，塑料管是连续的钢板带是搭接不连续的，没有热膨胀开裂问题。钢塑复合管则是在钢管的内外表面单面或者双面复合一层均匀的塑料层。目的是提高碳钢材料的防腐性能，解决耐腐蚀问题。这种钢塑复合管常常产生脱层开裂问题，长期以来一直没解决分层的难题。碳钢管自身有足够的强度，一般并不需要采用外缠塑料管增加强度或刚度问题，不锈钢管也不需要做成塑料复合管抗腐蚀，而且异性材料的复合材料，形成各向异性，引起诸多问题，很难克服而成为一种负担。造成金属管缠绕塑料管成为管材中的空白。

目前饮用水行业，从淘汰镀锌钢管到解决塑料管塑化剂问题，钢管的使用已经有百年的历史，中国于2000年就已经在水管行业停止使用。饮用水的卫生、健康、安全越来越得到全社会的关注，健康的不锈钢水管应用已经得到社会大众普遍认同，只有应用不锈钢水管才是从根本上解决饮用水不被二次污染的最佳管材。由于不锈钢材料造价昂贵，普遍埋地水管，由于目前社会整体经济实力还达不到的原因，还无法大面积采用不锈钢水管。但是对于优质材料，卫生性很好的不锈钢水管的急需充满渴望。

现有技术中，传统的钢塑复合管制造成本较高，且钢塑复合管容易因热膨胀产生分层开裂。

因此，如何提供一种层种复合材料缠绕不锈钢管，以解决复合管材的各向异性开裂成为亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于如何提供一种多层复合材料缠绕不锈钢管，以解决复合管材的各向异性开裂。

为此，根据第一方面，本实用新型实施例公开了一种多层复合材料缠绕不锈钢管，包括：不锈钢内管与第一缠绕带，所述不锈钢内管的外壁通过第一粘合剂层粘合缠绕纤维层，所述纤维层外复合第一缠绕管，所述纤维层、所述第一缠绕板带及所述第一缠绕管之间填充有第一填充复合料，所述第一缠绕管的外壁设有第一缠绕管涂胶层，所述第一缠绕带的外壁设有至少一层用于对所述不锈钢内管进行多层复合缠绕增强的复合结构，所述不锈钢内管与所述第一粘合剂层的粘合剂热膨胀系数一致。

本实用新型进一步设置为，所述复合结构包括涂覆于所述第一缠绕带外侧壁的板上粘合剂层，所述板上粘合剂层缠绕有第二缠绕管，所述第二缠绕管的外壁设有第二缠绕管涂胶层。

本实用新型进一步设置为，所述第二缠绕管的外壁设有第二缠绕带，所述第二缠绕带与所述第二缠绕管之间的间隙设有第二填充复合料，在第二缠绕带之上，按照第一缠绕板带的叠加工艺可做多层叠加。

本实用新型进一步设置为，所述第二缠绕带的外侧复合有塑料外管。

本实用新型进一步设置为，所述纤维层可采用玻璃纤维丝、碳纤维丝、玄武岩纤维、尼龙纤维、PE纤维、合金钢丝、碳钢丝或不锈钢丝。

本实用新型进一步设置为，所述第一缠绕管为波纹管、螺纹管、金属软管或塑料管。

本实用新型进一步设置为，所述第一缠绕带为碳钢型板带、合金钢板带、铝合金板带、塑料带、玻璃纤维布、金属网带、金属孔带或非金属网带。

本实用新型进一步设置为，所述第二缠绕管为波纹管、螺纹管、金属软管或塑料管。

本实用新型进一步设置为，所述第二缠绕带为碳钢板带、合金钢板带、铝合金板带、塑料带、玻璃纤维布、金属网带、金属孔带或非金属网带。

本实用新型进一步设置为，所述第一粘合剂层的粘合剂热膨胀系数为14～16×10^-5(1°c·m)。

本实用新型具有以下有益效果：不锈钢内管的外壁通过第一粘合剂层粘合缠绕纤维丝层，不锈钢内管与第一缠绕带之间设有第一填充复合料层和第一缠绕管，复合结构起复合缠绕增强作用，进而提供了一种多层复合材料缠绕不锈钢管，解决了复合管材的各向异性开裂问题，增强了不锈钢管的抗压、尤其是解决不锈钢管大口径管埋地的抗土压力能力，抗拉强度以及抗环境腐蚀能力。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施方式，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是本实施例公开的一种多层复合材料缠绕不锈钢管的第一剖面结构示意图；

图2是本实施例公开的一种多层复合材料缠绕不锈钢管的第二剖面结构示意图。

附图标记：1、不锈钢内管；2、第一缠绕带；3、第一粘合剂层；4、纤维层；5、第一填充复合料；6、第一缠绕管；7、第一缠绕管涂胶层；8、板上粘合剂层；9、第二缠绕管；10、第二缠绕管涂胶层；12、第二缠绕带；11、第二填充复合料；13、塑料外管。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型的描述中，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，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。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实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，下面所描述的本实用新型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。

本实用新型实施例公开了一种多层复合材料缠绕不锈钢管，如图1和图2所示，包括：不锈钢内管1与第一缠绕带2，不锈钢内管1的外壁通过第一粘合剂层3粘合缠绕纤维层4，纤维层4外复合第一缠绕管6，纤维层4、第一缠绕板带及第一缠绕管之间填充有第一填充复合料5，第一缠绕管6的外壁设有第一缠绕管涂胶层7，第一缠绕带2的外壁设有至少一层用于对不锈钢内管1进行多层复合缠绕增强的复合结构，不锈钢内管1与第一粘合剂层3的粘合剂热膨胀系数一致。

需要说明的是，不锈钢内管1的外壁通过第一粘合剂层3粘合缠绕纤维丝层4，不锈钢内管1与第一缠绕带2之间设有第一填充复合料层5和第一缠绕管6，复合结构起复合缠绕综合增强作用，进而提供了一种多层复合材料缠绕不锈钢管，这种复合材料及结构解决了复合管材的各向异性开裂问题，增强了不锈钢管的内外抗压强度、抗拉强度以及抗环境腐蚀能力。

在具体实施过程中，不锈钢内管1是符合食品级卫生标准的薄壁或者超薄壁管材，管材的外表面经过表面处理，增强和胶的粘合力，采用的胶粘剂热膨胀系数14～16×10^-5(1°c·m)或者是弹性伸长率不低于100％的高强粘合胶，如聚硫胶。缠绕的纤维为高强度纤维，缠绕管为波纹管或螺纹管、塑料管在温度变化热胀冷缩，由空心管及管壁波纹自身的双向全桥结构，能大空间自由补偿大形变位移量，采用的缠绕板带具有双面热粘合剂，采用的填充复合料中间体材料具有热膨胀应变补偿性能，从而不会对复合结构造成分层、开裂、位移、破坏。即便是地埋的缠绕管之间有泥沙进入波间，温度变形也不会引起缠绕管与钢管的脱离。波纹管的热膨胀并不影响到周围波纹管的位移，解决了钢塑复合热膨胀引起的破坏问题。弹塑性填料也给了缠绕管骨架更加稳定和足够的就地微结构自补偿空间，受外界环境影响更小。

复合管材料复合性能满足热膨胀系数14～16×10^-5(1°c·m)，在－50～110℃的环境及介质使用温度条件内应用，复合管热膨胀不脱层、不开裂。通过热膨胀系数14～16×10^-5(1°c·m)粘合剂作为不锈钢管把纤维丝及缠绕管粘合固定在钢管外壁上的，或者是缠绕管自己包裹有高强度、高弹性粘合胶缠绕在不锈钢管涂覆有粘合剂的外壁上，能够满足不锈钢管缠绕纤维复合材料的由于温度热胀冷缩大形变不破坏的重要技术措施。

复合管壁具有互补自补偿能力，具有不锈钢管与缠绕管，缠绕管与缠绕管之间，当采用复合材料中间体填充连续介质，异性材质参与复合的材料，连续骨料材料具有自身空间自由热膨胀应变自补偿组织结构特征，采用胶黏剂具有热膨胀应变与金属材料一致性，或者粘合剂具有弹性，伸长率又不低于50％，填充复合中间体合成材料具有热膨胀应变自互补性，复合体具有弥散式分布微结构就地热膨胀应变互补、自补偿能力，自由空间自我补偿的复合体结构，能满足钢管热膨胀系数14～16×10^-5(1°c·m)应用条件。合理的配置自我补偿的填料复合材料，能增强缠绕管的稳定性和抗压、抗冲击能力，更能适应复杂的地埋环境使用，也能满足复合体大体量热胀冷缩的要求。

如图1和图2所示，复合结构包括涂覆于第一缠绕带2外侧壁的板上粘合剂层8，板上粘合剂层8缠绕有第二缠绕管9，第二缠绕管9的外壁设有第二缠绕管涂胶层10。

如图1和图2所示，第二缠绕管9的外壁设有第二缠绕带12，第二缠绕带12与第二缠绕管9之间的间隙设有第二填充复合料11，在第二缠绕带12之上，按照第一缠绕带2的叠加工艺可做多层叠加。

多层复合材料强化不锈钢管，强化复合的连续骨料，主要是缠绕工艺所用的纤维材料，作用于抗介质压力的控制，不锈钢管材在屈服强度内稳定的耐高压及高压水锤的抗暴强度，增强宜采用高强度纤维丝线缠绕工艺，纤维抗拉强度应不低于1000MPa，可选10000MPa，根据需要设计选择材料及工艺。增强钢管的环向外部压力的刚度提高，埋地管抗土压，解决方案采用了连续小口径管材作为缠绕骨料，缠绕管材可以是金属波纹管、螺纹管，也可以是塑料材质的波纹管、螺纹管、蜂窗管填料复合架软管。材质可选，如PE、PP、PB等，具体管的尺寸大小、材料结构选择应根据强化不锈钢管整体的性能参数的设计方案，计算连续复合骨料的结构技术参数，例如补偿量、补偿温度范围、强度、刚度、应力应变要求和复合材料的整体结构匹配和复合中间体材料、粘合剂材料、金属材料，管形要求、热膨胀要求做出设计方案与计算。确定连续骨料管的结构和参数，如波纹管的壁厚、波纹深度、波形、波宽、波数密度、管的直径大小、管内补偿空间量、环向补偿空间量的补偿量的分布，缠绕的拉紧力大小，缠绕管之间的排列间隙大小，与缠绕体的接触面及粘合计性能参数匹配性。

缠绕管的外壁预处理和复合胶层的匹配，满足和其他复合材料的匹配满足和钢管热膨胀系数14～16×10^-5(1·℃·㎡)一致性工作。满足缠绕位置的牢固结合稳定。除去金属波纹管，塑料波纹管类，更适应适合于大变形，提高管线柔度，采用缠绕骨料网管，材料可采用橡胶管或橡胶复合管作为缠绕骨料强化不锈钢管。无论连续骨料还是离散式骨料，均能满足复合强化不锈钢管在-50℃～120℃内任意温度的升降变化。材料的热膨胀性能都能满足体积变量的数值，在单元式小便量波动的特点，弥散式的自身膨胀形变，较强的自补偿能力，形变体积增减量的预留空间量，耐高强度疲劳的结构组织，并具有与其他复合材料整体性能匹配，满足百年长寿命的使用。是复合材料强化不锈钢管的方案设计的基本要求。

如图1和图2所示，第二缠绕带12的外侧复合有塑料外管13。

如图1和图2所示，纤维层4可采用玻璃纤维丝、碳纤维丝、玄武岩纤维、尼龙纤维、PE纤维、合金钢丝、碳钢丝或不锈钢丝。

如图1和图2所示，第一缠绕管6为波纹管、螺纹管、金属软管或塑料管。

如图1和图2所示，第一缠绕带2为碳钢型板带、合金钢板带、铝合金板带、塑料带、玻璃纤维布、金属网带、金属孔带或非金属网带。

如图1和图2所示，第二缠绕管9为波纹管、螺纹管、金属软管或塑料管。

如图1和图2所示，第二缠绕带12为碳钢板带、合金钢板带、铝合金板带、塑料带、玻璃纤维布、金属网带、金属孔带或非金属网带。

如图1和图2所示，第一粘合剂层3的粘合剂热膨胀系数为14～16×10^-5(1°c·m)。

在具体实施过程中，多层缠绕结构的管，内层与外层采用板带分层缠绕，层间复合热膨胀补偿，满足上、下层的形变，补偿量不产生开裂。尤其是大口径地埋管，要承受大的土压力，增加管的壁厚是一项重要措施，需要多层复合，其复合工艺、层间分布、复合结构力学设计，是必不可少的工作，例如：在第一层填料复合完成的热状态条件下，继续进行下一层的打底复合层，采用双面热涂覆粘合剂钢板带，热缠绕成型钢板带层，再在热钢板带层上缠绕第二层缠绕管，缠绕管之间热复合自补偿填料涵，在第二层填料复合完成的热状态条件下，继续进行下一层的打底复合层，采用双面热涂覆粘合剂钢板带，热缠绕成型钢板带层，再在热钢板带层上复合微泡层，微泡层上热复合管子外壁，管子定径冷却切管、打标识，产出为两层缠绕管。也可以更多层。

复合材料的级配选择：

1、不锈钢管：

材料为300系列或者400系列，符合食品级卫生标准的不锈钢材料，制作的所需规格的管子包括管子的直径、壁厚、长度符合技术参数，满足设计要求。不锈钢内管1为薄壁不锈钢管或者超薄壁不锈钢管，不锈钢材料必须符合材料牌号标准。符合卫生性能要求。

2、选择缠绕材料：

非金属材料制成的缠绕管材，例如塑料波纹管、螺纹管、蜂窝芯管、矩形管、椭圆形管，各种规格尺寸的，例如管直径8～50mm，厚度1～5mm的盘管，材质可选PE、PC、PVC、PP、UHMWPE、PA及混合料等塑料材料，又例如橡胶类，弹性材料类材料；

第一缠绕管6或第二缠绕管9也可制作金属材料制作，例如钢波纹管、螺纹管、金属软管等作为缠绕管，缠绕管也是管子环向受力增强其强度和刚度的结构符合体；

非金属纤维缠绕材料，例如：高强度玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、尼龙纤维、高密度PE纤维等；

金属纤维缠绕材料，例如：高强度合金钢丝、碳钢丝、不锈钢丝等；

板带缠绕材料，例如：金属板带，碳钢板带，铝合金板带，不锈钢板带等，非金属板带例如：PE、PC、PVC、PP等塑料材料；

网带(布)缠绕材料，金属网带、钢丝网带、非金属网带、玻璃纤维布、碳纤维布等。

第一缠绕管6或第二缠绕管9可以是波纹管、螺纹管作为缠绕管，缠绕管环向受力增强的强度和刚度的结构符合体选择，需要按照不锈钢复合管的设计要求选择材料，进行力学计算，确认缠绕管的直径、厚度、波距、波深，缠绕间距密度，缠绕的力度等；缠绕纤维的选择应该根据管道承受介质压力及安全度来选择材料及分布密度、缠绕方向、缠绕厚度、缠绕层数等根据技术参数通过计算确认。

3、填充骨料：

根据复合结构设计，复合管的复合中间体填充材料，选择钢管外壁和缠绕管与缠绕管之间可不填充复合材料方案，即都为空气的介质状态，选择填充料采用基础骨料可选择非金属材料也可选择金属性材料：

纤维料：如玻璃纤维、碳纤维、钢纤维、玄武岩纤维；

弹性粒料：橡胶胶粒料、弹性聚氨酯颗粒等；

微粉料(纳米)：硅微料、白炭黑、硅藻土、β-锂霞石粉、反钙钛矿粉、磷酸锆钠粉；

发泡材料：PE发泡、橡胶发泡、聚氨酯发泡等；

空心材料：玻璃微珠、发泡珍珠岩；

硬离散骨料：如石英砂类。

4、粘合料：

根据管的用途、结构需要设计选择粘合剂，例如：热固性粘合树脂、环氧树脂、酚醛树脂、聚硫胶、热固酚醛树脂、可调膨胀系数酚醛－丁晴、酚醛－环氧－缩醛、高分子粘合树脂；可调膨胀系数热粘合树脂类；高弹性粘合胶，例如，硅酮、橡胶类、聚酯类。

5、偶联剂：

根据不同材料的性能，复合力选择材料之间结合的偶联剂材料，例如：马来酸酐、硅烷偶联剂等。

工作原理：不锈钢内管1的外侧通过第一粘合剂层3粘合缠绕纤维丝层4，不锈钢内管1与第一缠绕带2之间设有第一填充复合料层5和第一缠绕管6，复合结构起复合缠绕增强作用，进而提供了一种多层复合材料缠绕不锈钢管，解决了复合管材的各向异性开裂问题，增强了不锈钢管的抗压、抗拉强度以及抗环境腐蚀能力。

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实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种多层复合材料缠绕不锈钢管，其特征在于，包括：不锈钢内管(1)与第一缠绕带(2)，所述不锈钢内管(1)的外壁通过第一粘合剂层(3)粘合缠绕纤维层(4)，所述纤维层(4)外复合第一缠绕管(6)，所述纤维层(4)、所述第一缠绕带及所述第一缠绕管之间填充有第一填充复合料(5)，所述第一缠绕管(6)的外壁设有第一缠绕管涂胶层(7)，所述第一缠绕带(2)的外壁设有至少一层用于对所述不锈钢内管(1)进行多层复合缠绕增强的复合结构，所述不锈钢内管(1)与所述第一粘合剂层(3)的粘合剂热膨胀系数一致。

2.根据权利要求1所述的多层复合材料缠绕不锈钢管，其特征在于，所述复合结构包括涂覆于所述第一缠绕带(2)外侧壁的板上粘合剂层(8)，所述板上粘合剂层(8)缠绕有第二缠绕管(9)，所述第二缠绕管(9)的外壁设有第二缠绕管涂胶层(10)。

3.根据权利要求2所述的多层复合材料缠绕不锈钢管，其特征在于，所述第二缠绕管(9)的外壁设有第二缠绕带(12)，所述第二缠绕带(12)与所述第二缠绕管(9)之间的间隙设有第二填充复合料(11)，在所述第二缠绕带(12)之上，按照第一缠绕带(2)的叠加工艺可做多层叠加。

4.根据权利要求3所述的多层复合材料缠绕不锈钢管，其特征在于，所述第二缠绕带(12)的外侧复合有塑料外管(13)。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的多层复合材料缠绕不锈钢管，其特征在于，所述纤维层(4)可采用玻璃纤维丝、碳纤维丝、玄武岩纤维、尼龙纤维、PE纤维、合金钢丝、碳钢丝或不锈钢丝。

6.根据权利要求1-4任意一项所述的多层复合材料缠绕不锈钢管，其特征在于，所述第一缠绕管(6)为波纹管、螺纹管、金属软管或塑料管。

7.根据权利要求1-4任意一项所述的多层复合材料缠绕不锈钢管，其特征在于，所述第一缠绕带(2)为碳钢型板带、合金钢板带、铝合金板带、塑料带、玻璃纤维布、金属网带、金属孔带或非金属网带。

8.根据权利要求2-4任意一项所述的多层复合材料缠绕不锈钢管，其特征在于，所述第二缠绕管(9)为波纹管、螺纹管、金属软管或塑料管。

9.根据权利要求4所述的多层复合材料缠绕不锈钢管，其特征在于，所述第二缠绕带(12)为碳钢板带、合金钢板带、铝合金板带、塑料带、玻璃纤维布、金属网带、金属孔带或非金属网带。

10.根据权利要求1所述的多层复合材料缠绕不锈钢管，其特征在于，所述第一粘合剂层(3)的粘合剂热膨胀系数为14～16×10^-5(1°c·m)。

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