RU204545U1

RU204545U1 - COMPOSITE PIPE WITH DISTRIBUTED BARRIER PROPERTIES

Info

Publication number: RU204545U1
Application number: RU2020126746U
Authority: RU
Inventors: Михаил Алексеевич Попов
Original assignee: Михаил Алексеевич Попов
Priority date: 2020-08-10
Filing date: 2020-08-10
Publication date: 2021-05-31

Abstract

Полезная модель относится к трубопроводной технике, в частности к многослойным композитным термопластичным трубам с армированием волокнами и барьерными слоями, изготовленными методами экструзии, или формования, и/или намотки, применяемым в нефтяной и газовой промышленности, используемым для транспортировки газообразных и жидкообразных веществ, при устройстве газовых и нефтяных скважин, и для ремонтных и спуско-подъемных работ.Поставленная задача решается тем, что композитная труба с распределенными барьерными свойствами, которая состоит из внутренней трубы из термопластичного полимера, окружающего ее композитного материала, состоящего из термопластичного полимера композитного материала и однонаправленных непрерывных армирующих волокон, и наружной полимерной оболочки, в которой внутренняя труба, композитный материал и наружная полимерная оболочка плавно сплавлены друг с другом посредством нагрева, отличающаяся тем, что композитный материал содержит по меньшей мере одну барьерную прослойку из полимер-неорганического композита, сплавленного с композитным материалом посредством нагрева и состоящего из термопластичного полимера барьерной прослойки, и однородно диспергированного в термопластичном полимере барьерной прослойки наполнителя из слоистого материала с размером частиц от 1 нм до 800 нм и аспектным отношением от 50 до 6000, с объемной долей в термопластичном полимере барьерной прослойки от 0,2% до 40%.Технический результат - снижение газопроницаемости и обеспечение высокой стойкости к расслоению высоконапорных термопластичных полимер-композитных труб. 15 з.п. ф-лы, 1 ил.The utility model relates to pipeline technology, in particular to multilayer composite thermoplastic pipes with fiber reinforcement and barrier layers manufactured by extrusion, or molding, and / or winding, used in the oil and gas industry, used to transport gaseous and liquid substances, when installing The problem is solved by the fact that a composite pipe with distributed barrier properties, which consists of an inner pipe made of a thermoplastic polymer, a surrounding composite material consisting of a thermoplastic polymer composite material and unidirectional continuous reinforcing fibers, and an outer polymeric shell, in which the inner pipe, the composite material and the outer polymeric shell are smoothly fused to each other by heating, characterized in that the composite material contains at least one barrier layer ku of a polymer-inorganic composite fused with a composite material by heating and consisting of a thermoplastic polymer of a barrier layer, and a barrier layer of a filler material uniformly dispersed in a thermoplastic polymer with a particle size from 1 nm to 800 nm and an aspect ratio from 50 to 6000, with a volume fraction of a barrier layer in the thermoplastic polymer from 0.2% to 40%. The technical result is to reduce gas permeability and ensure high resistance to delamination of high-pressure thermoplastic polymer-composite pipes. 15 p.p. f-ly, 1 dwg.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Полезная модель относится к трубопроводной технике, в частности к многослойным композитным термопластичным трубам с армированием волокнами и барьерными слоями, изготовленными методами экструзии, или формования, и/или намотки, применяемых в нефтяной и газовой промышленности, используемых для транспортировки газообразных и жидко-образных веществ, при устройстве газовых и нефтяных скважин, и для ремонтных и спуско-подъемных работ.The utility model relates to pipeline technology, in particular to multilayer composite thermoplastic pipes with fiber reinforcement and barrier layers made by extrusion or molding and / or winding methods used in the oil and gas industry, used for the transportation of gaseous and liquid-like substances, when arranging gas and oil wells, and for repair and round-trip operations.

Другие области применения включают: транспортировку технологических газов, жидкостей, сред и суспензий, трубопроводные системы водоснабжения, отопления, газоснабжения, систем подачи сжатого воздуха, технологические трубопроводы судов и железнодорожного подвижного состава, систем противопожарного водоснабжения.Other areas of application include: transportation of process gases, liquids, media and suspensions, pipeline systems for water supply, heating, gas supply, compressed air supply systems, process pipelines of ships and railway rolling stock, fire-fighting water supply systems.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИLEVEL OF TECHNOLOGY

Полимерные и композитные трубы в течение многих лет с возрастающим успехом используются в самых различных отраслях, таких как: строительстве, жилищно-коммунальном хозяйстве, нефтегазовой отрасли, судостроении. Простота изготовления, легкость, гибкость, отсутствие коррозии, низкая шероховатость поверхности, повышающая их пропускную способность и препятствующая образованию отложений дали им существенные преимущества по сравнению со стальными трубопроводами. Новые подходы к армированию дали полимерно-композитным трубам высокую прочность, и позволили изготавливать высоконапорные трубы для тяжелых условий эксплуатации в нефтяной и газовой отрасли для транспортировки газообразных и жидкообразных веществ, при устройстве газовых и нефтяных скважин, и для ремонтных и спуско-подъемных работ.For many years, polymer and composite pipes have been used with increasing success in a wide variety of industries, such as: construction, housing and communal services, oil and gas industry, shipbuilding. Ease of manufacture, lightness, flexibility, no corrosion, low surface roughness, increasing their throughput and preventing the formation of deposits have given them significant advantages over steel pipelines. New approaches to reinforcement have given polymer-composite pipes high strength, and made it possible to manufacture high-pressure pipes for severe operating conditions in the oil and gas industry for transporting gaseous and liquid substances, when installing gas and oil wells, and for repair and round-trip operations.

Особый интерес представляют термопластичные полимерно-композитные трубы с барьерными свойствами, с низкой газопроницаемостью и паропроницаемостью поскольку они позволяют транспортировать жидкие теплоносители в системах теплоснабжения и отопления, жидкие, газообразные и агрессивные среды, флюиды в нефтегазовой отрасли, в том числе метанол и среды с высоким содержанием сероводорода.Of particular interest are thermoplastic polymer-composite pipes with barrier properties, with low gas permeability and vapor permeability, since they allow transporting heat transfer fluids in heat supply and heating systems, liquid, gaseous and corrosive media, fluids in the oil and gas industry, including methanol and media with a high content hydrogen sulfide.

Известны многослойные полимерные трубы с барьерными свойствами, например, RU 2224160 С2, от 05.05.1999 г., F16L 9/12, которые состоят из внутреннего и наружного полимерных слоев, между которыми расположен газобарьерный из этиленвинилового спирта (EVOH), соединенный с внутренним и наружным слоями трубы слоями адгезива. Подобное решение позволяет получить трубы с низкой газопроницаемостью, однако из-за отсутствия армирования имеют относительно не высокую стойкость к внутреннему давлению (в пределах 3,0 МПа). Кроме того, барьерный слой соединен с внутренним и наружным слоями трубы адгезивными слоями, что не позволяет обеспечить высокую стойкость к расслоению трубы.Known multilayer polymer pipes with barrier properties, for example, RU 2224160 C2, dated 05.05.1999, F16L 9/12, which consist of an inner and outer polymer layers, between which a gas barrier of ethylene vinyl alcohol (EVOH) is located, connected to the inner and the outer layers of the pipe with layers of adhesive. Such a solution makes it possible to obtain pipes with low gas permeability, however, due to the lack of reinforcement, they have a relatively low resistance to internal pressure (within 3.0 MPa). In addition, the barrier layer is bonded to the inner and outer layers of the pipe by adhesive layers, which does not provide a high resistance to pipe delamination.

Известны трубы из композиционного материала (RU 190149 U1 от 07.12.2017, F16L 11/112) которые имеющют стенку из полимерного материала и армирующую систему из непрерывных нитей, отличающаяся тем, что стенка выполнена из полиэтилена повышенной термостойкости (PERT), а армирующая система выполнена в виде сетчатой структуры из арамидных нитей и расположена внутри стенки трубы, которые могут снабжены газобарьерным слоем, препятствующим диффузии газов, который выполнен из пленки с газобарьерными свойствами и соединен с другими слоями трубы адгезивным слоем.Known pipes made of composite material (RU 190149 U1 dated 07.12.2017, F16L 11/112) which have a wall made of polymer material and a reinforcing system of continuous threads, characterized in that the wall is made of polyethylene with increased heat resistance (PERT), and the reinforcing system is made in the form of a net structure of aramid threads and is located inside the pipe wall, which can be provided with a gas barrier layer that prevents the diffusion of gases, which is made of a film with gas barrier properties and is connected to other layers of the pipe with an adhesive layer.

Подобное решение также позволяет получить трубы с низкой газопроницаемостью. Однако, из-за отсутствия адгезии между армирующими нитями такие трубы имеют не высокую стойкость к давлению, в пределах 4,0…10,0 МПа. Кроме того, барьерный слой соединен с другими слоями трубы адгезивными слоями, что не позволяет обеспечить высокую стойкость к расслоению трубы.This solution also makes it possible to obtain pipes with low gas permeability. However, due to the lack of adhesion between the reinforcing threads, such pipes do not have high pressure resistance, in the range of 4.0 ... 10.0 MPa. In addition, the barrier layer is bonded to the other layers of the pipe by adhesive layers, which does not provide a high resistance to pipe delamination.

Наиболее близким решением к настоящей полезной модели являются известные композитные термопластичные трубы (WO 1995/007428 от 16.03.1995 г., МПК В32В 1/08, В32В 27/08, F16L 9/128), описанные также в API Specification 15S, «Spoolable Reinforced Plastic Line Pipe», 2-е издание, март 2016 г..The closest solution to the present utility model is the well-known composite thermoplastic pipes (WO 1995/007428 dated 03.16.1995, IPC В32В 1/08, В32В 27/08, F16L 9/128), also described in API Specification 15S, "Spoolable Reinforced Plastic Line Pipe ", 2nd edition, March 2016.

Они представляют собой трубы, имеющие внутреннюю трубу состоящую из термопластичного полимера на которую нанесен композитную слой имеющий когезионного соединения с внутренней трубой, или в некоторых случаях на внутреннюю трубу без образования связи, наматывается полимерная лента армированная однонаправленными волокнами.They are pipes with an inner tube consisting of a thermoplastic polymer on which a composite layer is applied having a cohesive connection with the inner tube, or in some cases on the inner tube without forming a bond, a polymer tape reinforced with unidirectional fibers is wound.

Обычной проблемой этих труб является то, что соединение между полимерной лентой армированная однонаправленными волокнами и контактной поверхностью внутренней полимерной трубы, в случае близкой к оптимальной комбинации материалов является недостаточным, чтобы выдерживать нагрузки при установке и эксплуатации в жестких условия, которым подвергают трубы данного типа. Это, например, приводит к расслоению композитной термопластичной трубы в условиях быстрого снижением давления газа или под воздействием значительных изгибающих усилий. Поэтому в этих трубах предпринимаются попытки применять полимер одного типа для внутренней трубы, и композитной матрицы из полимерных лент армированных однонаправленными волокнами, (см., например, ((Thermoplastic Composite Pipe: An Analysis And Testing Of A Novel Pipe System For Oil & Gas»; презентация J.L.C.G. de Kanter и J. Leijten на 17-й конференции ICCM в Эдинбурге, Великобритания, 2009 г.).A common problem with these pipes is that the connection between the polymer tape reinforced with unidirectional fibers and the contact surface of the inner polymer pipe, in the case of a close to optimal combination of materials, is insufficient to withstand the loads during installation and operation in the harsh conditions to which pipes of this type are subjected. This, for example, leads to delamination of the composite thermoplastic pipe under conditions of a rapid decrease in gas pressure or under the influence of significant bending forces. Therefore, in these pipes, attempts are being made to use a polymer of the same type for the inner pipe, and a composite matrix of polymer tapes reinforced with unidirectional fibers, (see, for example, ((Thermoplastic Composite Pipe: An Analysis And Testing Of A Novel Pipe System For Oil & Gas " ; presentation by JLCG de Kanter and J. Leijten at the 17th ICCM Conference in Edinburgh, UK, 2009).

Подобное решение имеет высокую технологичность производства и позволяет производить гибкие трубы с высокой и сверхвысокой стойкостью к внутреннему давлению (до 100 МПа и более), что делает их применение особенно востребованным в нефтегазовой отрасли. Однако, газопроницаемость этого типа труб ограничивает область их применения.Such a solution has a high manufacturability of production and allows the production of flexible pipes with high and ultra-high resistance to internal pressure (up to 100 MPa and more), which makes their use especially in demand in the oil and gas industry. However, the gas permeability of this type of pipe limits the scope of their application.

Задачей настоящей полезной модели являются снижение газопроницаемости и обеспечение высокой стойкости к расслоению высоконапорных термопластичных полимеро-композитных труб.The objective of this utility model is to reduce gas permeability and ensure high resistance to delamination of high-pressure thermoplastic polymer-composite pipes.

РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИUSEFUL MODEL DISCLOSURE

Поставленная задача решается тем, что композитная труба с распределенными барьерными свойствами, которая состоит из внутренней трубы из термопластичного полимера, окружающего ее композитного материала, состоящего из термопластичного полимера композитного материала и однонаправленных непрерывных армирующих волокон, и наружной полимерной оболочки, в которой внутренняя труба, композитный материал и наружная полимерная оболочка плавно сплавлены друг с другом посредством нагрева, отличающаяся тем, что композитный материал содержит по меньшей мере одну барьерную прослойку из полимер-неорганического композита, сплавленного с композитным материалом посредством нагрева, и состоящего из термопластичного полимера барьерной прослойки, и однородно диспергированного в термопластичном полимере барьерной прослойки наполнителя из слоистого материала с размером частиц от 1 нм до 800 нм и аспектным отношением от 50 до 6000, с объемной долей в термопластичном полимере барьерной прослойки от 0,2% до 40%.The problem is solved by the fact that a composite pipe with distributed barrier properties, which consists of an inner tube made of a thermoplastic polymer, a surrounding composite material consisting of a thermoplastic polymer composite material and unidirectional continuous reinforcing fibers, and an outer polymer shell, in which the inner tube, a composite the material and the outer polymer shell are smoothly fused with each other by heating, characterized in that the composite material contains at least one barrier layer of a polymer-inorganic composite fused with the composite material by heating, and consisting of a thermoplastic polymer barrier layer, and uniformly dispersed in a thermoplastic polymer of a barrier layer of a filler made of a laminated material with a particle size from 1 nm to 800 nm and an aspect ratio from 50 to 6000, with a volume fraction of a barrier layer in the thermoplastic polymer from 0.2% to 40%.

Номинальное давление композитных (армированных) термопластичных труб всегда было основным требованием к техническим свойствам с точки зрения конечного пользователя.The pressure rating of composite (reinforced) thermoplastic pipes has always been the main requirement for technical properties from the point of view of the end user.

Однако, в настоящее время, востребованы и другие существенные требования, которые конечные пользователи также ожидают от используемых ими композитных термопластичных труб.However, at the present time, there are other significant requirements that end users also expect from the composite thermoplastic pipes they use.

Газонепроницаемость в настоящее время является одним из наиболее востребованных технических свойств.Gas tightness is currently one of the most demanded technical properties.

Точная целевая настройка эксплуатационных характеристик позволит производителям композитных термопластичных труб успешно продвигать новые предложения (решения) на рынке конечных пользователей, и поможет им получить конкурентное преимущество на рынке композитных термопластичных труб.Accurately targeted performance tuning will enable thermoplastic composite pipe manufacturers to successfully promote new offerings (solutions) to the end-user market and help them gain a competitive advantage in the thermoplastic composite pipe market.

Для достижения высоких значений номинального давления композитных термопластичных труб предпринимаются попытки применять полимер одного типа для внутренней трубы, и композитной матрицы из полимерных лент армированных однонаправленными волокнами, (см., например, «Thermoplastic Composite Pipe: An Analysis And Testing Of A Novel Pipe System For Oil & Gas»; презентация J.L.C.G. de Kanter и J. Leijten на 17-й конференции ICCM в Эдинбурге, Великобритания, 2009 г.).In order to achieve high pressure ratings of composite thermoplastic pipes, attempts are being made to use the same type of polymer for the inner pipe, and a composite matrix of polymer tapes reinforced with unidirectional fibers, (see, for example, "Thermoplastic Composite Pipe: An Analysis And Testing Of A Novel Pipe System For Oil & Gas "; presentation by JLCG de Kanter and J. Leijten at the 17th ICCM conference in Edinburgh, UK, 2009).

В настоящей полезной модели существенную долю достижения высоких значений номинального давления обеспечивает композитный материал.In the present utility model, composite material provides a significant proportion of achieving high pressure ratings.

Причем композитный материал композитной трубы включает по меньшей мере один слой из ленты толщиной от 5 мкм до 1800 мкм из армированного однонаправленными непрерывными волокнами термопластичного полимера композитного материала намотанной на внутреннюю трубу или предыдущий слой под углами от 0° до 90° к оси внутренней трубы, и по меньшей мере один слой из ленты толщиной от 5 мкм до 1800 мкм из армированного однонаправленными непрерывными волокнами термопластичного полимера композитного материала намотанной на внутреннюю трубу или предыдущий слой под углами от 90° до 180° к оси внутренней трубы.Moreover, the composite material of the composite pipe includes at least one layer of a tape with a thickness of 5 μm to 1800 μm of a composite material reinforced with unidirectional continuous fibers of a thermoplastic polymer wound on an inner pipe or the previous layer at angles from 0 ° to 90 ° to the axis of the inner pipe, and at least one layer of a tape with a thickness of 5 μm to 1800 μm of a composite material reinforced with unidirectional continuous fibers of a thermoplastic polymer, wound on the inner pipe or the previous layer at angles from 90 ° to 180 ° to the axis of the inner pipe.

Использование в композитном материале композитной трубы с распределенными барьерными свойствами спаренных и намотанных в противоположных направлениях симметрично относительно оси внутренней трубы слоев лент из армированного однонаправленными непрерывными волокнами термопластичного полимера композитного материала позволяет снизить вероятность образование расслоений, нарушения цельности композитного материала в следствии воздействия скручивающих напряжений (нагрузок) в композитной трубе.The use in a composite material of a composite pipe with distributed barrier properties of paired and wound in opposite directions symmetrically relative to the axis of the inner pipe of layers of strips made of composite material reinforced with unidirectional continuous fibers of thermoplastic polymer makes it possible to reduce the likelihood of delamination formation, violation of the integrity of the composite material as a result of torsional stress (load) in a composite pipe.

В настоящей полезной модели снижение газопроницаемости достигается за счет барьерной (ых) прослойки(ек) из полимер-неорганического композита, сплавленного с композитным материалом посредством нагрева, и состоящего из термопластичного полимера барьерной прослойки, и однородно диспергированного в термопластичном полимере барьерной прослойки наполнителя из слоистого материала.In the present utility model, a decrease in gas permeability is achieved due to the barrier layer (s) of a polymer-inorganic composite, fused to the composite material by heating, and consisting of a thermoplastic polymer of a barrier layer, and a barrier layer of a filler of a laminate material that is uniformly dispersed in the thermoplastic polymer ...

Содержащих большое количество анизотропных частиц слоистого материала - тонких пластинок с высоким аспектным отношением в полимерной матрице полимер-неорганических композитов (полимер-неорганических нанокомпозитов, полимерных нанокомпозитов) существенно снижает их газопроницаемость (снижает диффузию газов) [1, 2].Containing a large number of anisotropic particles of a layered material - thin plates with a high aspect ratio in the polymer matrix of polymer-inorganic composites (polymer-inorganic nanocomposites, polymer nanocomposites) significantly reduces their gas permeability (reduces gas diffusion) [1, 2].

Причем в композитной трубе по меньшей мере одна барьерная прослойка может быть расположена между двух слоев из лент из армированного однонаправленными непрерывными волокнами термопластичного полимера композитного материала, и сплавлена с этими двумя слоями ленты из армированного однонаправленными непрерывными волокнами термопластичного полимера композитного материала посредством нагрева.Moreover, in a composite pipe, at least one barrier layer can be located between two layers of tapes of a composite material reinforced with unidirectional continuous fibers of a thermoplastic polymer, and fused with these two layers of a tape of a composite material reinforced with unidirectional continuous fibers of a thermoplastic polymer by heating.

Причем в композитной трубе по меньшей мере одна барьерная прослойка может быть расположена между внутренней трубой и слоем из ленты из армированного однонаправленными непрерывными волокнами термопластичного полимера композитного материала, и сплавлена с внутренней трубой и слоем ленты из армированного однонаправленными непрерывными волокнами термопластичного полимера композитного материала посредством нагрева.Moreover, in a composite pipe, at least one barrier layer can be located between the inner pipe and a layer of a tape of composite material reinforced with unidirectional continuous fibers of a thermoplastic polymer, and fused with an inner pipe and a layer of a tape of a composite material reinforced with unidirectional continuous fibers of a thermoplastic polymer by heating.

При этом, в композитной трубе по меньшей мере одна барьерная прослойка может состоять из по меньшей мере одного слоя ленты из полимер-неорганического композита толщиной от 5 мкм до 1800 мкм намотанной под углами от 0° до 180° к оси внутренней трубы на по меньшей мере один слой ленты из армированного однонаправленными непрерывными волокнами термопластичного полимера композитного материала.At the same time, in a composite pipe, at least one barrier layer can consist of at least one layer of a tape made of a polymer-inorganic composite with a thickness of 5 μm to 1800 μm wound at angles from 0 ° to 180 ° to the axis of the inner pipe by at least one layer of tape made of thermoplastic polymer composite material reinforced with unidirectional continuous fibers.

При этом в композитной трубе по меньшей мере одна барьерная прослойка может состоять из по меньшей мере одного слоя ленты из полимер-неорганического композита толщиной от 5 мкм до 1800 мкм намотанной на внутреннюю трубу под углами от 0° до 180° к оси внутренней трубы.In this case, in a composite pipe, at least one barrier layer can consist of at least one layer of a tape made of a polymer-inorganic composite with a thickness of 5 μm to 1800 μm wound on the inner pipe at angles from 0 ° to 180 ° to the axis of the inner pipe.

Причем в композитной трубе по меньшей мере одна барьерная прослойка может состоять из по меньшей мере двух слоев лент из полимер-неорганического композита толщиной от 5 мкм до 1800 мкм намотанных симметрично в противоположных направлениях относительно друг друга под углами 0°…180° к оси внутренней трубы на по меньшей мере один слой ленты из армированного однонаправленными непрерывными волокнами термопластичного полимера композитного материала.Moreover, in a composite pipe at least one barrier layer can consist of at least two layers of polymer-inorganic composite tapes with a thickness of 5 μm to 1800 μm wound symmetrically in opposite directions relative to each other at angles of 0 ° ... 180 ° to the axis of the inner pipe on at least one layer of a tape of a thermoplastic polymer composite material reinforced with unidirectional continuous fibers.

Причем в композитной трубе по меньшей мере одна барьерная прослойка может состоять из по меньшей мере двух слоев лент из полимер-неорганического композита толщиной от 5 мкм до 1800 мкм намотанных на внутреннюю трубу симметрично в противоположных направлениях относительно друг друга под углами 0°…180° к оси внутренней трубы.Moreover, in a composite pipe, at least one barrier layer can consist of at least two layers of polymer-inorganic composite tapes with a thickness of 5 μm to 1800 μm wound on the inner pipe symmetrically in opposite directions relative to each other at angles of 0 ° ... 180 ° to the axis of the inner pipe.

Использование в барьерной прослойке композитной трубы с распределенными барьерными свойствами спаренных и намотанных в противоположных направлениях симметрично относительно оси внутренней трубы слоев лент из полимер-неорганического композита позволяет снизить вероятность образование расслоений, нарушения цельности композитного материала вследствие воздействия скручивающих напряжений (нагрузок) в композитной трубе.The use in the barrier interlayer of a composite pipe with distributed barrier properties paired and wound in opposite directions symmetrically relative to the axis of the inner pipe of layers of polymer-inorganic composite tapes makes it possible to reduce the likelihood of delamination, violation of the integrity of the composite material due to the effect of torsional stresses (loads) in the composite pipe.

В одном из вариантов настоящей полезной модели композитная труба содержит более одной барьерной прослойке, которые распределены внутри композитного материала (распределены между слоями композитного материала).In one embodiment of the present invention, the composite pipe contains more than one barrier layer that is distributed within the composite material (distributed between the layers of the composite material).

При этом, в композитной трубе слои лент из армированного однонаправленными непрерывными волокнами термопластичного полимера композитного материала и слои лент из полимер-неорганического композита могут быть намотаны на внутреннюю трубу или предыдущий слой под разными углами относительно друг друга и в диапазоне от 0° до 180° к оси внутренней трубы.At the same time, in a composite pipe layers of tapes made of a composite material reinforced with unidirectional continuous fibers of a thermoplastic polymer and layers of tapes made of a polymer-inorganic composite can be wound on the inner pipe or the previous layer at different angles relative to each other and in the range from 0 ° to 180 ° to the axis of the inner pipe.

Причем в композитной трубе объемная доля армирующих однонаправленных непрерывных волокон в термопластичном полимере композитного материала может составлять от 15% до 93%.Moreover, in a composite pipe, the volume fraction of reinforcing unidirectional continuous fibers in the thermoplastic polymer of the composite material can range from 15% to 93%.

Причем в композитной трубе полимер-неорганический композит барьерной прослойки может содержать армирующие однонаправленные непрерывные волокна в объемной доли от 2 до 45%. при этом термопластичный полимер барьерной прослойки с однородно диспергированным в нем наполнителя из слоистого материала окружает со всех сторон однонаправленные непрерывные армирующие волокна.Moreover, in a composite pipe, the polymer-inorganic composite of the barrier layer may contain reinforcing unidirectional continuous fibers in a volume fraction of 2 to 45%. the thermoplastic polymer of the barrier layer with the filler of the laminated material uniformly dispersed therein surrounds unidirectional continuous reinforcing fibers on all sides.

Наличие в полимер-неорганическом композите барьерной прослойки композитной трубы армирующих однонаправленных непрерывных волокон при небольшом содержании (2… 10% объемной доли полимер-неорганический композита) позволяет повысить равномерность намотки лент барьерной прослойки на внутреннюю трубу (лайнер), и повысить стабильность работы намоточных машин (ориентированных на работу с армированными лентами); при содержании в полимер-неорганическом композите барьерной прослойки армирующих однонаправленных непрерывных волокон в объемной доле 10…45% дополнительно обеспечивает вклад барьерного слоя в общую прочность трубы.The presence in the polymer-inorganic composite of the barrier layer of the composite pipe of reinforcing unidirectional continuous fibers with a low content (2 ... 10% of the volume fraction of the polymer-inorganic composite) makes it possible to increase the uniformity of winding of the tapes of the barrier layer on the inner pipe (liner), and to increase the stability of the operation of winding machines ( oriented to work with reinforced belts); when the content in the polymer-inorganic composite of a barrier layer of reinforcing unidirectional continuous fibers in a volume fraction of 10 ... 45% additionally provides a contribution of the barrier layer to the overall strength of the pipe.

При этом, в композитной трубе однонаправленные непрерывные армирующие волокна композитного материала могут быть выбраны из группы волокон: стеклянные волокна, углеродные волокна, арамидные волокна, борные волокна, керамические волокна, базальтовые волокна, карбидокремниевые волокна, полиамидные волокна, волокна из сложного полиэфира, волокна из жидкокристаллического сложного полиэфира, полиакрилонитрильные волокна, волокна из полиимида, волокна из полиэфиримида, волокна из полифениленсульфида, волокна из полиэфиркетона, волокна из полиэфирэфиркетона, волокна из поликетона, волокна из сверхмолекулярного полиэтилена.At the same time, in a composite pipe, unidirectional continuous reinforcing fibers of a composite material can be selected from a group of fibers: glass fibers, carbon fibers, aramid fibers, boron fibers, ceramic fibers, basalt fibers, silicon carbide fibers, polyamide fibers, polyester fibers, fibers from liquid crystal polyester, polyacrylonitrile fibers, polyimide fibers, polyetherimide fibers, polyphenylene sulfide fibers, polyetherketone fibers, polyetheretherketone fibers, polyketone fibers, ultramolecular polyethylene fibers.

Применение в настоящей модели для формирования обеспечивающего стойкость к давлению композитного материала и для формирования барьерной(ых) прослойки(ек) конструкционно подобного (однотипного) лентообразного материала (препегов, прекурсоров) позволяет повысить технологичность производства термопластичных композитных труб. Это является одним из преимуществ предложенного решения, поскольку позволяет производить на одном и том-же технологическом оборудовании термопластичные композитные трубы с газо-барьерными свойствами и без них.The use in this model for the formation of a composite material that provides resistance to pressure and for the formation of a barrier layer (s) of a structurally similar (of the same type) ribbon-like material (prepegs, precursors) makes it possible to increase the manufacturability of the production of thermoplastic composite pipes. This is one of the advantages of the proposed solution, since it allows the production of thermoplastic composite pipes with and without gas barrier properties on the same technological equipment.

Причем в композитной трубе термопластичный полимер внутренней трубы, термопластичный полимер композитного материала, термопластичный полимер барьерной прослойки и полимер наружной полимерной оболочки когезионно совместимы, и выбраны из группы полимеров: полиэтилен (РЕ, HDPE, LDPE), полиэтилен высокой (повышенной) термостойкости PE-RT (Polyethylene of Raised Temperature resistance), сополимер полиэтилена с октеном, сополимер полиэтилена с октеном-1, сополимер полиэтилена с гексеном, сополимер полиэтилена с гексеном-1, металлоценовый полиэтилен высокой плотности, сополимер этилена с виниловым спиртом (EVOH), поливиниловый спирт, полипропилен (РР, PP-R), сополимеры полипропилена, полибутен (РВ, РВ-1), сополимеры полибутена, поливинилхлорид (PVC, HPVC), акрилонитрил бутадиен стирол (ABS), полиамид (РА), полифталамид (РРА), полиэтиленнафталат (PEN), полиэтилентерефталат (PET), полибутиленнафталат (РВТ), фторполимер (PFA), фторэтилен-пропилен (FEP), поливинилиденфторид (PVDF), полифениленсульфид (PPS), полиэфирсульфон (PES), полифенилсульфон (PPSU), полиимид (PI), полиэфир имид (PEI), полиоксиметилен (РОМ), полиариленэфиркетон (PAEK), полиэфирэфиркетон (PEEK, PEK), поликетон (PK, Polyketon), а также смеси и композиции вышеперечисленных полимеров.Moreover, in a composite pipe, the thermoplastic polymer of the inner pipe, the thermoplastic polymer of the composite material, the thermoplastic polymer of the barrier layer and the polymer of the outer polymer shell are cohesively compatible, and are selected from the group of polymers: polyethylene (PE, HDPE, LDPE), polyethylene of high (increased) heat resistance PE-RT (Polyethylene of Raised Temperature resistance), polyethylene-octene copolymer, polyethylene-octene-1 copolymer, polyethylene-hexene copolymer, polyethylene-hexene-1 copolymer, metallocene high-density polyethylene, ethylene vinyl alcohol copolymer (EVOH), polyvinyl alcohol, polypropylene (PP, PP-R), polypropylene copolymers, polybutene (PB, PB-1), polybutene copolymers, polyvinyl chloride (PVC, HPVC), acrylonitrile butadiene styrene (ABS), polyamide (PA), polyphthalamide (PPA), polyethylene naphthalate (PEN ), polyethylene terephthalate (PET), polybutylene naphthalate (PBT), fluoropolymer (PFA), fluoroethylene propylene (FEP), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyphenylene sul poly (PPS), polyethersulfone (PES), polyphenylsulfone (PPSU), polyimide (PI), polyether imide (PEI), polyoxymethylene (POM), polyarylene ether ketone (PAEK), polyetheretherketone (PEEK, PEK), polyketone (PK, Poly) as well as mixtures and compositions of the above polymers.

Использование в композитной трубе когезионно совместимы полимерных материалов для термопластичного полимера внутренней трубы, термопластичного полимера композитного материала, термопластичного полимера барьерной прослойки и полимера наружной полимерной оболочки позволяет получить гомогенное соединение слоев при нагревании (сплавлении) и обеспечить высокую стойкость трубы к расслоению.The use of cohesively compatible polymer materials in a composite pipe for the thermoplastic polymer of the inner pipe, the thermoplastic polymer of the composite material, the thermoplastic polymer of the barrier layer and the polymer of the outer polymer shell allows to obtain a homogeneous connection of the layers upon heating (fusion) and to ensure high resistance of the pipe to delamination.

Причем в композитной трубе слоистый материал полимер-неорганического композита барьерной прослойки из может быть выбран из группы, включающей: Причем слоистый материал в термопластичном лентовидном препеге может быть выбран из группы, включающей: смектитовые глины (например, монтмориллонит: (OH)₄Si₈(Al₃,₃₄Mg_0,67)O₂₀⋅M_0,67); синтетические и полусинтетические глины (например, гекторит: MgO(SiO₂)_s(Al₂O₃)_a(AB)_b(H₂O)_x, где АВ это ионная пара NaF), органоглины, слоистые кремниевые кислоты, слоистые органосиликаты, слоистые силикаты, слоистые алюмосиликаты, слоистые глины, минеральные слоистые гидроксиды (например, брусит: Mg(OH)₂, гиббсит: Al(ОН)₃), слоистые двойные гидроксиды (LDHs) (например, Mg₆Al_3-4 (OH)_18⋅8 (CO₃)_1⋅7 H₂O; или Zn₆Al₂(OH)₁₆CO₃nH₂O), слоистые алюмино-фосфаты (например, минеральный ALPO (берлинит), Al₄(PO₄)₃(ОН)₃⋅9Н₂О (вантасселит)), М⁺⁴ фосфаты, фосфонаты (например, α-форма: Zr(HPO₄)⋅2H₂O; γ-форма: ZrPO₄O₂P(OH)₂⋅2H₂O; λ-форма; ZrPO₄XY (X и Y анионные или нейтральные лиганды)), хлориды (например, FeCl₃, FeOCl, CdI₂, CdCl₂), халькогениды (например: TiS₂, MoS₂, MoS₃, (PbS)_1⋅18(TiS₂)₂), цианиды (например: Ni(CN)₂, оксиды (например: H₂Si₂O₅, V₆O₁₃, HTiNbO₅, Cr_0⋅5V_0⋅5S₂, W_0⋅2V_2⋅8 O₇, Cr₃O₈, МоО₃(ОН)₂, V₂O₅, VOPO₄-2H₂O, CaPO₄CH₃-H₂O, MnHAsO₄-Н₂О, Ag₆Mo₁₀O₃₃), кремнеземы, смешаннослойные минералы с чередованием пакетов различных типов.Moreover, in a composite pipe, the laminated material of the polymer-inorganic composite of the barrier layer from can be selected from the group including: Moreover, the layered material in the thermoplastic ribbon-like prepeg can be selected from the group including: smectite clays (for example, montmorillonite: (OH) ₄ Si ₈ ( Al ₃ , ₃₄ Mg _0.67 ) O ₂₀ M _0.67 ); synthetic and semi-synthetic clays (for example, hectorite: MgO (SiO ₂ ) _s (Al ₂ O ₃ ) _a (AB) _b (H ₂ O) _x , where AB is the NaF ion pair), organoclays, layered silicic acids, layered organosilicates, layered silicates, layered aluminosilicates, layered clays, mineral layered hydroxides (e.g. brucite: Mg (OH) ₂ , gibbsite: Al (OH) ₃ ), layered double hydroxides (LDHs) (e.g. Mg ₆ Al _3-4 (OH) _18⋅8 (CO ₃ ) _1⋅7 H ₂ O; or Zn ₆ Al ₂ (OH) ₁₆ CO ₃ nH ₂ O), layered aluminum phosphates (for example, mineral ALPO (berlinite), Al ₄ (PO ₄ ) ₃ (OH) ₃ ⋅9H ₂ O (vantasselite)), M ⁺⁴ phosphates, phosphonates (for example, α-form: Zr (HPO ₄ ) ⋅2H ₂ O; γ-form: ZrPO ₄ O ₂ P (OH) ₂ ⋅ 2H ₂ O; λ-form; ZrPO ₄ XY (X and Y are anionic or neutral ligands)), chlorides (for example, FeCl ₃ , FeOCl, CdI ₂ , CdCl ₂ ), chalcogenides (for example: TiS ₂ , MoS ₂ , MoS ₃ , (PbS) _1⋅18 (TiS ₂ ) ₂ ), cyanides (for example: Ni (CN) ₂ , oxides (for example: H ₂ Si ₂ O ₅ , V ₆ O ₁₃ , HTiNbO ₅ , Cr _0⋅5 V _{0⋅ 5} S ₂ , W _0⋅2 V _2⋅8 O ₇ , Cr ₃ O ₈ , MoO ₃ (OH) ₂ , V ₂ O ₅ , VOPO ₄ -2H ₂ O, CaPO ₄ CH ₃ -H ₂ O, MnHAsO ₄ -H ₂ O, Ag ₆ Mo ₁₀ O ₃₃ ), silicas, mixed-layer minerals with alternating packets of various types.

Причем в композитной трубе слоистый материал полимер-неорганического композита барьерной прослойки выбран из группы слоистых материалов, включающей: монтмориллонит, бентонит, нонтронит, бейделлит, волконскоит, гекторит, сапонит, сепиолит, стевенсит, сауконит, собокит, свинфордит, кенияит, филлосиликаты, кремниевая кислота, фосфаты циркония, дихалькогениды, полиэдральный олигомерный силсесквиоксан, титанат калия, канемит, макатит, октосиликат, магадиит, кенияит, слюды, вермикулит, иллит, ледикит, трубчатый аттапульгит, брусит, гиббсит, берлинит, вантасселит, тальк, серпентин, хризотил-асбест, ревдинскит, палыгорскит, мусковит, флогопит, биотит, глауконит, пеннит, клинохлор, каолинит, хризоколла, гарниерит, мурманит, иллит-монтмориллонит, вермикулит-хлорит, графит, оксид графита, нитрид бора, нитрид алюминия, нанотрубки и наночастицы углерода, наночастицы сульфата бария, наночастицы кремнезема.Moreover, in the composite pipe, the laminated material of the polymer-inorganic composite of the barrier layer is selected from the group of layered materials, including: montmorillonite, bentonite, nontronite, beidellite, wolkonskoite, hectorite, saponite, sepiolite, stevensite, sauconite, sobokite, pigfordnium acid, kenya , zirconium phosphates, dichalcogenides, polyhedral oligomeric silsesquioxane, potassium titanate, kanemite, makatite, octosilicate, magadiite, kenyite, micas, vermiculite, illite, ledikite, tubular attapulgite, brucite, gibbsite, berryzellinite, tsalbastin revdinskite, palygorskite, muscovite, phlogopite, biotite, glauconite, pennite, clinochlor, kaolinite, chrysocolla, garnierite, murmanite, illite-montmorillonite, vermiculite-chlorite, graphite, graphite oxide, boron nitride, aluminum nanoparticles, carbon nanotubes barium, silica nanoparticles.

Причем в композитной трубе поверхность слоистого материала полимер-неорганического композита барьерной прослойки может быть модифицирована методом, выбранным из группы: модификация поверхностно-активными веществами, модификация малеиновым ангидридом, модификация органическими катионами, путем обмена катионов натрия на различные катионы, путем обмена катионов натрия на органические катионы, модификация реагентами, посредством ультразвуковой обработки.Moreover, in a composite pipe, the surface of the laminated material of the polymer-inorganic composite of the barrier layer can be modified by a method selected from the group: modification with surfactants, modification with maleic anhydride, modification with organic cations, by exchanging sodium cations for various cations, by exchanging sodium cations for organic cations, modification with reagents, by means of ultrasonic treatment.

Поверхность слоистого материала также может быть модифицирована любым иным методом поверхностной модификации.The surface of the laminate can also be modified by any other surface modification method.

Причем внутренняя труба из термопластичного полимера композитной трубы с распределенными барьерными свойствами может быть изготовлена методами экструзии.Moreover, the inner tube made of a thermoplastic polymer of a composite tube with distributed barrier properties can be manufactured by extrusion methods.

Причем композитный материал, состоящий из термопластичного полимера композитного материала и непрерывных однонаправленных армирующих волокон, может быть изготовлен методами намотки с натяжением на внутреннюю трубу и/или на барьерную(ые) прослойку(и) слоев лент из армированного непрерывными однонаправленными волокнами термопластичного полимера композитного материала, которые плавно сплавлены между собой, с наружной поверхностью трубы, и барьерной прослойкой путем нагрева поверхностей трубы и лент до температуры размягчения по Вика или до температуры расплавления до образования гомогенного соединения между наружной поверхностью внутренней трубы, с прилегающим слоем лент (слоев) композитного материала из армированного непрерывными однонаправленными волокнами термопластичного полимера композитного материала между собой, и слоем (ями) барьерной(х) прослойки(ек).Moreover, a composite material consisting of a thermoplastic polymer of a composite material and continuous unidirectional reinforcing fibers can be manufactured by winding with tension on an inner pipe and / or on a barrier (s) interlayer (s) of tape layers from a thermoplastic polymer reinforced with continuous unidirectional fibers of a composite material, which are smoothly fused with each other, with the outer surface of the pipe, and the barrier layer by heating the surfaces of the pipe and tapes to the Vicat softening temperature or to the melting temperature until a homogeneous connection is formed between the outer surface of the inner pipe, with the adjacent layer of tapes (layers) of composite material made of reinforced continuous unidirectional fibers of the thermoplastic polymer of the composite material between themselves, and the layer (s) of the barrier (x) interlayer (s).

Причем барьерная прослойка из полимер-неорганического композита может быть изготовлена методами намотки с натяжением на слой(и) композитного материала и/или на наружную поверхность внутренней трубы слоев лент из полимер-неорганического композита, которые плавно сплавлены между собой и с поверхностями композитного материала и/или внутренней трубы путем нагрева поверхностей лент барьерной прослойки, композитного материала трубы и внутренней трубы до температуры размягчения по Вика или до температуры расплавления до образования гомогенного соединения между поверхностями слоя(ев) барьерной(ых) прослойки(ек) и слоев композитного материала, и/или поверхностью внутренней трубы.Moreover, the barrier layer of the polymer-inorganic composite can be made by winding with tension on the layer (s) of the composite material and / or on the outer surface of the inner pipe of the layers of the polymer-inorganic composite tapes, which are smoothly fused with each other and with the surfaces of the composite material and / or the inner pipe by heating the surfaces of the ribbons of the barrier interlayer, the composite material of the pipe and the inner pipe to the Vicat softening temperature or to the melting temperature until a homogeneous connection is formed between the surfaces of the layer (s) of the barrier interlayer (s) and the layers of the composite material, and / or the surface of the inner pipe.

Причем наружная полимерная оболочка композитной термопластичной трубы может быть изготовлена методами экструзии путем экструдирования на предварительно нагретую до температуры размягчения по Вика или расплавления наружной поверхности композитного материала.Moreover, the outer polymer shell of the composite thermoplastic pipe can be produced by extrusion methods by extrusion onto the outer surface of the composite material preheated to the Vicat softening temperature or melting.

Причем наружная полимерная оболочка термопластичной композитной трубы также может быть изготовлена путем термоусадки на предварительно нагретую до температуры размягчения по Вика или расплавления наружной поверхность композитного материала готовой полимерной оболочки (защитной трубы).Moreover, the outer polymer shell of the thermoplastic composite pipe can also be made by heat shrinkage on the outer surface of the composite material of the finished polymer shell (protective pipe) preheated to the Vicat softening temperature or melting.

Причем для изготовления композитной трубы по настоящей полезной модели могут быть использованы готовые, изготовленные промышленным способом, ленты композитного материала с использованием армирующих волокон и полимеров перечисленных в настоящей полезной модели. В настоящее время ленты (препеги) из полимерных материалов, и термопластичных полимеров и однонаправленных непрерывных армирующих волокон (UD tapes) широко представлены на рынке. Например, UD ленты компаний Toray Advanced Composites (США),

Thermoplastic Composites GmbH & Co. KG (Германия), TOPOLO (Китай).Moreover, for the manufacture of a composite pipe according to this utility model, ready-made, industrially manufactured strips of composite material using reinforcing fibers and polymers listed in this utility model can be used. Currently, tapes (prepegs) made of polymeric materials, and thermoplastic polymers and unidirectional continuous reinforcing fibers (UD tapes) are widely available on the market. For example, UD tapes from Toray Advanced Composites (USA),

Thermoplastic Composites GmbH & Co. KG (Germany), TOPOLO (China).

Причем для изготовления композитной трубы по настоящей полезной модели ленты композитного материала и ленты барьерной прослойки с использованием слоистых материалов, армирующих волокон и полимеров, перечисленных в настоящей полезной модели, могут быть изготовлены промышленным способом с помощью существующего промышленного оборудования. Например, промышленное оборудование для производства лент (препегов) из непрерывных однонаправленных армирующих волокон и термопластичных полимеров предлагают компании: KraussMaffei (Германия), Fartrouven R&D, GPM Machinery (Китай).Moreover, for the manufacture of a composite pipe according to the present utility model, the tape of the composite material and the tape of the barrier layer using layered materials, reinforcing fibers and polymers listed in this utility model can be manufactured industrially using existing industrial equipment. For example, industrial equipment for the production of strips (prepegs) from continuous unidirectional reinforcing fibers and thermoplastic polymers is offered by the following companies: KraussMaffei (Germany), Fartrouven R&D, GPM Machinery (China).

При этом для изготовления лент (препегов) из непрерывных однонаправленных армирующих волокон и термопластичных полимеров могут быть использованы термопластичные полимеры перечисленные в настоящей полезной модели, и волокна так же перечисленные в настоящей полезной модели с поперечным сечением волокон выбранным из группы: круглым, прямоугольным, овальным, эллиптическим или коконообразным.At the same time, for the manufacture of ribbons (prepegs) from continuous unidirectional reinforcing fibers and thermoplastic polymers, thermoplastic polymers listed in this utility model can be used, and fibers also listed in this utility model with a fiber cross-section selected from the group: round, rectangular, oval, elliptical or cocoon-shaped.

Причем для намотки и сплавления слоев лент армированных непрерывными волокнами композитного материала и лент барьерной прослойки композитной трубы может быть использовано существующее промышленное оборудование. Например, промышленное оборудование для намотки слоев лент армированных непрерывными волокнами предлагают компании: KraussMaffei (Германия), Fartrouven R&D (Португалия), GPM Machinery (Китай).Moreover, for winding and fusing layers of tapes reinforced with continuous fibers of the composite material and tapes of the barrier layer of the composite pipe, existing industrial equipment can be used. For example, industrial equipment for winding layers of belts reinforced with continuous fibers is offered by the following companies: KraussMaffei (Germany), Fartrouven R&D (Portugal), GPM Machinery (China).

ТЕХНИЧЕСКИЙ РЕЗУЛЬТАТTECHNICAL RESULT

Технический результат настоящей полезной модели:The technical result of this utility model:

- снижение газопроницаемости высоконапорных термопластичных полимеро-композитных труб.- decrease in gas permeability of high-pressure thermoplastic polymer-composite pipes.

- обеспечение высокой стойкости к расслоению высоконапорных термопластичных полимер-композитных труб.- ensuring high resistance to delamination of high-pressure thermoplastic polymer-composite pipes.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS

На Фиг. 1 показана принципиальная схема композитной трубы с распределенными барьерными свойствами состоящей из внутренней трубы, окружающего ее композитного материала, разделенного барьерными прослойками.FIG. 1 shows a schematic diagram of a composite pipe with distributed barrier properties, consisting of an inner pipe, a surrounding composite material, separated by barrier layers.

ПРИМЕР ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИEXAMPLE OF IMPLEMENTING A UTILITY MODEL

Как показано на Фиг. 1 композитная труба с распределенными барьерными свойствами состоит из внутренней трубы из термопластичного полимера 1, окружающего ее композитного материала 2 разделенного барьерными прослойками 3, и полимерной оболочки 4, которые сплавлены по граничащим поверхностям.As shown in FIG. 1, a composite tube with distributed barrier properties consists of an inner tube made of a thermoplastic polymer 1, a surrounding composite material 2 separated by barrier layers 3, and a polymer shell 4, which are fused along the adjacent surfaces.

Композитная труба с распределенными барьерными свойствами изготавливается в три этапа, которые реализуются последовательно либо в одной производственной линии, либо на трех отдельных производственных линиях (производственных участках).A composite pipe with distributed barrier properties is produced in three stages, which are realized sequentially either in one production line or in three separate production lines (production sites).

1-ый этап включает изготовление внутренней трубы из термопластичного полимера методом экструзии.The first stage includes the production of an inner tube from a thermoplastic polymer by extrusion.

2-й этап включает намотку с натяжением на внутреннюю трубу лент из армированного однонаправленными непрерывными волокнами термопластичного полимера композитного материала, и лент из полимер-неорганического композита барьерной прослойки. При этом наружная поверхность внутренней трубы сплавляются с граничащей поверхностью армированных лент композитного материала. При этом армированные ленты композитного материала и ленты барьерной прослойки сплавлены между собой путем нагрева. Если композитный материал и барьерная прослойка состоят из нескольких слоев лент, то они также послойно сплавляются между собой путем нагрева. Сплавление слоев термопластичной композитной трубы производится при нагреве до температуры размягчения по Вика или температуре расплавления полимеров из которых состоят армированные ленты и полимера внутренней трубы.The second stage includes tension winding onto the inner tube of tapes made of a composite material reinforced with unidirectional continuous fibers of a thermoplastic polymer, and tapes made of a polymer-inorganic composite of a barrier layer. In this case, the outer surface of the inner pipe is fused with the bordering surface of the reinforced tapes of the composite material. In this case, the reinforced tapes of the composite material and the tapes of the barrier layer are fused together by heating. If the composite material and the barrier layer consist of several layers of tapes, then they are also fused layer by layer with each other by heating. The fusion of the layers of a thermoplastic composite pipe is carried out when heated to the Vicat softening temperature or the melting temperature of the polymers of which the reinforced tapes and the polymer of the inner pipe consist.

3-ий этап включает нанесение на граничащую внешнюю поверхность композитного материала, нагретого до температуры размягчения по Вика или температуры расплавления термопластичного полимера композитного материала, наружной полимерной оболочки методом экструзии, или путем термоусадки готовой полимерной оболочки (трубы).The third stage includes the application to the adjoining outer surface of the composite material heated to the Vicat softening temperature or the melting temperature of the thermoplastic polymer of the composite material, the outer polymer shell by extrusion, or by heat shrinking of the finished polymer shell (pipe).

Устройство работает следующим образом:The device works as follows:

Проникающие через стенку внутренней трубы композитной трубы с распределенными барьерными свойствами газообразные среды задерживаются по меньшей мере одной барьерной прослойкой, в варианте с несколькими барьерными прослойками, газовые среды последовательно задерживаются каждой барьерной прослойкой, до достижения необходимого уровня газопроницаемости.Gaseous media penetrating through the wall of the inner pipe of the composite pipe with distributed barrier properties are retained by at least one barrier layer, in the variant with several barrier layers, the gaseous media are sequentially retained by each barrier layer until the required level of gas permeability is reached.

Дополнительно, благодаря тому, что в композитной трубе с распределенными барьерными свойствами используются когезионносовместимые полимерные материалы, после сплавления слоев, в пограничных зонах между внутренней трубой, композитным материалом, барьерными прослойками и наружной оболочка образуется гомогенное соединения, тем самым обеспечивая высокую стойкость к расслоению трубы в целом.Additionally, due to the fact that cohesive-compatible polymeric materials are used in a composite pipe with distributed barrier properties, after the layers are fused, homogeneous joints are formed in the boundary zones between the inner pipe, the composite material, the barrier layers and the outer shell, thereby providing high resistance to pipe delamination in the whole.

Предложенное устройство является промышленно применимыми с помощью существующих технических средств. (Планируется начать серийное производство в IV кв. 2021 г.)The proposed device is industrially applicable using existing technical means. (It is planned to start serial production in the IV quarter of 2021)

Специалисту в данной области техники должно быть очевидно, что в настоящей полезной модели возможны разнообразные модификации и изменения. Соответственно, предполагается, что настоящая полезная модель охватывает возможные модификации и изменения, а также их эквиваленты, без отступления от сущности и объема полезной модели, раскрытого в прилагаемой формуле полезной модели.A person skilled in the art will appreciate that various modifications and variations are possible in the present invention. Accordingly, it is assumed that this utility model covers possible modifications and changes, as well as their equivalents, without departing from the essence and scope of the utility model disclosed in the attached utility model claims.

ЛитератураLiterature

1. Kojima Y.., Usuki A., Kawasumi М., Okada A., Kurauchi Т., Kamigaito О.J. Polym. Sci. A, 1993, v. 31, p. 1755.1. Kojima Y .., Usuki A., Kawasumi M., Okada A., Kurauchi T., Kamigaito O. J. Polym. Sci. A, 1993, v. 31, p. 1755.

2. Kojima Y., Usuki A., Kawasumi M., Okada A., Kurauchi Т., Kamigaito O.J. Appl. Polym. Sci., 1993, v. 49, p. 1259.2. Kojima Y., Usuki A., Kawasumi M., Okada A., Kurauchi T., Kamigaito O.J. Appl. Polym. Sci., 1993, v. 49, p. 1259.

Claims

1. A composite pipe with distributed barrier properties, consisting of an inner pipe made of thermoplastic polymer, a surrounding composite material, consisting of a thermoplastic polymer composite material and unidirectional continuous reinforcing fibers, and an outer polymer shell, in which the inner pipe, the composite material and the outer polymer shell smoothly fused with each other by heating, characterized in that the composite material contains barrier layers of a polymer-inorganic composite fused with the composite material by heating, and consisting of a thermoplastic polymer of a barrier layer, and a barrier layer uniformly dispersed in a thermoplastic polymer of a barrier layer of a filler made of a layered material with a particle size from 1 nm to 800 nm and an aspect ratio from 50 to 6000, with a volume fraction of the barrier layer in the thermoplastic polymer from 0.2% to 40%.

2. A composite pipe according to claim 1, in which the composite material includes at least one layer of tape with a thickness of 5 μm to 1800 μm of a composite material reinforced with unidirectional continuous fibers of thermoplastic polymer, wound on the inner pipe or the previous layer at angles from 0 ° to 90 ° to the axis of the inner pipe, and at least one layer of tape with a thickness of 5 μm to 1800 μm of composite material reinforced with unidirectional continuous fibers of thermoplastic polymer, wound on the inner pipe or the previous layer at angles from 90 ° to 180 ° to the axis of the inner tube.

3. The composite pipe of claim. 1, in which at least one barrier layer is located between two layers of strips of unidirectional continuous fibers reinforced thermoplastic polymer composite material and fused with these two layers of tape of unidirectional continuous fibers reinforced thermoplastic polymer composite material by heating.

4. A composite pipe according to claim. 1, in which at least one barrier layer is located between the inner pipe and a layer of tape of reinforced with unidirectional continuous fibers of thermoplastic polymer composite material and is fused with the inner pipe and a layer of tape of reinforced with unidirectional continuous fibers of thermoplastic polymer composite material by heating.

5. A composite pipe according to claim 3, in which at least one barrier layer consists of at least one layer of a polymer-inorganic composite tape with a thickness of 5 μm to 1800 μm, wound at angles from 0 ° to 180 ° to the axis of the inner pipe by at least one layer of tape made of composite material reinforced with unidirectional continuous fibers of thermoplastic polymer.

6. A composite pipe according to claim 4, in which at least one barrier layer consists of at least one layer of a polymer-inorganic composite tape with a thickness of 5 μm to 1800 μm, wound on the inner pipe at angles from 0 ° to 180 ° to the axis of the inner tube.

7. A composite pipe according to claim 3, in which at least one barrier layer consists of at least two layers of polymer-inorganic composite tapes with a thickness of 5 microns to 1800 microns, wound symmetrically in opposite directions relative to each other at angles of 0 ° ... 180 ° to the axis of the inner pipe on at least one layer of tape made of composite material reinforced with unidirectional continuous fibers of thermoplastic polymer.

8. Composite pipe according to claim 4, in which at least one barrier layer consists of at least two layers of polymer-inorganic composite tapes with a thickness of 5 μm to 1800 μm, wound around the inner pipe symmetrically in opposite directions relative to each other at angles of 0 ° ... 180 ° to the axis of the inner pipe.

9. A composite pipe according to claim 1, in which layers of tapes made of a thermoplastic polymer composite material reinforced with unidirectional continuous fibers and layers of tapes of a polymer-inorganic composite are wound on the inner pipe or the previous layer at different angles relative to each other and in the range from 0 ° to 180 ° to the axis of the inner tube.

10. A composite pipe according to claim 1, in which the volume fraction of reinforcing unidirectional continuous fibers in the thermoplastic polymer of the composite material is 15 ... 93%.

11. A composite pipe according to claim 1, in which the polymer-inorganic composite of the barrier layer contains reinforcing unidirectional continuous fibers in a volume fraction of 2 ... 45%, while the thermoplastic polymer of the barrier layer with a filler of a layered material uniformly dispersed in it surrounds the unidirectional continuous reinforcing fibers.

12. The composite pipe according to claim 1 or 11, in which the unidirectional continuous reinforcing fibers of the composite material are selected from the group of fibers: glass fibers, carbon fibers, aramid fibers, boron fibers, ceramic fibers, basalt fibers, silicon carbide fibers, polyamide fibers, fibers from polyester, liquid crystal polyester fibers, polyacrylonitrile fibers, polyimide fibers, polyetherimide fibers, polyphenylene sulfide fibers, polyether ketone fibers, polyetheretherketone fibers, polyketone fibers, ultramolecular polyethylene fibers.

13. A composite pipe according to claim 1, in which the thermoplastic polymer of the inner pipe, the thermoplastic polymer of the composite material, the thermoplastic polymer of the barrier layer and the polymer of the outer polymer shell are cohesively compatible and selected from the group of polymers: polyethylene, polyethylene of increased heat resistance, copolymer of polyethylene with octene, copolymer polyethylene with octene-1, copolymer of polyethylene with hexene, copolymer of polyethylene with hexene-1, metallocene high density polyethylene, copolymer of ethylene with vinyl alcohol, polyvinyl alcohol, polypropylene, copolymers of polypropylene, polybutene, polybutene copolymers, polyvinyl diethyl chloride polyphthalamide, polyethylene naphthalate, polyethylene terephthalate, polybutylene naphthalate, fluoropolymer, fluoroethylene propylene, polyvinylidene fluoride, polyphenylene sulfide, polyethersulfone, polyphenylsulfone, polyimide, polyetherimide, polyoxymethylene and polyethylene arylene compositions, polyoxymethylene and polyethylene arylene compositions of the listed polymers.

14. A composite pipe according to claim 1, in which the laminated material of the polymer-inorganic composite of the barrier layer is selected from the group consisting of smectite clays, synthetic clays, organoclays, layered silicic acids, layered organosilicates, layered silicates, layered aluminosilicates, layered layered clays, mineral hydroxides, layered double hydroxides (LDHs), layered aluminum phosphates, M ⁺⁴ phosphates, phosphonates, chlorides, chalcogenides, cyanides, oxides, silicas, mixed-layer minerals with alternating packages of various types.

15. The composite pipe according to claim 1, in which the laminated material of the polymer-inorganic composite of the barrier layer is selected from the group of layered materials, including montmorillonite, bentonite, nontronite, beidellite, volkonskoite, hectorite, saponite, sepiolite, stevensite, sauconite, sobokite, pig kenyite, phyllosilicates, silicic acid, zirconium phosphates, dichalcogenides, polyhedral oligomeric silsesquioxane, potassium titanate, kanemite, makatite, octosilicate, magadiite, kenyite, micas, vermiculite, illite, ledikite, berry attapulite, gibessalite, bussalite serpentine, chrysotile-asbestos, revdinskite, palygorskite, muscovite, phlogopite, biotite, glauconite, pennite, clinochlor, kaolinite, chrysocolla, garnierite, murmanite, illite-montmorillonite, vermiculite-chlorite, aluminum nitride, graphite oxide and carbon nanoparticles, barium sulfate nanoparticles, silica nanoparticles.

16. The composite pipe according to claim 1, in which the surface of the laminated material of the polymer-inorganic composite of the barrier layer is modified by a method selected from the group: modification with surfactants, modification with maleic anhydride, modification with organic cations by exchanging sodium cations for various cations, by exchange sodium cations to organic cations, modification with reagents by ultrasonic treatment.