一種樹(shù)脂基復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)管及其同步纏繞制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種輸送各種介質(zhì)的樹(shù)脂基復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)管及其同步纏繞制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前給排水行業(yè)管道種類眾多，比較常見(jiàn)的如混凝土管、鋼管、樹(shù)脂基復(fù)合管等，每種管道都有其優(yōu)勢(shì)及其劣勢(shì)。如鋼管強(qiáng)度、剛度高，但容易銹蝕；混凝土管剛度大價(jià)格低，但水力性能差重量大；樹(shù)脂基復(fù)合管主要是指采用樹(shù)脂為基體經(jīng)過(guò)增強(qiáng)后制作而成的復(fù)合材料管道，如纖維增強(qiáng)塑料管，具有優(yōu)異的耐腐蝕性和水力性能，但是剛度較低。綜合比較而言，樹(shù)脂基復(fù)合管作為一種復(fù)合材料管道，具有更加突出的優(yōu)勢(shì)，是發(fā)展的趨勢(shì)和方向。但是樹(shù)脂基管道的剛度較低的缺點(diǎn)，導(dǎo)致其在地質(zhì)條件不良或回填施工不好的情況下，容易變形，甚至產(chǎn)生損傷破壞。如果按現(xiàn)有結(jié)構(gòu)和制作工藝來(lái)制作高剛度樹(shù)脂基管道，則成本勢(shì)必會(huì)增加很多，重量也增加較多，不利于其推廣應(yīng)用。玻璃鋼夾砂管作為一種樹(shù)脂基復(fù)合管采用了樹(shù)脂石英砂的夾層結(jié)構(gòu)，在一定程度上降低了成本，但隨著剛度需求的進(jìn)一步加大，成本仍然會(huì)增加較多，重量也有較大的增加。為此市場(chǎng)上需要一種高剛度、低成本、重量輕的新型樹(shù)脂基管道產(chǎn)品。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明目的在于提供一種高剛度、低成本、重量輕的樹(shù)脂基復(fù)合管道及其制作方法。
[0004]為達(dá)到上述目的，采用技術(shù)方案如下:
[0005]一種樹(shù)脂基復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)管，由內(nèi)到外依次為內(nèi)襯層、內(nèi)結(jié)構(gòu)層、夾層結(jié)構(gòu)、外結(jié)構(gòu)層；其中，內(nèi)襯層、內(nèi)結(jié)構(gòu)層、外結(jié)構(gòu)層均為樹(shù)脂基復(fù)合材料采用傳統(tǒng)的纏繞方式制作，所述夾層結(jié)構(gòu)按如下方式制備而來(lái):
[0006]在內(nèi)結(jié)構(gòu)層表面采用同步螺旋纏繞方式將填充材料纏繞填充到骨架結(jié)構(gòu)之間的空隙中，外形互相契合形成一層完整的夾層結(jié)構(gòu)。
[0007]按上述方案，所述夾層結(jié)構(gòu)為單層骨架結(jié)構(gòu)或多層骨架結(jié)構(gòu)。
[0008]按上述方案，所述骨架結(jié)構(gòu)為聚氨酯泡沫塑料或聚苯乙烯泡沫塑料制作的實(shí)心結(jié)構(gòu)或片材分層疊加結(jié)構(gòu)。
[0009]按上述方案，所述骨架結(jié)構(gòu)為樹(shù)脂基復(fù)合材料、金屬材料或熱塑性塑料制作的中空結(jié)構(gòu)或片材分層疊加結(jié)構(gòu)。
[0010]按上述方案，所述填充材料為樹(shù)脂基復(fù)合材料。
[0011]按上述方案，所述樹(shù)脂基復(fù)合材料采用不飽和聚酯樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂或乙烯基酯樹(shù)脂為基體材料，采用玻璃纖維、碳纖維、玄武巖纖維或聚酯纖維及其織物為增強(qiáng)材料。
[0012]上述樹(shù)脂基復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)管的同步纏繞制作方法，過(guò)程如下:
[0013]I)在管道纏繞系統(tǒng)上采用聚酯氈、表面氈或短切氈等纖維織物纏繞制作內(nèi)襯層，內(nèi)襯層厚度為0.5?5mm ；
[0014]2)然后在內(nèi)襯層外面采用纖維連續(xù)紗及短切紗或織物等進(jìn)行纏繞，形成內(nèi)結(jié)構(gòu)層，厚度為2?30mm ；
[0015]3)采用螺旋纏繞的方式將骨架結(jié)構(gòu)纏繞到內(nèi)結(jié)構(gòu)層的外表面，同步采用螺旋纏繞方式將填充材料纏繞填充到骨架結(jié)構(gòu)之間的空隙中，形成一層完整的夾層結(jié)構(gòu)，厚度為10 ?200mm ;
[0016]4)再采用纖維連續(xù)紗及短切紗或織物在夾層結(jié)構(gòu)外表面上進(jìn)行纏繞，形成外結(jié)構(gòu)層，厚度為2?30mmo
[0017]本發(fā)明的有益效果:
[0018]采用中空或輕質(zhì)材料填充的夾層結(jié)構(gòu)制作的樹(shù)脂基復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)管，使得管道的重量大幅降低，實(shí)現(xiàn)了輕量化；
[0019]由于采用夾層結(jié)構(gòu)可以采用更少的材料獲得更厚的管壁厚度，大大提高管壁截面慣性矩，提高了管道剛度，從而實(shí)現(xiàn)了高剛度、低成本化。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1:樹(shù)脂基復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)管的管壁結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2:制備系統(tǒng)示意圖；
[0022]圖3:夾層結(jié)構(gòu)制作示意圖；
[0023]1-內(nèi)襯層；2-內(nèi)結(jié)構(gòu)層；3_夾層結(jié)構(gòu)；4_外結(jié)構(gòu)層；5_骨架結(jié)構(gòu)；6_填充材料；7-管道纏繞系統(tǒng)；8_骨架結(jié)構(gòu)纏繞系統(tǒng)；9_填充材料纏繞系統(tǒng)；10_纖維纏繞主機(jī)及模具；11-內(nèi)襯層纏繞部分；12_內(nèi)結(jié)構(gòu)層纏繞部分；13_外結(jié)構(gòu)層纏繞部分。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下實(shí)施例進(jìn)一步闡釋本發(fā)明的技術(shù)方案，但不作為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。
[0025]參照附圖1所示，本發(fā)明樹(shù)脂基復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)管，由內(nèi)到外依次為內(nèi)襯層1、內(nèi)結(jié)構(gòu)層2、夾層結(jié)構(gòu)3、外結(jié)構(gòu)層4 ;其中，內(nèi)襯層1、內(nèi)結(jié)構(gòu)層2、外結(jié)構(gòu)層4均為樹(shù)脂基復(fù)合材料采用傳統(tǒng)的纏繞方式制作，所述夾層結(jié)構(gòu)3按如下方式制備而來(lái):
[0026]參照附圖3所示，在內(nèi)結(jié)構(gòu)層的表面采用螺旋纏繞的方式將骨架結(jié)構(gòu)5纏繞到內(nèi)結(jié)構(gòu)層2的外表面，同步采用螺旋纏繞方式將填充材料6纏繞填充到骨架結(jié)構(gòu)5之間的空隙中，形成一層完整的夾層結(jié)構(gòu)3。
[0027]骨架結(jié)構(gòu)5可以為聚氨酯泡沫塑料或聚苯乙烯泡沫塑料的實(shí)心結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)，也可以為樹(shù)脂基復(fù)合材料、金屬材料或熱塑性塑料制作的中空結(jié)構(gòu)，或?yàn)橐陨喜牧现谱鞯钠姆謱盈B加結(jié)構(gòu)。骨架結(jié)構(gòu)5可以在樹(shù)脂基復(fù)合管制作現(xiàn)場(chǎng)同步配套制作或者為預(yù)制好的結(jié)構(gòu)。骨架結(jié)構(gòu)5的形狀可以是圓形、矩形、橢圓形或其他形狀。夾層結(jié)構(gòu)3可以為單層骨架結(jié)構(gòu)或多層骨架結(jié)構(gòu)。
[0028]本發(fā)明樹(shù)脂基復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)管的同步纏繞制作過(guò)程如下:
[0029]參照附圖1、2、3 ;
[0030]I)在管道纏繞系統(tǒng)7的圓柱形模具10上通過(guò)內(nèi)襯纏繞部分11將聚酯氈、表面氈或短切氈等纖維織物纏繞制作內(nèi)襯層1，內(nèi)襯層I的厚度為0.5?5mm ;
[0031]2)然后通過(guò)內(nèi)結(jié)構(gòu)層纏繞部分12將纖維連續(xù)紗及短切紗或織物等纏繞到內(nèi)襯層I的外面，形成內(nèi)結(jié)構(gòu)層2。內(nèi)結(jié)構(gòu)層2的厚度根據(jù)管道直徑及不同壓力、剛度等要求由計(jì)算確定，一般厚度為2?30_ ；
[0032]3)通過(guò)骨架結(jié)構(gòu)纏繞系統(tǒng)8將骨架結(jié)構(gòu)5螺旋纏繞到內(nèi)結(jié)構(gòu)層2的表面，通過(guò)填充材料纏繞系統(tǒng)9同步將填充材料6纏繞填充到骨架結(jié)構(gòu)5之間的空隙中，形成一層完整的夾層結(jié)構(gòu)3，夾層結(jié)構(gòu)3的厚度主要根據(jù)管道直徑及剛度計(jì)算確定，一般厚度為10?200mm ；
[0033]4)再通過(guò)外結(jié)構(gòu)層纏繞部分13將纖維連續(xù)紗及短切紗或織物等纏繞到夾層結(jié)構(gòu)3的外表面，形成外結(jié)構(gòu)層4。外結(jié)構(gòu)層4的厚度根據(jù)管道直徑及不同壓力、剛度等要求由計(jì)算確定，一般厚度為2?30mm。
[0034]在剛度等級(jí)均為30000N/m2時(shí)，采用本發(fā)明的夾層結(jié)構(gòu)制作方法制作直徑2000mm的樹(shù)脂基復(fù)合管，其重量為傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)樹(shù)脂基復(fù)合管的20%左右，材料成本為實(shí)心結(jié)構(gòu)的50%左右。采用本發(fā)明的的夾層結(jié)構(gòu)制作方法制作直徑2000mm、剛度等級(jí)為30000N/m2的樹(shù)脂基復(fù)合管，其材料成本與直徑2000mm、剛度等級(jí)為5000N/m2的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的樹(shù)脂基復(fù)合管基本相當(dāng)，但重量?jī)H為傳統(tǒng)樹(shù)脂基復(fù)合管的30%左右。同時(shí)由于這種夾層結(jié)構(gòu)的樹(shù)脂復(fù)合管重量輕，在管道運(yùn)輸、施工安裝等方面都帶來(lái)極大的便利和更好的經(jīng)濟(jì)效益。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種樹(shù)脂基復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)管，其特征在于由內(nèi)到外依次為內(nèi)襯層、內(nèi)結(jié)構(gòu)層、夾層結(jié)構(gòu)、外結(jié)構(gòu)層；其中，內(nèi)襯層、內(nèi)結(jié)構(gòu)層、外結(jié)構(gòu)層均為樹(shù)脂基復(fù)合材料采用傳統(tǒng)的纏繞方式制作，所述夾層結(jié)構(gòu)按如下方式制備而來(lái): 在內(nèi)結(jié)構(gòu)層表面采用同步螺旋纏繞方式將填充材料纏繞填充到骨架結(jié)構(gòu)之間的空隙中，外形互相契合形成一層完整的夾層結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述樹(shù)脂基復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)管，其特征在于所述夾層結(jié)構(gòu)為單層骨架結(jié)構(gòu)或多層骨架結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述樹(shù)脂基復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)管，其特征在于所述骨架結(jié)構(gòu)為聚氨酯泡沫塑料或聚苯乙烯泡沫塑料制作的實(shí)心結(jié)構(gòu)或片材分層疊加結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1所述樹(shù)脂基復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)管，其特征在于所述骨架結(jié)構(gòu)為樹(shù)脂基復(fù)合材料、金屬材料或熱塑性塑料制作的中空結(jié)構(gòu)或片材分層疊加結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1所述樹(shù)脂基復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)管，其特征在于所述填充材料為樹(shù)脂基復(fù)合材料。
6.如權(quán)利要求1所述樹(shù)脂基復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)管，其特征在于所述樹(shù)脂基復(fù)合材料采用不飽和聚酯樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂或乙烯基酯樹(shù)脂為基體材料，采用玻璃纖維、碳纖維、玄武巖纖維或聚酯纖維及其織物為增強(qiáng)材料。
7.權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述樹(shù)脂基復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)管的同步纏繞制作方法，其特征在于制作過(guò)程如下: 1)在管道纏繞系統(tǒng)上采用聚酯氈、表面氈或短切氈等纖維織物纏繞制作內(nèi)襯層，內(nèi)襯層厚度為0.5?5mm ； 2)然后在內(nèi)襯層外面采用纖維連續(xù)紗及短切紗或織物等進(jìn)行纏繞，形成內(nèi)結(jié)構(gòu)層，厚度為2?30_ ； 3)采用螺旋纏繞的方式將骨架結(jié)構(gòu)纏繞到內(nèi)結(jié)構(gòu)層的外表面，同步采用螺旋纏繞方式將填充材料纏繞填充到骨架結(jié)構(gòu)之間的空隙中，形成一層完整的夾層結(jié)構(gòu)，厚度為10?200mm ； 4)再采用纖維連續(xù)紗及短切紗或織物在夾層結(jié)構(gòu)外表面上進(jìn)行纏繞，形成外結(jié)構(gòu)層，厚度為2?30mmo
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種樹(shù)脂基復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)管及其同步纏繞制作方法。由內(nèi)到外依次為內(nèi)襯層、內(nèi)結(jié)構(gòu)層、夾層結(jié)構(gòu)、外結(jié)構(gòu)層；其中，內(nèi)襯層、內(nèi)結(jié)構(gòu)層、外結(jié)構(gòu)層均為樹(shù)脂基復(fù)合材料采用傳統(tǒng)的纏繞方式制作，所述夾層結(jié)構(gòu)按如下方式制備而來(lái)：骨架結(jié)構(gòu)和填充材料同步進(jìn)行螺旋纏繞到內(nèi)結(jié)構(gòu)層的外表面，填充材料纏繞填充到骨架結(jié)構(gòu)之間的空隙中，形成一層完整的夾層結(jié)構(gòu)。采用中空或輕質(zhì)材料填充的夾層結(jié)構(gòu)制作的樹(shù)脂基復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)管，使得管道的重量大幅降低，實(shí)現(xiàn)了輕量化。
【IPC分類】F16L9-14
【公開(kāi)號(hào)】CN104613243
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410719887
【發(fā)明人】陳建中, 宋建國(guó), 宋建華, 李卓球, 張小玉, 宋鵬飛, 韓繼明, 徐東亮, 方璽, 呂泳
【申請(qǐng)人】武漢理工大學(xué), 恒潤(rùn)集團(tuán)有限公司
【公開(kāi)日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2014年12月1日