CN108036118B - 一种纤维增强热塑性复合材料管及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种纤维增强热塑性复合材料管，解决了现有技术纤维增强复合材料管增强层与内衬层和外保护层间的粘合差、粘合工艺复杂且难控制的技术问题。本发明提供一种纤维增强热塑性复合材料管，原材料由一种热塑性树脂和一种纤维材料组成，纤维增强热塑性复合材料管由内层、中间层和外层组成的多层结构，中间层至少为一层结构，多层结构包括高树脂含量层、中树脂含量层和低树脂含量层，高树脂含量层中树脂含量为75％～90％，中树脂含量层中树脂含量为45％～70％，低树脂含量层中树脂含量为10％～40％；同时还提供其制备方法。本发明广泛应用于纤维增强复合管制造领域。

Description

一种纤维增强热塑性复合材料管及其制备方法
技术领域
本发明涉及纤维增强复合管制造领域，具体地说是一种纤维增强热塑性复合材料管及其制备方法。
背景技术
目前油气能源仍是人类能源需求的主导，随着油气资源的勘探难度的提高，传统金属管材易腐蚀、重量大、安装成本高等弊端逐渐显露，而柔性好、耐腐蚀、易安装的复合材料管将逐步取代金属管材，在油气开采行业的工程应用越来越多。热固性复合柔性管由于管材不能回收利用、延展性较差等特性，发展缓慢；非粘结型柔性管易产生层间分离，层间磨损问题也阻碍了其发展。现有的纤维增强复合管分为纤维增强热固性复合材料管和纤维增强热塑性复合材料管，其中，关于纤维增强热固性材料复合管，通过模具和芯模完成热固性复合材料管的缠绕和固化，生产的管材长度有限，不能达到连续化生产，热固性材料的使用不利于材料回收再利用。而热塑性粘结型复合柔性管由增强纤维与热塑性树脂复合，形成具有增强层的管道结构，使得管道性能及参数得到很大提升。
传统纤维增强热塑性复合管中，纤维增强复合材料层包括纤维增强热固性材料和纤维增强热塑性复合材料，主要在管材生产中作为一种受力承载层存在于内衬层和外保护层中间，并且在增强层中组分含量是保持一致的。目前热塑性粘结型复合柔性管的增强层主要由纤维增强热塑性复合材料预浸带缠绕粘结成型，在管道生产过程中，需先将增强纤维丝与热塑性树脂进行预浸挤出加工，制成纤维增强热塑性复合材料预浸带，再经过缠绕机组按设定角度将预浸带螺旋缠绕于内衬层挤出管上，经过加热压辊形成增强层。在这种复合柔性管的生产过程中，由于增强层与内衬层和外保护层间的基体树脂及成分构成的不同，增强层与内衬层和外保护层间的粘合将是设计的主要问题。如果各层粘结情况控制不好，会导致层间滑移，会发生较严重的层间磨损。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术的不足，在现有纤维增强热塑性复合材料管材的制备工艺基础上，提供一种原料组成简单合理、配比恰当、层间的粘合力强、粘合工艺简单可控的一种纤维增强热塑性复合材料管及其制备工艺。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
一种纤维增强热塑性复合材料管，原材料由一种热塑性树脂和一种纤维材料组成，纤维增强热塑性复合材料管由内层、中间层和外层组成的多层结构，中间层至少为一层结构，多层结构包括高树脂含量层、中树脂含量层和低树脂含量层，高树脂含量层中树脂含量为75～90％，中树脂含量层中树脂含量为45％～70％，低树脂含量层中树脂含量为10％～40％。
优选的，高树脂含量层中树脂含量为75～85％，中树脂含量层中树脂含量为50％～60％，低树脂含量层中树脂含量为15％～25％。
优选的，高树脂含量层中树脂含量为80％，中树脂含量层中树脂含量为55％，低树脂含量层中树脂含量为25％。
优选的，高树脂含量层厚度为1.25～8mm，中树脂含量层厚度4～16mm，低树脂含量层厚度1.25～8mm。
优选的，多层结构中树脂含量从内层到外层依次递增，或者依次递减。
优选的，热塑性树脂为聚偏二氟乙烯、聚苯硫醚、聚醚醚酮其中任何一种。
优选的，纤维材料为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维或玄武岩纤维其中任何一种。
上述的一种纤维增强热塑性复合材料管的制备方法，步骤包括：将纤维材料与热塑性树脂按比例掺混后，边缠绕边加热熔融，粘结成管；热塑性树脂选用聚偏二氟乙烯时，加热熔融温度为160～190℃；热塑性树脂选用聚苯硫醚纤维时，加热熔融温度为270～280℃；热塑性树脂选用聚醚醚酮纤维时，加热熔融温度为320～350℃。
优选的，缠绕的角度α范围为15～85°。
优选的，加热的方式为激光加热、红外加热、电磁加热其中任何一种。
本发明的有益效果：
本发明的纤维增强热塑性复合材料管，原材料由一种热塑性树脂和一种纤维材料组成，整个管材在缠绕过程中使用同一种热塑性树脂材料和同一种纤维，解决不同层间粘合问题，层间粘合性显著增强，纤维间结合力强，不易发生滑移，管材使用寿命长，同时简化管材生产工艺，易于控制。
附图说明
图1是本发明的三层结构示意图；
图2缠纤维绕方式示意图；
图3是本发明的四层结构示意图；
图4是本发明的五层结构示意图。
图中标记：1芯模，2缠绕机,3外层，4中间层，5.内层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以助于理解本发明的内容。本发明中所使用的方法如无特殊规定，均为常规的生产方法；所使用的原料，如无特殊规定，均为常规的市售产品。
实施例1
由图1所示，本发明提供一种纤维增强热塑性复合材料管，原材料由一种热塑性树脂和一种纤维材料组成，热塑性树脂为聚偏二氟乙烯，纤维材料为玻璃纤维，控制纤维的组分配比，缠绕成三层结构的纤维增强热塑性复合材料管，纤维增强热塑性复合材料管由内层5、中间层4和外层3组成的三层结构，三层结构包括高树脂含量层、中树脂含量层和低树脂含量层，高树脂含量层中树脂含量为75％，高树脂含量层厚度为1.25mm；中树脂含量层中树脂含量为45％，中树脂含量层厚度4mm；低树脂含量层中树脂含量为10％，低树脂含量层厚度1.25mm；管材的结构由内层5到外层3分别是低树脂含量层-中树脂含量层-高树脂含量层。
上述的一种纤维增强热塑性复合材料管的制备方法，步骤包括：
由图2所示，启动缠绕机(2)，将上述纤维材料与上述热塑性树脂按比例掺混后，直接缠绕于芯模(1)上，缠绕机(2)在芯模(1)上边转动边缠绕，在缠绕过程中同时对纤维和树脂进行激光加热熔融，粘结成管。
首先缠绕低树脂含量层，缠绕角度为85°，加热温度为160℃，缠绕机的纤维缠绕大盘在芯模上往复缠绕，低树脂含量层厚度1.25mm后；再缠绕中树脂含量层，缠绕角度为45°，加热温度为190℃，往复缠绕，中树脂含量层厚度4mm后；再缠绕高树脂含量层，缠绕角度为15°，加热温度为180℃，往复缠绕，高树脂含量层厚度为1.25mm，完成复合材料管的连续化生产。由于纤维的缠绕角度的不同实现多层间的承载受力不同，制得纤维增强热塑性复合材料管。
制得纤维增强热塑性复合材料管的性能检测结果如下：
室温时的剥离强度 ＞45MPa；
80℃时的剥离强度 ＞36MPa；
120℃时的剥离强度 ＞34MPa。
通过纤维增强热塑性复合材料管的性能检测结果可知，其室温时的剥离强度大于45MPa，80℃时的剥离强度大于36MPa；120℃时的剥离强度大于34MPa，室温时的剥离强度、80℃时的剥离强度、120℃时的剥离强度均符合要求且可达到较高级别，充分说明本发明纤维增强热塑性复合材料管的层间的粘合性显著增强，且只由一种热塑性树脂和一种纤维材料组成，整个工艺过程简单可控。
实施例2
由图1所示，本发明提供一种纤维增强热塑性复合材料管，原材料包括热塑性树脂和纤维材料，热塑性树脂为聚苯硫醚，纤维材料为碳纤维；控制纤维的组分配比，缠绕成纤维增强热塑性复合材料管为三层结构，纤维增强热塑性复合材料管由内层5、中间层4和外层3组成的三层结构，，三层结构包括高树脂含量层、中树脂含量层和低树脂含量层，高树脂含量层中树脂含量为90％，高树脂含量层厚度为8mm；中树脂含量层中树脂含量为70％，中树脂含量层厚度16mm；低树脂含量层中树脂含量为40％，低树脂含量层厚度8mm；管材的结构由内层5到外层3分别是高树脂含量层-中树脂含量层-低树脂含量层。
上述的一种纤维增强热塑性复合材料管的制备工艺，步骤包括：
由图2所示，启动缠绕机(2)，将上述纤维材料与上述热塑性树脂按比例掺混后，直接缠绕于芯模(1)上，缠绕机(2)在芯模(1)上边转动边缠绕，在缠绕过程中同时对纤维和树脂进行激光加热熔融，粘结成管。
首先缠绕低树脂含量层，缠绕角度为15°，加热温度为280℃，缠绕机的纤维缠绕大盘在芯模上往复缠绕，高树脂含量层厚度8mm后；再缠绕中树脂含量层，缠绕角度为60°，加热温度为275℃，往复缠绕，中树脂含量层厚度16mm后；再缠绕高树脂含量层，缠绕角度为15°，加热温度为270℃，往复缠绕，低树脂含量层厚度为16mm，完成复合材料管的连续化生产。由于纤维的缠绕角度的不同实现多层间的承载受力不同，制得纤维增强热塑性复合材料管。
制得纤维增强热塑性复合材料管的性能检测结果如下：
室温时的剥离强度 ＞45MPa；
80℃时的剥离强度 ＞36MPa；
120℃时的剥离强度 ＞34MPa。
通过纤维增强热塑性复合材料管的性能检测结果可知，其室温时的剥离强度大于45MPa，80℃时的剥离强度大于36MPa；120℃时的剥离强度大于34MPa，室温时的剥离强度、80℃时的剥离强度、120℃时的剥离强度均符合要求且可达到较高级别，充分说明本发明纤维增强热塑性复合材料管的层间的粘合性显著增强，且只由一种热塑性树脂和一种纤维材料组成，整个工艺过程简单可控。
实施例3
由图1所示，本发明提供一种纤维增强热塑性复合材料管，原材料包括热塑性树脂和纤维材料，热塑性树脂为聚醚醚酮，纤维材料为芳纶纤维，控制纤维的组分配比，缠绕成纤维增强热塑性复合材料管为三层结，纤维增强热塑性复合材料管由内层5、中间层4和外层3组成的三层结构，三层结构包括高树脂含量层、中树脂含量层和低树脂含量层，高树脂含量层中树脂含量为75％，高树脂含量层厚度为4.5mm；中树脂含量层中树脂含量为50％，中树脂含量层厚度10mm；低树脂含量层中树脂含量为15％，低树脂含量层厚度4.5mm。管材的结构由内层5到外层3分别是低树脂含量层-中树脂含量层-高树脂含量层。
上述的一种纤维增强热塑性复合材料管的制备工艺，步骤包括：
由图2所示，启动缠绕机(2)，将上述纤维材料与上述热塑性树脂按比例掺混后，直接缠绕于芯模(1)上，缠绕机(2)在芯模(1)上边转动边缠绕，在缠绕过程中同时对纤维和树脂进行激光加热熔融，粘结成管。
首先缠绕低树脂含量层，缠绕角度为15°，加热温度为330℃，缠绕机的纤维缠绕大盘在芯模上往复缠绕，低树脂含量层厚度4.5mm后；再缠绕中树脂含量层，缠绕角度为85°，加热温度为350℃，往复缠绕，中树脂含量层厚度10mm后；再缠绕高树脂含量层，缠绕角度为15°，加热温度为320℃，往复缠绕，高树脂含量层厚度为4.5mm，完成复合材料管的连续化生产，制得纤维增强热塑性复合材料管。
制得纤维增强热塑性复合材料管的性能检测结果如下：
室温时的剥离强度 ＞45MPa；
80℃时的剥离强度 ＞36MPa；
120℃时的剥离强度 ＞34MPa。
通过纤维增强热塑性复合材料管的性能检测结果可知，其室温时的剥离强度大于45MPa，80℃时的剥离强度大于36MPa；120℃时的剥离强度大于34MPa，室温时的剥离强度、80℃时的剥离强度、120℃时的剥离强度均符合要求且可达到较高级别，充分说明本发明纤维增强热塑性复合材料管的层间的粘合性显著增强，且只由一种热塑性树脂和一种纤维材料组成，整个工艺过程简单可控。
实施例4
由图1所示，本发明提供一种纤维增强热塑性复合材料管，原材料包括热塑性树脂和纤维材料，热塑性树脂为聚醚醚酮，纤维材料为玄武岩纤维，控制纤维的组分配比，缠绕成纤维增强热塑性复合材料管为三层结，纤维增强热塑性复合材料管由内层5、中间层4和外层3组成的多层结构，三层结构包括高树脂含量层、中树脂含量层和低树脂含量层，高树脂含量层中树脂含量为85％，高树脂含量层厚度为4.0mm；中树脂含量层中树脂含量为60％，中树脂含量层厚度10mm；低树脂含量层中树脂含量为25％，低树脂含量层厚度4.0mm；管材的结构由内层5到外层3分别是高树脂含量层-中树脂含量层-低树脂含量层。
上述的一种纤维增强热塑性复合材料管的制备方法，步骤包括：
由图2所示，启动缠绕机(2)，将上述纤维材料与上述热塑性树脂按比例掺混后，直接缠绕于芯模(1)上，缠绕机(2)在芯模(1)上边转动边缠绕，在缠绕过程中同时对纤维和树脂进行激光加热熔融，粘结成管。
首先缠绕低树脂含量层，缠绕角度为30°，加热温度为320℃，缠绕机的纤维缠绕大盘在芯模上往复缠绕，低树脂含量层厚度4.0mm后；再缠绕中树脂含量层，缠绕角度为85°，加热温度为340℃，往复缠绕，中树脂含量层厚度10mm后；再缠绕高树脂含量层，缠绕角度为15°，加热温度为350℃，往复缠绕，高树脂含量层厚度为4.0mm，完成复合材料管的连续化生产。由于纤维的缠绕角度的不同实现多层间的承载受力不同，制得纤维增强热塑性复合材料管。
制得纤维增强热塑性复合材料管的性能检测结果如下：
室温时的剥离强度 ＞45MPa；
80℃时的剥离强度 ＞36MPa；
120℃时的剥离强度 ＞34MPa。
通过纤维增强热塑性复合材料管的性能检测结果可知，其室温时的剥离强度大于45MPa，80℃时的剥离强度大于36MPa；120℃时的剥离强度大于34MPa，室温时的剥离强度、80℃时的剥离强度、120℃时的剥离强度均符合要求且可达到较高级别，充分说明本发明纤维增强热塑性复合材料管的层间的粘合性显著增强，且只由一种热塑性树脂和一种纤维材料组成，整个工艺过程简单可控。
实施例5
由图1所示，本发明提供一种纤维增强热塑性复合材料管，原材料包括一种热塑性树脂和一种纤维材料，热塑性树脂为聚偏二氟乙烯，纤维材料为芳纶纤维，控制纤维的组分配比，缠绕成三层结构的纤维增强热塑性复合材料管，纤维增强热塑性复合材料管由内层5、中间层4和外层3组成的多层结构，三层结构包括高树脂含量层、中树脂含量层和低树脂含量层，高树脂含量层中树脂含量为80％，高树脂含量层厚度为6mm；中树脂含量层中树脂含量为55％，中树脂含量层厚度8mm；低树脂含量层中树脂含量为25％，低树脂含量层厚度6mm；管材的结构由内层5到外层3分别是低树脂含量层-中树脂含量层-高树脂含量层。
上述的一种纤维增强热塑性复合材料管的制备方法，步骤包括：
由图2所示，启动缠绕机(2)，将上述纤维材料与上述热塑性树脂按比例掺混后，直接缠绕于芯模(1)上，缠绕机(2)在芯模(1)上边转动边缠绕，在缠绕过程中同时对纤维和树脂进行激光加热熔融，粘结成管。
首先缠绕低树脂含量层，缠绕角度为15°，加热温度为160℃，缠绕机的纤维缠绕大盘在芯模上往复缠绕，低树脂含量层厚度6mm后；再缠绕中树脂含量层，缠绕角度为80°，加热温度为190℃，往复缠绕，中树脂含量层厚度8mm后；再缠绕高树脂含量层，缠绕角度为25°，加热温度为180℃，往复缠绕，高树脂含量层厚度为6mm，完成复合材料管的连续化生产。由于纤维的缠绕角度的不同实现多层间的承载受力不同，制得纤维增强热塑性复合材料管。
制得纤维增强热塑性复合材料管的性能检测结果如下：
室温时的剥离强度 ＞45MPa；
80℃时的剥离强度 ＞36MPa；
120℃时的剥离强度 ＞34MPa。
通过纤维增强热塑性复合材料管的性能检测结果可知，其室温时的剥离强度大于45MPa，80℃时的剥离强度大于36MPa；120℃时的剥离强度大于34MPa，室温时的剥离强度、80℃时的剥离强度、120℃时的剥离强度均符合要求且可达到较高级别，充分说明本发明纤维增强热塑性复合材料管的层间的粘合性显著增强，且只由一种热塑性树脂和一种纤维材料组成，整个工艺过程简单可控。
实施例6
由图3所示，本发明提供一种纤维增强热塑性复合材料管，原材料包括热塑性树脂和纤维材料，热塑性树脂为聚偏二氟乙烯，纤维材料可为玻璃纤维；控制纤维的组分配比，缠绕成纤维增强热塑性复合材料管为四层结构，纤维增强热塑性复合材料管由内层5、中间层4和外层3组成的多层结构，中间层4为二层结构，四层结构包括高树脂含量层、第一中树脂含量层、第二中树脂含量层和低树脂含量层，高树脂含量层中树脂含量为75％，高树脂含量层厚度为1.25mm；第一中树脂含量层中树脂含量为45％，第一中树脂含量层厚度4mm；第二中树脂含量层中树脂含量为50％，第二中树脂含量层厚度8mm；低树脂含量层中树脂含量为10％低树脂含量层厚度1.25mm。管材的结构由内层5到外层3分别是低树脂含量层-第一中树脂含量层-第二中树脂含量层-高树脂含量层。
上述的一种纤维增强热塑性复合材料管的制备方法，步骤包括：
由图2所示，启动缠绕机(2)，将上述纤维材料与上述热塑性树脂按比例掺混后，直接缠绕于芯模(1)上，缠绕机(2)在芯模(1)上边转动边缠绕，在缠绕过程中同时对纤维和树脂进行激光加热熔融，粘结成管。
首先缠绕低树脂含量层，缠绕角度为85°，加热温度为190℃，缠绕机的纤维缠绕大盘在芯模上往复缠绕，低树脂含量层厚度1.25mm后；再缠绕第一中树脂含量层，缠绕角度为75°，加热温度为180℃，往复缠绕，第一中树脂含量层厚度4mm后；再缠绕第二中树脂含量层，缠绕角度为30°，加热温度为170℃，往复缠绕，第二中树脂含量层厚度8mm后；再缠绕高树脂含量层，缠绕角度为15°，加热温度为160℃，往复缠绕，高树脂含量层厚度为1.25mm，完成复合材料管的连续化生产。由于纤维的缠绕角度的不同实现多层间的承载受力不同，制得纤维增强热塑性复合材料管。
制得纤维增强热塑性复合材料管的性能检测结果如下：
室温时的剥离强度 ＞45MPa；
80℃时的剥离强度 ＞36MPa；
120℃时的剥离强度 ＞34MPa。
通过纤维增强热塑性复合材料管的性能检测结果可知，其室温时的剥离强度大于45MPa，80℃时的剥离强度大于36MPa；120℃时的剥离强度大于34MPa，室温时的剥离强度、80℃时的剥离强度、120℃时的剥离强度均符合要求且可达到较高级别，充分说明本发明纤维增强热塑性复合材料管的层间的粘合性显著增强，且只由一种热塑性树脂和一种纤维材料组成，整个工艺过程简单可控。
实施例7
如图3所示，本发明提供一种纤维增强热塑性复合材料管，原材料包括热塑性树脂和纤维材料，热塑性树脂为聚苯硫醚，纤维材料为芳纶纤维；控制热塑性树脂含量和纤维的组分配比，缠绕成纤维增强热塑性复合材料管为四层结构，纤维增强热塑性复合材料管由内层5、中间层4和外层3组成的多层结构，中间层4为二层结构，四层结构包括高树脂含量层、第一中树脂含量层、第二中树脂含量层和低树脂含量层，高树脂含量层中树脂含量为90％，高树脂含量层厚度为8mm；第一中树脂含量层中树脂含量为55％，第一中树脂含量层厚度16mm；第二中树脂含量层中树脂含量为65％，第二中树脂含量层厚度4mm；低树脂含量层中树脂含量为25％低树脂含量层厚度8mm。管材的结构由内层5到外层3分别是高树脂含量层-第一中树脂含量层-第二中树脂含量层-低树脂含量层。
上述的一种纤维增强热塑性复合材料管的制备方法，步骤包括：
由图2所示，启动缠绕机(2)，将上述纤维材料与上述热塑性树脂按比例掺混后，直接缠绕于芯模(1)上，缠绕机(2)在芯模(1)上边转动边缠绕，在缠绕过程中同时对纤维和树脂进行激光加热熔融，粘结成管。
首先缠绕低树脂含量层，缠绕角度为85°，加热温度为280℃，缠绕机的纤维缠绕大盘在芯模上往复缠绕，低树脂含量层厚度8mm后；再缠绕第一中树脂含量层，缠绕角度为45°，加热温度为270℃，往复缠绕，第一中树脂含量层厚度16mm后；再缠绕第二中树脂含量层，缠绕角度为30°，加热温度为270℃，往复缠绕，第二中树脂含量层厚度4mm后；再缠绕高树脂含量层，缠绕角度为15°，加热温度为280℃，往复缠绕，高树脂含量层厚度为8mm，完成复合材料管的连续化生产。由于纤维的缠绕角度的不同实现多层间的承载受力不同，制得纤维增强热塑性复合材料管。
制得纤维增强热塑性复合材料管的性能检测结果如下：
室温时的剥离强度 ＞45MPa；
80℃时的剥离强度 ＞36MPa；
120℃时的剥离强度 ＞34MPa。
通过纤维增强热塑性复合材料管的性能检测结果可知，其室温时的剥离强度大于45MPa，80℃时的剥离强度大于36MPa；120℃时的剥离强度大于34MPa，室温时的剥离强度、80℃时的剥离强度、120℃时的剥离强度均符合要求且可达到较高级别，充分说明本发明纤维增强热塑性复合材料管的层间的粘合性显著增强，且只由一种热塑性树脂和一种纤维材料组成，整个工艺过程简单可控。
实施例8
如图4所示，本发明提供一种纤维增强热塑性复合材料管，原材料包括热塑性树脂和纤维材料，热塑性树脂为聚醚醚酮，纤维材料为玄武岩纤维，控制纤维的组分配比，缠绕成纤维增强热塑性复合材料管为五层结构，纤维增强热塑性复合材料管由内层5、中间层4和外层3组成的多层结构，中间层4为三层结构，五层结构包括高树脂含量层、第一中树脂含量层、第二中树脂含量层、第一低树脂含量层和第二低树脂含量层，高树脂含量层中树脂含量为80％，高树脂含量层厚度为2mm；第一中树脂含量层中树脂含量为65％，第一中树脂含量层厚度5mm；第二中树脂含量层中树脂含量为55％，第二中树脂含量层厚度5mm；第一低树脂含量层中树脂含量为25％，第一低树脂含量层厚度2mm，第二低树脂含量层中树脂含量为20％，第二低树脂含量层厚度2mm。管材的结构由内层5到外层3分别是第一低树脂含量层-第二低树脂含量层-第一中树脂含量层-第二中树脂含量层-高树脂含量层。
上述的一种纤维增强热塑性复合材料管的制备方法，步骤包括：
由图2所示，启动缠绕机(2)，将上述纤维材料与上述热塑性树脂按比例掺混后，直接缠绕于芯模(1)上，缠绕机(2)在芯模(1)上边转动边缠绕，在缠绕过程中同时对纤维和树脂进行激光加热熔融，粘结成管。
首先缠绕第一低树脂含量层，缠绕角度为85°，加热温度为320℃，缠绕机的纤维缠绕大盘在芯模上往复缠绕，第一低树脂含量层厚度2mm后；再缠绕第二低树脂含量层，缠绕角度为75°，加热温度为340℃，往复缠绕，第二低树脂含量层厚度2mm后；再缠绕第一中树脂含量层，缠绕角度为15°，加热温度为340℃，往复缠绕，第一中树脂含量层厚度5mm后；再缠绕第二中树脂含量层，缠绕角度为45°，加热温度为340℃，往复缠绕，第二中树脂含量层厚度5mm后；再缠绕高树脂含量层，缠绕角度为15°，加热温度为350℃，往复缠绕，高树脂含量层厚度为2mm，完成复合材料管的连续化生产。由于纤维的缠绕角度的不同实现多层间的承载受力不同，制得纤维增强热塑性复合材料管。
制得纤维增强热塑性复合材料管的性能检测结果如下：
室温时的剥离强度 ＞45MPa；
80℃时的剥离强度 ＞36MPa；
120℃时的剥离强度 ＞34MPa。
通过纤维增强热塑性复合材料管的性能检测结果可知，其室温时的剥离强度大于45MPa，80℃时的剥离强度大于36MPa；120℃时的剥离强度大于34MPa，室温时的剥离强度、80℃时的剥离强度、120℃时的剥离强度均符合要求且可达到较高级别，充分说明本发明纤维增强热塑性复合材料管的层间的粘合性显著增强，且只由一种热塑性树脂和一种纤维材料组成，整个工艺过程简单可控。
由于直接采用增强纤维和热塑性树脂纤维进行缠绕成型，省略了纤维增强热塑性复合材料预浸带的制备过程，简化了纤维增强热塑性柔性管的制备工艺，生产效率显著提高，节省生产成本。
通过增强纤维和高性能热塑性树脂材料的引入，有效提高管体的耐气体渗透、耐腐蚀、耐压、耐高温等性能，延长使用寿命，满足海洋及陆地油气输送的需求。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“内”、“外”、“中间”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具备特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
惟以上所述者，仅为本发明的具体实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，例如纤维增强热塑性复合材料管也可以是六、七层等多层结构，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种纤维增强热塑性复合材料管的制备方法，其特征在于，原材料由一种热塑性树脂和一种纤维材料组成，所述纤维增强热塑性复合材料管由内层、中间层和外层组成的多层结构，所述中间层至少为一层结构，所述多层结构包括高树脂含量层、中树脂含量层和低树脂含量层，所述高树脂含量层中的树脂含量为75%~90%，所述中树脂含量层中的树脂含量为45%~70%，所述低树脂含量层中的树脂含量为10%~40%；所述多层结构中的树脂含量从内层到外层依次递增，或者依次递减；
所述热塑性树脂为聚偏二氟乙烯、聚苯硫醚、聚醚醚酮其中任何一种；
所述纤维材料为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维或玄武岩纤维其中任何一种；
所述纤维增强热塑性复合材料管的制备方法，步骤包括：将所述纤维材料与所述热塑性树脂按比例掺混后，边缠绕边加热熔融，粘结成管，完成所述纤维增强热塑性复合材料管的连续化生产；所述热塑性树脂选用聚偏二氟乙烯时，加热熔融温度为160~190℃；所述热塑性树脂选用聚苯硫醚纤维时，加热熔融温度为270~280℃；所述热塑性树脂选用聚醚醚酮纤维时，加热熔融温度为320~350℃；
整个所述纤维增强热塑性复合材料管在缠绕过程中使用同一种热塑性树脂和同一种纤维；
所述缠绕的角度α范围为15~80°；所述多层结构中，所述高树脂含量层、所述中树脂含量层和所述低树脂含量层的缠绕角度不相同。
2.根据权利要求1所述的一种纤维增强热塑性复合材料管的制备方法，其特征在于，所述高树脂含量层中的树脂含量为75%~85%，所述中树脂含量层中的树脂含量为50%~60%，所述低树脂含量层中的树脂含量为15%~25%。
3.根据权利要求2所述的一种纤维增强热塑性复合材料管的制备方法，其特征在于，所述高树脂含量层中的树脂含量为80%，所述中树脂含量层中的树脂含量为55%，所述低树脂含量层中的树脂含量为25%。
4.根据权利要求1~3任何一项所述的一种纤维增强热塑性复合材料管的制备方法，其特征在于，所述高树脂含量层的厚度为1.25~8mm，所述中树脂含量层的厚度为4~16mm，所述低树脂含量层的厚度为1.25~8mm。
5.根据权利要求1所述的一种纤维增强热塑性复合材料管的制备方法，其特征在于，所述热塑性树脂为聚醚醚酮，所述纤维材料为玄武岩纤维，控制所述纤维材料的组分配比，缠绕成所述纤维增强热塑性复合材料管为三层结构，所述纤维增强热塑性复合材料管由所述内层、所述中间层和所述外层组成的多层结构，所述三层结构包括高树脂含量层、中树脂含量层和低树脂含量层，所述高树脂含量层中的树脂含量为85%，所述高树脂含量层的厚度为4.0mm；所述中树脂含量层中的树脂含量为60%，所述中树脂含量层的厚度为10mm；所述低树脂含量层中的树脂含量为25%，所述低树脂含量层的厚度为4.0mm；所述纤维增强热塑性复合材料管的结构由所述内层到所述外层分别是所述高树脂含量层、所述中树脂含量层、所述低树脂含量层；
所述纤维增强热塑性复合材料管的制备方法，步骤包括：
启动缠绕机，将所述纤维材料与所述热塑性树脂按比例掺混后，直接缠绕于芯模上，所述缠绕机在所述芯模上边转动边缠绕，在缠绕过程中同时对所述纤维材料和所述热塑性树脂进行激光加热熔融，粘结成管；
首先缠绕所述低树脂含量层，缠绕角度为30°，加热温度为320℃，所述缠绕机的纤维缠绕大盘在所述芯模上往复缠绕，所述低树脂含量层的厚度4.0mm后；再缠绕所述中树脂含量层，缠绕角度为85°，加热温度为340℃，往复缠绕，所述中树脂含量层的厚度10mm后；再缠绕所述高树脂含量层，缠绕角度为15°，加热温度为350℃，往复缠绕，所述高树脂含量层的厚度为4.0mm，完成所述纤维增强热塑性复合材料管的连续化生产。
6.根据权利要求1所述的一种纤维增强热塑性复合材料管的制备方法，其特征在于，所述热塑性树脂为聚偏二氟乙烯，所述纤维材料可为玻璃纤维；控制所述纤维材料的组分配比，缠绕成所述纤维增强热塑性复合材料管为四层结构，所述纤维增强热塑性复合材料管由所述内层、所述中间层和所述外层组成的多层结构，所述中间层为二层结构，所述四层结构包括高树脂含量层、第一中树脂含量层、第二中树脂含量层和低树脂含量层，所述高树脂含量层中的树脂含量为75%，所述高树脂含量层的厚度为1.25mm；所述第一中树脂含量层中的树脂含量为45%，所述第一中树脂含量层的厚度为4mm；所述第二中树脂含量层中的树脂含量为50%，所述第二中树脂含量层的厚度为8mm；所述低树脂含量层中的树脂含量为10%，所述低树脂含量层的厚度1.25mm；所述纤维增强热塑性复合材料管的结构由所述内层到所述外层分别是所述低树脂含量层、所述第一中树脂含量层、所述第二中树脂含量层、所述高树脂含量层；
所述纤维增强热塑性复合材料管的制备方法，步骤包括：
启动缠绕机，将所述纤维材料与所述热塑性树脂按比例掺混后，直接缠绕于芯模上，所述缠绕机在所述芯模上边转动边缠绕，在缠绕过程中同时对所述纤维材料和所述热塑性树脂进行激光加热熔融，粘结成管；
首先缠绕所述低树脂含量层，缠绕角度为85°，加热温度为190℃，所述缠绕机的纤维缠绕大盘在所述芯模上往复缠绕，所述低树脂含量层的厚度1.25mm后；再缠绕所述第一中树脂含量层，缠绕角度为75°，加热温度为180℃，往复缠绕，所述第一中树脂含量层的厚度4mm后；再缠绕所述第二中树脂含量层，缠绕角度为30°，加热温度为170℃，往复缠绕，所述第二中树脂含量层的厚度8mm后；再缠绕所述高树脂含量层，缠绕角度为15°，加热温度为160℃，往复缠绕，所述高树脂含量层的厚度为1.25mm，完成所述纤维增强热塑性复合材料管的连续化生产。
7.根据权利要求1所述的一种纤维增强热塑性复合材料管的制备方法，其特征在于，所述热塑性树脂为聚苯硫醚，所述纤维材料为芳纶纤维；控制所述热塑性树脂含量和所述纤维材料的组分配比，缠绕成所述纤维增强热塑性复合材料管为四层结构，所述纤维增强热塑性复合材料管由所述内层、所述中间层和所述外层组成的多层结构，所述中间层为二层结构，所述四层结构包括高树脂含量层、第一中树脂含量层、第二中树脂含量层和低树脂含量层，所述高树脂含量层中的树脂含量为90%，所述高树脂含量层的厚度为8mm；所述第一中树脂含量层中的树脂含量为55%，所述第一中树脂含量层的厚度为16mm；所述第二中树脂含量层中的树脂含量为65%，所述第二中树脂含量层的厚度为4mm；所述低树脂含量层中的树脂含量为25%，所述低树脂含量层的厚度为8mm；所述纤维增强热塑性复合材料管的结构由所述内层到所述外层分别是所述高树脂含量层、所述第一中树脂含量层、所述第二中树脂含量层、所述低树脂含量层；
所述纤维增强热塑性复合材料管的制备方法，步骤包括：
启动缠绕机，将所述纤维材料与所述热塑性树脂按比例掺混后，直接缠绕于芯模上，所述缠绕机在所述芯模上边转动边缠绕，在缠绕过程中同时对所述纤维材料和所述热塑性树脂进行激光加热熔融，粘结成管；
首先缠绕所述低树脂含量层，缠绕角度为85°，加热温度为280℃，所述缠绕机的纤维缠绕大盘在所述芯模上往复缠绕，所述低树脂含量层的厚度8mm后；再缠绕所述第一中树脂含量层，缠绕角度为45°，加热温度为270℃，往复缠绕，所述第一中树脂含量层的厚度16mm后；再缠绕所述第二中树脂含量层，缠绕角度为30°，加热温度为270℃，往复缠绕，所述第二中树脂含量层的厚度4mm后；再缠绕所述高树脂含量层，缠绕角度为15°，加热温度为280℃，往复缠绕，所述高树脂含量层的厚度为8mm，完成所述纤维增强热塑性复合材料管的连续化生产。
8.根据权利要求1所述的一种纤维增强热塑性复合材料管的制备方法，其特征在于，所述纤维材料为玄武岩纤维，控制所述纤维材料的组分配比，缠绕成所述纤维增强热塑性复合材料管为五层结构，所述纤维增强热塑性复合材料管由所述内层、所述中间层和所述外层组成的多层结构，所述中间层为三层结构，所述五层结构包括高树脂含量层、第一中树脂含量层、第二中树脂含量层、第一低树脂含量层和第二低树脂含量层，所述高树脂含量层中的树脂含量为80%，所述高树脂含量层的厚度为2mm；所述第一中树脂含量层中的树脂含量为65%，所述第一中树脂含量层的厚度为5mm；所述第二中树脂含量层中的树脂含量为55%，所述第二中树脂含量层的厚度为5mm；所述第一低树脂含量层中的树脂含量为25%，所述第一低树脂含量层的厚度为2mm，所述第二低树脂含量层中的树脂含量为20%，所述第二低树脂含量层的厚度为2mm；所述纤维增强热塑性复合材料管的结构由所述内层到所述外层分别是所述第一低树脂含量层、所述第二低树脂含量层、所述第一中树脂含量层、所述第二中树脂含量层、所述高树脂含量层；
所述纤维增强热塑性复合材料管的制备方法，步骤包括：
启动缠绕机，将所述纤维材料与所述热塑性树脂按比例掺混后，直接缠绕于芯模上，所述缠绕机在所述芯模上边转动边缠绕，在缠绕过程中同时对所述纤维材料和所述热塑性树脂进行激光加热熔融，粘结成管；
首先缠绕所述第一低树脂含量层，缠绕角度为85°，加热温度为320℃，所述缠绕机的纤维缠绕大盘在所述芯模上往复缠绕，所述第一低树脂含量层的厚度2mm后；再缠绕所述第二低树脂含量层，缠绕角度为75°，加热温度为340℃，往复缠绕，所述第二低树脂含量层的厚度2mm后；再缠绕所述第一中树脂含量层，缠绕角度为15°，加热温度为340℃，往复缠绕，所述第一中树脂含量层的厚度5mm后；再缠绕所述第二中树脂含量层，缠绕角度为45°，加热温度为340℃，往复缠绕，所述第二中树脂含量层的厚度5mm后；再缠绕所述高树脂含量层，缠绕角度为15°，加热温度为350℃，往复缠绕，所述高树脂含量层的厚度为2mm，完成所述纤维增强热塑性复合材料管的连续化生产。
9.根据权利要求1所述的一种纤维增强热塑性复合材料管的制备方法，其特征在于，所述加热的方式为激光加热、红外加热、电磁加热其中任何一种。
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