CN111457166A - 热塑性连续纤维预浸板增强热塑复合管及其制作方法 - Google Patents

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CN111457166A CN201910055127.6A CN201910055127A CN111457166A CN 111457166 A CN111457166 A CN 111457166A CN 201910055127 A CN201910055127 A CN 201910055127A CN 111457166 A CN111457166 A CN 111457166A
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Abstract

本发明涉及松散的或黏附的纤维状材料增强高分子化合物领域，具体为一种热塑性连续纤维预浸板增强热塑复合管及其制作方法。一种热塑性连续纤维预浸板增强热塑复合管，包括管体(1)，其特征是：管体(1)由热塑性塑料内层膜(11)、热塑性增强芯层管(12)和热塑性塑料面层膜(13)三层融合组成；热塑性增强芯层管(12)由热塑性连续纤维预浸板卷管构成。本发明结构简单，制造方便，适应性强，机械性能高。

Description

热塑性连续纤维预浸板增强热塑复合管及其制作方法
技术领域
本发明涉及松散的或黏附的纤维状材料增强高分子化合物领域，具体为一种热塑性连续纤维预浸板增强热塑复合管及其制作方法。
背景技术
连续玻纤增强热塑性塑料复合管具有高强、薄壁、轻质、耐腐、长寿等优点，被广泛应用于市政引水供水、热力管网、油田集输管网、化工管网、天然气输送管网、粉体浆体输送管网等使用，目前生产技术一般情况下多采用0.3mm～0.4mm厚度的薄膜型热塑性玻纤预浸带以缠绕盘旋转带动预浸带旋转缠绕内层管方法，边缠绕边加热或集中缠绕后整体烘箱加热的方式制作，也可以旋转钢管继而带动预浸带被动来回多次缠绕于钢管表面后集中加热制作增强层。以上二种技术，是根据不同管径、压力多层次分别缠绕在内层管上，组成由4层～50层薄膜式热塑性玻纤预浸带增强层。这种薄膜式多层次缠绕法存在以下问题：
1. 随着管道口径加大或压力增大，所需的缠绕预浸带层数增多到20～50层或者更多，需要20～50个或者更多的旋转缠绕盘作带材复合，生产工艺及其复杂，过多缠绕盘机器与过长的生产线不好控制，生产管材产品率低下；
2. 多层次分别缠绕的薄膜式预浸带其缠绕过程中，由于各层次缠绕的预浸带分别有各种工作的缠绕盘控制其缠绕过程，因设备之间精度差异等影响，会造成各层次之间预浸带张力不均、角度差异等，直接对增强层质量与复合管材力学性能产生影响；
3. 多层次分别缠绕的薄膜式预浸带由于加热热熔温度不均或不到位，经常造成增强层层间整体剥离或局部开裂影响管材整体质量；
4. 多层次分别加热缠绕薄膜式预浸带增强层，与空气开放式交流充分，热量流失大，能源让废大，生产电费高；
5、多层次分别加热缠绕薄膜式预浸带增强层，因为缠绕盘的限制，无法实现大宽度尺寸预浸带缠绕，尤其是管径大于800mm以上的管道无法实现接近55°的最佳缠绕角度，严重影响着管道抗轴向应力。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，提供一种结构简单，制造方便，适应性强，机械性能高的热塑性管材，本发明公开了一种热塑性连续纤维预浸板增强热塑复合管及其制作方法。
本发明通过如下技术方案达到发明目的：
一种热塑性连续纤维预浸带卷筒管，包括筒管体，其特征是：筒管体由热塑性塑料内层膜、热塑性0°～90°连续纤维预浸带多层次层叠芯层管和热塑性塑料面层膜三层融合组成；
热塑性0°～90°连续纤维预浸带多层次层叠芯层管是用0°～90°连续纤维预浸一体带卷多层次卷管熔贴整体后构成，所述的0°～90°连续纤维预浸一体带，用单层厚度0.2mm～0.4mm、宽度500mm～650mm的0°预浸带经横切成长度2500mm～4000mm用作90°方向预浸带，用5～6张宽度500mm～700mm的0°预浸卷带平面紧密排列呈宽带，在0°宽带平面上叠加并连续不断平铺90°方向预浸带，在铺带热压机牵引与加热下热压轧制成宽度2500mm～4000mm的2层或3层热塑性0°～90°连续纤维预浸一体带卷。
所述的热塑性连续纤维预浸带卷筒管的制作方法，其特征是：按如下所述依次实施：
① 0°～90°连续纤维预浸一体带卷制作，所述的0°～90°连续纤维预浸一体带，用单层厚度0.2mm～0.4mm、宽度500mm～650mm的0°预浸带经横切成长度2500mm～4000mm用作90°方向预浸带，用5～6张宽度500mm～700mm的0°预浸卷带平面紧密排列呈宽带，在0°宽带平面上叠加并连续不断平铺90°方向预浸带，在铺带热压机牵引与加热下热压轧制成宽度2500mm～4000mm的2层或3层热塑性0°～90°连续纤维预浸一体带卷；
② 将宽度2500mm～4000mm塑料薄膜单层或多层层叠于0°～90°连续纤维预浸一体带表面，经铺带热压机牵引加热下热压轧制成宽度2500mm～4000mm的熔融状塑料膜与预浸带融合体；
③ 将熔融状塑料膜与预浸带融合体缠绕在钢制圆管模具上制成内层膜；
④ 边旋转钢制圆管模具，边直线周圈缠绕熔融状塑料膜与预浸带融合体；
⑤ 周圈缠绕过后剪切掉塑料薄膜；
⑤ 继续边旋转钢制圆管模具，边直线多层次缠绕熔融0°～90°连续纤维预浸一体带，边碾压熔融0°～90°连续纤维预浸一体带直到设计层数为止；
⑥ 在缠绕熔融0°～90°连续纤维预浸一体带设计层数前一周圈，提前将塑料薄膜单层或多层层叠后敷设在0°～90°连续纤维预浸一体带上表面，经铺带热压机牵引加热下热压轧制成宽度2500mm～4000mm的的熔融状塑料膜与预浸带融合体缠绕制成面层膜与热塑性连续纤维预浸带筒管体；
⑦ 自然冷却定型热塑性连续纤维预浸带筒管体；
⑧ 拆除钢制圆管模具；
⑨ 将热塑性连续纤维预浸带筒管体取出。
所述的热塑性连续纤维预浸带卷筒管的制造方法所用设备，其特征是：
在生产线最后端设置上下层薄膜与预浸带联合放卷机；
在联合放卷机前面设置上下层薄膜与预浸带剪切机；
在剪切机设置铺带加热加压机；
在铺带机前面设置钢制圆管模具旋转机；
在钢制圆管模具旋转机的内侧面设置加热装置；
在钢制圆管模具旋转机的外侧面设置聚四氟乙烯碾压装置。
所述的连续纤维预浸带卷筒管的制造方法所用设备的使用方法，其特征是：按如下步骤依次实施：
a. 将宽度2500mm～4000mm上下层薄膜与预浸带装入联合放卷机；
b. 启动铺带加热加压机到设定温度，恒温30分钟；
c. 人工牵引下层单层或多层薄膜与预浸带敷合进入铺带加热加压机；
d. 启动铺带加热加压机牵引制作熔融复合带；
e. 将熔融复合带敷贴于钢制圆管模具上；
f. 启动钢制圆管模具旋转机直线卷曲熔融复合带一周圈；
g. 剪切下层薄膜带；
h. 开启加热装置加热0°～90°连续纤维预浸一体带表面保持呈熔融状态；
i. 继续卷曲预浸带直到设计层数；
j. 在剩下卷曲预浸带一周圈长度前，敷设单层或多层塑料薄膜在预浸带上表面进入铺带加热加压机制作复合带；
k. 剪切塑料与热塑性连续纤维预浸一体带，制成内外层为塑料薄膜、芯层为热塑性连续纤维预浸一体带的三层筒管体；
l. 自然冷却定型三层筒管体；
m. 径向收缩钢制圆管模具；
钢制圆管模具从定型三层复合的热塑性连续纤维预浸带筒管体取出。
所述的纤维是指玻璃纤维、碳纤维。
所述的热塑性材料是指PP、PE、PA、PVC等。
所述的连续纤维预浸带是指市购的熔融状态下热塑性材料以预先浸渍方法生产出厚度在0.3～0.5mm的市购薄膜。
所述的热塑性0°～90°连续纤维预浸一体带，是指在铺带机作用下，将0°预浸带拼接到设计宽度、并以设计宽度裁剪0°预浸带长度后，按照0°～90°分层叠加铺设后均匀热压冷却成形的双向连续纤维预浸一体带。
所述的连续纤维预浸带或预浸板，其连续纤维质量含量在50%～70%。
所述的热塑性材料是指PP、PE、PA、PVC等。
所述的加热温度PP设定在230℃，PE设定在210℃，PA设定在250℃，PVC设定在190℃。
所述的热塑性连续纤维预浸带卷筒管的使用方法，其特征是：将管体以多根首尾紧靠后依次串联，在管体外缠绕熔融状态宽度为100mm～300mm的0°～90°热塑性连续纤维预浸一体带圈并将各根管体连接成一整体，随后制成电缆护套管、大直径的压力管道、构筑物筒体或储油储气柜等。
所述的热塑性连续纤维预浸带卷筒管的使用方法，其特征是：在管体的两端分别熔贴热塑性连续纤维预浸带板，随后制成储油储气储水罐体等。
用0°～90°连续纤维预浸带卷多层次卷管熔贴整体管，具有以下效果：
1. 管体用0°～90°双向连续纤维预浸带直接卷曲制成的筒管，具有极高的强度，可以同时满足径向与轴向的拉伸要求，同时满足了外压刚度的要求；
2. 由0°～90°双向连续纤维预浸带直接卷曲制成的筒管，节省了大量的内外层塑料材料，继而带来了节省制作管材成本20%以上；
3. 由于采用了内衬金属模具办法，可以生产1500mm～3000mm甚至更大的管径，有效突破了预浸带增强管道以往技术难以制作大口径的技术瓶颈；
4. 由于能制作出能承受内外高压力的大口径管道，为制作大型构筑物槽池罐奠定了基础，同时也为制作耐腐蚀储备油气超大型槽池罐奠定了基础。
5. 管材生产线简单、工艺流程简单，管材成品率提高99%以上。
6. 可以节约大型管道30%以上成本。
附图说明
图1是本发明的剖面示意图；
图2是本发明中连续纤维预浸带多层次层叠芯层管的结构示意图；
图3是本发明制造时所用设备的结构示意图；
图4是本发明应用于电缆护套管等场合时的结构示意图；
图5是本发明应用于储油储气储水罐体等场合时的结构示意图。
具体实施方式
以下通过具体实施例进一步说明本发明。
实施例1
一种热塑性连续纤维预浸带卷筒管，包括筒管体1，如图1～图3所示，具体结构是：
筒管体1由热塑性塑料内层膜11、热塑性0°～90°连续纤维预浸带多层次层叠芯层管12和热塑性塑料面层膜13三层融合组成；
热塑性0°～90°连续纤维预浸带多层次层叠芯层管12是用0°～90°连续纤维预浸一体带卷多层次卷管熔贴整体后构成，所述的0°～90°连续纤维预浸一体带，用单层厚度0.2mm～0.4mm、宽度500mm～650mm的0°预浸带经横切成长度2500mm～4000mm用作90°方向预浸带，用5～6张宽度500mm～700mm的0°预浸卷带平面紧密排列呈宽带，在0°宽带平面上叠加并连续不断平铺90°方向预浸带，在铺带热压机牵引与加热下热压轧制成宽度2500mm～4000mm的2层或3层热塑性0°～90°连续纤维预浸一体带卷。
本实施例制造时，按如下所述依次实施：
① 0°～90°连续纤维预浸一体带卷制作，所述的0°～90°连续纤维预浸一体带，用单层厚度0.2mm～0.4mm、宽度500mm～650mm的0°预浸带经横切成长度2500mm～4000mm用作90°方向预浸带，用5～6张宽度500mm～700mm的0°预浸卷带平面紧密排列呈宽带，在0°宽带平面上叠加并连续不断平铺90°方向预浸带，在铺带热压机牵引与加热下热压轧制成宽度2500mm～4000mm的2层或3层热塑性0°～90°连续纤维预浸一体带卷；
② 将宽度2500mm～4000mm塑料薄膜单层或多层层叠于0°～90°连续纤维预浸一体带表面，经铺带热压机牵引加热下热压轧制成宽度2500mm～4000mm的熔融状塑料膜与预浸带融合体；
③ 将熔融状塑料膜与预浸带融合体缠绕在钢制圆管模具上制成内层膜；
④ 边旋转钢制圆管模具，边直线周圈缠绕熔融状塑料膜与预浸带融合体；
⑤ 周圈缠绕过后剪切掉塑料薄膜；
⑤ 继续边旋转钢制圆管模具，边直线多层次缠绕熔融0°～90°连续纤维预浸一体带，边碾压熔融0°～90°连续纤维预浸一体带直到设计层数为止；
⑥ 在缠绕熔融0°～90°连续纤维预浸一体带设计层数前一周圈，提前将塑料薄膜单层或多层层叠后敷设在0°～90°连续纤维预浸一体带上表面，经铺带热压机牵引加热下热压轧制成宽度2500mm～4000mm的的熔融状塑料膜与预浸带融合体缠绕制成面层膜与热塑性连续纤维预浸带筒管体；
⑦ 自然冷却定型热塑性连续纤维预浸带筒管体；
⑧ 拆除钢制圆管模具；
⑨ 将热塑性连续纤维预浸带筒管体取出。
本实施例制造时所用的设备，如图所示，具体结构是：
在生产线最后端设置上下层薄膜与预浸带联合放卷机21；
在联合放卷机21前面设置上下层薄膜与预浸带剪切机22；
在剪切机22设置铺带加热加压机23；
在铺带机23前面设置钢制圆管模具旋转机24；
在钢制圆管模具旋转机24的内侧面设置加热装置25；
在钢制圆管模具旋转机24的外侧面设置聚四氟乙烯碾压装置26。
本实施例制造时所用设备使用时，按如下步骤依次实施：
a. 将宽度2500mm～4000mm上下层薄膜与预浸带装入联合放卷机21；
b. 启动铺带加热加压机23到设定温度，恒温30分钟；
c. 人工牵引下层单层或多层薄膜与预浸带敷合进入铺带加热加压机23；
d. 启动铺带加热加压机牵引制作熔融复合带；
e. 将熔融复合带敷贴于钢制圆管模具上；
f. 启动钢制圆管模具旋转机24直线卷曲熔融复合带一周圈；
g. 剪切下层薄膜带；
h. 开启加热装置25加热0°～90°连续纤维预浸一体带表面保持呈熔融状态；
i. 继续卷曲预浸带直到设计层数；
j. 在剩下卷曲预浸带一周圈长度前，敷设单层或多层塑料薄膜在预浸带上表面进入铺带加热加压机制作复合带；
k. 剪切塑料与热塑性连续纤维预浸一体带，制成内外层为塑料薄膜、芯层为热塑性连续纤维预浸一体带的三层筒管体；
l. 自然冷却定型三层筒管体；
m. 径向收缩钢制圆管模具；
钢制圆管模具从定型三层复合的热塑性连续纤维预浸带筒管体取出。
所述的纤维是指玻璃纤维、碳纤维。
所述的热塑性材料是指PP、PE、PA、PVC等。
所述的连续纤维预浸带是指市购的熔融状态下热塑性材料以预先浸渍方法生产出厚度在0.3～0.5mm的市购薄膜。
所述的热塑性0°～90°连续纤维预浸一体带，是指在铺带机作用下，将0°预浸带拼接到设计宽度、并以设计宽度裁剪0°预浸带长度后，按照0°～90°分层叠加铺设后均匀热压冷却成形的双向连续纤维预浸一体带。
所述的连续纤维预浸带或预浸板，其连续纤维质量含量在50%～70%。
所述的热塑性材料是指PP、PE、PA、PVC等。
所述的加热温度PP设定在230℃，PE设定在210℃，PA设定在250℃，PVC设定在190℃。
本实施例的应用之一：如图4所示：将管体1以多根首尾紧靠后依次串联，在管体1外缠绕熔融状态宽度为100mm～300mm的0°～90°的热塑性连续纤维预浸一体带圈3并将各根管体1连接成一整体，随后制成电缆护套管、大直径的压力管道、构筑物筒体或储油储气柜。
本实施例的应用之一：如图5所示：在管体1的两端分别熔贴热塑性连续纤维预浸带板4，随后制成储油储气储水罐体。

Claims (6)

1.一种热塑性连续纤维预浸带卷筒管，包括筒管体(1)，其特征是：筒管体(1)由热塑性塑料内层膜(11)、热塑性0°～90°连续纤维预浸带多层次层叠芯层管(12)和热塑性塑料面层膜(13)三层融合组成；
热塑性0°～90°连续纤维预浸带多层次层叠芯层管(12)是用0°～90°连续纤维预浸一体带卷多层次卷管熔贴整体后构成，所述的0°～90°连续纤维预浸一体带，用单层厚度0.2mm～0.4mm、宽度500mm～650mm的0°预浸带经横切成长度2500mm～4000mm用作90°方向预浸带，用5～6张宽度500mm～700mm的0°预浸卷带平面紧密排列呈宽带，在0°宽带平面上叠加并连续不断平铺90°方向预浸带，在铺带热压机牵引与加热下热压轧制成宽度2500mm～4000mm的2层或3层热塑性0°～90°连续纤维预浸一体带卷。
2.如权利要求1所述的热塑性连续纤维预浸带卷筒管的制作方法，其特征是：按如下所述依次实施：
① 0°～90°连续纤维预浸一体带卷制作，所述的0°～90°连续纤维预浸一体带，用单层厚度0.2mm～0.4mm、宽度500mm～650mm的0°预浸带经横切成长度2500mm～4000mm用作90°方向预浸带，用5～6张宽度500mm～700mm的0°预浸卷带平面紧密排列呈宽带，在0°宽带平面上叠加并连续不断平铺90°方向预浸带，在铺带热压机牵引与加热下热压轧制成宽度2500mm～4000mm的2层或3层热塑性0°～90°连续纤维预浸一体带卷；
②将宽度2500mm～4000mm塑料薄膜单层或多层层叠于0°～90°连续纤维预浸一体带表面，经铺带热压机牵引加热下热压轧制成宽度2500mm～4000mm的熔融状塑料膜与预浸带融合体；
③将熔融状塑料膜与预浸带融合体缠绕在钢制圆管模具上制成内层膜；
④边旋转钢制圆管模具，边直线周圈缠绕熔融状塑料膜与预浸带融合体；
⑤周圈缠绕过后剪切掉塑料薄膜；
⑤继续边旋转钢制圆管模具，边直线多层次缠绕熔融0°～90°连续纤维预浸一体带，边碾压熔融0°～90°连续纤维预浸一体带直到设计层数为止；
⑥在缠绕熔融0°～90°连续纤维预浸一体带设计层数前一周圈，提前将塑料薄膜单层或多层层叠后敷设在0°～90°连续纤维预浸一体带上表面，经铺带热压机牵引加热下热压轧制成宽度2500mm～4000mm的的熔融状塑料膜与预浸带融合体缠绕制成面层膜与热塑性连续纤维预浸带筒管体；
⑦自然冷却定型热塑性连续纤维预浸带筒管体；
⑧拆除钢制圆管模具；
⑨将热塑性连续纤维预浸带筒管体取出。
3.如权利要求书2所述的热塑性连续纤维预浸带卷筒管的制造方法所用设备，其特征是：
在生产线最后端设置上下层薄膜与预浸带联合放卷机(21)；
在联合放卷机(21)前面设置上下层薄膜与预浸带剪切机(22)；
在剪切机(22)设置铺带加热加压机(23)；
在铺带机(23)前面设置钢制圆管模具旋转机(24)；
在钢制圆管模具旋转机(24)的内侧面设置加热装置(25)；
在钢制圆管模具旋转机(24)的外侧面设置聚四氟乙烯碾压装置(26)。
4.如权利要求书3所述的连续纤维预浸带卷筒管的制造方法所用设备的使用方法，其特征是：按如下步骤依次实施：
将宽度2500mm～4000mm上下层薄膜与预浸带装入联合放卷机(21)；
启动铺带加热加压机(23)到设定温度，恒温30分钟；
人工牵引下层单层或多层薄膜与预浸带敷合进入铺带加热加压机(23)；
启动铺带加热加压机牵引制作熔融复合带；
将熔融复合带敷贴于钢制圆管模具上；
启动钢制圆管模具旋转机(24)直线卷曲熔融复合带一周圈；
启动薄膜剪切机剪切下层薄膜带；
开启加热装置(25)加热0°～90°连续纤维预浸一体带表面保持呈熔融状态；
继续卷曲预浸带直到设计层数；
在剩下卷曲预浸带一周圈长度前，敷设单层或多层塑料薄膜在预浸带上表面进入铺带加热加压机制作复合带；
启动预浸带剪切机，整体剪切塑料与热塑性连续纤维预浸一体带，制成内外层为塑料薄膜、芯层为热塑性连续纤维预浸一体带的三层筒管体；
自然冷却定型三层筒管体；
径向收缩钢制圆管模具；
钢制圆管模具从定型三层复合的热塑性连续纤维预浸带筒管体取出。
5.如权利要求书1所述的热塑性连续纤维预浸带卷筒管的使用方法，其特征是：将管体(1)以多根首尾紧靠后依次串联，在管体(1)外缠绕熔融状态宽度为100mm～300mm的0°～90°热塑性连续纤维预浸一体带圈并将各根管体(1)连接成一整体，随后制成电缆护套管、大直径的压力管道、构筑物筒体或储油储气柜。
6.如权利要求书1所述的热塑性连续纤维预浸带卷筒管的使用方法，其特征是：在管体(1)的两端分别熔贴热塑性连续纤维预浸带板，随后制成储油储气储水罐体。
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