CN113446440A - 一种具有信号传输功能的缠绕复合智能管道及其制备方法 - Google Patents

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CN113446440A CN202110633693.8A CN202110633693A CN113446440A CN 113446440 A CN113446440 A CN 113446440A CN 202110633693 A CN202110633693 A CN 202110633693A CN 113446440 A CN113446440 A CN 113446440A
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黄剑锋
傅蒙
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Abstract

本发明公开了一种具有信号传输功能的缠绕复合智能管道及其制备方法，该具有信号传输功能的缠绕复合智能管道，包括热塑性树脂内管、纤维复合层、光纤导线、纤维固定层和热塑性树脂保护外层，所述纤维复合层包括第一纤维预浸带窄带和第二纤维预浸带窄带，所述纤维固定层包括第一纤维扁丝和第二纤维扁丝，所述热塑性树脂内管的外表面包裹有第一纤维预浸带窄带；本发明中的复合智能管道的内部为热塑性树脂内管、中间为缠绕纤维加强层及光纤导线、外部为热塑性树脂保护层。其中，内管、纤维复合层、纤维固定层和外管分别在表面软化或熔融状态下进行复合，使得其各复合层之间结构致密并完全融合成一体。

Description

一种具有信号传输功能的缠绕复合智能管道及其制备方法
技术领域
本发明涉及管道制备技术领域，具体为一种具有信号传输功能的缠绕复合智能管道及其制备方法。
背景技术
管道***在工业、农业、建筑等领域发挥的作用越来越大，重大工程对管道的安全运行、实施监控等性能也提出更高的要求。
目前陆地油田的抽油管、海上采油的水下油气输送管以及长距离输水用管等管道***都无法实现信号传输，一旦发生泄漏不能及时发现并定位泄露点，往往会造成重大经济损失与人员伤亡。
现有的纤维束增强聚乙烯复合管由于纤维束直径较大，内部难以浸润，在管道长期运行后内部纤维束存在滑移断裂的风险，进而导致管道失效；连续玻纤带缠绕增强聚乙烯复合管加工工艺复杂，且埋地后产品无法定位探测；同时，现有的纤维预浸带复合缠绕时采用全包覆模式，即带材之间层叠缠绕，导致内外树脂层是分隔开的，无法紧密结合。
为了解决上述缺陷，现提供一种技术方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有信号传输功能的缠绕复合智能管道及其制备方法，管道成型时预先铺设的光纤导线具有信号传导及定位探测功能，当光纤断裂失去信号或产生巨大的信号波动后，可以根据地面的计算机控制***，快速定位，降低事故风险。
本发明所要解决的技术问题如下：
现有的纤维束增强聚乙烯复合管由于纤维束直径较大，内部难以浸润，在管道长期运行后内部纤维束存在滑移断裂的风险，进而导致管道失效；连续玻纤带缠绕增强聚乙烯复合管加工工艺复杂，且埋地后产品无法定位探测；同时，现有的纤维预浸带复合缠绕时采用全包覆模式，即带材之间层叠缠绕，导致内外树脂层是分隔开的，无法紧密结合。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种具有信号传输功能的缠绕复合智能管道，包括热塑性树脂内管、纤维复合层、光纤导线、纤维固定层和热塑性树脂保护外层，所述纤维复合层包括第一纤维预浸带窄带和第二纤维预浸带窄带，所述纤维固定层包括第一纤维扁丝和第二纤维扁丝，所述热塑性树脂内管的外表面包裹有第一纤维预浸带窄带，所述第一纤维预浸带窄带的外表面包裹有第二纤维预浸带窄带，所述第二纤维预浸带窄带的外表面铺设有若干环形均匀分布的光纤导线，光纤导线远离第二纤维预浸带窄带的一侧表面包裹有第一纤维扁丝，所述第一纤维扁丝的外表面包裹有第二纤维扁丝，所述第二纤维扁丝的外表面包裹有热塑性树脂保护外层；
所述第一纤维预浸带窄带和第二纤维预浸带窄带的形状相同且交叉设置，按照一正一反的方向分别倾斜缠绕在热塑性树脂内管的外表面，所述第一纤维扁丝和第二纤维扁丝的形状相同且交叉设置，按照一正一反的方向倾斜缠绕在所述光纤导线的外表面。
进一步的，所述热塑性树脂内管壁厚度为3-10mm。
进一步的，所述第一纤维预浸带窄带和第二纤维预浸带窄带的带宽为 5-10mm，所述第一纤维预浸带窄带和第二纤维预浸带窄带的倾斜缠绕角度为50-60°。
进一步的，所述光纤导线铺设的条数为1-8根。
进一步的，所述第一纤维扁丝和第二纤维扁丝的带宽为5-10mm，所述第一纤维扁丝和第二纤维扁丝的倾斜缠绕角度为50-60°。
进一步的，所述热塑性树脂内管和热塑性树脂保护外层均为高密度聚乙烯、交联聚乙烯、耐热聚乙烯、聚丙烯和聚丁烯中的一种或多种以任意比例混合。
进一步的，所述纤维复合层和纤维固定层的材料均为碳纤维、芳纶纤维、聚酯纤维、超高分子量聚乙烯纤维和玻璃纤维中的一种或多种以任意比例混合。
一种具有信号传输功能的缠绕复合智能管道的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、通过第一挤出机将经塑化后的热塑性树脂挤出到内管成型模具中，得到3-10mm壁厚的热塑性树脂内管，并在第一真空定径箱中进行喷淋冷却；
步骤二、将第一纤维预浸带窄带和第二纤维预浸带窄带分别经第一缠绕机和第二缠绕机按照一正一反的方向倾斜缠绕到热塑性树脂内管的外表面，缠绕角度50-60°，经第一烘箱加热后，得到缠绕芯管；
步骤三、将光纤导线沿管材轴向方向铺设到缠绕芯管的外表面，得到铺设有光纤导线的缠绕芯管，将第一纤维扁丝和第二纤维扁丝分别经第三缠绕机和第四缠绕机按照一正一反的方向倾斜缠绕到铺设有光纤导线的缠绕芯管上，缠绕角度50-60°，经第二烘箱加热后，得到加固芯管；
步骤四、将加固芯管通过第一牵引机牵引进入到复合模具，由第二挤出机将热塑性树脂加热至熔融并挤出到复合模具中，并在复合模具中将熔融的热塑性树脂与加固芯管进行复合制得复合管，并在第二真空定径箱进行复合管喷淋冷却；
步骤五、将经喷淋冷却后的复合管由第二牵引机牵引进入切割机，经收卷机卷曲成卷后得到该具有信号传输功能的缠绕复合智能管道。
本发明的有益效果：
本发明中的复合智能管道的内部为热塑性树脂内管、中间为缠绕纤维加强层及光纤导线、外部为热塑性树脂保护层。其中，内管、纤维复合层、纤维固定层和外管分别在表面软化或熔融状态下进行复合，使得其各复合层之间结构致密并完全融合成一体。本发明有效的解决目前陆地油田的抽油管、集输管和埋地长距离供水管等管道，在输送过程中发生渗漏后无法及时发现并修复的难题，本发明中的智能管道除了具有较好的耐压性能以外，还具有信号传输功能，填补了国内热塑性塑料复合管材实时监控技术的空白，适于工业化推广。
本发明中使用纤维预浸带窄带和纤维扁丝，纤维预浸带窄带和纤维扁丝的宽度为2-8mm，厚度为0.3-0.7mm，纤维预浸带窄带和纤维扁丝内部的玻璃纤维单丝能够较好的进行预浸渍，浸渍度为85-100％。缠绕方式采用正反交叉网格式缠绕，内外层树脂之间能够透过纤维复合窄带和纤维扁丝层间网格紧密的结合为一体。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的内部部分结构展开图。
图中，1、热塑性树脂内管；2、第一纤维预浸带窄带；3、第二纤维预浸带窄带；4、光纤导线；5、第一纤维扁丝；6、第二纤维扁丝；7、热塑性树脂保护外层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种具有信号传输功能的缠绕复合智能管道，该复合智能管道为复合层结构，所述复合层结构从管道内部向外部依次包括热塑性树脂内管1、纤维复合层、光纤导线4、纤维固定层和热塑性树脂保护外层7，所述纤维复合层包括第一纤维预浸带窄带2和第二纤维预浸带窄带3，所述纤维固定层包括第一纤维扁丝5 和第二纤维扁丝6，所述热塑性树脂内管1的外表面包裹有第一纤维预浸带窄带 2，所述第一纤维预浸带窄带2的外表面包裹有第二纤维预浸带窄带3，所述第二纤维预浸带窄带3的外表面铺设有若干环形均匀分布的光纤导线4，光纤导线 4远离第二纤维预浸带窄带3的一侧表面包裹有第一纤维扁丝5，所述第一纤维扁丝5的外表面包裹有第二纤维扁丝6，所述第二纤维扁丝6的外表面包裹有热塑性树脂保护外层7；
所述热塑性树脂内管1的管壁厚度为3mm；
所述第一纤维预浸带窄带2和第二纤维预浸带窄带3的形状相同且交叉设置，按照一正一反的方向分别倾斜缠绕在热塑性树脂内管1的外表面，且所述第一纤维预浸带窄带2位于靠近热塑性树脂内管1的一侧，所述第二纤维预浸带窄带3位于远离热塑性树脂内管1的一侧，所述第一纤维预浸带窄带2和第二纤维预浸带窄带3的带宽为5mm。
所述第一纤维预浸带窄带2和第二纤维预浸带窄带3的倾斜缠绕角度为 50°。
所述光纤导线4沿复合智能管道轴向环形均匀铺设在第二纤维预浸带窄带3 的外表面，所述光纤导线4铺设的条数为1根；
所述第一纤维扁丝5和第二纤维扁丝6的形状相同且交叉设置，按照一正一反的方向倾斜缠绕在所述光纤导线4的外表面，并将缠绕后所得到的缠绕芯管通过加热进行复合，所述第一纤维扁丝5和第二纤维扁丝6的带宽为5mm；
所述第一纤维扁丝5和第二纤维扁丝6的倾斜缠绕角度为50°。
所述热塑性树脂保护外层7是由熔融态的热塑性树脂均匀包覆而成。
所述连续复合智能管道的工作压力为1.0MPa。
所述热塑性树脂为高密度聚乙烯、交联聚乙烯、耐热聚乙烯、聚丙烯和聚丁烯中的一种或多种以任意比例混合；
所述纤维复合层和纤维固定层的材料均为碳纤维、芳纶纤维、聚酯纤维、超高分子量聚乙烯纤维和玻璃纤维中的一种或多种以任意比例混合
所述纤维复合层和纤维固定层的拉伸强度为800MPa。
所述复合智能管道的单管长度为10m，其规格为50mm。
纤维预浸带窄带和纤维扁丝的宽度为2mm，厚度为0.3mm，纤维预浸带窄带和纤维扁丝内部的玻璃纤维单丝能够较好的进行预浸渍，浸渍度为85％。
实施例2
一种具有信号传输功能的缠绕复合智能管道，该复合智能管道为复合层结构，所述复合层结构从管道内部向外部依次包括热塑性树脂内管1、纤维复合层、光纤导线4、纤维固定层和热塑性树脂保护外层7，所述纤维复合层包括第一纤维预浸带窄带2和第二纤维预浸带窄带3，所述纤维固定层包括第一纤维扁丝5 和第二纤维扁丝6，所述热塑性树脂内管1的外表面包裹有第一纤维预浸带窄带 2，所述第一纤维预浸带窄带2的外表面包裹有第二纤维预浸带窄带3，所述第二纤维预浸带窄带3的外表面铺设有若干环形均匀分布的光纤导线4，光纤导线4远离第二纤维预浸带窄带3的一侧表面包裹有第一纤维扁丝5，所述第一纤维扁丝5的外表面包裹有第二纤维扁丝6，所述第二纤维扁丝6的外表面包裹有热塑性树脂保护外层7；
所述热塑性树脂内管1的管壁厚度为5mm；
所述第一纤维预浸带窄带2和第二纤维预浸带窄带3的形状相同且交叉设置，按照一正一反的方向分别倾斜缠绕在热塑性树脂内管1的外表面，且所述第一纤维预浸带窄带2位于靠近热塑性树脂内管1的一侧，所述第二纤维预浸带窄带3位于远离热塑性树脂内管1的一侧，所述第一纤维预浸带窄带2和第二纤维预浸带窄带3的带宽为7mm。
所述第一纤维预浸带窄带2和第二纤维预浸带窄带3的倾斜缠绕角度为 55°。
所述光纤导线4沿复合智能管道轴向环形均匀铺设在第二纤维预浸带窄带3 的外表面，所述光纤导线4铺设的条数为5根；
所述第一纤维扁丝5和第二纤维扁丝6的形状相同且交叉设置，按照一正一反的方向倾斜缠绕在所述光纤导线4的外表面，并将缠绕后所得到的缠绕芯管通过加热进行复合，所述第一纤维扁丝5和第二纤维扁丝6的带宽为7mm；
所述第一纤维扁丝5和第二纤维扁丝6的倾斜缠绕角度为55°。
所述热塑性树脂保护外层7是由熔融态的热塑性树脂均匀包覆而成。
所述连续复合智能管道的工作压力为5MPa。
所述热塑性树脂为高密度聚乙烯、交联聚乙烯、耐热聚乙烯、聚丙烯和聚丁烯中的一种或多种以任意比例混合；
所述纤维复合层和纤维固定层的材料均为碳纤维、芳纶纤维、聚酯纤维、超高分子量聚乙烯纤维和玻璃纤维中的一种或多种以任意比例混合
所述纤维复合层和纤维固定层的拉伸强度为1500MPa。
所述复合智能管道的单管长度为5000m，其规格为500mm。
所述纤维预浸带窄带和纤维扁丝的宽度为5mm，厚度为0.5mm，纤维预浸带窄带和纤维扁丝内部的玻璃纤维单丝能够较好的进行预浸渍，浸渍度为90％。
实施例3
一种具有信号传输功能的缠绕复合智能管道，该复合智能管道为复合层结构，所述复合层结构从管道内部向外部依次包括热塑性树脂内管1、纤维复合层、光纤导线4、纤维固定层和热塑性树脂保护外层7，所述纤维复合层包括第一纤维预浸带窄带2和第二纤维预浸带窄带3，所述纤维固定层包括第一纤维扁丝5 和第二纤维扁丝6，所述热塑性树脂内管1的外表面包裹有第一纤维预浸带窄带 2，所述第一纤维预浸带窄带2的外表面包裹有第二纤维预浸带窄带3，所述第二纤维预浸带窄带3的外表面铺设有若干环形均匀分布的光纤导线4，光纤导线 4远离第二纤维预浸带窄带3的一侧表面包裹有第一纤维扁丝5，所述第一纤维扁丝5的外表面包裹有第二纤维扁丝6，所述第二纤维扁丝6的外表面包裹有热塑性树脂保护外层7；
所述热塑性树脂内管1的管壁厚度为10mm；
所述第一纤维预浸带窄带2和第二纤维预浸带窄带3的形状相同且交叉设置，按照一正一反的方向分别倾斜缠绕在热塑性树脂内管1的外表面，且所述第一纤维预浸带窄带2位于靠近热塑性树脂内管1的一侧，所述第二纤维预浸带窄带3位于远离热塑性树脂内管1的一侧，所述第一纤维预浸带窄带2和第二纤维预浸带窄带3的带宽为10mm。
所述第一纤维预浸带窄带2和第二纤维预浸带窄带3的倾斜缠绕角度为 60°。
所述光纤导线4沿复合智能管道轴向环形均匀铺设在第二纤维预浸带窄带3 的外表面，所述光纤导线4铺设的条数为8根；
所述第一纤维扁丝5和第二纤维扁丝6的形状相同且交叉设置，按照一正一反的方向倾斜缠绕在所述光纤导线4的外表面，并将缠绕后所得到的缠绕芯管通过加热进行复合，所述第一纤维扁丝5和第二纤维扁丝6的带宽为10mm；
所述第一纤维扁丝5和第二纤维扁丝6的倾斜缠绕角度为60°。
所述热塑性树脂保护外层7是由熔融态的热塑性树脂均匀包覆而成。
所述连续复合智能管道的工作压力为10MPa。
所述热塑性树脂为高密度聚乙烯、交联聚乙烯、耐热聚乙烯、聚丙烯和聚丁烯中的一种或多种以任意比例混合；
所述纤维复合层和纤维固定层的材料均为碳纤维、芳纶纤维、聚酯纤维、超高分子量聚乙烯纤维和玻璃纤维中的一种或多种以任意比例混合
所述纤维复合层和纤维固定层的拉伸强度为2500MPa。
所述复合智能管道的单管长度为10000m，其规格为1000mm。
纤维预浸带窄带和纤维扁丝的宽度为8mm，厚度为0.7mm，纤维预浸带窄带和纤维扁丝内部的玻璃纤维单丝能够较好的进行预浸渍，浸渍度为100％。
请参阅图1-2，上述实施例中所述的一种具有信号传输功能的缠绕复合智能管道的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、通过第一挤出机将经塑化后的热塑性树脂挤出到内管成型模具中，得到3-10mm壁厚的热塑性树脂内管1，并在第一真空定径箱中进行喷淋冷却；
步骤二、将第一纤维预浸带窄带2和第二纤维预浸带窄带3分别经第一缠绕机和第二缠绕机按照一正一反的方向倾斜缠绕到热塑性树脂内管1的外表面，缠绕角度50-60°，经第一烘箱加热后，得到缠绕管芯管；
步骤三、将光纤导线4沿管材轴向方向铺设到缠绕芯管的外表面，得到铺设有光纤导线4的缠绕芯管，将第一纤维扁丝5和第二纤维扁丝6分别经第三缠绕机和第四缠绕机按照一正一反的方向倾斜缠绕到铺设有光纤导线的缠绕芯管上，缠绕角度50-60°，经第二烘箱加热后，得到加固芯管；
步骤四、将加固芯管通过第一牵引机牵引进入到复合模具，由第二挤出机将热塑性树脂加热至熔融并挤出到复合模具中，并在复合模具中将熔融的热塑性树脂与加固芯管进行复合制得复合管，并在第二真空定径箱进行复合管喷淋冷却；
步骤五、将经喷淋冷却后的复合管由第二牵引机牵引进入切割机，经收卷机卷曲成卷后得到该具有信号传输功能的缠绕复合智能管道。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所述本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种具有信号传输功能的缠绕复合智能管道，其特征在于，包括热塑性树脂内管(1)、纤维复合层、光纤导线(4)、纤维固定层和热塑性树脂保护外层(7)，所述纤维复合层包括第一纤维预浸带窄带(2)和第二纤维预浸带窄带(3)，所述纤维固定层包括第一纤维扁丝(5)和第二纤维扁丝(6)，所述热塑性树脂内管(1)的外表面包裹有第一纤维预浸带窄带(2)，所述第一纤维预浸带窄带(2)的外表面包裹有第二纤维预浸带窄带(3)，所述第二纤维预浸带窄带(3)的外表面铺设有若干环形均匀分布的光纤导线(4)，光纤导线(4)远离第二纤维预浸带窄带(3)的一侧表面包裹有第一纤维扁丝(5)，所述第一纤维扁丝(5)的外表面包裹有第二纤维扁丝(6)，所述第二纤维扁丝(6)的外表面包裹有热塑性树脂保护外层(7)；
所述第一纤维预浸带窄带(2)和第二纤维预浸带窄带(3)的形状相同且交叉设置，按照一正一反的方向分别倾斜缠绕在热塑性树脂内管(1)的外表面，所述第一纤维扁丝(5)和第二纤维扁丝(6)的形状相同且交叉设置，按照一正一反的方向倾斜缠绕在所述光纤导线(4)的外表面。
2.根据权利要求1所述的一种具有信号传输功能的缠绕复合智能管道，其特征在于，所述热塑性树脂内管1壁厚为3-10mm。
3.根据权利要求1所述的一种具有信号传输功能的缠绕复合智能管道，其特征在于，所述第一纤维预浸带窄带(2)和第二纤维预浸带窄带(3)的带宽为5-10mm，所述第一纤维预浸带窄带(2)和第二纤维预浸带窄带(3)的倾斜缠绕角度为50-60°。
4.根据权利要求1所述的一种具有信号传输功能的缠绕复合智能管道，其特征在于，所述光纤导线(4)铺设的条数为1-8根。
5.根据权利要求1所述的一种具有信号传输功能的缠绕复合智能管道，其特征在于，所述第一纤维扁丝(5)和第二纤维扁丝(6)的带宽为5-10mm，所述第一纤维扁丝(5)和第二纤维扁丝(6)的倾斜缠绕角度为50-60°。
6.根据权利要求1所述的一种具有信号传输功能的缠绕复合智能管道，其特征在于，所述热塑性树脂内管(1)和热塑性树脂保护外层(7)均为高密度聚乙烯、交联聚乙烯、耐热聚乙烯、聚丙烯和聚丁烯中的一种或多种以任意比例混合。
7.根据权利要求1所述的一种具有信号传输功能的缠绕复合智能管道，其特征在于，所述纤维复合层和纤维固定层的材料均为碳纤维、芳纶纤维、聚酯纤维、超高分子量聚乙烯纤维和玻璃纤维中的一种或多种以任意比例混合。
8.一种具有信号传输功能的缠绕复合智能管道的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、通过第一挤出机将经塑化后的热塑性树脂挤出到内管成型模具中，得到3-10mm壁厚的热塑性树脂内管(1)，并在第一真空定径箱中进行喷淋冷却；
步骤二、将第一纤维预浸带窄带(2)和第二纤维预浸带窄带(3)分别经第一缠绕机和第二缠绕机按照一正一反的方向倾斜缠绕到热塑性树脂内管(1)的外表面，缠绕角度50-60°，经第一烘箱加热后，得到缠绕芯管；
步骤三、将光纤导线(4)沿管材轴向方向铺设到缠绕芯管的外表面，得到铺设有光纤导线(4)的缠绕芯管，将第一纤维扁丝(5)和第二纤维扁丝(6)分别经第三缠绕机和第四缠绕机按照一正一反的方向倾斜缠绕到铺设有光纤导线的缠绕芯管上，缠绕角度50-60°，经第二烘箱加热后，得到加固芯管；
步骤四、将加固芯管通过第一牵引机牵引进入到复合模具，由第二挤出机将热塑性树脂加热至熔融并挤出到复合模具中，并在复合模具中将熔融的热塑性树脂与加固芯管进行复合制得复合管，并在第二真空定径箱进行复合管喷淋冷却；
步骤五、将经喷淋冷却后的复合管由第二牵引机牵引进入切割机，经收卷机卷曲成卷后得到该具有信号传输功能的缠绕复合智能管道。
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