CN115051306B - 一种电缆护套管及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电缆护套管及其制备方法。电缆护套管由外至内依次包括外功能层、外连续纤维增强结构层、中空蜂窝结构层、内连续纤维增强结构层和内功能层。其中，中空蜂窝结构层具有多个蜂窝孔，蜂窝孔的轴向与电缆护套管的轴向垂直。根据本发明的电缆护套管，能够同时具有较高的强度和较低的重量。

Description

一种电缆护套管及其制备方法
技术领域
本发明涉及电力技术领域，具体而言涉及电缆护套管及其制备方法。
背景技术
复合管的兴起，源于复合材料提供管道的高强度及各种功能特性。在电力护套管领域，为应对地质等外界环境对电缆等的破坏，需要护套管高等级的强度、刚性及功能性，以避免及减少外界因素对预埋电缆的损坏。
这样一来，就需要对管道材料的改性，以达到管道对耐候、阻燃等的要求。但因管道增强及增刚，现有电力电缆护套管道均非常厚重，影响施工。
因此，需要一种电缆护套管及其制备方法，以至少部分地解决以上问题。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
为至少部分地解决上述问题，本发明的第一方面提供一种电缆护套管，包括：
外功能层；
外连续纤维增强结构层，所述外连续纤维增强结构层位于所述外功能层的内侧；
中空蜂窝结构层，所述中空蜂窝结构层位于所述外连续纤维增强结构层的内侧，所述中空蜂窝结构层具有多个蜂窝孔，所述蜂窝孔的轴向与所述电缆护套管的轴向垂直；
内连续纤维增强结构层，所述内连续纤维增强结构层位于所述中空蜂窝结构层的内侧；
内功能层，所述内功能层位于所述内连续纤维增强结构层的内侧。
根据本发明的电缆护套管，能够同时具有较高的强度和较低的重量。
可选地，所述蜂窝孔的孔壁的两端分别热熔连接至所述内连续纤维增强结构层和所述外连续纤维增强结构层。
可选地，所述外连续纤维增强结构层包括至少两层连续纤维增强层，至少两层所述连续纤维增强层围绕所述电缆护套管的中心轴线套叠设置，所述连续纤维增强层中纤维的延伸方向与所述电缆护套管的轴向交叉，且相邻两层所述连续纤维增强层中纤维的延伸方向交叉。
可选地，所述内连续纤维增强结构层包括至少两层连续纤维增强层，至少两层所述连续纤维增强层围绕所述电缆护套管的中心轴线套叠设置，所述连续纤维增强层中纤维的延伸方向与所述电缆护套管的轴向交叉，且相邻两层所述连续纤维增强层中纤维的延伸方向交叉。
可选地，所述内功能层包括预制带，所述预制带围绕所述电缆护套管的轴向设置，且所述预制带的延伸方向与所述电缆护套管的轴向交叉。
可选地，所述外功能层包括预制带，所述预制带围绕所述电缆护套管的轴向设置，且所述预制带的延伸方向与所述电缆护套管的轴向交叉。
可选地，所述预制带的延伸方向与所述电缆护套管的轴向之间的夹角为3-87°。
可选地，所述连续纤维增强层中纤维的延伸方向与所述电缆护套管的轴向之间的夹角为3-87°。
可选地，所述外功能层、所述外连续纤维增强结构层中的基体树脂、所述中空蜂窝结构层、所述内连续纤维增强结构层中的基体树脂以及所述内功能层由能够互溶的热塑性树脂制成；
所述外功能层、所述外连续纤维增强结构层、所述中空蜂窝结构层、所述内连续纤维增强结构层以及所述内功能层热熔复合为一体。
可选地，所述外连续纤维增强结构层和所述外连续纤维增强结构层中的连续纤维包括玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、芳纶纤维和涤纶纤维中的至少一种；并且/或者
所述热塑性树脂包括聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚酮和聚对苯二甲酸乙二酯中的至少一种。
本发明的第二方面提供一种电缆护套管的制备方法，包括以下步骤：
通过挤出设备将热塑性树脂挤出为第一预制带，将所述第一预制带以与芯模的轴向成3-87°的角度缠绕在所述芯模的外表面，并热熔复合形成内功能层；
将连续纤维复合带材以纤维走向与所述芯模的轴向成3-87°的角度热熔缠绕在所述内功能层的外表面，以形成第一连续纤维增强层；
将连续纤维复合带材以纤维走向与所述芯模的轴向成3-87°的角度热熔缠绕在所述第一连续纤维增强层的外表面，以形成第二连续纤维增强层，且使得所述第一连续纤维增强层和所述第二连续纤维增强层中纤维的延伸方向交叉；
将中空蜂窝结构层套设于所述第二连续纤维增强层外并将所述中空蜂窝结构层的内表面热熔连接至所述第二连续纤维增强层，并使所述中空蜂窝结构层的蜂窝孔的轴向与所述电缆护套管的轴向垂直；
将连续纤维复合带材以纤维走向与所述芯模的轴向成3-87°的角度热熔缠绕在所述中空蜂窝结构层的外表面，以形成第三连续纤维增强层；
将连续纤维复合带材以纤维走向与所述芯模的轴向成3-87°的角度热熔缠绕在所述第三连续纤维增强层的外表面，以形成第四连续纤维增强层，且使得所述第三连续纤维增强层和所述第四连续纤维增强层中纤维的延伸方向交叉；
通过挤出设备将热塑性树脂挤出为第二预制带，将所述第二预制带以与所述芯模的轴向成3-87°的角度缠绕在所述第四连续纤维增强层的外表面，并热熔复合形成外功能层。
根据本发明的电缆护套管的制备方法能够起到于上述第一方面的电缆护套管相类似的技术效果，且生产效率高，有利于连续生产。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。
附图中：
图1为根据本发明的一种优选实施方式的电缆护套管的局部透视示意图；
图2为根据本发明的一种优选实施方式的电缆护套管的径向截面的示意图。
附图标记说明：
100：电缆护套管 101：芯模
110：外功能层 111：第二预制带
120：外连续纤维增强结构层 121：第三连续纤维增强层
122：第四连续纤维增强层 130：中空蜂窝结构层
131：蜂窝孔 140：内连续纤维增强结构层
141：第一连续纤维增强层 142：第二连续纤维增强层
150：内功能层 151：第一预制带
AX：中心轴线 a：第一夹角
b：第二夹角 c：第三夹角
d：第四夹角 e：第五夹角
f：第六夹角
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的描述。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。显然，本发明实施方式的施行并不限定于本领域的技术人员所熟悉的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本发明的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。
本发明中所引用的诸如“第一”和“第二”的序数词仅仅是标识，而不具有任何其他含义，例如特定的顺序等。而且，例如，术语“第一部件”其本身不暗示“第二部件”的存在，术语“第二部件”本身不暗示“第一部件”的存在。需要说明的是，本文中所使用的术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”以及类似的表述只是为了说明目的，并非限制。
现在，将参照附图更详细地描述根据本发明的示例性实施例。
参考图1和图2，本发明一方面提供一种电缆护套管100，其构造为多层结构。示例性地，电缆护套管100由外至内依次为外功能层110、外连续纤维增强结构层120、中空蜂窝结构层130、内连续纤维增强结构层140以及内功能层150。
中空蜂窝结构层130连接在外连续纤维增强结构层120和内连续纤维增强结构层140之间，其具有多个蜂窝孔131，且蜂窝孔131的轴向与电缆护套管100的轴向垂直。其中，蜂窝孔131的孔壁的两端分别热熔连接至内连续纤维增强结构层140和外连续纤维增强结构层120。优选地，中空蜂窝结构层130由热塑性树脂制成，以使其能够与其它结构热熔连接。中空蜂窝结构层130不但能够提供径向的抗压能力，其本身密度低，重量轻，有利于控制电缆护套管100的总重。
根据本发明的电缆护套管100，能够同时具有较高的强度和较低的重量。
参考图1，内功能层150和外功能层110均围绕电缆护套管100的轴向设置，二者均优选由预制带制成。预制带可以是由热塑性树脂制成的带材。内功能层150和外功能层110能够为电缆护套管100提供阻燃性、耐候性及保护等功能。
其中，预制带围绕电缆护套管100的轴向缠绕设置，且预制带的延伸方向与电缆护套管100的轴向交叉。优选地，预制带的延伸方向与电缆护套管100的轴向之间的夹角为3-87°。更优选地，预制带的延伸方向与电缆护套管100的轴向之间的夹角为50°。换言之，预制带的延伸方向与电缆护套管100的轴向之间的夹角为锐角，其对应的钝角的角度为93-177°。
外连续纤维增强结构层120和内连续纤维增强结构层140均包括至少两层连续纤维增强层。其中，续纤维增强层构造为由基体树脂和连续纤维复合而成的带材或片材。
在一种优选实施方式中，外功能层110、外连续纤维增强结构层120中的基体树脂、中空蜂窝结构层130、内连续纤维增强结构层140中的基体树脂以及内功能层150由能够互溶的热塑性树脂制成，以使得外功能层110、外连续纤维增强结构层120、中空蜂窝结构层130、内连续纤维增强结构层140以及内功能层150热熔复合为一体。更优选地，上述能够互溶的热塑性树脂可以选自聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚酮和聚对苯二甲酸乙二酯中的至少一种。当然，也可选在其它类型的热塑性树脂，只要能够互溶即可。
可选地，外连续纤维增强结构层120和外连续纤维增强结构层120中的连续纤维包括玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、芳纶纤维和涤纶纤维中的至少一种。
内连续纤维增强结构层140和外连续纤维增强结构层120中各自的至少两层连续纤维增强层围绕电缆护套管100的中心轴线AX套叠设置，连续纤维增强层中纤维的延伸方向与电缆护套管100的轴向交叉，且相邻两层连续纤维增强层中纤维的延伸方向交叉。优选地，连续纤维增强层中纤维的延伸方向与电缆护套管100的轴向之间的锐角的为3-87°。更优选地，连续纤维增强层中纤维的延伸方向与电缆护套管100的轴向之间的夹角为55°。换言之，连续纤维增强层中纤维的延伸方向与电缆护套管100的轴向之间的夹角为锐角，其对应的钝角的角度为93-177°。
由此，利用交叉缠绕的两层连续纤维增强层，能够同时提高电缆护套管100轴向和径向两个方向上的强度。
具体而言，继续参考图1，内功能层150包括第一预制带151。第一预制带151缠绕在芯模101的外表面并热熔复合形成内功能层150。其中，第一预制带151与芯模101的轴向成第一夹角a。第一夹角a可以为3-87°。优选地，第一夹角a为50°。
内连续纤维增强结构层140包括第一连续纤维增强层141和第二连续纤维增强层142，并且第一连续纤维增强层141和第二连续纤维增强层142中连续纤维的延伸方向交叉。
第一连续纤维增强层141围绕电缆护套管100的轴向设置在内功能层150的外表面。且第一连续纤维增强层141中连续纤维的走向与芯模101的轴向成第二夹角b。第二夹角b可以为3-87°。优选地，第二夹角b为55°。
第二连续纤维增强层142围绕电缆护套管100的轴向设置在第一连续纤维增强层141的外表面。且第二连续纤维增强层142中连续纤维的走向与芯模101的轴向成第三夹角c。第三夹角c可以为3-87°。优选地，第三夹角c为55°。中空蜂窝结构层130套设于第二连续纤维增强层142的外表面。
外连续纤维增强结构层120包括第三连续纤维增强层121和第四连续纤维增强层122，并且第三连续纤维增强层121和第四连续纤维增强层122中连续纤维的延伸方向交叉。
第三连续纤维增强层121围绕电缆护套管100的轴向设置在中空蜂窝结构层130的外表面。且第三连续纤维增强层121中连续纤维的走向与芯模101的轴向成第四夹角d。第四夹角d可以为3-87°。优选地，第四夹角d为55°。
第四连续纤维增强层122围绕电缆护套管100的轴向设置在第三连续纤维增强层121的外表面。且第四连续纤维增强层122中连续纤维的走向与芯模101的轴向成第五夹角e。第五夹角e可以为3-87°。优选地，第五夹角e为55°。
外功能层110包括第二预制带111。第二预制带111缠绕在第四连续纤维增强层122的外表面并热熔复合形成外功能层110。其中，第二预制带111与芯模101的轴向成第六夹角f。第六夹角f可以为3-87°。优选地，第六夹角f为50°。
本发明的另一方面还提供一种电缆护套管100的制备方法。
步骤1：通过挤出设备将热塑性树脂挤出为第一预制带151。将第一预制带151缠绕在芯模101的外表面。第一预制带151的延伸方向与芯模101的轴向成3-87°的角度。或者说，第一预制带151的缠绕角为3-87°。之后热熔复合形成内功能层150。
步骤2：将连续纤维复合带材热熔缠绕在内功能层150的外表面以形成第一连续纤维增强层141。其中第二连续纤维增强层142的连续纤维的走向与芯模101的轴向成3-87°角。或者说，此步骤中连续纤维复合带材的缠绕角为3-87°。
步骤3：将连续纤维复合带材热熔缠绕在第一连续纤维增强层141的外表面以形成第二连续纤维增强层142。其中第二连续纤维增强层142的连续纤维的走向与芯模101的轴向成3-87°角。或者说，此步骤中连续纤维复合带材的缠绕角为3-87°。
步骤4：将中空蜂窝结构层130套设于第二连续纤维增强层142外并将中空蜂窝结构层130的内表面热熔连接至第二连续纤维增强层142，并使中空蜂窝结构层130的蜂窝孔131的轴向与电缆护套管100的轴向垂直。
步骤5：将连续纤维复合带材热熔缠绕在中空蜂窝结构层130的外表面以形成第三连续纤维增强层121。其中第三连续纤维增强层121的连续纤维的走向与芯模101的轴向成3-87°角。或者说，此步骤中连续纤维复合带材的缠绕角为3-87°。
步骤6：将连续纤维复合带材热熔缠绕在第三连续纤维增强层121的外表面以形成第四连续纤维增强层122。其中第四连续纤维增强层122的连续纤维的走向与芯模101的轴向成3-87°角。或者说，此步骤中连续纤维复合带材的缠绕角为3-87°。
步骤7：通过挤出设备将热塑性树脂挤出为第二预制带111。将第二预制带111缠绕在第四连续纤维增强层122的外表面。第二预制带111的延伸方向与芯模101的轴向成3-87°的角度。或者说，第二预制带111的缠绕角为3-87°。之后热熔复合形成外功能层110。
根据本发明的电缆护套管100的制备方法生产效率高，有利于连续生产。
上述的所有优选实施例中所述的流程、步骤仅是示例。除非发生不利的效果，否则可以按与上述流程的顺序不同的顺序进行各种处理操作。上述流程的步骤顺序也可以根据实际需要进行增加、合并或删减。
除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本发明。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。

Claims (10)

1.一种电缆护套管，其特征在于，包括：
外功能层；
外连续纤维增强结构层，所述外连续纤维增强结构层位于所述外功能层的内侧；
中空蜂窝结构层，所述中空蜂窝结构层位于所述外连续纤维增强结构层的内侧，所述中空蜂窝结构层具有多个蜂窝孔，所述蜂窝孔的轴向与所述电缆护套管的轴向垂直；
内连续纤维增强结构层，所述内连续纤维增强结构层位于所述中空蜂窝结构层的内侧；
内功能层，所述内功能层位于所述内连续纤维增强结构层的内侧；
其中，所述蜂窝孔的孔壁的两端分别热熔连接至所述内连续纤维增强结构层和所述外连续纤维增强结构层。
2.根据权利要求1所述的电缆护套管，其特征在于，所述外连续纤维增强结构层包括至少两层连续纤维增强层，至少两层所述连续纤维增强层围绕所述电缆护套管的中心轴线套叠设置，所述连续纤维增强层中纤维的延伸方向与所述电缆护套管的轴向交叉，且相邻两层所述连续纤维增强层中纤维的延伸方向交叉。
3.根据权利要求1所述的电缆护套管，其特征在于，所述内连续纤维增强结构层包括至少两层连续纤维增强层，至少两层所述连续纤维增强层围绕所述电缆护套管的中心轴线套叠设置，所述连续纤维增强层中纤维的延伸方向与所述电缆护套管的轴向交叉，且相邻两层所述连续纤维增强层中纤维的延伸方向交叉。
4.根据权利要求1所述的电缆护套管，其特征在于，所述内功能层包括预制带，所述预制带围绕所述电缆护套管的轴向设置，且所述预制带的延伸方向与所述电缆护套管的轴向交叉。
5.根据权利要求1所述的电缆护套管，其特征在于，所述外功能层包括预制带，所述预制带围绕所述电缆护套管的轴向设置，且所述预制带的延伸方向与所述电缆护套管的轴向交叉。
6.根据权利要求4或5所述的电缆护套管，其特征在于，所述预制带的延伸方向与所述电缆护套管的轴向之间的夹角为3-87°。
7.根据权利要求2或3所述的电缆护套管，其特征在于，所述连续纤维增强层中纤维的延伸方向与所述电缆护套管的轴向之间的夹角为3-87°。
8.根据权利要求1-5中任意一项所述的电缆护套管，其特征在于，
所述外功能层、所述外连续纤维增强结构层中的基体树脂、所述中空蜂窝结构层、所述内连续纤维增强结构层中的基体树脂以及所述内功能层由能够互溶的热塑性树脂制成；
所述外功能层、所述外连续纤维增强结构层、所述中空蜂窝结构层、所述内连续纤维增强结构层以及所述内功能层热熔复合为一体。
9.根据权利要求8所述的电缆护套管，其特征在于，
所述外连续纤维增强结构层和所述外连续纤维增强结构层中的连续纤维包括玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、芳纶纤维和涤纶纤维中的至少一种；并且/或者
所述热塑性树脂包括聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚酮和聚对苯二甲酸乙二酯中的至少一种。
10.一种电缆护套管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过挤出设备将热塑性树脂挤出为第一预制带，将所述第一预制带以与芯模的轴向成3-87°的角度缠绕在所述芯模的外表面，并热熔复合形成内功能层；
将连续纤维复合带材以纤维走向与所述芯模的轴向成3-87°的角度热熔缠绕在所述内功能层的外表面，以形成第一连续纤维增强层；
将连续纤维复合带材以纤维走向与所述芯模的轴向成3-87°的角度热熔缠绕在所述第一连续纤维增强层的外表面，以形成第二连续纤维增强层，且使得所述第一连续纤维增强层和所述第二连续纤维增强层中纤维的延伸方向交叉；
将中空蜂窝结构层套设于所述第二连续纤维增强层外并将所述中空蜂窝结构层的内表面热熔连接至所述第二连续纤维增强层，并使所述中空蜂窝结构层的蜂窝孔的轴向与所述电缆护套管的轴向垂直；
将连续纤维复合带材以纤维走向与所述芯模的轴向成3-87°的角度热熔缠绕在所述中空蜂窝结构层的外表面，以形成第三连续纤维增强层；
将连续纤维复合带材以纤维走向与所述芯模的轴向成3-87°的角度热熔缠绕在所述第三连续纤维增强层的外表面，以形成第四连续纤维增强层，且使得所述第三连续纤维增强层和所述第四连续纤维增强层中纤维的延伸方向交叉；
通过挤出设备将热塑性树脂挤出为第二预制带，将所述第二预制带以与所述芯模的轴向成3-87°的角度缠绕在所述第四连续纤维增强层的外表面，并热熔复合形成外功能层。
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