CN116608335A - 一种连续编织碳纤维复合材料油管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于复合材料制造技术领域，提供了一种连续编织碳纤维复合材料油管及其制备方法，连续编织碳纤维复合材料油管由轴向纱和左向纱、右向纱组成；轴向纱沿轴向分布；左向纱和右向纱围绕轴向纱左右对称分布；制备连续编织碳纤维复合材料油管的原料包括碳纤维。本发明通过设置轴向纱、左向纱和右向纱，经过连续编织可制得管状材料，并且采用的编织结构有利于控制碳纤维的加工损伤，减少纤维的磨损和损伤；以碳纤维为原料，得到了重量轻、强度高、不生锈、耐腐蚀、热膨胀系数低、使用寿命长的连续编织碳纤维复合材料油管。实施例的结果显示，本发明提供的连续编织碳纤维复合材料油管的密度为1.65g/cm3，耐酸碱性较优。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料制造技术领域，尤其涉及一种连续编织碳纤维复合材料油管及其制备方法。
背景技术
传统的石油专用油管存在的缺点是体积大，重量较重，搬运较为困难，不耐酸碱腐蚀，耐磨损性能低，使用寿命较短，作业成本较高。而且，石油管道是输送石油的专用油管，需求量较大，随着汽车制造以及其他与石油相关产业的快速发展，石油输送是现今将石油进行远距离输送的主要途径，对于石油管道的需求量较大，因此，在石油输送的过程中，每年由于石油输送造成的油管更换的成本逐年提高，其原因也包括随着对石油开采程度的加深，石油内含有的杂质逐渐增多，导致对石油管道的腐蚀程度逐渐加深，从而加快了石油管道的破损。因此，亟需一种重量轻且耐腐蚀的油管材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种连续编织碳纤维复合材料油管及其制备方法，本发明提供的连续编织碳纤维复合材料油管重量轻，并且具有优异的耐腐蚀性能。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供了一种连续编织碳纤维复合材料油管，所述连续编织碳纤维复合材料油管由轴向纱和左向纱、右向纱组成；所述轴向纱沿轴向分布；所述左向纱和右向纱围绕轴向纱左右对称分布；
制备所述连续编织碳纤维复合材料油管的原料包括碳纤维。
优选地，所述轴向纱的份数为88~264根。
优选地，所述左向纱的份数为88~264根，所述右向纱的份数为88~264根。
优选地，所述左向纱和右向纱与轴向纱的夹角为±（15~40°）。
本发明还提供了上述技术方案所述连续编织碳纤维复合材料油管的制备方法，包括以下步骤：
（1）将碳纤维制成管状织物；
（2）将所述步骤（1）得到的管状织物套在成型芯模上，然后对管状织物的边缘进行预热平烫，得到预热后的管状织物；
（3）将所述步骤（2）得到的预热后的管状织物依次进行涂胶、缠带、烘烤、脱模、扒带、研磨、涂装和裁切包装，得到连续编织碳纤维复合材料油管。
优选地，所述步骤（2）中的成型芯模为Φ30~35mm的空心PVC管；所述成型芯模的长度为5~15m。
优选地，所述步骤（2）中的成型芯模的表面涂有脱模剂和树脂胶。
优选地，所述步骤（3）中缠带所缠的带膜为耐温型塑料带膜；所述耐温型塑料带膜的耐温范围为100~180℃。
优选地，所述步骤（3）中烘烤的温度为120~150℃，烘烤的时间为1.2~2.5h。
本发明提供了一种连续编织碳纤维复合材料油管，所述连续编织碳纤维复合材料油管由轴向纱和左向纱、右向纱组成；所述轴向纱沿轴向分布；所述左向纱和右向纱围绕轴向纱左右对称分布；制备所述连续编织碳纤维复合材料油管的原料包括碳纤维。本发明通过设置轴向纱、左向纱和右向纱，经过连续编织可制得管状材料，并且采用的编织结构有利于控制碳纤维的加工损伤，减少纤维的磨损和损伤；以碳纤维为原料，有利于得到重量轻、强度高、不生锈、耐腐蚀、热膨胀系数低、使用寿命长的连续编织碳纤维复合材料油管。实施例的结果显示，本发明提供的连续编织碳纤维复合材料油管的密度为1.65g/cm3，抗拉强度为750~850MPa，抗压强度为320MPa，热膨胀系数为0.15×10-5/K，耐酸碱性较优。
具体实施方式
本发明提供了一种连续编织碳纤维复合材料油管，所述连续编织碳纤维复合材料油管由轴向纱和左向纱、右向纱组成；所述轴向纱沿轴向分布；所述左向纱和右向纱围绕轴向纱左右对称分布；
制备所述连续编织碳纤维复合材料油管的原料包括碳纤维。
本发明提供的连续编织碳纤维复合材料油管由轴向纱和左向纱、右向纱组成。本发明通过设置轴向纱、左向纱和右向纱，经过连续编织可制得管状材料，并且采用的编织结构有利于控制碳纤维的加工损伤，减少纤维的磨损和损伤。
在本发明中，所述轴向纱沿轴向分布。在本发明中，所述轴向纱的份数优选为88~264根，更优选为176根。
在本发明中，所述左向纱和右向纱围绕轴向纱左右对称分布。在本发明中，所述左向纱的份数优选为88~264根，更优选为88根；所述右向纱的份数优选为88~264根，更优选为176根。
在本发明中，所述左向纱和右向纱与轴向纱的夹角优选为±（15~40°），更优选为±30°。
在本发明中，制备所述连续编织碳纤维复合材料油管的原料包括碳纤维。本发明以碳纤维为原料，碳纤维的轴向强度和模量高，无蠕变，耐疲劳性能好，比热及导电性介于非金属之间，热膨胀系数小，耐腐蚀性好，纤维的密度低，X射线透过性好，有利于得到重量轻、强度高、不生锈、耐腐蚀、热膨胀系数低、使用寿命长的连续编织碳纤维复合材料油管。在本发明中，所述碳纤维优选为12k碳纤维。本发明对所述碳纤维的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。
在本发明中，制备所述连续编织碳纤维复合材料油管的原料优选还包括玻璃纤维或涤纶纤维。在本发明中，所述玻璃纤维或涤纶纤维和碳纤维的质量比优选为50：50；所述玻璃纤维的细度优选为2400tex；所述涤纶纤维的细度优选为800tex。本发明对所述玻璃纤维和涤纶纤维的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。
在本发明中，所述连续编织碳纤维复合材料油管的直径优选为40~120mm；所述连续编织碳纤维复合材料油管的的长度优选为5~15m；所述连续编织碳纤维复合材料油管的接头方式优选为螺纹连接。
本发明通过设置轴向纱、左向纱和右向纱，经过连续编织可制得管状材料，并且采用编织结构有利于控制碳纤维的加工损伤，减少纤维的磨损和损伤；以碳纤维为原料，有利于得到重量轻、强度高、不生锈、耐腐蚀、热膨胀系数低、使用寿命长的连续编织碳纤维复合材料油管。
本发明还提供了上述技术方案所述连续编织碳纤维复合材料油管的制备方法，包括以下步骤：
（1）将碳纤维制成管状织物；
（2）将所述步骤（1）得到的管状织物套在成型芯模上，然后对管状织物的边缘进行预热平烫，得到预热后的管状织物；
（3）将所述步骤（2）得到的预热后的管状织物依次进行涂胶、缠带、烘烤、脱模、扒带、研磨、涂装和裁切包装，得到连续编织碳纤维复合材料油管。
本发明将碳纤维制成管状织物。
本发明对所述管状织物的制备方法没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的管状织物的制备方法即可。
在本发明中，所述管状织物优选包括单层管状织物或多层管状织物。本发明对所述多层管状织物的层数没有特殊的限定，根据所需油管的厚度确定即可。
本发明对所述管状织物的尺寸没有特殊的限定，根据所需油管的尺寸进行确定即可。
得到管状织物后，本发明将所述管状织物套在成型芯模上，然后对管状织物的边缘进行预热平烫，得到预热后的管状织物。本发明通过对管状织物的边缘进行预热平烫，使管状织物获得预应力。
在本发明中，所述成型芯模优选为Φ30~35mm的空心PVC管；所述成型芯模的长度优选为5~15m，更优选为10~12m。本发明对所述成型芯模的尺寸没有特殊的限定，根据所需油管的尺寸进行确定即可。
在本发明中，所述成型芯模的表面优选涂有脱模剂和树脂胶。
得到预热后的管状织物后，本发明将所述预热后的管状织物依次进行涂胶、缠带、烘烤、脱模、扒带、研磨、涂装和裁切包装，得到连续编织碳纤维复合材料油管。
本发明对所述涂胶、缠带、烘烤、脱模、扒带、研磨、涂装和裁切包装的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的涂胶、缠带、烘烤、脱模、扒带、研磨、涂装和裁切包装的技术方案即可。
在本发明中，当所述管状织物为多层管状织物时，所述涂胶优选为对每层织物进行涂胶处理。
在本发明中，所述缠带所缠的带膜优选为耐温型塑料带膜；所述耐温型塑料带膜的耐温范围优选为100~180℃。在本发明中，所述缠带起到保护和定型作用。
在本发明中，所述烘烤的温度优选为120~150℃；所述烘烤的时间优选为1.2~2.5h，更优选为1.5~2.0h；所述烘烤的设备优选为烘箱。
在本发明中，所述涂装的方式优选为油漆处理。
本发明提供的制备方法，对环境污染程度低，生产用的原料可以重复利用，具有广阔的市场前景。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种连续编织碳纤维复合材料油管，由轴向纱和左向纱、右向纱组成；轴向纱沿轴向分布，左向纱和右向纱围绕轴向纱左右对称分布；轴向纱的份数为88根，左向纱的份数为88根，右向纱份数为88根；左向纱与轴向纱的夹角为﹣30°，右向纱与轴向纱的夹角为+20°；
制备连续编织碳纤维复合材料油管的原料为12k碳纤维；
连续编织碳纤维复合材料油管的直径为35mm，长度为10m；连续编织碳纤维复合材料油管的接头方式为螺纹连接；
制备方法：
(1)编织：将12k碳纤维根据所需油管的管径尺寸，编织成多层圆管织物；
(2)套芯模：在成型芯模表面涂树脂胶，并打脱模剂，然后将步骤（1）得到的多层圆管织物套在成型芯模上，之后对多层管状织物的边缘进行预热平烫，得到预热后的多层圆管织物；成型芯模为Φ30mm的空心PVC管，成型芯模的长度为10m；
(3)涂胶：对每层织物进行涂胶处理，直至涂完所有编织层，得到涂胶后的多层圆管织物；
(4)缠带：在步骤(3)得到的涂胶后的多层圆管织物的表面缠上一层耐温型塑料带膜，得到缠带后的多层圆管织物；耐温型塑料带膜的耐温温度为100℃；
(5)烘烤：将步骤(4)得到的缠带后的多层圆管织物放进烘箱进行烘烤，得到烘烤后的多层圆管织物；烘烤的温度为120℃，烘烤的时间为1.5h；
(6)脱模：将步骤(5)得到的烘烤后的多层圆管织物里的成型芯模抽出，得到脱模后的多层圆管织物；
(7)扒带：将步骤(6)得到的脱模后的多层圆管织物表面的耐温型塑料带膜除去，得到扒带后的多层圆管织物；
(8)研磨：对步骤(7)得到的扒带后的多层圆管织物的表面进行研磨，得到研磨后的多层圆管织物；
(9)涂装：对步骤(8)得到的研磨后的多层圆管织物进行油漆处理，得到涂装后的多层圆管织物；
(10)裁切包装：将步骤(9)得到的涂装后的多层圆管织物进行裁切，然后包装打捆，得到连续编织碳纤维复合材料油管。
实施例2
一种连续编织碳纤维复合材料油管，由轴向纱和左向纱、右向纱组成；轴向纱沿轴向分布，左向纱和右向纱围绕轴向纱左右对称分布；轴向纱的份数为88根，左向纱的份数为88根，右向纱份数为88根；左向纱与轴向纱的夹角为﹣30°，右向纱与轴向纱的夹角为+30°；
制备连续编织碳纤维复合材料油管的原料为12k碳纤维和2400tex玻璃纤维；12k碳纤维和2400tex玻璃纤维的质量比为50：50；
连续编织碳纤维复合材料油管的直径为45mm，长度为11m；连续编织碳纤维复合材料油管的接头方式为螺纹连接；
制备方法：
(1)编织：将12k碳纤维和2400tex玻璃纤维根据所需油管的管径尺寸，编织成多层圆管织物；
(2)套芯模：在成型芯模表面涂树脂胶，并打脱模剂，然后将步骤（1）得到的多层圆管织物套在成型芯模上，之后对多层管状织物的边缘进行预热平烫，得到预热后的多层圆管织物；成型芯模为Φ30mm的空心PVC管，成型芯模的长度为15m；
(3)涂胶：对每层织物进行涂胶处理，直至涂完所有编织层，得到涂胶后的多层圆管织物；
(4)缠带：在步骤(3)得到的涂胶后的多层圆管织物的表面缠上一层耐温型塑料带膜，得到缠带后的多层圆管织物；耐温型塑料带膜的耐温温度为100℃；
(5)烘烤：将步骤(4)得到的缠带后的多层圆管织物放进烘箱进行烘烤，得到烘烤后的多层圆管织物；烘烤的温度为120℃，烘烤的时间为2h；
(6)脱模：将步骤(5)得到的烘烤后的多层圆管织物里的成型芯模抽出，得到脱模后的多层圆管织物；
(7)扒带：将步骤(6)得到的脱模后的多层圆管织物表面的耐温型塑料带膜除去，得到扒带后的多层圆管织物；
(8)研磨：对步骤(7)得到的扒带后的多层圆管织物的表面进行研磨，得到研磨后的多层圆管织物；
(9)涂装：对步骤(8)得到的研磨后的多层圆管织物进行油漆处理，得到涂装后的多层圆管织物；
(10)裁切包装：将步骤(9)得到的涂装后的多层圆管织物进行裁切，然后包装打捆，得到连续编织碳纤维复合材料油管。
实施例3
一种连续编织碳纤维复合材料油管，由轴向纱和左向纱、右向纱组成；轴向纱沿轴向分布，左向纱和右向纱围绕轴向纱左右对称分布；轴向纱的份数为88根，左向纱的份数为88根，右向纱份数为176根；左向纱与轴向纱的夹角为﹣30°，右向纱与轴向纱的夹角为+35°；
连续编织碳纤维复合材料油管的直径为35mm，长度为10m；连续编织碳纤维复合材料油管的接头方式为螺纹连接；
制备连续编织碳纤维复合材料油管的原料为12k碳纤维和800tex涤纶纤维；12k碳纤维和800tex涤纶纤维的质量比为50：50；
制备方法：
(1)编织：将12k碳纤维和800tex涤纶纤维根据所需油管的管径尺寸，编织成多层圆管织物；
(2)套芯模：在成型芯模表面涂树脂胶，并打脱模剂，然后将步骤（1）得到的多层圆管织物套在成型芯模上，之后对多层管状织物的边缘进行预热平烫，得到预热后的多层圆管织物；成型芯模为Φ35mm的空心PVC管，成型芯模的长度为11m；
(3)涂胶：对每层织物进行涂胶处理，直至涂完所有编织层，得到涂胶后的多层圆管织物；
(4)缠带：在步骤(3)得到的涂胶后的多层圆管织物的表面缠上一层耐温型塑料带膜，得到缠带后的多层圆管织物；耐温型塑料带膜的耐温温度为100℃；
(5)烘烤：将步骤(4)得到的缠带后的多层圆管织物放进烘箱进行烘烤，得到烘烤后的多层圆管织物；烘烤的温度为120℃，烘烤的时间为2.4h；
(6)脱模：将步骤(5)得到的烘烤后的多层圆管织物里的成型芯模抽出，得到脱模后的多层圆管织物；
(7)扒带：将步骤(6)得到的脱模后的多层圆管织物表面的耐温型塑料带膜除去，得到扒带后的多层圆管织物；
(8)研磨：对步骤(7)得到的扒带后的多层圆管织物的表面进行研磨，得到研磨后的多层圆管织物；
(9)涂装：对步骤(8)得到的研磨后的多层圆管织物进行油漆处理，得到涂装后的多层圆管织物；
(10)裁切包装：将步骤(9)得到的涂装后的多层圆管织物进行裁切，然后包装打捆，得到连续编织碳纤维复合材料油管。
测试实施例1~3中的连续编织碳纤维复合材料油管和金属管的密度、抗拉强度、抗压强度、热膨胀系数、耐酸性能和耐碱性能，测试结果见表1；其中，金属管为购买于丰达石油装备股份有限公司生产的型号为FD-5/8—1-1/8的金属管。
表1 实施例1~3中的连续编织碳纤维复合材料油管和金属管的性能
由以上实施例可以看出，本发明提供的连续编织碳纤维复合材料油管具有重量轻、强度高、不生锈、耐腐蚀、热膨胀系数低、使用寿命长的优点，密度为1.65g/cm3，抗拉强度为750~850MPa，抗压强度为320MPa，热膨胀系数为0.15×10-5/K，耐酸碱性能为优。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种连续编织碳纤维复合材料油管，所述连续编织碳纤维复合材料油管由轴向纱和左向纱、右向纱组成；所述轴向纱沿轴向分布；所述左向纱和右向纱围绕轴向纱左右对称分布；
制备所述连续编织碳纤维复合材料油管的原料包括碳纤维。
2.根据权利要求1所述的连续编织碳纤维复合材料油管，其特征在于，所述轴向纱的份数为88~264根。
3.根据权利要求1所述的连续编织碳纤维复合材料油管，其特征在于，所述左向纱的份数为88~264根，所述右向纱的份数为88~264根。
4.根据权利要求1所述的连续编织碳纤维复合材料油管，其特征在于，所述左向纱和右向纱与轴向纱的夹角为±（15~40°）。
5.权利要求1~4任一项所述连续编织碳纤维复合材料油管的制备方法，包括以下步骤：
（1）将碳纤维制成管状织物；
（2）将所述步骤（1）得到的管状织物套在成型芯模上，然后对管状织物的边缘进行预热平烫，得到预热后的管状织物；
（3）将所述步骤（2）得到的预热后的管状织物依次进行涂胶、缠带、烘烤、脱模、扒带、研磨、涂装和裁切包装，得到连续编织碳纤维复合材料油管。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中的成型芯模为Φ30~35mm的空心PVC管；所述成型芯模的长度为5~15m。
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中的成型芯模的表面涂有脱模剂和树脂胶。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中缠带所缠的带膜为耐温型塑料带膜；所述耐温型塑料带膜的耐温范围为100~180℃。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中烘烤的温度为120~150℃，烘烤的时间为1.2~2.5h。
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