一种适用于高外压环境的玻璃纤维增强粘结柔性管制造技术

本发明专利技术公开了一种适用于高外压环境的玻璃纤维增强粘结柔性管，其结构由内向外依次包括热塑性衬里层、金属骨架层、热塑性功能层、螺旋缠绕在热塑性功能层上的玻璃纤维增强层和外保护层。本发明专利技术相比传统的粘结非金属增强柔性管三层结构来说，增加了一层金属骨架层和热塑性功能层，利用金属波纹管和螺旋钢丝或钢带轴向弯曲能力和较高环向刚度的特点，使柔性管能够维持一定的柔性要求，满足柔性管最小弯曲半径要求的同时，又能使能够其具有较高的抗外压能力适用于高外压的工程环境，本发明专利技术专利具有高抗外压能力的同时，金属骨架层也能提供一定的抗内压能力和抗拉能力。

A Glass Fiber Reinforced Bonded Flexible Pipe for High External Pressure Environment

The invention discloses a glass fiber reinforced bonded flexible pipe suitable for high external pressure environment, whose structure includes thermoplastic lining layer, metal skeleton layer, thermoplastic functional layer, glass fiber reinforced layer spirally wound on thermoplastic functional layer and outer protective layer from inside to outside. Compared with the traditional three-layer structure of bonded non-metallic reinforced flexible pipe, the invention adds a metal skeleton layer and a thermoplastic functional layer. By utilizing the characteristics of metal bellows and spiral steel wires or strips with high axial bending capacity and high circumferential stiffness, the flexible pipe can maintain certain flexibility requirements, meet the requirements of minimum bending radius of flexible pipe, and at the same time enable it to have a flexible pipe. The patent of the invention has high external pressure resistance, at the same time, the metal skeleton layer can also provide certain internal pressure resistance and tension resistance.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于高外压环境的玻璃纤维增强粘结柔性管
本专利技术专利涉及到一种粘结柔性管，特别涉及一种适用于海洋、埋地等高外压环境的玻璃纤维增强粘结柔性管，其可以应用于海洋及陆上油气工程、市政输水工程及建筑暖通工程等领域。
技术介绍
柔性管作为一种新型管线产品，最早是在20世纪70年代被开发出来。由于其相比于钢管和钢筋混凝土管具有较强的变形能力、较好的抗腐蚀能力以及较好的耐疲劳性等优点，因此，被主要应用于海洋环境等动力荷载占主导地位和存在腐蚀介质的工程环境中。柔性管通常是由热塑性树脂基体和增强材料组成的复合材料管，通常由衬里层、增强层和外保护层三层结构组成。目前，柔性管按材料和结构形式可划分粘结柔性管和非粘结柔性管。粘结柔性管是指，柔性管的各层之间相互粘结在一起，各层之间没有间隙，如附图1所示，包括衬里层1、增强层2和外保护层3，非粘结柔性管是指，柔性管的增强层和衬里层以及外保护层之间相互分离，各层之间有一定的间隙，又称环形域，如附图2所示，包括衬里层4、环形域5、增强层6、环形域7和外保护层8，非粘结柔性管各层之间能有一定的相对位移，环形域之间容易形成气聚，造成环形域中的压力增加，从而使管道内外层发生爆破。此外，根据增强材料的不同，柔性管又可以分为金属增强柔性管和非金属增强柔性管。金属增强柔性管是指，柔性管的增强层主要由金属材料组成，例如钢带、钢丝等材料；非金属增强柔性管是指，柔性管的增强层主要由非金属材料组成，例如玻璃纤维、芳纶纤维和碳纤维等。本专利技术专利属于非金属增强粘结柔性管。目前，非金属增强粘结柔性管结构上，主要由热塑性树脂衬里层、非金属增强层和外保护层三层结构组成，各层之间相互粘结在一起。由于非金属增强粘结柔性管所使用的材料抗压能力不强，造成非金属增强粘结柔性管的环向刚度较低，因此，非金属增强粘结柔性管的抗外压能力较弱。
技术实现思路
针对目前非粘结柔性管具有环形域容易产生气聚，增强层抗磨擦能力不足，以及增强层容易受到管内外物质侵蚀等缺点；金属粘结柔性管具有自重较大，抗腐蚀能力差等缺点；非金属粘结柔性管具有环向刚度不足，抗外压能力差等缺点。本专利技术专利提供了一种具有较好变形能力、较小的弯曲半径、良好的抗内压能力；较好抗腐蚀能力、不易产生气聚，并且具有良好抗外压能力的适用于高外压环境的玻璃纤维增强粘结柔性管。本专利技术采用如下技术方案：一种适用于高外压环境的玻璃纤维增强粘结柔性管，其结构由内向外依次包括热塑性衬里层、金属骨架层、热塑性功能层、螺旋缠绕在热塑性功能层上的玻璃纤维增强层和外保护层，其中，热塑性衬里层和金属骨架层、金属骨架层和热塑性功能层、热塑性功能层和玻璃纤维增强层、玻璃纤维增强层与外保护层之间均相互粘结在一起，形成玻璃纤维增强粘结柔性管的管体。作为优选，所述热塑性衬里层采用热塑性树脂。优选聚乙烯（主要为高密度聚乙烯HDPE和超高相对分子质量聚乙烯UHMWPE）、聚丙烯、聚丁烯、聚烯烃树脂、聚氯乙烯树脂、聚苯乙烯树脂、ABS树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯树脂、聚酰胺树脂、聚碳酸酯树脂、热塑性聚酯树脂（PET、PBT等）、聚甲醛、聚苯醚、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚酰亚胺树脂等热塑性树脂，可以根据柔性管的应用环境以及管内输送介质，选择合适的材料。衬里层作用主要是为管内流体提供光滑内壁，为管内输送介质提供保温效果，并为金属骨架层提供防腐蚀保护。作为优选，所述金属骨架层可以为经过喷砂处理或者采用带有孔洞的不锈钢波纹管、金属锁扣管、波纹管和钢管相互间隔布置的金属管、螺旋缠绕的高强高韧性钢丝或螺旋缠绕的高强高韧性钢带，金属骨架层紧密镶嵌在热塑性衬里层和热塑性功能层之间，并与之紧密粘合。金属骨架层作用主要为管道提供较高的环向刚度，从而使柔性管具有较强的抗外压能力；由于波纹管和螺旋形结构能够沿管道轴向产生弯曲，所以也可以保证管道的最小弯曲半径和可盘卷性的要求。作为优选，所述热塑性功能层采用热塑性树脂，与热塑性衬里层采用相同材料树脂。热塑性功能层作用主要是为避免玻璃纤维增强层与骨架层直接接触，而造成玻璃纤维断裂。作为优选，所述玻璃纤维增强层紧密的螺旋缠绕在功能层上，缠绕角度30°至70°。作为优选，所述玻璃纤维增强层的形成可以由经过处理的玻璃纤维束缠绕形成，或者通过玻璃纤维与热塑性树脂形成的玻璃纤维增强带缠绕形成。玻璃纤维增强层主要作用是为管道提供较高的抗内压能力和抗轴向拉伸能力。玻璃纤维增强层的主要材料为玻璃纤维和热塑性树脂基体复合而成的复合材料。作为优选，所述玻璃纤维需要经过预浸处理，预浸处理包括：一、热处理，通过高温加热箱除去玻璃纤维表面原有的胶料和水分；二、酸碱刻蚀处理，主要利用酸碱溶液与玻璃纤维表面的氧化物反应，使玻璃纤维表面形成空穴，提高玻璃纤维与树脂基体之间的粘结力；三、偶联剂处理，通过硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂和钛酸酯偶联剂等对玻璃纤维进行表面处理提高玻璃纤维与基体树脂间的浸润性和粘结力，并且降低玻璃纤维的吸水性。酸碱刻蚀处理，例如，玻璃纤维置于20%的100摄氏度的盐酸溶液中，处理6小时。作为优选，所述外保护层采用由热塑性树脂材料，外保护层紧密包裹在玻璃纤维增强层外，并与之紧密粘结。外保护层的主要作用是使玻璃纤维增强层与外部环境隔离开来，防止外部腐蚀介质或者外力破坏玻璃纤维增强层，同时提供一定的抗外压能力和保温效果。作为优选，所述不锈钢波纹管为锯齿状凸起的波纹管或阶梯状凸起的波纹管。作为优选，所述金属锁扣管通过截面为S形锁扣或C形锁扣两两缠绕形成。本专利技术的有益效果是：1、相比传统的粘结非金属增强柔性管三层结构来说，增加了一层金属骨架层和热塑性功能层，该专利具有五层结构层。2、利用金属波纹管和螺旋钢丝或钢带的轴向弯曲能力和较高环向刚度的特点，使柔性管能够维持一定的柔性要求，满足柔性管最小弯曲半径要求的同时，又能使能够其具有较高的抗外压能力适用于高外压的工程环境。3、相比现有的非金属增强粘结柔性管而言，本专利技术专利具有高抗外压能力的同时，金属骨架层也能提供一定的抗内压能力和抗拉能力。4、本专利技术专利采用金属骨架层，一定程度上可以减少玻璃纤维增强层的缠绕层数，因此，可以适当降低管道生产的成本。附图说明图1是现有粘结柔性管的一种结构示意图；图2是现有非粘结柔性管的一种结构示意图；图3是本专利技术的一种结构示意图；图4是图3的一种侧视图；图5是本专利技术中不锈钢波纹管的一种结构示意图；图6是本专利技术中金属锁扣管的一种结构示意图；图7是本专利技术中金属管的一种结构示意图；图8是本专利技术中螺旋缠绕的高强高韧性钢丝的一种结构示意图；图9是本专利技术中螺旋缠绕的高强高韧性钢带的一种结构示意图；图中：1、衬里层，2、增强层，3、外保护层，4、衬里层，5、环形域，6、增强层7、环形域，8、外保护层，9、热塑性衬里层，10、金属骨架层，11、热塑性功能层，12、玻璃纤维增强层，13、外保护层，14、锯齿状凸起的波纹管，15、阶梯状凸起的波纹管，16、S形锁扣，17、C形锁扣。具体实施方式下面通过具体实施例，并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步的具体描述：实施例：如附图3和4所示，一种适用于高外压环境的玻璃纤维增强粘结柔性管，其结构由内向外依次包括热塑性衬里层、金属骨架层、热塑性功能层、螺旋缠绕在热塑性功能层上的玻璃纤维增强层和外保护层，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于高外压环境的玻璃纤维增强粘结柔性管，其特征是，其结构由内向外依次包括热塑性衬里层、金属骨架层、热塑性功能层、螺旋缠绕在热塑性功能层上的玻璃纤维增强层和外保护层，其中，热塑性衬里层和金属骨架层、金属骨架层和热塑性功能层、热塑性功能层和玻璃纤维增强层、玻璃纤维增强层与外保护层之间均相互粘结在一起，形成玻璃纤维增强粘结柔性管的管体。

【技术特征摘要】
1.一种适用于高外压环境的玻璃纤维增强粘结柔性管，其特征是，其结构由内向外依次包括热塑性衬里层、金属骨架层、热塑性功能层、螺旋缠绕在热塑性功能层上的玻璃纤维增强层和外保护层，其中，热塑性衬里层和金属骨架层、金属骨架层和热塑性功能层、热塑性功能层和玻璃纤维增强层、玻璃纤维增强层与外保护层之间均相互粘结在一起，形成玻璃纤维增强粘结柔性管的管体。2.根据权利要求1所述的一种适用于高外压环境的玻璃纤维增强粘结柔性管，其特征是，所述热塑性衬里层采用热塑性树脂。3.根据权利要求1所述的一种适用于高外压环境的玻璃纤维增强粘结柔性管，其特征是，所述金属骨架层可以为经过喷砂处理或者采用带有孔洞的不锈钢波纹管、金属锁扣管、波纹管和钢管相互间隔布置的金属管、螺旋缠绕的高强高韧性钢丝或螺旋缠绕的高强高韧性钢带，金属骨架层紧密镶嵌在热塑性衬里层和热塑性功能层之间，并与之紧密粘合。4.根据权利要求1所述的一种适用于高外压环境的玻璃纤维增强粘结柔性管，其特征是，所述热塑性功能层采用热塑性树脂，与热塑性衬里层采用相同材料树脂。5.根据权利要求1所述的一种适用于高外压环境的玻璃纤维增强粘结柔性管，其特征是，所述玻璃纤维增强层紧密的螺旋缠绕在功能层上，缠绕角度30°至70°。6.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张霄杰，刘畅，白勇，张宗政，张大朋，
申请(专利权)人：宁波欧佩亚海洋工程装备有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33