一种高刚度复合材料管道及其制造方法技术

一种高刚度复合材料管道及其制造方法，由内到外依次为内衬层、结构层、夹层结构、防护层；其中，内衬层、结构层和防护层均为纤维或织物增强树脂基复合材料采用缠绕工艺制备而成，所述夹层结构采用浸渍树脂的经编间隔织物包覆于结构层表面，经树脂固化而形成中空夹层结构；或是在中空夹层结构中填充轻质泡沫塑料而形成实心夹层结构。本发明专利技术采用中空或轻质泡沫填充的夹层结构，使得管道的重量大幅降低，实现了轻量化。同时，由于采用夹层结构可以实现更少的材料获得更厚的管壁厚度，大大提高管壁截面惯性矩，提高了管道刚度，从而实现了高刚度、低成本化。

【技术实现步骤摘要】
一种高刚度复合材料管道及其制造方法
本专利技术涉及一种输送各种介质的复合材料管道及其制作方法，尤其涉及一种高刚度复合材料管道。
技术介绍
当前给排水行业管道种类众多，比较常见的如混凝土管、钢管、树脂基复合管等，每种管道都有其优势及其劣势。如钢管强度、刚度高，但容易锈蚀；混凝土管刚度大价格低，但水力性能差重量大；树脂基复合管主要是指采用树脂为基体经过增强后制作而成的复合材料管道，如纤维增强塑料管，具有优异的耐腐蚀性和水力性能，但是刚度较低。综合比较而言，树脂基复合管作为一种复合材料管道，具有更加突出的优势，是发展的趋势和方向。但是树脂基管道的刚度较低的缺点，导致其在地质条件不良或回填施工不好的情况下，容易变形，甚至产生损伤破坏。如果按现有结构和制作工艺来制作高刚度树脂基管道，则成本势必会增加很多，重量也增加较多，不利于其推广应用。玻璃钢夹砂管作为一种树脂基复合管采用了树脂石英砂的夹层结构，在一定程度上降低了成本，虽在一定程度上降低了成本，但是施工困难，尤其是施工过程中容易发生变形。为此市场上需要一种高刚度、低成本、重量轻的新型管道产品。
技术实现思路
本专利技术提供一种高刚度、低成本、重量轻的树脂基复合管道及其制作方法，其技术方案如下：(1)一种高刚度复合材料管道及其制造方法，由内到外依次为内衬层、结构层、夹层结构和防护层；其中，内衬层、结构层和防护层均为树脂基复合材料采用缠绕工艺制备而成，所述夹层结构采用浸渍树脂的经编间隔织物包覆于结构层表面，经树脂固化而形成中空夹层结构；或是在中空夹层结构中充实轻质泡沫塑料而形成实心夹层结构。(2)所述的树脂基复合材料采用不饱和聚醋树脂、环氧树脂或乙烯基酯树脂为基体材料，采用玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维或聚酯纤维及其织物为增强材料。(3)所述的夹层结构是按如下方式包覆于结构层表面：可以将浸渍树脂的经编间隔织物整体环向缠绕于结构层表面；也可以分段将经编间隔织物沿管道轴向或圆周方向依次拼接于结构层表面；也可以将经编间隔织物以带状形式螺旋缠绕于结构层表面。(4)所述的夹层结构为单层织物结构或多层织物结构。(5)所述的经编间隔织物是一种三维中空结构织物，由上面层、下面层及间隔纱层组成。(6)所述经编间隔织物的面层和间隔纱层可以是无机纤维，如玻璃纤维，玄武岩纤维，碳纤维等，也可以是有机纤维，如聚乙烯、PET、尼龙、芳纶、聚酯树脂纤维等，或是上述两种或几种纤维混杂编织而成。(7)所述的轻质泡沫塑料是聚氨酯泡沫、酚醛泡沫、聚苯乙烯泡沫、EVA泡沫、PVC泡沫、聚丙烯泡沫、聚乙烯泡沫、有机硅泡沫等发泡材料的一种。(8)一种高刚度复合材料管道的制造方法，制造过程如下：第一步：在管道缠绕系统上采用聚酯毡、表面毡或短切毡等纤维织物缠绕制作内衬层，内衬层厚度为0.2-2mm；第二步：然后在内衬层外面采用纤维连续纱、纤维带或织物等进行缠绕，形成结构层，厚度按照内压要求以及缠绕角度而确定。；第三步：采用浸胶的经编间隔织物包覆于结构层表面，经树脂固化，形成中空夹层结构，或是再向中空夹层结构中填充轻质泡沫塑料而形成实心夹层结构，夹层结构厚度为3-60mm；第四步：采用纤维连续纱及短切纱或织物在夹层结构外表面上进行缠绕，形成防护层，厚度为1-5mm。本专利技术的有益效果：(1)采用中空或轻质材料填充的夹层结构制作的复合材料管道，使得管道的重量大幅降低，实现了轻量化；(2)夹层结构主要采用经编间隔织物与树脂复合，与结构层以及防护层材料相一致，能很好的结合在一起，不存在界面问题，具有更高的可靠性。(3)由于采用夹层结构可以采用更少的材料获得更厚的管壁厚度，大大提高管壁截面惯性矩，提高了管道刚度，从而实现了高刚度、低成本化。附图说明为了使本专利技术的内容更容易被清楚的理解，下面对本专利作进一步附图说明，图1为本专利所述的一种高刚度复合材料管道的结构示意图。其中包括内衬层1、结构层2、夹层结构3以及防护层4，5为浸渍树脂的经编间隔织物，6为轻质泡沫塑料。具体实施方式以下实施例进一步阐释本专利技术的技术方案，但不作为对本专利技术保护范围的限制。参照附图所示，本专利技术一种高刚度复合材料管道，由内到外依次为内衬层1、结构层2、夹层结构3、防护层4。其中，内衬层、结构层、防护层均为树脂基复合材料采用缠绕工艺制作，所述夹层结构3采用浸渍树脂的经编间隔织物5包覆于结构层表面，经树脂固化形成一定厚度的中空夹层结构；也可以在中空夹层结构中填充轻质泡沫塑料6而形成实心夹层结构。所述的夹层结构3是按如下方式包覆于结构层2表面：可以将浸渍树脂的经编间隔织物整体环向缠绕于结构层表面；也可以分段将经编间隔织物沿轴向或圆周方向依次拼接于结构层表面；也可以将经编间隔织物以带状形式螺旋缠绕于结构层表面。经编间隔织物是一种三维中空结构织物，由上面层、下面层及间隔纱层组成。其面层和间隔纱层可以是无机纤维，如玻璃纤维，玄武岩纤维，碳纤维等，也可以是有机纤维，如聚乙烯、PET、尼龙、芳纶、聚酯树脂纤维等，或是上述两种或几种纤维混杂编织而成。轻质泡沫塑料是聚氨酯泡沫、酚醛泡沫、聚苯乙烯泡沫、EVA泡沫、PVC泡沫、聚丙烯泡沫、聚乙烯泡沫、有机硅泡沫等发泡材料的一种。夹层结构可以是单层织物结构也可以是多层织物结构。本专利技术一种高刚度复合材料管道的制作过程如下：第一步：在管道缠绕系统的圆柱形模具上通过内衬缠绕部分将聚酯毡、表面毡或短切毡等纤维织物缠绕制作内衬层1，内衬层1的厚度为0.2-2mm；第二步：将纤维连续纱、纤维带或织物等缠绕到内衬层的外面，形成结构层2。结构层2的厚度根据管道直径及不同压力、刚度等要求由计算确定。第三步：将浸渍树脂的经编间隔织物5包覆于结构层2，经树脂固化形成中空夹层结构；或是再向中空夹层结构中填充轻质泡沫塑料6而形成实心夹层结构。夹层结构3的厚度主要根据管道直径及刚度计算确定，一般厚度为3-60mm。第四步：将纤维连续纱、纤维带或织物等缠绕到夹层结构3的外表面，形成防护层4。防护层4的厚度根据管道直径及不同压力、刚度等要求由计算确定，一般厚度为2-5mm。在刚度等级均为30000N/m2时，采用本专利技术的夹层结构制作方法制作直径为2000mm的复合材料管道，其重量为传统结构树脂基复合管的35％左右，材料成本为传统复合管道的50％左右。采用本专利技术的的夹层结构制作方法制作直径为2000mm、刚度等级为30000N/m2的复合材料管道，其材料成本与直径为2000mm、刚度等级为6500N/m2的传统结构的管道基本相当，但重量仅为传统复合材料管道的40％左右。同时由于这种管道刚度高、重量轻、抗变形能力强，在管道运输、施工安装等方面都带来极大的便利和更好的经济效益。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高刚度复合材料管道，其特征在于管道由内到外依次为内衬层、结构层、夹层结构和防护层；其中，内衬层、结构层和防护层均为树脂基复合材料采用缠绕工艺制备而成，所述夹层结构按照采用浸渍树脂的经编间隔织物包覆于结构层表面，经树脂固化而形成中空夹层结构；或是在中空夹层结构中填充轻质泡沫塑料而形成实心夹层结构。

【技术特征摘要】
1.一种高刚度复合材料管道，其特征在于管道由内到外依次为内衬层、结构层、夹层结构和防护层；其中，内衬层、结构层和防护层均为树脂基复合材料采用缠绕工艺制备而成，所述夹层结构按照采用浸渍树脂的经编间隔织物包覆于结构层表面，经树脂固化而形成中空夹层结构；或是在中空夹层结构中填充轻质泡沫塑料而形成实心夹层结构。2.如权利要求1所述的高刚度复合材料管道，其特征在于所述的树脂基复合材料采用不饱和聚酯树脂、环氧树脂或乙烯基酯树脂为基体材料，采用玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维或聚酯纤维及其织物为增强材料。3.如权利要求1所述的高刚度复合材料管道，其特征在于所述的夹层结构是按如下方式包覆于结构层表面：可以将浸渍树脂的经编间隔织物整体环向缠绕于结构层表面；也可以分段将经编间隔织物沿管道轴向或圆周方向依次拼接于结构层表面；也可以将经编间隔织物以带状形式螺旋缠绕于结构层表面。4.如权利要求1所述的高刚度复合材料管道，其特征在于所述的夹层结构为单层结构或多层结构。5.如权利要求1所述的高刚度复合材料管道，其特征在于所述的经编间隔织物是一种三维中空结构织物，由上面层、下面层及间隔纱层组成。...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴晓青，魏俊富，肖沅谕，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12