一种非粘结热塑性复合材料柔性管及其制备工艺制造技术

本发明专利技术提供一种非粘结热塑性复合材料柔性管及其制备工艺，所述柔性管最内层和最外层分别为内衬骨架层和外保护层，所述内衬骨架层和外保护层之间设有至少一层抗拉层和至少一层抗压层,所述内衬骨架层、抗拉层、抗压层、外保护层任意两层之间设有耐磨层，所述内衬骨架层由不同纤维含量的复合材料带与芯模轴线的缠绕角度大于等于70°小于90°缠绕、加热熔融和压合粘结而成，所述内衬骨架层纤维含量由内至外逐渐降低，每一种复合材料带的缠绕层数为偶数层且相邻两层之间缠绕方向相反。本发明专利技术的有益效果是具有普通钢制柔性管所具有的柔性与强度、具有更好的耐腐蚀性和优秀的抗疲劳特性、质量轻、性价比高等显著优点。

Non adhesive thermoplastic composite flexible pipe and preparation process thereof

The invention provides a non adhesive thermoplastic composite flexible pipe and its preparation process, wherein the flexible tube of the innermost layer and the outermost layer were lined with a skeleton layer and an outer protective layer and the tensile layer at least one layer and at least one layer of compressive layer is arranged between the inner framework layer and the outer protective layer of the inner liner the skeleton layer, tensile compressive layer, layer and the outer protective layer is provided with arbitrary wear-resisting layer between the two layers, the inner framework layer composed of composite materials with different fiber content and winding angle core axis is greater than or equal to 70 degrees less than 90 DEG winding, heating and melting and pressing bonding, the lining layer of fiber skeleton the content from the inside to the outside gradually reduced, each kind of composite material with the winding layers between two adjacent layers of winding layer and even in the opposite direction. The invention has the advantages of flexibility and strength, better corrosion resistance, excellent fatigue resistance, light quality, high cost performance, etc. compared with ordinary steel flexible pipes.

【技术实现步骤摘要】
一种非粘结热塑性复合材料柔性管及其制备工艺
本专利技术涉及热塑性复合材料管道制造
，具体的说是一种非粘结热塑性复合材料柔性管及其制备工艺。
技术介绍
随着全球油气开采行业的不断发展，对于应用于海洋油气开采的管道需求量越来越大。比较而言，海洋油气开发相比陆上作业工况要复杂的多，对管道抗疲劳、抗压、耐温、耐腐蚀等性能有很高要求。柔性管具有耐腐蚀、重量轻、可盘卷、易安装和回收、可降低综合成本等优点，受到业界的普遍关注。目前世界上已经出现多种截面结构的柔性管产品。其中，目前应用的绝大部分的柔性管仍以螺旋钢带或者金属线圈增强结构作为骨架层、压力层和拉伸层等承压结构。这一结构增加了柔性管的重量，并常常会带来腐蚀、疲劳及对H2S和CO2的敏感性，极易导致失效。现有技术中采用缠绕方法做管道内层，在用作输油输气管道时，往往会出现由于粘合部位界面强度低而发生渗透、脱粘剥离进而失效的现象，从而造成较大的经济损失。CN201410282015中的管道结构包括内骨架层、内衬层、非粘接增强层、内保护层、外骨架层、外拉伸层、抗磨层和外保护层。为了防止内衬层发生真空塌陷，内部设有内骨架层。内骨架层的存在虽然在一定程度上降低了真空塌陷的风险，但由于内部摩阻系数大，严重降低了输送效率，仍有较高的结蜡可能；在输送含沙量较高的介质时有很大的局限性。该管道中也部分采用了热固性树脂材料，通常其固化效果控制难度大、采用的部分原料如固化剂等有较大的毒性和污染，不利于回收利用。且该种管道制备工艺繁琐，可能需要重复缠绕、挤出等工序。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述技术的不足，提供了一种质量轻、耐腐蚀性好、耐疲劳性好、适用于海洋油气开采的非粘结热塑性复合材料柔性管及其制备工艺。本专利技术的技术方案是：一种非粘结热塑性复合材料柔性管，所述非粘结热塑性复合材料柔性管最内层为内衬骨架层，所述非粘结热塑性复合材料柔性管最外层为外保护层，所述内衬骨架层和外保护层之间设有至少一层抗拉层和至少一层抗压层,所述内衬骨架层、抗拉层、抗压层、外保护层任意两层之间设有耐磨层，所述内衬骨架层由不同纤维含量的复合材料带缠绕而成，所述复合材料带与芯模轴线的缠绕角度范围为α，所述α范围为70°≤α＜90°，所述内衬骨架层所使用的复合材料带的纤维含量由内至外逐渐降低，所述内衬骨架层每一种复合材料带的缠绕层数为偶数层，所述内衬骨架层相邻两层复合材料带之间缠绕方向相反，所述内衬骨架层最内层中紧贴芯模的复合材料带边缘相互搭接，所述复合材料带通过加热熔融和压合粘结形成一个整体结构。所述内衬骨架层所使用的复合材料带与芯模轴线的缠绕角度α的范围为：80°≤α≤85°。所述内衬骨架层所使用的复合材料带与芯模轴线的缠绕角度α为85°。所述非粘结热塑性复合材料柔性管层数大于等于7小于等于15。所述内衬骨架层最内层复合材料带中纤维含量为60～70％，所述内衬骨架层最外层复合材料带中纤维含量为20～30％。所述内衬骨架层厚度范围为5～20mm，所述内衬骨架层最内层厚度范围为3～8mm。所述的非粘结热塑性复合材料柔性管的制备工艺，包括以下步骤：(1)内衬骨架层的制作1)首先将宽30～50mm、纤维含量60～70％的复合材料带与芯模轴线缠绕角度α进行搭接缠绕，所述纤维含量60～70％的复合材料带在缠绕的同时采用激光加热方式对相邻复合材料带搭接区域进行加热使之熔融并压合粘结，所述α的角度范围为70°≤α＜90°；2)将宽30～50mm、纤维含量60～70％的复合材料带按照步骤1)缠绕角度α相反的方向即-α角进行缠绕，在缠绕的同时对复合材料带整个幅面进行加热处理和热压粘合，从而将经过缠绕、加热处理和热压粘合形成的层贴合在步骤1)所形成的层外表面；3)将宽30～50mm、纤维含量60～70％的复合材料带按照步骤1)缠绕角度α进行缠绕，在缠绕的同时对复合材料带整个幅面进行加热处理和热压粘合，从而将经过缠绕、加热处理和热压粘合形成的层贴合在步骤2)所形成的层外表面；4)重复步骤2)n1+1次，重复步骤3)n1次，所述n1为正整数，所述纤维含量60～70％的复合材料与芯模轴线缠绕角度±α分别进行n1+2次缠绕、加热处理和热压粘合后形成内衬骨架层的最内层，所述内衬骨架层的最内层的厚度范围为3～8mm；5)将宽30～50mm、纤维含量低于步骤1)大于20～30％的其他几个不同纤维含量的复合材料带按照与芯模轴线缠绕角度±α方向进行n2次缠绕，在缠绕的同时将复合材料带整个幅面进行加热处理和热压粘合，从而将每次缠绕、加热处理和热压粘合形成的层贴合在内衬骨架层最内层或上一层所形成的层外表面，所述前后两层复合材料带的缠绕角度刚好相反；所述每一种纤维含量的复合材料带的缠绕厚度范围为2～5mm；所述内衬骨架层从内至外纤维含量逐渐降低，所述n2为正整数且为偶数；6)将宽度30～50mm、纤维含量20～30％的复合材料带按照与芯模轴线缠绕角度±α方向进行n3次缠绕，在缠绕的同时将复合材料带整个幅面进行加热处理和热压粘合，从而将每次缠绕、加热处理和热压粘合形成的层贴合在步骤5)所形成的层或上一层所形成的层外表面，所述前后两层带材的缠绕角度刚好相反，所述纤维含量20～30％的复合材料带的缠绕厚度为2～4mm，所述n3为正整数且为偶数；(2)抗拉层的制作1)选用热塑性复合材料带所述抗拉层通过宽度10～30mm、厚度2～4mm、纤维含量20～70％的热塑性复合材料带与芯模轴线缠绕角度±β方向进行n4次缠绕成型，20°≤β＜45°，所述n4为正整数且为偶数，所述前一层热塑性复合材料带与后一层热塑性复合材料带缠绕角度β方向相反，所述热塑性复合材料带采用交叉缠绕方式；2)选用连续性纤维丝束所述抗拉层通过连续性纤维丝束与芯模轴线缠绕角度±β方向n5次缠绕成型，20°≤β＜45°，所述n5为正整数且为偶数，所述前一层连续性纤维丝束与后一层连续性纤维丝束缠绕角度β方向相反；所述连续性纤维丝束采用交叉缠绕方式，所述连续性纤维丝束的单丝直径范围为：10～30um，所述连续性纤维丝束线密度范围为1300～2500g/km；(3)抗压层的制作所述抗压层通过宽度10～50mm，厚度3～7mm、纤维含量40～70％的热塑性复合材料带与芯模轴线缠绕角度±γ进行n6次缠绕成型，60°≤γ＜90°，所述n6为正整数且为偶数，所述前一层热塑性复合材料带和后一层热塑性复合材料带缠绕角度γ方向相反；(4)外保护层的制作所述外保护层通过HDPE原料及其它助剂混合均匀后经单螺杆挤出设备挤出形成，所述单螺杆挤出设备机筒温度为170～190℃，所述单螺杆挤出设备的模头温度为170～190℃；(5)耐磨层的制作1)选用芳纶或尼龙纤维所述耐磨层通过编织机将芳纶或尼龙纤维编制成网状结构贴附在内衬骨架层、抗拉层、抗压层、外保护层任意两层之间，所述芳纶或尼龙纤维中纤维丝束之间间隔0.3～5mm且成90°交叉，所述芳纶或尼龙纤维中纤维丝束与芯模轴线成45°角；2)选用尼龙带所述耐磨层通过尼龙带交叉缠绕贴附内衬骨架层、抗拉层、抗压层、外保护层在任意两层之间，所述尼龙带与芯模轴线的缠绕角度为45°角。所述内衬骨架层在缠绕和熔融的同时，采用张紧装置对复合材料带施加300～500N的缠绕张力，并通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非粘结热塑性复合材料柔性管，其特征在于：所述非粘结热塑性复合材料柔性管最内层为内衬骨架层，所述非粘结热塑性复合材料柔性管最外层为外保护层，所述内衬骨架层和外保护层之间设有至少一层抗拉层和至少一层抗压层,所述内衬骨架层、抗拉层、抗压层、外保护层任意两层之间设有耐磨层，所述内衬骨架层由不同纤维含量的复合材料带缠绕而成，所述复合材料带与芯模轴线的缠绕角度范围为α，所述α范围为70°≤α＜90°，所述内衬骨架层所使用的复合材料带的纤维含量由内至外逐渐降低，所述内衬骨架层每一种复合材料带的缠绕层数为偶数层，所述内衬骨架层相邻两层复合材料带之间缠绕方向相反，所述内衬骨架层最内层中紧贴芯模的复合材料带边缘相互搭接，所述复合材料带通过加热熔融和压合粘结形成一个整体结构。

【技术特征摘要】
1.一种非粘结热塑性复合材料柔性管，其特征在于：所述非粘结热塑性复合材料柔性管最内层为内衬骨架层，所述非粘结热塑性复合材料柔性管最外层为外保护层，所述内衬骨架层和外保护层之间设有至少一层抗拉层和至少一层抗压层,所述内衬骨架层、抗拉层、抗压层、外保护层任意两层之间设有耐磨层，所述内衬骨架层由不同纤维含量的复合材料带缠绕而成，所述复合材料带与芯模轴线的缠绕角度范围为α，所述α范围为70°≤α＜90°，所述内衬骨架层所使用的复合材料带的纤维含量由内至外逐渐降低，所述内衬骨架层每一种复合材料带的缠绕层数为偶数层，所述内衬骨架层相邻两层复合材料带之间缠绕方向相反，所述内衬骨架层最内层中紧贴芯模的复合材料带边缘相互搭接，所述复合材料带通过加热熔融和压合粘结形成一个整体结构。2.根据权利要求1所述的非粘结热塑性复合材料柔性管，其特征在于：所述内衬骨架层所使用的复合材料带与芯模轴线的缠绕角度α的范围为：80°≤α≤85°。3.根据权利要求1所述的非粘结热塑性复合材料柔性管，其特征在于：所述内衬骨架层所使用的复合材料与芯模轴线的缠绕角度α为85°。4.根据权利要求1-3任意一项所述的非粘结热塑性复合材料柔性管，其特征在于：所述非粘结热塑性复合材料柔性管层数大于等于7小于等于15。5.根据权利要求4所述的非粘结热塑性复合材料柔性管，其特征在于：所述内衬骨架层最内层复合材料带中纤维含量为60～70％，所述内衬骨架层最外层复合材料带中纤维含量为20～30％。6.根据权利要求5所述的非粘结热塑性复合材料柔性管，其特征在于：所述内衬骨架层厚度范围为5～20mm，所述内衬骨架层最内层厚度范围为3～8mm。7.根据权利要求1-6任意一项所述的非粘结热塑性复合材料柔性管的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：(1)内衬骨架层的制作1)首先将宽30～50mm、纤维含量60～70％的复合材料带与芯模轴线缠绕角度α进行搭接缠绕，所述纤维含量60～70％的复合材料带在缠绕的同时采用激光加热方式对相邻复合材料带搭接区域进行加热使之熔融并压合粘结，所述α的角度范围为70°≤α＜90°；2)将宽30～50mm、纤维含量60～70％的复合材料带按照步骤1)缠绕角度α相反的方向即-α角进行缠绕，在缠绕的同时对复合材料带整个幅面进行加热处理和热压粘合，从而将经过缠绕、加热处理和热压粘合形成的层贴合在步骤1)所形成的层外表面；3)将宽30～50mm、纤维含量60～70％的复合材料带按照步骤1)缠绕角度α进行缠绕，在缠绕的同时对复合材料带整个幅面进行加热处理和热压粘合，从而将经过缠绕、加热处理和热压粘合形成的层贴合在步骤2)所形成的层外表面；4)重复步骤2)n1+1次，重复步骤3)n1次，所述n1为正整数，所述纤维含量60～70％的复合材料与芯模轴线缠绕角度±α分别进行n1+2次缠绕、加热处理和热压粘合后形成内衬骨架层的最内层，所述内衬骨架层的最内层的厚度范围为3～8mm；5)将宽30～50mm、纤维含量低于步骤1)大于20～30％的其他几个不同纤维含量的复合材料带按照与芯模轴线缠绕角度±α方向进行n2次缠绕，每层复合材料带在缠绕的同时对整个幅面进行加热处理和热压粘合，从而将每次缠绕、加热处理和热压粘合形成的层贴合在内衬骨架层最内层或上一层所形成的层...

【专利技术属性】
技术研发人员：王森，慈胜宗，时晨，于志猛，孙晓林，王晓欣，
申请(专利权)人：威海纳川管材有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37