一种大直径复合材料管及其制备方法和系统技术方案

本发明专利技术属于桥梁设备领域，具体涉及一种大直径复合材料管及其制备方法和系统。所述大直径纤维复合材料管的外径大于100mm，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤(1)：制备纤维纵向标准块，纵向标准块为弧形板，且两侧分别设有承插接口；步骤(2)：将多个纵向标准块通过承插接口进行拼装，拼接处涂刷树脂胶，拼装成管后采用环箍临时固定；步骤(3)：采用浸胶之后的纤维，对拼装管进行预拉张力纤维缠绕；步骤(4)：固化成型，得到成品管。本发明专利技术解决了目前拉挤工艺在生产大直径管件在技术上、经济成本上的难题。

【技术实现步骤摘要】
一种大直径复合材料管及其制备方法和系统
本专利技术属于桥梁设备领域，具体涉及一种大直径复合材料管及其制备方法和系统。
技术介绍
随着国民经济的快速发展，我国的基础建设得到了巨大进步。作为重要基础设施的桥梁，在经济发展中也到了飞速的发展。其社会的重要性，要求我们必须及其重视其强度、刚度、稳定性问题。近年来，地震、山洪等自然灾害频繁发生，在灾害的影响下，许多桥梁受到了较为严重的破坏，给我造成了巨大的经济损失，也对人民群众的生命安全造成了极大的威胁。灾害发生后，桥梁坍塌损毁，交通阻断，切断了供给线，给抢险救灾带了巨大的阻力。纤维增强树脂基复合材料具有质量轻、高比强度、高比模量、可设计性高等优势。复合材料拉挤工艺由于生产工艺效率高，复合材料中纤维的分布均为纵向分布，其纵向弹性模量和纵向强度均比较高，为制备复合材料拉压杆件提供了材料基础。目前，拉挤工艺对于单一纤维复合材料拉挤技术较为成熟。但是纤维复合材料在成本控制和力学性能具有明显的优势。目前的拉挤工艺对截面较小的生产制备较为承受，但是对于较大直径的管件拉挤的研究还不够。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种大直径复合材料管及其制备方法和系统，通过将复合材料管进行分块拉挤，然后拼装，继而用预应力碳纤维缠绕，实现了大直径纤维复合材料管的制备。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种大直径纤维复合材料管的制备方法，所述大直径纤维复合材料管的外径大于100mm，所述方法包括如下步骤：步骤(1)：制备纤维纵向标准块，纵向标准块为弧形板，且两侧分别设有承插接口；步骤(2)：将多个纵向标准块通过承插接口进行拼装，拼接处涂刷树脂胶，拼装成管后采用环箍临时固定；步骤(3)：采用浸胶之后的纤维，对拼装管进行预拉张力纤维缠绕；步骤(4)：固化成型，得到成品管。进一步的，步骤(1)中采用拉挤的方法制备纤维纵向标准块。进一步的，步骤(2)中标准块的承插接口为相互配合的槽和插入槽的凸起；拼装时，先固定拼装底部标准块，然后依次利用承插接口对称安装两侧标准块，承插口处涂刷树脂胶，将大直径纤维复合材料管的标准块进行拼装,拼装完成后两端用环箍进行临时固定。进一步的，步骤(3)具体为：将步骤(2)拼装的管安装在纤维缠绕机上，并解除临时环箍，纤维通过张力控制器进行张力制度控制，然后纤维通过浸胶槽，通过移动的小车上的吐丝嘴，对拼装好的大直径纤维复合材料管做纤维缠绕准备工作。进一步的，纤维缠绕张力为纤维抗拉强度的5％-10％；由内向外各层张力逐渐减少；缠绕速度为25-50m/min。一种大直径纤维复合材料管，采用上述的方法制备的。进一步的，所述的复合材料管由树脂和增强纤维组成，优选的，所述树脂为热固定树脂或热塑性树脂，所述增强纤维为碳纤维和/或玻璃纤维；优选的碳纤维的直径为6-10μm,玻璃纤维的直径为5-20μm。一种大直径纤维复合材料管的制备系统，包括：标准块拉挤成型生产线：通过拉挤的方式制备标准块拼装装置：用于将标准块拼装为管；预拉张力纤维缠绕生产线：采用浸胶之后的纤维，对拼装管进行预拉张力纤维缠绕。进一步的，所述标准块拉挤成型生产线包括依次连接的纱架，排纱器，浸胶装置，预成型模，成型固化模具，牵引装置，切割装置和制品托架。进一步的，预拉张力纤维缠绕生产线包括张力控制器，浸胶槽，带有吐丝嘴的移动的小车。本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：(1)本专利技术提供的大直径纤维复合材料管的制备方法，采用了分块拉挤-拼装-预拉张力缠绕纤维的制备方法，解决了目前拉挤工艺在生产大直径管件在技术上、经济成本上的难题。(2)本专利技术的制备方法，拼装后，采用张力控制器控制纤维的张力，从而对拼装后的管进行缠绕，保证了管件的整体性和力学性能。附图说明图1为本专利技术的标准块的制备装置示意图。图2为本专利技术的标准块拼装示意图。图3为复合材料管预拉张力纤维缠绕示意图。附图标记说明：1-纱架，2-排纱器，3-浸胶系统，4-预成型模，5-成型固压模具，6-牵引装置，7-切割装置，8-制品托架，9-拼装设备，10-承插口，11-标准块，12-纤维，13-张力控制器，14-浸胶槽，15-移动小车，16-吐丝嘴。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。一种大直径纤维复合材料管，为空心管状结构，管外径大于100mm，本专利技术中给出典型的截面构型。所述大直径纤维复合材料管，由树脂和增强纤维组成，所述树脂基体为常用的热固性树脂和热塑性树脂，所述增强纤维为碳纤维、玻璃纤维等纤维，其中所述碳纤维的直径通常为6-10μm,玻璃纤维的直径通常为5-20μm。拉挤过程中的各组分的体积比可根据实际工程需要进行配比设计。一种大直径纤维复合材料管的工艺流程为：首先通过拉挤设置(如图1)制备大直径纤维复合材料管的标准块，然后对标准块进行拼装，利用缠绕机上对拼装好的大直径纤维复合材料管进行纤维缠绕，最后固化成型得到成品管。标准块数量的确定，要充分考虑既有拉挤设备的牵引力大小、模具制造成本、拼装效率、拼装接口对管件的力学性能影响等综合因素。一种生产大直径纤维复合材料管标准块的装置，如图1所示，包括纱架1、排纱器2、侵胶体统3、预成型模4、成型固化模具5、牵引装置6、切割装置7、制品托架8。一种大直径纤维复合材料管的制备方法。包括如下步骤：(1)大直径纤维复合材料管拼装设备就位拼装设备示意如图2所示，置于复合材料管的两端，将拼装设备9安装就位，先固定拼装底部标准块11，然后依次利用承插接口10对称安装两侧标准块，承插口出涂刷树脂胶，将大直径纤维复合材料管的标准块进行拼装,拼装完成后两端用环箍进行进行临时固定。(2)大直径纤维复合材料管置于纤维缠绕机上将大直径纤维复合材料管17安装在纤维缠绕机(图3)上，并解除临时环箍，布置需要的纤维12，纤维通过张力控制器13进行张力制度控制，然后纤维通过浸胶槽14，通过移动的小车15上的吐丝嘴16，对拼装好的大直径纤维复合材料管做纤维缠绕准备工作。(3)预拉张力纤维缠绕纤维缠绕张力过小,制品强度低，纤维缠绕张力过大,会使纤维的强度损失加大,制品强度下降。所以,纤维缠绕张力选择要适当,经验证明纤维缠绕张力大小一般为纤维抗拉强度的5％-10％比较适宜。由于在缠绕张力作用下，外层纤维将对内层纤维产生一个径向的接触压力，使内层产生收缩变形，同时缠绕层产生内松外紧的现象，为了使内外各层纤维在缠绕完成后的张力基本相同，应按相应的纤维缠绕张力设计理论,设计由内向外各层张力逐渐减少的张力制度并由张力控制系统进行控制实现。缠绕速度的过小，生产效率低下；缠绕速度过大，管转速过高，容易造成树脂离心外溅，纤维不能得到良好的浸润。因此，缠绕速度一般控制在25-50m/min为宜。缠绕角选择过小,横向强度减弱,纵向弯曲刚度提高，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大直径复合材料管的制备方法，所述大直径纤维复合材料管的外径大于100mm，其特征在于，所述方法包括如下步骤：/n步骤(1)：制备纤维纵向标准块，纵向标准块为弧形板，且两侧分别设有承插接口；/n步骤(2)：将多个纵向标准块通过承插接口进行拼装，拼接处涂刷树脂胶，拼装成管后采用环箍临时固定；/n步骤(3)：采用浸胶之后的纤维，对拼装管进行预拉张力纤维缠绕；/n步骤(4)：固化成型，得到成品管。/n

【技术特征摘要】
1.一种大直径复合材料管的制备方法，所述大直径纤维复合材料管的外径大于100mm，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤(1)：制备纤维纵向标准块，纵向标准块为弧形板，且两侧分别设有承插接口；
步骤(2)：将多个纵向标准块通过承插接口进行拼装，拼接处涂刷树脂胶，拼装成管后采用环箍临时固定；
步骤(3)：采用浸胶之后的纤维，对拼装管进行预拉张力纤维缠绕；
步骤(4)：固化成型，得到成品管。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中采用拉挤的方法制备纤维纵向标准块。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(2)中标准块的承插接口为相互配合的槽和插入槽的凸起；
拼装时，先固定拼装底部标准块，然后依次利用承插接口对称安装两侧标准块，承插口处涂刷树脂胶，将大直径纤维复合材料管的标准块进行拼装,拼装完成后两端用环箍进行临时固定。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(3)具体为：将步骤(2)拼装的管安装在纤维缠绕机上，并解除临时环箍，纤维通过张力控制器进行张力制度控制，然后纤维通过浸胶槽，通过移动的小车上的吐丝嘴，对拼装好的大直径纤维复合材料管做纤维缠绕准备工...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵启林，张利伟，曲全亮，马森，姚远明，王亚丹，郭晨明，吴应松，尹初，
申请(专利权)人：赵启林，
类型：发明
国别省市：江苏;32