高层间抗剪切强度的中空结构壁热固性复合材料管道制造技术

本实用新型专利技术公开了一种高层间抗剪切强度的中空结构壁热固性复合材料管道，包括内实壁和外实壁，内实壁和外实壁之间以径向的直立筋连接，还包括层间长纤维，层间长纤维为连续纤维；在轴向剖面上，层间长纤维呈S形依次复合在内实壁、直立筋、外实壁和直立筋上；层间长纤维的材质为玻璃纤维、玄武岩纤维或碳纤维。本实用新型专利技术的有益效果是：在传统的层合结构上增加了层间纤维，以显著改善层间剪切性能。以显著改善层间剪切性能。以显著改善层间剪切性能。

【技术实现步骤摘要】
高层间抗剪切强度的中空结构壁热固性复合材料管道


[0001]本技术涉及制管领域，具体是一种高层间抗剪切强度的中空结构壁热固性复合材料管道。

技术介绍

[0002]中国专利文献CN111022781A于2020年4月7日公开了“中空壁结构玻璃钢管道及其制作工艺”，中空壁结构玻璃钢管道至少包括内外两层实壁层，相邻的两实壁层之间设有中空层，所述中空层包括环内侧实壁层周向缠绕的硬质的中空管。在此基础上，本专利技术还公开了该种中空壁结构玻璃钢管道的制作工艺：制作最内侧的实壁层、缠绕中空管、填充缠绕树脂纤维材料、制作外实壁层、固化、切割。本专利技术的有益效果是：具有重量轻、强度高、方便制造的优势，有利于先进技术的推广。对于此类玻璃钢中空结构壁管而言，管壁结构决定了其内部应力分布的不均匀，而连续缠绕的管材由于层间界面清晰，层间剪切性能较弱。当径向受压发生变形时，直立筋承受的层间剪切应力远大于内实壁层和外实壁层，易发生层间剪切破坏。根据《GB/T30969
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2014聚合物基复合材料短梁剪切强度试验方法》中的介绍，典型的层间剪切破坏导致的失效模式包括层间分离、因压缩导致的不可恢复的隆起、因拉伸导致的不可恢复的凹陷或断裂、非弹性变形导致的变形等。当出现这些现象时，证明玻璃钢中空结构壁管的密封功能很可能已经丧失，传输流体的功能也将随之快速丧失，管的寿命即将终结。对于埋设在土中的市政用管道而言，上方的负重和下方的水土流失是造成管道承受径向剪切力的长期潜在因素。申请人认为，有必要针对现有中空结构壁热固性复合材料管道进行优化设计，以提高层间抗剪切强度，延长管道的使用寿命。

技术实现思路

[0003]基于以上问题，本技术提供一种高层间抗剪切强度的中空结构壁热固性复合材料管道，在传统的层合结构上增加了层间纤维，以显著改善层间剪切性能。
[0004]为了实现专利技术目的，本技术采用如下技术方案：一种高层间抗剪切强度的中空结构壁热固性复合材料管道，包括内实壁和外实壁，内实壁和外实壁之间以径向的直立筋连接，还包括层间长纤维，层间长纤维为连续纤维；在轴向剖面上，层间长纤维呈S形依次复合在内实壁、直立筋、外实壁和直立筋上；层间长纤维的材质为玻璃纤维、玄武岩纤维或碳纤维。
[0005]作为优选，所述所述层间长纤维在管壁的周向上均匀密布。
[0006]作为优选，所述层间长纤维的使用量与管壁周长的比值范围为50~400根/米。
[0007]作为优选，还包括层间短纤维；层间短纤维随机的复合在内实壁、外实壁和直立筋上；层间短纤维的材质为玻璃纤维、玄武岩纤维或碳纤维。
[0008]作为优选，层间短纤维的长度范围为10~100mm。
[0009]作为优选，层间短纤维的使用量按质量比计不少于直立筋总质量的5%。
[0010]本技术方案设计的高层间抗剪切强度的中空结构壁热固性复合材料管道，在内侧
设计有内实壁，在外侧设计有外实壁，内实壁和外实壁之间则以直立筋作为连接，从而形成中空的复合管壁结构。在该结构中，直立筋对内实壁和外实壁起到连接和支撑的作用，并且对中空结构的形成具有决定性的有意义。但是热固性复合材料管道（以玻璃钢材质为典型）在制备时依然是分层缠绕制成，这就决定了直立筋从结构上来说依然是层叠缠绕的，在径向受力时，直立筋的层间剪切应力是远大于内实壁和外实壁的。为此，本方案在复合制备管道时添加了层间长纤维作为强化结构。层间长纤维的材质可以是玻璃纤维、玄武岩纤维或碳纤维，还可以是其它具有相似物理特性的人造纤维或自然纤维。常见的玻璃纤维、玄武岩纤维例如1200TEX、2400TEX、4800TEX、9600TEX等规格，碳纤维中的小丝束、大丝束，均可采用。层间长纤维是连续纤维，长度可达到数百米、上千米。层间长纤维被弯曲成S形，依次复合在内实壁、直立筋、外实壁和直立筋上，并且在管壁的轴向上从首至尾连续重复。在此方案中，同一根层间长纤维上既有一部分是沿径向延伸，也有一部分是沿轴向延伸，可以将相邻的内实壁、直立筋、外实壁在轴向和径向两个方向上有机的连接起来，在受到径向压力时，可以通过层间长纤维将受力分解至相邻区域，从而显著提升受力点的受力抵抗效果。层间长纤维在管壁的周向上均匀密布，可以消除受力短板。针对不同的受力需求，可以选择在一个单位距离的管壁周长中设置不同数量的层间长纤维。
[0011]进一步的，还可以在内实壁、直立筋、外实壁上随机复合层间短纤维。层间短纤维的材质为玻璃纤维、玄武岩纤维或碳纤维，还可以是其它具有相似物理特性的人造纤维或自然纤维。长度范围控制在10~100mm。使用量按质量比计不少于直立筋总质量的5%。层间短纤维可以混合在树脂中，充分分散后涂刷在层间，复合固化后在各个方向上均可以显著改善抗拉伸能力，对于提高直立筋自身的抗剪切能力，对内实壁、直立筋、外实壁之间的连接强度，均有很好的辅助效果。
[0012]综上所述，本技术的有益效果是：在传统的层合结构上增加了层间纤维，以显著改善层间剪切性能。
附图说明
[0013]图1是本技术的截面视图。
[0014]其中：1内实壁，2外实壁，3直立筋，4层间长纤维，5层间短纤维。
具体实施方式
[0015]下面结合附图与具体实施方式对本技术做进一步的描述。
[0016]实施例为一种高层间抗剪切强度的中空结构壁热固性复合材料管道。
[0017]参见图1所示，本例的高层间抗剪切强度的中空结构壁热固性复合材料管道，包括位于内侧的内实壁1、位于外侧的外实壁2，在内实壁1和外实壁2之间，则是沿径向延伸的直立筋3。内实壁1和外实壁2和直立筋3的制备采用如中国专利文献CN111022781A中公开的方式制备。
[0018]本例中还增加了层间长纤维4和层间短纤维5作为结构强化。
[0019]层间长纤维4为连续纤维，本例的材质为2400TEX规格的玻璃纤维。在轴向剖面上，层间长纤维4被弯曲成S形，依次复合在内实壁1、直立筋3、外实壁2和直立筋3上，并且在管壁的轴向上从首至尾连续重复。在管壁的周向上，层间长纤维4均匀密布，平均每一米管壁
周长配置220根。复合层间长纤维4时，采用的是两条中空管成型模具并列缠绕的办法。一条在缠绕时将层间长纤维4压在内侧，另一条在缠绕时将层间长纤维4露在外侧，继续一条压在内侧一条压在外侧，直至缠绕到管子的尽头。然后进行复合固化。
[0020]层间短纤维5的长度在10~100mm之间，本例选15mm，材质也同样是2400TEX规格的玻璃纤维。层间短纤维5被均匀混合至树脂内，在管道制造时，树脂被涂刷在每层树脂纤维材料外，然后被复合固化。层间短纤维5的使用量按质量比计不少于直立筋3总质量的5%，本例约为16%。
[0021]本例的高层间抗剪切强度的中空结构壁热固性复合材料管道，将层间长纤维4和层间短纤维5复合在内，层间长纤维4显著改善了层间剪切性能，层间短纤维5则在各个方向上均显著改善了抗拉伸能力。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高层间抗剪切强度的中空结构壁热固性复合材料管道，包括内实壁（1）和外实壁（2），内实壁（1）和外实壁（2）之间以径向的直立筋（3）连接，其特征是，还包括层间长纤维（4），层间长纤维（4）为连续纤维；在轴向剖面上，层间长纤维（4）呈S形依次复合在内实壁（1）、直立筋（3）、外实壁（2）和直立筋（3）上；层间长纤维（4）的材质为玻璃纤维、玄武岩纤维或碳纤维。2.根据权利要求1所述的一种高层间抗剪切强度的中空结构壁热固性复合材料管道，其特征是，所述层间长纤维（4）在管壁的周向上均匀密布。3.根据权利要求2所述的一种高层间抗剪切强度的中空结构壁热固性复合材料管道，其特征是，所述层间长纤维（...

【专利技术属性】
技术研发人员：何军，朱四荣，
申请(专利权)人：杭州坦科机械科技有限公司，
类型：新型
国别省市：