一种螺旋夹芯复合材料管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种螺旋夹芯复合材料管及其制备方法，所述复合材料管自内向外由复合材料内层、螺旋夹芯层和复合材料外层相包裹紧贴构成；所述制备方法包括步骤是，材料准备；复合材料管内层缠绕、加热固化；螺旋夹芯层中的复合材料螺旋加强筋的缠绕成型、加热固化；螺旋夹芯层中的轻质材料螺旋加强筋的填充；复合材料外层的缠绕、加热固化。本发明专利技术有效解决了复合材料夹芯轻质构件在径向及轴向上的抗压及抗弯曲能力，提高了复合材料管在高压环境下的作业能力。作业能力。作业能力。

【技术实现步骤摘要】
一种螺旋夹芯复合材料管及其制备方法


[0001]本专利技术属于复合材料管制造
，具体涉及一种螺旋夹芯复合材料管及分步成型制备方法。

技术介绍

[0002]复合材料管线作为海洋资源开发装备的核心组成，是众多国家在海洋资源领域竞相支持的重点领域，其结构设计、耐压性能及成型工艺是保障深海作业安全的重要研究方向，其被普遍认为是极具发展前景的资源运输装置。
[0003]目前，现有的文献多集中于均质复合材料管线的研究，如专利CN202121074008.4、CN202020839543.3、CN202011099958.2、CN202011476718.X等，或者针对复合材料管的制备工艺或结构参数设计进行了讨论，如专利CN202010247901.6、CN202111586687.8、CN202111019751.4、CN201510464345.7等。虽然这些文献从其它方面对提高复合材料管的制备与设计进行了研究，但仅仅针对均质复合材料管的研究。为了更好的降低复合材料管的重量，夹芯复合材料管也相继被研究，如专利CN202120650709.1、CN202110344750.0、CN201410342726.3等。虽然这些研究提出了一些夹芯管的设计方法与制备工艺，提高了复合材料管径向刚度及弯曲刚度，使得复合材料管的抗弯与抗振动能力增强，但同时也削弱了复合材料管轴向刚度与剪切刚度，造成复合材料管综合抗载荷能力较差。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的是为了解决现有夹芯管线综合刚度存在的不足，提供一种轻质螺旋夹芯复合材料管及制备方法。
[0005]本专利技术通过设计一种螺旋夹芯的复合材料管，从而改善了复合材料管的结构综合性能，提高了复合材料管在更复杂环境的适用性。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案予以实现。
[0007]一种螺旋夹芯复合材料管，自内向外由复合材料内层，螺旋夹芯层和复合材料外层相包裹紧贴构成。
[0008]进一步优选方案，所述螺旋夹芯复合材料管的复合材料内层中还包裹有内衬。
[0009]进一步优选方案，所述螺旋夹芯层由若干相互交错螺旋排布的复合材料螺旋加强筋和若干轻质材料螺旋加强筋紧贴构成。
[0010]进一步优选方案，所述复合材料螺旋加强筋和轻质材料螺旋加强筋的螺旋角为8～80
°
，螺旋头数为2～20。
[0011]进一步优选方案，所述复合材料螺旋加强筋和轻质材料螺旋加强筋的断截面形状为等腰三角形，矩形和梯形中的任一种。
[0012]进一步优选方案，所述螺旋夹芯复合材料管壁厚H与长度L之比为1/10～1/1000，且复合材料内层厚度Hi：螺旋夹芯层厚度Hc：复合材料外层厚度He＝1：(0.5
‑
10)：(1
‑
4)。
[0013]为达到上述目的，本专利技术采用如下另一技术方案予以实现。
[0014]本专利技术的一种螺旋夹芯复合材料管的制备方法，具体包括如下步骤：
[0015]S1：按设计要求选配复合材料管的模具或者内衬，并对内衬进行表面处理；
[0016]S2：采用缠绕方法将复合材料按设计要求缠绕在模具或内衬表面，制得复合材料管内层预制体；
[0017]S3：将预制体放置固化炉或者热压罐中进行加热加压固化，固化温度为120℃～250℃，固化时间为4～24小时，固化时的压力为[0～1]MPa；
[0018]S4：将固化后的预制体采用螺旋组合工装和人工铺放的方式按设计要求进行螺旋夹芯层中的复合材料螺旋加强筋的铺放，制得复合材料螺旋加强筋缠绕体；
[0019]S5：将复合材料螺旋加强筋缠绕体放置在固化炉或者热压罐中进行加热加压固化，固化温度为120℃～250℃，固化时间为4～24小时，固化时的压力为[0～1]MPa；
[0020]S6：采用填充方法将固化后的复合材料螺旋加强筋缠绕体安置在缠绕机器上进行轻质材料螺旋加强筋的填充；所述轻质材料为泡沫材料，ABS材料、聚碳酸酯材料或聚酰胺材料；
[0021]S7：采用缠绕方法，在填充后的螺旋夹心层外表面，按设计要求缠绕复合材料外层；
[0022]S8：将复合材料外层缠绕完成的螺旋夹芯复合材料管放置固化炉或热压罐中进行加热加压固化，固化温度为120℃～250℃，固化时间为4～24小时，固化时的压力为[0～1]MPa。
[0023]S9：对采用模具制备的螺旋夹芯复合材料管，进行脱模处理。
[0024]进一步地，步骤S1中，所述的表面处理包括喷砂或涂覆粘结剂。
[0025]进一步地，步骤S2中，所述复合材料按体积百分比由38％～70％的纤维材料与30％～62％的基体材料组成，其中纤维材料为碳纤维或玻璃纤维；基体材料为单相材料或两相材料，单相材料为环氧树脂或酚醛树脂；两相材料按体积百分比由50％～98％的树脂与2％～50％的纳米颗粒组成，其中树脂为环氧树脂或酚醛树脂，纳米颗粒为碳纳米管、石墨烯、金属纳米材料中任一种，在本专利技术制备工艺中，复合材料为预浸料或湿法浸胶纤维粘性体，其中预浸料为纤维浸渍基体后烘干形成的非固化复合材料；湿法浸胶纤维粘性体为纤维完全浸渍基体后形成的非固化复合材料。
[0026]进一步地，步骤S2和步骤S7中，所述的缠绕方法为干法缠绕方法或湿法缠绕方法。
[0027]进一步地，步骤S6中，所述的填充方法为手动填充方法或3D打印填充方法。
[0028]进一步地，步骤S6中，所述轻质材料为复合泡沫材料或3D打印轻质塑料材料。
[0029]进一步地，步骤S6，在填充轻质材料螺旋加强筋前还对复合材料螺旋加强筋缠绕体表面，和步骤S7，在缠绕复合材料外层前还对螺旋夹心层外表面均分别涂覆树脂基体，涂覆厚度为0.1mm～1.5mm。
[0030]有益效果：本专利技术与现有技术相比，通过对夹芯复合材料管夹心层结构进行设计，改善管在轴向与环向的加筋分布，有效提高复合材料综合抗载荷能力；同时，通过分布成型工艺方法，有效实现该类型管的成型制备；结合这两点，解决了现有夹芯管综合抗载荷能力差、管强度低的问题，为新型复合材料管的设计与制备提供新的途径，具有较好的使用效果。
附图说明
[0031]图1(a)是本专利技术实施例1的螺旋夹芯复合材料管结构立体示意图；
[0032]图1(b)是本专利技术实施例1的螺旋夹芯复合材料管结构剖面示意图；
[0033]图1(c)是本专利技术实施例1的螺旋夹芯复合材料管结构剖面示意图；
[0034]图2(a)是本专利技术实施例2的螺旋夹芯复合材料管结构立体示意图；
[0035]图2(b)是本专利技术实施例2的螺旋夹芯复合材料管结构剖面示意图；
[0036]图2(c)是本专利技术实施例2的螺旋夹芯复合材料管结构剖面示意图；
[0037]图3(a)是本专利技术实施例3的螺旋夹芯复合材料管结构立体示意图；
[0038]图3(b)是本专利技术实施例3的螺旋夹芯复合材料管结构剖面示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种螺旋夹芯复合材料管，其特征在于，自内向外由复合材料内层，螺旋夹芯层和复合材料外层相包裹紧贴构成。2.根据权利要求1所述的一种螺旋夹芯复合材料管，其特征在于，所述螺旋夹芯复合材料管的复合材料内层中还包裹有内衬。3.根据权利要求1所述的一种螺旋夹芯复合材料管，其特征在于，所述螺旋夹芯层由若干相互交错螺旋排布的复合材料螺旋加强筋和若干轻质材料螺旋加强筋紧贴构成。4.根据权利要求3所述的一种螺旋夹芯复合材料管，其特征在于，所述复合材料螺旋加强筋和轻质材料螺旋加强筋的螺旋角为8～80
°
，螺旋头数为2～20，所述复合材料螺旋加强筋和轻质材料螺旋加强筋的断截面形状为等腰三角形，矩形或梯形。5.根据权利要求1所述的一种螺旋夹芯复合材料管，其特征在于，所述螺旋夹芯复合材料管壁厚H与长度L之比为1/10～1/1000，且复合材料内层厚度Hi：螺旋夹芯层厚度Hc：复合材料外层厚度He＝1：(0.5
‑
10)：(1
‑
4)。6.一种根据权利要求1
‑
5任一所述螺旋夹芯复合材料管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：按设计要求选配复合材料管的模具或者内衬，并对内衬进行表面处理；S2：采用缠绕方法将复合材料按设计要求缠绕在模具或内衬表面，制得复合材料管内层预制体；S3：将预制体放置固化炉或者热压罐中进行加热加压固化，固化温度为120℃～250℃，固化时间为4～24小时，固化时的压力为[0～1]MPa；S4：将固化后的预制体采用螺旋组合工装和人工铺放的方式按设计要求进行螺旋夹芯层中的复合材料螺旋加强筋的铺放，制得复合材料螺旋加强筋缠绕体；S5：将复合材料螺旋加强筋缠绕体放置在固化炉或者热压罐中进行加热加压固化，固化温度为120...

【专利技术属性】
技术研发人员：康超，占俊，刘赞，邓博，周宏根，刘金锋，陈宇，谢阳，李炳强，陈冶，叶双，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：