一種連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合管及其成型方法技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合管及其成型方法，包括SFT擠出層、CFRT纏繞增強(qiáng)層兩層交替纏繞結(jié)構(gòu)，兩種材料通過(guò)在纏繞模具上進(jìn)行擠出和纏繞。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)采用上述方案后，制作的管材結(jié)構(gòu)上改變了以往增強(qiáng)管的內(nèi)襯層、增強(qiáng)層、保護(hù)層的三層結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)方式由傳統(tǒng)的三段式變?yōu)橐徊椒ǎ渥畲蟮暮锰幘褪翘岣吡诵剩瑴p少能耗，通過(guò)擠出纏繞一步進(jìn)行，使得管材具有可設(shè)計(jì)性，滿(mǎn)足不同應(yīng)用領(lǐng)域的要求。管材適用性廣，不但可以制作小口徑管材，而且大口徑的管材依然適用，與傳統(tǒng)纏繞管相比大口徑管材的能耗均減少30%?50%；制備產(chǎn)品及所產(chǎn)生的邊角料，可回收，再次利用，屬綠色產(chǎn)品技術(shù)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合管及其成型方法
本專(zhuān)利技術(shù)屬于復(fù)合材料
，具體涉及一種連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合管及其成型方法。
技術(shù)介紹
石油天然氣開(kāi)采對(duì)國(guó)家的重要性是眾所周知的。石油天然氣開(kāi)采業(yè)過(guò)去絕大部分采用的是各種鋼管，最突出的問(wèn)題是腐蝕。隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，迫切需要突破傳統(tǒng)管道的局限，尋求技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性能更好的新型管道。近年石油天然氣行業(yè)越來(lái)越多地采用非金屬管道。在中國(guó)，由于石油天然氣資源很多在沙漠，沼澤，海洋和海灘（從淺海到深海）中，耐腐蝕抗高壓又柔韌可曲撓，可以制成很長(zhǎng)連續(xù)盤(pán)管的增強(qiáng)熱塑性塑料管（RTP）相比于金屬管道就具有了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。RTP復(fù)合管道生產(chǎn)工藝先進(jìn)、成本低、性能優(yōu)良、施工費(fèi)用少且技術(shù)易配套，為此深受世界各國(guó)的普遍重視，歐美、德、法、英、日、俄等國(guó)家早在70年代就開(kāi)始研究RTP復(fù)合管的生產(chǎn)技術(shù)，目前已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)階段。目前我過(guò)對(duì)于RTP的生產(chǎn)研究處于起步階段，相關(guān)產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)亟需升級(jí)。中國(guó)專(zhuān)利201220074379.7一種玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性塑料管中公布了一種玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性塑料管，分為內(nèi)層，增強(qiáng)層及保護(hù)層，所述保護(hù)層材料為玻璃纖維粗紗或玻璃纖維繩或經(jīng)玻璃纖維表面處理過(guò)的繩類(lèi)，經(jīng)過(guò)涂塑方法成為增強(qiáng)帶進(jìn)行纏繞成管，由于熱塑性樹(shù)脂的黏度大，粗紗和玻纖繩以及玻纖處理的繩類(lèi)很難能與之充分浸潤(rùn)，從而導(dǎo)致干紗較多，很難達(dá)到設(shè)計(jì)的理論強(qiáng)度，若要達(dá)到理論強(qiáng)度須加層，必然導(dǎo)致RTP管的剛性增加，不利于其成盤(pán)卷曲及運(yùn)輸，最重要的是會(huì)導(dǎo)致其成本增加，不利于其推廣。中國(guó)專(zhuān)利201220580156.8一種玄武巖纖維增強(qiáng)熱塑性塑料管，包括內(nèi)襯管、纏繞在內(nèi)襯管外的纖維增強(qiáng)層和套在纖維增強(qiáng)層外的外保護(hù)套，雖然玄武巖纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料已經(jīng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，大多都是在實(shí)驗(yàn)階段的產(chǎn)品，且玄武巖纖維分散難，與熱塑性樹(shù)脂結(jié)合力差，相應(yīng)的相容劑，接枝劑開(kāi)發(fā)不到位，價(jià)格和性能方面根本與玻纖增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料比，其應(yīng)用只能制作相關(guān)概念性產(chǎn)品，無(wú)法達(dá)到量產(chǎn)甚至是民用。中國(guó)專(zhuān)利201220738914.4一種連續(xù)纖維增強(qiáng)管中公布了，包括管體，及在管體外部設(shè)有外保護(hù)層，在管體和外保護(hù)層之間設(shè)有螺旋繞包在管體外壁上的若干層連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料預(yù)浸帶層。目前這種管子國(guó)內(nèi)采用的都是傳統(tǒng)方法，先擠出熱塑性?xún)?nèi)管，再在內(nèi)管上纏繞增強(qiáng)層，最后擠出外表面保護(hù)層，這種方法管子的成型方法屬于三部成型法，制作過(guò)程多，要求加工精度高。且目前，成熟的歐洲生產(chǎn)線(xiàn)大約需要2000-3000萬(wàn)人民幣，國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)線(xiàn)還在研發(fā)階段，預(yù)計(jì)也需要1000萬(wàn)人民幣以上，這種高成本投入，低效率生產(chǎn)阻礙了RTP管的應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)的目的第一目的在于提供一種連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合管。本專(zhuān)利技術(shù)的目的第二目的在于提供一種連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合管的成型方法。本專(zhuān)利技術(shù)的第一目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，擠出層、纏繞增強(qiáng)層，兩者交替纏繞。本專(zhuān)利技術(shù)的第二目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，(1)首先旋轉(zhuǎn)纏繞模具，使用雙螺桿擠出機(jī)將短切纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂從擠出模頭處擠出熔融樹(shù)脂后與經(jīng)過(guò)預(yù)熱后經(jīng)過(guò)張力調(diào)節(jié)處理過(guò)的按照45°/-45°的兩層連續(xù)纖維增強(qiáng)單向帶通過(guò)輥壓裝置與纏繞模具進(jìn)行纏繞，纏繞的層數(shù)按照管材使用的環(huán)境技術(shù)要求進(jìn)行計(jì)算纏繞；（2）當(dāng)纏繞層數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，使用雙螺桿擠出機(jī)將熱塑性樹(shù)脂從擠出模頭處擠出熔融樹(shù)脂通過(guò)輥壓裝置與纏繞模具進(jìn)行纏繞，當(dāng)圈纏繞結(jié)束后進(jìn)行滾軸牽引、冷卻、收卷。將與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專(zhuān)利技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：1、本專(zhuān)利技術(shù)方法中的原料及設(shè)備，包括對(duì)預(yù)浸料及成型方法的選擇，可以做到設(shè)備簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，工藝要求不高，整機(jī)管材的模具纏繞速度，即為生產(chǎn)速度，連續(xù)生產(chǎn)，提高能效。2、專(zhuān)利技術(shù)方法中所使用的設(shè)備的令一獨(dú)特之處在于材料結(jié)構(gòu)，通過(guò)多層纏繞結(jié)構(gòu)，滿(mǎn)足管材的可設(shè)計(jì)性，使管材在達(dá)到要求，不會(huì)又多余的材料添加，保證材料性能的最大化輸出，既減輕重量，又降低管材成本；通過(guò)短纖復(fù)合材料與連續(xù)纖維復(fù)合材料的結(jié)合，管材可以保持柔性管的特性，使得管材可以盤(pán)卷，運(yùn)輸方便，通過(guò)纖維以一定角度垂直纏繞的復(fù)合使得管材抗高壓的能力更為出色；3、本專(zhuān)利技術(shù)方法中所使用的設(shè)備獨(dú)特之處在于其工藝方式，將連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性預(yù)浸帶與熔融熱熱塑性樹(shù)脂經(jīng)過(guò)壓輥使其在熔融狀態(tài)下融合，融合效果好，采用擠纏結(jié)合方式既保證了增強(qiáng)層纖維的連續(xù)性，也使得管材從傳統(tǒng)分步成型的三層結(jié)構(gòu)管變?yōu)橐淮纬尚头ǎ?、本專(zhuān)利技術(shù)方法中所使用的材料的成型方法中，適用性廣，不但可以制作小口徑管材，而且大口徑的管材依然適用，與傳統(tǒng)纏繞管相比大口徑管材的能耗均減少30%-50%；5、本專(zhuān)利技術(shù)方法中的所制備產(chǎn)品及所產(chǎn)生的邊角料，可回收，再次利用，屬綠色產(chǎn)品技術(shù)。附圖說(shuō)明圖1本專(zhuān)利技術(shù)復(fù)合管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2本專(zhuān)利技術(shù)復(fù)合管的擠出纏繞工藝示意圖；圖3本專(zhuān)利技術(shù)復(fù)合管的擠出工藝示意圖；圖中：1-擠出模具，2-紅外加熱，3-纏繞模具，4-輥壓裝置，5-預(yù)加熱裝置6-張力調(diào)節(jié)裝置，7-放卷裝置8-擠出層，9-纏繞增強(qiáng)層。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)作進(jìn)一步的說(shuō)明，但不得以任何方式對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)加以限制，基于本專(zhuān)利技術(shù)教導(dǎo)所作的任何變更或改進(jìn)，均屬于本專(zhuān)利技術(shù)的保護(hù)范圍。如圖1所示，本專(zhuān)利技術(shù)所述的復(fù)合管包括擠出層和纏繞增強(qiáng)層。所述擠出層和纏繞增強(qiáng)層所選用的熱塑性樹(shù)脂和纖維的類(lèi)型為同一種。所述擠出層材料為雙螺桿擠出機(jī)擠出短纖增強(qiáng)聚乙烯材料（SFT）。所述的短纖維增強(qiáng)樹(shù)脂由包含以下重量份的組分制成：短纖維30~45份；熱塑性樹(shù)脂55~70份；所述短纖長(zhǎng)度為大于1mm小于3mm的短切纖維。所述熱塑性樹(shù)脂選自聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺等。所述聚乙烯選自高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）、線(xiàn)性低密度聚乙烯（LLDPE）中的一種或幾種。所述聚丙烯選自共聚聚丙烯、均聚聚丙烯中的一種或兩種。所述聚酰胺選自聚酰胺6、聚酰胺66、聚酰胺1010中的一種或幾種。所述短切纖維選自玻璃纖維、玄武巖纖維、碳纖維、芳綸纖維中的一種或幾種。所述纏繞增強(qiáng)層材料為連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性?xún)蓪訂蜗驇В–FRT）經(jīng)60°到-60°垂直交錯(cuò)纏繞于纏繞模具上。所述的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性單向帶由包含以下重量份的組分制成：熱塑性樹(shù)脂30~45份；連續(xù)纖維55~70份；所述連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性單向帶為長(zhǎng)度大于2000m的連續(xù)纖維單向帶卷曲成盤(pán)，單向帶中每根纖維長(zhǎng)度均與單向帶的長(zhǎng)度相同，且單向帶中纖維的數(shù)量應(yīng)保持一致。所述連續(xù)纖維單向帶的寬度為d=π*D*cos45°，其中D為所纏繞管材的外徑。所述連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性單向帶的拉伸強(qiáng)度不低于850MPa，所述連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性單向帶厚度為0.2-0.3mm。本專(zhuān)利技術(shù)所述的成型方法，具體包括如下步驟：(1)首先旋轉(zhuǎn)纏繞模具，使用雙螺桿擠出機(jī)將短切纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂從擠出模頭處擠出熔融樹(shù)脂后與經(jīng)過(guò)預(yù)熱后經(jīng)過(guò)張力調(diào)節(jié)處理過(guò)的按照經(jīng)60°到-60°角度的兩層連續(xù)纖維增強(qiáng)單向帶通過(guò)輥壓裝置與纏繞模具進(jìn)行纏繞，纏繞的層數(shù)按照管材使用的環(huán)境技術(shù)要求進(jìn)行計(jì)算纏繞；（2）當(dāng)纏繞層數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，使用雙螺桿擠出機(jī)將熱塑性樹(shù)脂從擠出模頭處擠出熔融樹(shù)脂通過(guò)輥壓裝置與纏繞模具進(jìn)行纏繞，當(dāng)圈纏繞結(jié)束后進(jìn)行滾軸牽引、冷卻、收卷。所述模具纏繞速度為2-7m/min，所述雙螺桿擠出機(jī)的溫度設(shè)置為螺桿部分160-230℃，模頭部分210-本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合管，其特征在于包括擠出層、纏繞增強(qiáng)層，兩者交替纏繞。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合管，其特征在于包括擠出層、纏繞增強(qiáng)層，兩者交替纏繞。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合管，其特征在于所述擠出層為雙螺桿擠出機(jī)擠出的短纖增強(qiáng)聚乙烯材料層。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合管，其特征在于所述的短纖增強(qiáng)聚乙烯材料層包含以下重量份的組分制成：短纖維30~45份；熱塑性樹(shù)脂55~70份。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合管，其特征在于所述熱塑性樹(shù)脂選自聚乙烯、聚丙烯或聚酰胺。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合管，其特征在于所述聚乙烯選自高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、線(xiàn)性低密度聚乙烯中的一種或幾種；所述聚丙烯選自共聚聚丙烯和\或均聚聚丙烯；所述聚酰胺選自聚酰胺6、聚酰胺66、聚酰胺1010中的一種或幾種。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合管，其特征在于所述短纖維選自玻璃纖維、玄武巖纖維、碳纖維、芳綸纖維中的一種或幾種。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合管，其特征在于所述纏繞增強(qiáng)層材料為連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性?xún)蓪訂蜗驇В–FRT）經(jīng)60°到-60°垂直交錯(cuò)纏繞于纏繞模具上；所述的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性單向帶由包含以下重量份的組分制成：熱塑性樹(shù)脂30~45份；連續(xù)纖維55~70份。8.一種權(quán)利要求1所述的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合管的成型方法，其特征在于包括以...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：周海燕，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：山東極威新材料科技有限公司，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：山東,37