一種熱塑性纏繞管道鋪層工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種熱塑性纏繞管道鋪層工藝，主要為管道結(jié)構(gòu)層的纏繞鋪層設(shè)計(jì)。將連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂預(yù)浸帶纏繞到芯模上，通過(guò)改變纏繞角度以及鋪層順序，設(shè)計(jì)管道在軸向和環(huán)向上的抗拉強(qiáng)度。纏繞過(guò)程中，通過(guò)將纏繞到芯模上的預(yù)浸帶完全熔融，同時(shí)控制纏繞張力，使得樹脂分布均勻，不會(huì)出現(xiàn)內(nèi)層缺膠現(xiàn)象。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明鋪層使得管材環(huán)向強(qiáng)度和軸向強(qiáng)度可靈活設(shè)計(jì)，纏繞的層與層之間更加密實(shí)，交叉纏繞不容易疊加在一起，錯(cuò)縫現(xiàn)象減小，使得管材密封性能更好。
【專利說(shuō)明】一種熱塑性纏繞管道鋪層工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種纏繞鋪層工藝，尤其是涉及一種熱塑性纏繞管道鋪層工藝。

【背景技術(shù)】
[0002]纖維纏繞成型技術(shù)是通過(guò)將連續(xù)增強(qiáng)纖維浸潰樹脂后得到預(yù)浸帶材料按照一定的規(guī)律纏繞至芯模上。傳統(tǒng)的纏繞技術(shù)是將玻璃纖維通過(guò)膠槽浸潰不飽和聚酯樹脂或者環(huán)氧樹脂等熱固性樹脂，然后按照設(shè)定的鋪層工藝進(jìn)行纏繞。熱固性纏繞由于熱固性樹脂本身固有缺陷，存在性脆、抗沖擊性能差和加工環(huán)境惡劣等問(wèn)題。熱塑性纏繞能夠解決熱固性存在的問(wèn)題，但是熱塑性纏繞是一個(gè)全新的課題，如何解決其鋪層工藝成為該技術(shù)的關(guān)鍵。
[0003]纏繞玻璃鋼管道由內(nèi)襯層、結(jié)構(gòu)層和外保護(hù)層三部分組成，內(nèi)襯層起到防滲、防腐的作用，結(jié)構(gòu)層主要是承力結(jié)構(gòu)，擔(dān)負(fù)起管道的強(qiáng)度和剛度作用，外保護(hù)層起抗老化、防腐蝕、抗日曬等作用。在整根管道中，結(jié)構(gòu)層的設(shè)計(jì)對(duì)管道的耐壓等級(jí)起著至關(guān)重要的作用。結(jié)構(gòu)層的設(shè)計(jì)就是纏繞鋪層工藝的設(shè)計(jì)，鋪層設(shè)計(jì)決定了管道在環(huán)向和軸向上的強(qiáng)度，以及層與層之間缺陷的控制。纏繞鋪層工藝的可變性使得纏繞制品在結(jié)構(gòu)上具有較強(qiáng)的可設(shè)計(jì)性，主要就體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)層的鋪層設(shè)計(jì)。因此，合理的鋪層設(shè)計(jì)對(duì)纏繞管道的性能起著決定性的作用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種強(qiáng)度可靈活設(shè)計(jì)、密封性能好的熱塑性纏繞管道鋪層工藝。
[0005]本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0006]一種熱塑性纏繞管道鋪層工藝，為管道結(jié)構(gòu)層的纏繞鋪層設(shè)計(jì)，該工藝為管道結(jié)構(gòu)層的纏繞鋪層設(shè)計(jì)，通過(guò)改變連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂預(yù)浸帶在芯模上的纏繞角度以及鋪層順序，來(lái)設(shè)計(jì)管道在軸向和環(huán)向上的抗拉強(qiáng)度；通過(guò)將纏繞到芯模上的預(yù)浸帶完全熔融，同時(shí)控制纏繞張力，來(lái)控制樹脂的均勻分布。
[0007]具體包括以下步驟:
[0008](I)纏繞前在纏繞設(shè)備上設(shè)定纏繞參數(shù)，編制纏繞程序；
[0009](2)根據(jù)所設(shè)定的參數(shù)計(jì)算出的帶寬，將連續(xù)增強(qiáng)纖維浸潰熱塑性樹脂預(yù)浸帶預(yù)先裁切成設(shè)定寬度；
[0010](3)啟動(dòng)纏繞程序，將預(yù)浸帶纏繞在芯模上，同時(shí)開啟紅外加熱器，在纏繞的過(guò)程中對(duì)預(yù)浸帶進(jìn)行預(yù)熱并熔融；
[0011](4)在交叉纏繞與環(huán)向纏繞交替進(jìn)行的過(guò)程中，對(duì)每個(gè)環(huán)向纏繞完成時(shí)通過(guò)壓輥壓實(shí)，完成對(duì)管道的纏繞鋪層。
[0012]步驟(I)中所述的纏繞參數(shù)包括芯模直徑、纏繞角度、帶寬、交叉纏繞與環(huán)向纏繞的鋪層次序及對(duì)應(yīng)層數(shù)。
[0013]作為優(yōu)選的實(shí)施方式，采用的纏繞角度為45°?75°。
[0014]關(guān)于交叉纏繞與環(huán)向纏繞的鋪層次序及對(duì)應(yīng)層數(shù)，設(shè)計(jì)纏繞鋪層次序設(shè)計(jì)時(shí)，采用交叉纏繞和環(huán)向纏繞相結(jié)合的工藝，每交叉纏繞一層或者兩層需配置一層環(huán)向纏繞進(jìn)行壓實(shí)每交叉纏繞一層或者兩層時(shí)需配置一層環(huán)向纏繞進(jìn)行壓實(shí)，如此循環(huán)。纏繞張力由內(nèi)至外逐漸遞減，進(jìn)而保證內(nèi)層樹脂不會(huì)被擠壓出來(lái)，造成內(nèi)層缺膠的現(xiàn)象。
[0015]步驟(2)中，作為優(yōu)選的實(shí)施方式，帶寬根據(jù)系統(tǒng)中設(shè)定的芯模直徑及纏繞角度計(jì)算得到，其中帶寬與纏繞角度相互影響。環(huán)向纏繞時(shí)，帶寬與纏繞角度之間的關(guān)系可以通過(guò)公式b = JiDcosa來(lái)設(shè)計(jì)(b表示帶寬，D表示芯模直徑，a表示纏繞角度)。交叉纏繞時(shí)，公式為b= (π Dcos a)/n，其中η表示切點(diǎn)纏繞切點(diǎn)數(shù)(小車往返次數(shù))。在纏繞過(guò)程開始后，帶寬就確定下來(lái)，因此環(huán)向纏繞和交叉纏繞時(shí)的纏繞角度是不一樣的。
[0016]步驟(2)中，作為優(yōu)選的實(shí)施方式，裁切采用分切機(jī)將預(yù)浸帶裁成需要寬度。
[0017]驟(3)中所述的預(yù)熱控制在預(yù)浸帶纏繞至芯模上之前進(jìn)行；所述的熔融控制在預(yù)浸帶纏繞至芯模上的過(guò)程中進(jìn)行。
[0018]作為優(yōu)選的實(shí)施方式，預(yù)浸帶熔融的最終目的是使纏繞至芯模上基材完全熔融，以保證層與層之間的粘結(jié)性能，在使預(yù)浸帶熔融過(guò)程中，可以在預(yù)浸帶纏繞至芯模上之前，進(jìn)行預(yù)熱處理，并在在芯模處提供熱源使得纏繞至芯模上的預(yù)浸帶完全熔融。
[0019]步驟⑷中，作為優(yōu)選的實(shí)施方式，采用壓輥的壓力為0.1?0.2MPa，不宜采用過(guò)大的壓力。
[0020]作為優(yōu)選的實(shí)施方式，連續(xù)增強(qiáng)纖維浸潰熱塑性樹脂預(yù)浸帶中，連續(xù)纖維為玻璃纖維、碳纖維或芳綸纖維；熱塑性樹脂為聚丙烯、聚乙烯或聚酰胺。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0022](I)管材環(huán)向強(qiáng)度和軸向強(qiáng)度可以靈活設(shè)計(jì)；
[0023](2)纏繞的層與層之間更加密實(shí)，交叉纏繞不容易疊加在一起，錯(cuò)縫現(xiàn)象可以減小。
[0024](3)管材密封性能更好。

【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0026]實(shí)施例1
[0027]通過(guò)纏繞機(jī)設(shè)定纏繞鋪層工藝參數(shù)，其中交叉纏繞角度設(shè)定為45°，芯模直徑為150mm,預(yù)先將預(yù)浸帶裁成48mm，7個(gè)纏繞切點(diǎn)。將連續(xù)玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯預(yù)浸帶片材經(jīng)過(guò)紅外加熱器預(yù)熱后，纏繞至芯模上，在芯模處設(shè)置紅外加熱器加熱，使得纏繞至芯模上的預(yù)浸帶完全熔融，交叉纏繞一層后，隨即環(huán)向纏繞一層進(jìn)行壓實(shí)，每個(gè)環(huán)向纏繞完成后，壓輥壓力設(shè)置為0.1MPa0根據(jù)GB/T1458-2005及GB/T1447-2005測(cè)試得到管材的環(huán)向、軸向拉伸強(qiáng)度分別為285MPa、26MPa。
[0028]實(shí)施例2
[0029]通過(guò)纏繞機(jī)設(shè)定纏繞鋪層工藝參數(shù)，其中交叉纏繞角度設(shè)定為65°，芯模直徑為150mm,預(yù)先將預(yù)浸帶裁成49.8_，4個(gè)纏繞切點(diǎn)。將連續(xù)碳纖維增強(qiáng)聚酰胺預(yù)浸帶片材經(jīng)過(guò)紅外加熱器預(yù)熱后，纏繞至芯模上，在芯模處設(shè)置紅外加熱器加熱，使得纏繞至芯模上的預(yù)浸帶完全熔融，交叉纏繞兩層后，隨即環(huán)向纏繞一層進(jìn)行壓實(shí)，每個(gè)環(huán)向纏繞完成后，壓輥壓力設(shè)置為0.15MPa。
[0030]實(shí)施例3
[0031]通過(guò)纏繞機(jī)設(shè)定纏繞鋪層工藝參數(shù)，其中交叉纏繞角度設(shè)定為75°，芯模直徑為150mm，預(yù)先將預(yù)浸帶裁成61mm，2個(gè)纏繞切點(diǎn)。將連續(xù)芳綸纖維增強(qiáng)聚乙烯預(yù)浸帶片材經(jīng)過(guò)紅外加熱器預(yù)熱后，纏繞至芯模上，在芯模處設(shè)置紅外加熱器加熱，使得纏繞至芯模上的預(yù)浸帶完全熔融，交叉纏繞兩層后，隨即環(huán)向纏繞一層進(jìn)行壓實(shí)，每個(gè)環(huán)向纏繞完成后，壓輥壓力設(shè)置為0.2MPa。
[0032]實(shí)施例4
[0033]一種熱塑性纏繞管道鋪層工藝，該工藝為管道結(jié)構(gòu)層的纏繞鋪層設(shè)計(jì)，通過(guò)改變連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂預(yù)浸帶在芯模上的纏繞角度以及鋪層順序，來(lái)設(shè)計(jì)管道在軸向和環(huán)向上的抗拉強(qiáng)度；通過(guò)將纏繞到芯模上的預(yù)浸帶完全熔融，同時(shí)控制纏繞張力，來(lái)控制樹脂的均勻分布。具體包括以下步驟:
[0034](I)纏繞前在纏繞設(shè)備上設(shè)定芯模直徑、纏繞角度、交叉纏繞與環(huán)向鋪層次序及對(duì)應(yīng)層數(shù)等纏繞參數(shù)，編制纏繞程序，在本實(shí)施例中，采用的纏繞角度為50°，每交叉纏繞一層配置一層環(huán)向纏繞進(jìn)行壓實(shí)，纏繞張力由內(nèi)至外逐漸遞減，保證內(nèi)層樹脂不會(huì)被擠壓出來(lái)，造成內(nèi)層缺膠的現(xiàn)象；
[0035](2)根據(jù)所設(shè)定的纏繞參數(shù)計(jì)算出的帶寬，采用分切機(jī)將浸潰聚酰胺的連續(xù)芳綸纖維預(yù)浸帶預(yù)先裁切成設(shè)定寬度；
[0036](3)啟動(dòng)纏繞程序，將預(yù)浸帶纏繞在芯模上，開啟紅外加熱器，在纏繞的過(guò)程中對(duì)預(yù)浸帶進(jìn)行預(yù)熱并熔融，預(yù)浸帶熔融的最終目的是使纏繞至芯模上基材完全熔融，以保證層與層之間的粘結(jié)性能，在使預(yù)浸帶熔融過(guò)程中，可以在預(yù)浸帶纏繞至芯模上之前，進(jìn)行預(yù)熱處理，并在在芯模處提供熱源使得纏繞至芯模上的預(yù)浸帶完全熔融；
[0037](4)在交叉纏繞與環(huán)向纏繞交替進(jìn)行的過(guò)程中，對(duì)每個(gè)環(huán)向纏繞完成時(shí)通過(guò)壓輥壓實(shí)，采用壓輥的壓力為0.2MPa，完成對(duì)管道的纏繞鋪層。
【權(quán)利要求】
1.一種熱塑性纏繞管道鋪層工藝，其特征在于，該工藝為管道結(jié)構(gòu)層的纏繞鋪層設(shè)計(jì)，通過(guò)改變連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂預(yù)浸帶在芯模上的纏繞角度以及鋪層順序，來(lái)設(shè)計(jì)管道在軸向和環(huán)向上的抗拉強(qiáng)度；通過(guò)將纏繞到芯模上的預(yù)浸帶完全熔融，同時(shí)控制纏繞張力，來(lái)控制樹脂的均勻分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱塑性纏繞管道鋪層工藝，其特征在于，該工藝包括以下步驟: (1)纏繞前在纏繞設(shè)備上設(shè)定纏繞參數(shù)，編制纏繞程序； (2)根據(jù)所設(shè)定的參數(shù)計(jì)算出的帶寬，將連續(xù)增強(qiáng)纖維浸潰熱塑性樹脂預(yù)浸帶預(yù)先裁切成設(shè)定寬度； (3)啟動(dòng)纏繞程序，將預(yù)浸帶纏繞在芯模上，同時(shí)開啟紅外加熱器，在纏繞的過(guò)程中對(duì)預(yù)浸帶進(jìn)行預(yù)熱并熔融； (4)在交叉纏繞與環(huán)向纏繞交替進(jìn)行的過(guò)程中，對(duì)每個(gè)環(huán)向纏繞完成時(shí)通過(guò)壓輥壓實(shí)，完成對(duì)管道的纏繞鋪層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種熱塑性纏繞管道鋪層工藝，其特征在于，步驟(I)中所述的纏繞參數(shù)包括芯模直徑、纏繞角度、帶寬、交叉纏繞與環(huán)向纏繞的鋪層次序及對(duì)應(yīng)層數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種熱塑性纏繞管道鋪層工藝，其特征在于， 所述的交叉纏繞角度為45°?75°。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種熱塑性纏繞管道鋪層工藝，其特征在于，纏繞時(shí)，采用交叉纏繞和環(huán)向纏繞相結(jié)合的工藝，每交叉纏繞一層或者兩層需配置一層環(huán)向纏繞進(jìn)行壓實(shí)，如此循環(huán)，且纏繞張力由內(nèi)至外逐漸遞減。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種熱塑性纏繞管道鋪層工藝，其特征在于，步驟(2)中所述的帶寬根據(jù)系統(tǒng)中設(shè)定的芯模直徑及纏繞角度計(jì)算得到，其中帶寬與纏繞角度相互影響。；環(huán)向纏繞時(shí)，帶寬與纏繞角度之間的關(guān)系可以通過(guò)公式b= JiDcosa來(lái)設(shè)計(jì)，其中(b表示帶寬，D表示芯模直徑，a表示纏繞角度)。;交叉纏繞時(shí)，其帶寬為公式為b = (JiDcosa)/n，其中η表示纏繞切點(diǎn)數(shù)，即小車往返次數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種熱塑性纏繞管道鋪層工藝，其特征在于，步驟(2)中所述的裁切采用分切機(jī)將預(yù)浸帶裁成需要的寬度。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種熱塑性纏繞管道鋪層工藝，其特征在于，步驟(3)中所述的預(yù)熱控制在預(yù)浸帶纏繞至芯模上之前進(jìn)行；所述的熔融控制在預(yù)浸帶纏繞至芯模上的過(guò)程中進(jìn)行。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種熱塑性纏繞管道鋪層工藝，其特征在于，步驟(4)中采用壓輥的壓力為0.1?0.2MPa。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種熱塑性纏繞管道鋪層工藝，其特征在于，所述的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂預(yù)浸帶中，連續(xù)纖維為玻璃纖維、碳纖維或芳綸纖維；熱塑性樹脂為聚丙烯、聚乙烯或聚酰胺。
【文檔編號(hào)】B29C53/60GK104149325SQ201310178067
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2013年5月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月14日
【發(fā)明者】楊桂生, 徐龍彬 申請(qǐng)人:上海杰事杰新材料(集團(tuán))股份有限公司