一種纖維增強複合管的製作方法

2023-04-28 07:56:46

一種纖維增強複合管的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種複合材料管道，尤其涉及一種纖維增強複合管，徑向由內至外依次包括內襯層、增強層和外防護層，所述增強層包括第一增強層和第二增強層，所述第一增強層是用浸潤第一樹脂膠粘劑的竹材、木材、麻莖稈、藤條、秸稈、蘆葦莖稈、荻莖稈中的一種或多種纏繞若干層粘結而成，所述第二增強層是由浸潤第二樹脂膠粘劑的連續纖維纏繞若干層粘結而成。本實用新型通過採用具有一定強度的竹材、木材、麻莖稈、藤條、秸稈、蘆葦莖稈、荻莖稈中的一種或多種與具有高強度的連續纖維共同作為增強材料，先後纏繞若干層後粘結一體，使製得的管道強度高的同時，成本低，重量輕，密度小，從而強重比高，性價比高，可製成高壓管道。
【專利說明】
一種纖維増強複合管
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種複合材料管道，尤其涉及一種纖維增強複合管。
【背景技術】
[0002]複合材料是由兩種或兩種以上物理和化學性能不同的材料組合而成的一種多相固體材料，各材料在性能上互相取長補短，產生協同效應，使複合材料的綜合性能優於原組成材料而滿足各種不同的要求。一般包括基體材料和增強材料兩部分，基體材料分為金屬和非金屬兩大類，金屬基體常用的有鋁、鎂、銅、鈦及其合金，非金屬基體主要有合成樹脂、橡膠、陶瓷、石墨、碳等;增強材料分纖維狀和粒狀材料兩種，主要有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化矽纖維、石棉纖維、晶須、金屬絲和硬質細粒等;還可以加入輔助材料，如填料等。纖維增強複合管是由增強纖維材料與基體材料經過纏繞、模壓或擠拉等成型工藝而製成的複合材料管道。但是，現有的纖維增強複合管成本高，強重比低，性價比不高。
[0003]CN202327397U公開了一種竹複合壓力管，其沿管徑方向由內至外依次為內襯層、增強層和外防護層，內襯層為內壁塗有防腐樹脂的竹纖維無紡布，增強層為竹片纏繞在內襯層上形成的竹片層，竹片之間採用粘接劑粘接，外防護層為外壁塗有防水防腐樹脂的竹纖維無紡布或棉質網格布。該複合管以竹材為增強材料，成本低，質量輕，但是該種管道所能承載的強度有限，一般只適用於中低壓管道。
【實用新型內容】
[0004]針對現有技術的以上不足或改進需求，本實用新型提供了一種纖維增強複合管，其中通過對各個關鍵組件的結構組成和設置方式予以改進和重新設計，能夠使得該纖維增強複合管強度高、成本低廉、密度小、強重比高。
[0005]為實現上述目的，按照本實用新型的一個方面，徑向由內至外依次包括內襯層、增強層和外防護層，所述增強層包括第一增強層和第二增強層，所述第一增強層是用浸潤第一樹脂膠粘劑的竹材、木材、麻莖杆、藤條、秸杆、蘆葦莖杆、荻莖杆中的一種或多種纏繞若干層粘結而成，所述第二增強層是由浸潤第二樹脂膠粘劑的連續纖維纏繞若干層粘結而成。
[0006]對於本實用新型的上述構思所形成的技術方案，通過採用具有一定強度的竹材、木材、麻莖杆、藤條、秸杆、蘆葦莖杆、荻莖杆中的一種或多種與具有高強度的連續纖維共同作為增強材料，先後纏繞若干層後粘結一體，使製得的管道強度高的同時，成本低，重量輕，密度小，從而強重比高，性價比高，可製成高壓管道。
[0007]優選地，所述第二增強層位於所述第一增強層的內側。
[0008]優選地，所述連續纖維為碳纖維、玄武巖纖維、玻璃纖維、芳綸纖維中的一種或多種。
[0009]優選地，所述木材為木單板。
[0010]優選地，所述竹材為長2-6111、寬1-25臟、厚0.5-3111111的竹篾片或由寬1-25111111、厚0.5-3mm的竹篾片連接而成的竹簾。
[0011]優選地，所述第一樹脂為環氧樹脂、氨基樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂、聚氨酯樹脂中的一種。
[0012]優選地，所述第一樹脂為氨基樹脂，氨基樹脂與植物材料具有很好的浸潤性能。
[0013]優選地，所述第二樹脂為環氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂、聚氨酯樹脂、聚醯亞胺樹脂、雙馬來醯亞胺樹脂中的一種。
[0014]優選地，所述內襯層是由浸潤內襯樹脂膠粘劑的玻璃纖維針織氈和/或竹纖維無紡布製成。
[0015]優選地，所述內襯樹脂為不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂、乙烯基酯樹脂中的一種。
[0016]優選地，所述外防護層是由防水耐腐材料製成。
[0017]優選地，所述防水耐腐材料為聚脲樹脂、聚酯樹脂、聚氨酯樹脂、環氧樹脂、瀝青、防水卷材中的一種。
[0018]優選地，所述增強層中多層間還夾設有砂膠層，所述砂膠層是由礦砂和第三樹脂膠粘劑混合製成。
【附圖說明】

[0019]圖1是按照本實用新型一種實施例所設計的纖維增強複合管結構圖；
[0020]圖2是按照本實用新型另一種實施例所設計的纖維增強複合管結構圖；
[0021]在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結構，其中:
[0022]n-第一增強層，12_第二增強層，13_內襯層，14_外防護層，15_砂膠層。
【具體實施方式】
[0023]為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。此外，下面所描述的本實用新型各個實施方式中所涉及到的技術特徵只要彼此之間未構成衝突就可以相互組合。
[0024]圖1是按照本實用新型一種實施例所設計的纖維增強複合管結構圖；
[0025]圖2是按照本實用新型另一種實施例所設計的纖維增強複合管結構圖。
[0026]—個實施例如圖1中所示，一種纖維增強複合管，徑向由內至外依次具有內襯層13、增強層和外防護層14，所述增強層包括第一增強層11和第二增強層12，所述第一增強層11是用浸潤第一樹脂膠粘劑的竹材、木材、麻莖杆、藤條、秸杆、蘆葦莖杆、荻莖杆中的一種或多種纏繞若干層粘結而成，所述第二增強層12是由浸潤第二樹脂膠粘劑的連續纖維纏繞若干層粘結而成。即該複合管是以竹材、木材、麻莖杆、藤條、秸杆、蘆葦莖杆、荻莖杆中的一種或多種與連續纖維共同作為增強材料，第一樹脂膠粘劑和第二樹脂膠粘劑作為基體，通過纏繞成型，高強度的連續纖維的加入，提高了管道整體的力學性能，植物材料降低了製品的整體成本，減輕質量，提高閒置資源的利用率。上述植物材料均應呈連續長狀，以便纏繞。本實施例中先由浸潤第二樹脂膠粘劑的連續纖維纏繞若干層後再由浸潤第一樹脂膠粘劑的竹材、木材、麻莖杆、藤條、秸杆、蘆葦莖杆、荻莖杆中的一種或多種共同或分別纏繞多層粘結而成，即第二增強層12位於第一增強層11的內側。因為管道內部受承載力最大，所以優選將高強度、高模量的連續纖維纏繞的第二增強層12設置於內側。本實施例中，所述連續纖維具體為碳纖維、玄武巖纖維、玻璃纖維、芳綸纖維中的一種或多種;所述木材為木單板，因為木單板厚度小、強度高，適於纏繞工藝;所述竹材優選為長2-6m、寬l-25mm、厚0.5-3mm的竹篾片，或由該規格的竹篾片平行排列縫製成的竹篾簾;所述第一樹脂具體為環氧樹脂、氨基樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂、聚氨酯樹脂中的一種，所述第二樹脂具體為環氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂、聚氨酯樹脂、聚醯亞胺樹脂、雙馬來醯亞胺樹脂中的一種。本實施例中，內襯層13是由浸潤內襯樹脂膠粘劑的玻璃纖維針織氈和/或竹纖維無紡布通過逐層鋪設、手糊或纏繞等方式製成。本實施例中所述內襯樹脂具體為不飽和聚酯樹脂、環氧樹月旨、乙烯基酯樹脂中的一種。所述外防護層14是由防水耐腐材料製成。本實施例中所述防水耐腐材料具體為聚脲樹脂、聚酯樹脂、聚氨酯樹脂、環氧樹脂、瀝青、防水卷材中的一種。
[0027]在另一實施例中，如圖2所示，所述增強層中多層間還夾設有砂膠層，所述砂膠層是由礦砂和第三樹脂膠粘劑混合製成。設置砂膠層可以提高管體的剛度。本實施例中，所述第三樹脂膠粘劑與砂膠層所處增強層使用的樹脂膠粘劑相同，以使砂膠層與所處增強層之間結合性更好。
[0028]下面將結合一些具體實施例來更為清楚地解釋說明按照本實用新型的竹纏繞複合管制造工藝及其關鍵工藝參數設計。
[0029]實施例1
[0030]—種纖維增強複合管，徑向由內至外依次具有內襯層、第二增強層、第一增強層和外防護層，內襯層是由浸潤乙烯基酯樹脂膠粘劑的玻璃纖維針織氈製成，所述第二增強層是由浸潤不飽和聚酯樹脂膠粘劑的玻璃纖維纏繞若干層粘結而成，第一增強層是由浸潤環氧樹脂膠粘劑的竹片纏繞若干層粘結而成，外防護層是噴塗在第一增強層外表面的一層環氧樹脂。其具體製備步驟如下:
[0031 ] (I)芯模處理:選取所需尺寸的芯模，在芯模表面塗覆脫模劑；
[0032](2)內襯層製作:將玻璃纖維針織氈浸潤乙烯基酯樹脂膠粘劑後，纏繞在芯模上，纏繞至內襯層的設計厚度，初步固化後形成內襯層；
[0033](3)第二增強層製備:將玻璃纖維浸潤不飽和聚酯樹脂膠粘劑後通過纏繞機以一定的張力和夾角螺旋纏繞在內襯層上，纏繞至設計第二增強層厚度，形成第二增強層；
[0034](4)第一增強層製備:將原竹剖削成長6m、寬25mm、厚3mm的薄竹片，沿其長度方向粘接成150m以上，浸潤環氧樹脂膠粘劑後用纏繞機以一定的張力和夾角螺旋纏繞在第二增強層上，纏繞至設計第一增強層厚度，形成第一增強層；
[0035](5)固化:將製備好第二增強層和第一增強層的芯模經過加熱固化後成型；
[0036](6)外防護層成型:在第一增強層外表面均勻噴塗一層環氧樹脂，形成外防護層；
[0037](7)脫模:將製備好的管體從芯模上脫模，得到纖維增強複合管。
[0038]實施例2
[0039]—種纖維增強複合管，徑向由內至外依次具有內襯層、第二增強層、第一增強層和外防護層，內襯層是由浸潤乙烯基酯樹脂膠粘劑的竹纖維無紡布製成，所述第二增強層是由浸潤環氧樹脂膠粘劑的玄武巖纖維纏繞若干層粘結而成，第一增強層是由浸潤聚氨酯樹脂膠粘劑的木材纏繞多層粘結而成，外防護層是噴塗在第一增強層外表面的一層聚酯樹月旨。所述木材具體可以選用桉木、楊木、樺木、杉木、樟子松、馬尾松等製成的木刨削單板、單板層積材等木材。其具體製備步驟如下:
[0040](I)芯模處理:選取所需尺寸的芯模，在芯模表面塗覆脫模劑；
[0041](2)內襯層製作:將竹纖維無紡布浸潤乙烯基酯樹脂膠粘劑後，纏繞在芯模上，纏繞至內襯層的設計厚度，初步固化後形成內襯層；
[0042](3)第二增強層製備:將玄武巖纖維浸潤環氧樹脂膠粘劑後通過纏繞機以一定的張力和夾角螺旋纏繞在內襯層表面，纏繞至設計第二增強層厚度，形成第二增強層；
[0043](4)第一增強層製備:將木刨削單板或單板層積材浸漬聚氨酯樹脂膠粘劑後以一定的張力和夾角螺旋纏繞在第二增強層表面，纏繞至設計第一增強層厚度，形成第一增強層；
[0044](5)固化:將製備好第二增強層和第一增強層的芯模經過加熱固化後成型；
[0045](6)外防護層成型:在第一增強層外表面均勻噴塗一層聚酯樹脂，形成外防護層；
[0046](7)脫模:將製備好的管體從芯模上脫模，得到所需纖維增強複合管。
[0047]實施例3
[0048]—種纖維增強複合管，徑向由內至外依次具有內襯層、第二增強層、第一增強層一、第一增強層二和外防護層，內襯層是由浸潤不飽和聚酯樹脂膠粘劑的竹纖維無紡布製成，所述第二增強層是由浸潤酚醛樹脂膠粘劑的芳綸纖維纏繞若干層粘結而成，第一增強層一是由浸潤酚醛樹脂膠粘劑的麻類植物的莖杆纏繞若干層粘結而成，第一增強層二是由浸潤酚醛樹脂膠粘劑的藤條纏繞若干層粘結而成，所述麻類植物具體可以選用大麻、羅布麻、薴麻、黃麻、洋麻等，所述藤條具體可以選用粗細均勻、柔韌性好、強度高的巴丹藤、沙藤、釐藤的藤條。外防護層是噴塗在第一增強層二外表面的一層聚氨酯樹脂。其具體製備步驟如下:
[0049](I)芯模處理:選取所需尺寸的芯模，在芯模表面塗覆脫模劑；
[0050](2)內襯層製作:將竹纖維無紡布浸潤不飽和聚酯樹脂膠粘劑後，纏繞在芯模上，纏繞至內襯層的設計厚度，初步固化後形成內襯層；
[0051](3)第二增強層製作:將芳綸纖維浸潤酚醛樹脂膠粘劑後通過纏繞機以一定的張力和夾角螺旋纏繞在芯模表面，纏繞至設計第二增強層厚度，形成第二增強層；
[0052](3)第一增強層一製作:將從麻莖上剝製下來的具有高強度、高韌性的麻皮曬乾後，沿其軸向粘接成連續長狀形成麻皮帶，將麻皮帶浸漬酚醛樹脂後以一定的張力和夾角螺旋纏繞在第二增強層表面，纏繞至第一增強層一設計厚度，形成第一增強層一；
[0053](4)第一增強層二製作:將藤條乾燥後平行排列多根並沿其長度方向粘接多排在網格布上，形成連續長的藤條帶，將藤條帶浸漬酚醛樹脂膠粘劑後以一定的張力環向纏繞在第一增強層一表面，纏繞至第一增強層二設計厚度，形成第一增強層二 ；
[0054](5)固化:將附著有第二增強層、第一增強層一和第一增強層二的芯模進行加熱固化後成型；
[0055](6)外防護層成型:在第一增強層二外表面均勻噴塗一層聚氨酯樹脂，形成外防護層；
[0056](7)脫模:將製備好的管體從芯模上脫模，得到所需纖維增強複合管。
[0057]實施例4
[0058]一種纖維增強複合管，其徑向由內至外依次具有內襯層、第一增強層、第二增強層和外防護層，內襯層是由浸潤環氧樹脂膠粘劑的玻璃纖維針織氈和竹纖維無紡布製成，第一增強層是由秸杆纏繞多層並通過聚氨酯樹脂粘結固化而成，第二增強層是由浸潤聚醯亞胺樹脂膠粘劑的碳纖維纏繞若干層粘結而成，外防護層是粘接在第二增強層外表面的一層防水卷材。所述秸杆具體可以選用稻草、麥秸、高粱杆、玉米杆等。其具體製備步驟如下:
[0059](I)芯模處理:選取所需尺寸的芯模，在芯模表面包覆聚酯薄膜用以脫模；
[0060](2)內襯層製作:將竹纖維無紡布浸漬環氧樹脂膠粘劑後纏繞在芯模上，再將玻璃纖維針織氈浸潤環氧樹脂膠粘劑後，纏繞在竹纖維無紡布上，纏繞至內襯層的設計厚度，初步固化後形成內襯層；
[0061](3)第一增強層製作:將稻草、麥秸、高粱杆、玉米杆等秸杆曬乾後切割成相同長度，平行排列後經壓制粘接在網格布上，使其軸向與網格布長度方向平行，形成秸杆連接帶，將秸杆連接帶浸潤聚氨酯樹脂後以一定的張力環向纏繞在內襯層表面，纏繞至設計第一增強層厚度，形成第一增強層；
[0062](4)第二增強層製作:將碳纖維浸潤聚醯亞胺樹脂膠粘劑後通過纏繞機以一定的張力和夾角螺旋纏繞在第一增強層表面，纏繞至設計第二增強層厚度，形成第二增強層；
[0063](5)固化:將製備好內襯層、第一增強層和第二增強層的管模具經過加熱固化後成型；
[0064](4)脫模:將製備好的管體從芯模上脫模，得到所需纖維增強複合管。
[0065]實施例5
[0066]—種纖維增強複合管，徑向由內至外依次具有內襯層、第二增強層、第一增強層一、砂膠層、第一增強層二和外防護層，內襯層是由浸潤不飽和聚酯樹脂膠粘劑的竹纖維無紡布和玻璃纖維針織氈製成，第二增強層是由碳纖維和玄武巖纖維纏繞多層並通過雙馬來醯亞胺樹脂膠粘劑粘結而成，所述第一增強層一和第一增強層二均是由蘆葦莖杆和荻莖杆纏繞多層並通過脲醛樹脂粘結固化而成，所述砂膠層是由礦砂與脲醛樹脂混合而成，所述外防護層是塗覆的一層聚脲樹脂。其具體製備步驟如下:
[0067](I)芯模處理:製作所需尺寸和形狀的芯模，在芯模表面包覆聚酯薄膜用以脫模；
[0068](2)內襯層製作:將竹纖維無紡布浸漬不飽和聚酯樹脂膠粘劑後纏繞在芯模上，再將玻璃纖維針織氈浸潤不飽和聚酯樹脂膠粘劑後，纏繞在竹纖維無紡布上，纏繞至內襯層的設計厚度，初步固化後形成內襯層；
[0069](3)第二增強層製作:先將碳纖維浸潤雙馬來醯亞胺樹脂膠粘劑後通過纏繞機以一定的張力和夾角螺旋纏繞在內襯層表面，纏繞至一定厚度，之後再用玄武巖纖維浸潤雙馬來醯亞胺樹脂膠粘劑後繼續纏繞至第二增強層的設計厚度，形成第二增強層；
[0070](2)第一增強層一製作:將蘆葦莖杆和荻莖杆曬乾後切割成相同長度，平行排列後經壓制粘接在網格布上，使其軸向與網格布長度方向平行，形成連續長的莖杆連接帶，將莖杆連接帶浸漬脲醛樹脂後以一定的張力環向纏繞在第二增強層表面，纏繞至設計第一增強層一厚度，形成第一增強層一；
[0071](3)砂膠層製作:將石英砂與脲醛樹脂按照一定比例混合均勻後附著在兜砂布上纏繞在第一增強層上，纏繞一層，形成砂膠層；
[0072](4)第一增強層二製作:繼續纏繞莖杆連接帶在砂膠層上至設計第一增強層二厚度，形成第一增強層二；
[0073](5)固化:將附著有內襯層、第二增強層、第一增強層一、砂膠層和第一增強層二的芯模進行加熱固化後成型；
[0074](6)外防護層成型:在第一增強層二表面塗覆一層聚脲樹脂，形成外防護層；
[0075](7)脫模:將製備好的筒體從芯模上脫模，得到所需製品。
[0076]所述第一樹脂膠粘劑、第二樹脂膠粘劑、第三樹脂膠粘劑、內襯樹脂膠粘劑可以由具體樹脂中按比例加入固化劑和填料調配而成。
[0077]本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
【主權項】
1.一種纖維增強複合管，徑向由內至外依次包括內襯層、增強層和外防護層，其特徵在於，所述增強層包括第一增強層和第二增強層，所述第一增強層是用浸潤第一樹脂膠粘劑的竹材、木材、麻莖杆、藤條、秸杆、蘆葦莖杆、荻莖杆中的一種或多種纏繞若干層粘結而成，所述第二增強層是由浸潤第二樹脂膠粘劑的連續纖維纏繞若干層粘結而成。2.如權利要求1所述的纖維增強複合管，其特徵在於，所述第二增強層位於所述第一增強層的內側。3.如權利要求1或2所述的纖維增強複合管，其特徵在於，所述連續纖維為碳纖維、玄武巖纖維、玻璃纖維、芳綸纖維中的一種或多種。4.如權利要求1或2所述的纖維增強複合管，其特徵在於，所述木材為木單板。5.如權利要求1或2所述的纖維增強複合管，其特徵在於，所述竹材為長2-6m、寬1-25mm、厚0.5-3mm的竹篾片或由寬l-25mm、厚0.5-3mm的竹篾片連接而成的竹簾。6.如權利要求1或2所述的纖維增強複合管，其特徵在於，所述第一樹脂為環氧樹脂、氨基樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂、聚氨酯樹脂中的一種。7.如權利要求6所述的纖維增強複合管，其特徵在於，所述第一樹脂為氨基樹脂。8.如權利要求1或2所述的纖維增強複合管，其特徵在於，所述第二樹脂為環氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂、聚氨酯樹脂、聚醯亞胺樹脂、雙馬來醯亞胺樹脂中的一種。9.如權利要求1或2所述的纖維增強複合管，其特徵在於，所述外防護層是由防水耐腐材料製成，所述防水耐腐材料為聚脲樹脂、聚酯樹脂、聚氨酯樹脂、環氧樹脂、瀝青、防水卷材中的一種。10.如權利要求1或2所述的纖維增強複合管，其特徵在於，所述增強層中多層間還夾設有砂膠層，所述砂膠層是由礦砂和第三樹脂膠粘劑混合製成。
【文檔編號】F16L58/10GK205716073SQ201620576838
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年6月14日
【發明人】葉柃
【申請人】浙江鑫宙竹基複合材料科技有限公司, 葉柃