一种热塑性缠绕管道铺层工艺的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种热塑性缠绕管道铺层工艺，主要为管道结构层的缠绕铺层设计。将连续纤维增强热塑性树脂预浸带缠绕到芯模上，通过改变缠绕角度以及铺层顺序，设计管道在轴向和环向上的抗拉强度。缠绕过程中，通过将缠绕到芯模上的预浸带完全熔融，同时控制缠绕张力，使得树脂分布均匀，不会出现内层缺胶现象。与现有技术相比，本发明铺层使得管材环向强度和轴向强度可灵活设计，缠绕的层与层之间更加密实，交叉缠绕不容易叠加在一起，错缝现象减小，使得管材密封性能更好。
【专利说明】一种热塑性缠绕管道铺层工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种缠绕铺层工艺，尤其是涉及一种热塑性缠绕管道铺层工艺。
【背景技术】
[0002]纤维缠绕成型技术是通过将连续增强纤维浸溃树脂后得到预浸带材料按照一定的规律缠绕至芯模上。传统的缠绕技术是将玻璃纤维通过胶槽浸溃不饱和聚酯树脂或者环氧树脂等热固性树脂，然后按照设定的铺层工艺进行缠绕。热固性缠绕由于热固性树脂本身固有缺陷，存在性脆、抗冲击性能差和加工环境恶劣等问题。热塑性缠绕能够解决热固性存在的问题，但是热塑性缠绕是一个全新的课题，如何解决其铺层工艺成为该技术的关键。
[0003]缠绕玻璃钢管道由内衬层、结构层和外保护层三部分组成，内衬层起到防渗、防腐的作用，结构层主要是承力结构，担负起管道的强度和刚度作用，外保护层起抗老化、防腐蚀、抗日晒等作用。在整根管道中，结构层的设计对管道的耐压等级起着至关重要的作用。结构层的设计就是缠绕铺层工艺的设计，铺层设计决定了管道在环向和轴向上的强度，以及层与层之间缺陷的控制。缠绕铺层工艺的可变性使得缠绕制品在结构上具有较强的可设计性，主要就体现在结构层的铺层设计。因此，合理的铺层设计对缠绕管道的性能起着决定性的作用。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种强度可灵活设计、密封性能好的热塑性缠绕管道铺层工艺。
[0005]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0006]一种热塑性缠绕管道铺层工艺，为管道结构层的缠绕铺层设计，该工艺为管道结构层的缠绕铺层设计，通过改变连续纤维增强热塑性树脂预浸带在芯模上的缠绕角度以及铺层顺序，来设计管道在轴向和环向上的抗拉强度；通过将缠绕到芯模上的预浸带完全熔融，同时控制缠绕张力，来控制树脂的均匀分布。
[0007]具体包括以下步骤:
[0008](I)缠绕前在缠绕设备上设定缠绕参数，编制缠绕程序；
[0009](2)根据所设定的参数计算出的带宽，将连续增强纤维浸溃热塑性树脂预浸带预先裁切成设定宽度；
[0010](3)启动缠绕程序，将预浸带缠绕在芯模上，同时开启红外加热器，在缠绕的过程中对预浸带进行预热并熔融；
[0011](4)在交叉缠绕与环向缠绕交替进行的过程中，对每个环向缠绕完成时通过压辊压实，完成对管道的缠绕铺层。
[0012]步骤(I)中所述的缠绕参数包括芯模直径、缠绕角度、带宽、交叉缠绕与环向缠绕的铺层次序及对应层数。
[0013]作为优选的实施方式，采用的缠绕角度为45°?75°。
[0014]关于交叉缠绕与环向缠绕的铺层次序及对应层数，设计缠绕铺层次序设计时，采用交叉缠绕和环向缠绕相结合的工艺，每交叉缠绕一层或者两层需配置一层环向缠绕进行压实每交叉缠绕一层或者两层时需配置一层环向缠绕进行压实，如此循环。缠绕张力由内至外逐渐递减，进而保证内层树脂不会被挤压出来，造成内层缺胶的现象。
[0015]步骤(2)中，作为优选的实施方式，带宽根据系统中设定的芯模直径及缠绕角度计算得到，其中带宽与缠绕角度相互影响。环向缠绕时，带宽与缠绕角度之间的关系可以通过公式b = JiDcosa来设计(b表示带宽，D表示芯模直径，a表示缠绕角度)。交叉缠绕时，公式为b= (π Dcos a)/n，其中η表示切点缠绕切点数(小车往返次数)。在缠绕过程开始后，带宽就确定下来，因此环向缠绕和交叉缠绕时的缠绕角度是不一样的。
[0016]步骤(2)中，作为优选的实施方式，裁切采用分切机将预浸带裁成需要宽度。
[0017]骤(3)中所述的预热控制在预浸带缠绕至芯模上之前进行；所述的熔融控制在预浸带缠绕至芯模上的过程中进行。
[0018]作为优选的实施方式，预浸带熔融的最终目的是使缠绕至芯模上基材完全熔融，以保证层与层之间的粘结性能，在使预浸带熔融过程中，可以在预浸带缠绕至芯模上之前，进行预热处理，并在在芯模处提供热源使得缠绕至芯模上的预浸带完全熔融。
[0019]步骤⑷中，作为优选的实施方式，采用压辊的压力为0.1?0.2MPa，不宜采用过大的压力。
[0020]作为优选的实施方式，连续增强纤维浸溃热塑性树脂预浸带中，连续纤维为玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维；热塑性树脂为聚丙烯、聚乙烯或聚酰胺。
[0021]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0022](I)管材环向强度和轴向强度可以灵活设计；
[0023](2)缠绕的层与层之间更加密实，交叉缠绕不容易叠加在一起，错缝现象可以减小。
[0024](3)管材密封性能更好。
【具体实施方式】
[0025]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
[0026]实施例1
[0027]通过缠绕机设定缠绕铺层工艺参数，其中交叉缠绕角度设定为45°，芯模直径为150mm,预先将预浸带裁成48mm，7个缠绕切点。将连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带片材经过红外加热器预热后，缠绕至芯模上，在芯模处设置红外加热器加热，使得缠绕至芯模上的预浸带完全熔融，交叉缠绕一层后，随即环向缠绕一层进行压实，每个环向缠绕完成后，压辊压力设置为0.1MPa0根据GB/T1458-2005及GB/T1447-2005测试得到管材的环向、轴向拉伸强度分别为285MPa、26MPa。
[0028]实施例2
[0029]通过缠绕机设定缠绕铺层工艺参数，其中交叉缠绕角度设定为65°，芯模直径为150mm,预先将预浸带裁成49.8_，4个缠绕切点。将连续碳纤维增强聚酰胺预浸带片材经过红外加热器预热后，缠绕至芯模上，在芯模处设置红外加热器加热，使得缠绕至芯模上的预浸带完全熔融，交叉缠绕两层后，随即环向缠绕一层进行压实，每个环向缠绕完成后，压辊压力设置为0.15MPa。
[0030]实施例3
[0031]通过缠绕机设定缠绕铺层工艺参数，其中交叉缠绕角度设定为75°，芯模直径为150mm，预先将预浸带裁成61mm，2个缠绕切点。将连续芳纶纤维增强聚乙烯预浸带片材经过红外加热器预热后，缠绕至芯模上，在芯模处设置红外加热器加热，使得缠绕至芯模上的预浸带完全熔融，交叉缠绕两层后，随即环向缠绕一层进行压实，每个环向缠绕完成后，压辊压力设置为0.2MPa。
[0032]实施例4
[0033]一种热塑性缠绕管道铺层工艺，该工艺为管道结构层的缠绕铺层设计，通过改变连续纤维增强热塑性树脂预浸带在芯模上的缠绕角度以及铺层顺序，来设计管道在轴向和环向上的抗拉强度；通过将缠绕到芯模上的预浸带完全熔融，同时控制缠绕张力，来控制树脂的均匀分布。具体包括以下步骤:
[0034](I)缠绕前在缠绕设备上设定芯模直径、缠绕角度、交叉缠绕与环向铺层次序及对应层数等缠绕参数，编制缠绕程序，在本实施例中，采用的缠绕角度为50°，每交叉缠绕一层配置一层环向缠绕进行压实，缠绕张力由内至外逐渐递减，保证内层树脂不会被挤压出来，造成内层缺胶的现象；
[0035](2)根据所设定的缠绕参数计算出的带宽，采用分切机将浸溃聚酰胺的连续芳纶纤维预浸带预先裁切成设定宽度；
[0036](3)启动缠绕程序，将预浸带缠绕在芯模上，开启红外加热器，在缠绕的过程中对预浸带进行预热并熔融，预浸带熔融的最终目的是使缠绕至芯模上基材完全熔融，以保证层与层之间的粘结性能，在使预浸带熔融过程中，可以在预浸带缠绕至芯模上之前，进行预热处理，并在在芯模处提供热源使得缠绕至芯模上的预浸带完全熔融；
[0037](4)在交叉缠绕与环向缠绕交替进行的过程中，对每个环向缠绕完成时通过压辊压实，采用压辊的压力为0.2MPa，完成对管道的缠绕铺层。
【权利要求】
1.一种热塑性缠绕管道铺层工艺，其特征在于，该工艺为管道结构层的缠绕铺层设计，通过改变连续纤维增强热塑性树脂预浸带在芯模上的缠绕角度以及铺层顺序，来设计管道在轴向和环向上的抗拉强度；通过将缠绕到芯模上的预浸带完全熔融，同时控制缠绕张力，来控制树脂的均匀分布。
2.根据权利要求1所述的一种热塑性缠绕管道铺层工艺，其特征在于，该工艺包括以下步骤: (1)缠绕前在缠绕设备上设定缠绕参数，编制缠绕程序； (2)根据所设定的参数计算出的带宽，将连续增强纤维浸溃热塑性树脂预浸带预先裁切成设定宽度； (3)启动缠绕程序，将预浸带缠绕在芯模上，同时开启红外加热器，在缠绕的过程中对预浸带进行预热并熔融； (4)在交叉缠绕与环向缠绕交替进行的过程中，对每个环向缠绕完成时通过压辊压实，完成对管道的缠绕铺层。
3.根据权利要求2所述的一种热塑性缠绕管道铺层工艺，其特征在于，步骤(I)中所述的缠绕参数包括芯模直径、缠绕角度、带宽、交叉缠绕与环向缠绕的铺层次序及对应层数。
4.根据权利要求2所述的一种热塑性缠绕管道铺层工艺，其特征在于， 所述的交叉缠绕角度为45°?75°。
5.根据权利要求2所述的一种热塑性缠绕管道铺层工艺，其特征在于，缠绕时，采用交叉缠绕和环向缠绕相结合的工艺，每交叉缠绕一层或者两层需配置一层环向缠绕进行压实，如此循环，且缠绕张力由内至外逐渐递减。
6.根据权利要求2所述的一种热塑性缠绕管道铺层工艺，其特征在于，步骤(2)中所述的带宽根据系统中设定的芯模直径及缠绕角度计算得到，其中带宽与缠绕角度相互影响。；环向缠绕时，带宽与缠绕角度之间的关系可以通过公式b= JiDcosa来设计，其中(b表示带宽，D表示芯模直径，a表示缠绕角度)。;交叉缠绕时，其带宽为公式为b = (JiDcosa)/n，其中η表示缠绕切点数，即小车往返次数。
7.根据权利要求2所述的一种热塑性缠绕管道铺层工艺，其特征在于，步骤(2)中所述的裁切采用分切机将预浸带裁成需要的宽度。
8.根据权利要求2所述的一种热塑性缠绕管道铺层工艺，其特征在于，步骤(3)中所述的预热控制在预浸带缠绕至芯模上之前进行；所述的熔融控制在预浸带缠绕至芯模上的过程中进行。
9.根据权利要求2所述的一种热塑性缠绕管道铺层工艺，其特征在于，步骤(4)中采用压辊的压力为0.1?0.2MPa。
10.根据权利要求1或2所述的一种热塑性缠绕管道铺层工艺，其特征在于，所述的连续纤维增强热塑性树脂预浸带中，连续纤维为玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维；热塑性树脂为聚丙烯、聚乙烯或聚酰胺。
【文档编号】B29C53/60GK104149325SQ201310178067
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2013年5月14日 优先权日:2013年5月14日
【发明者】杨桂生, 徐龙彬 申请人:上海杰事杰新材料(集团)股份有限公司