纤维增强聚氨酯缠绕夹层复合管及其制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种纤维增强聚氨酯缠绕夹层复合管及其制作方法。其由内到外依次为玻璃钢内衬层、玻璃钢内结构层、纤维增强聚氨酯复合夹层、玻璃钢外结构层。将浸润树脂后预先成型的Z字型玻璃纤维增强层输送至矩形聚氨酯条上表面及一侧敷设得到纤维增强聚氨酯材料；通过牵拉装置将已敷设好的纤维增强聚氨酯材料同步连续缠绕到内结构层上形成纤维增强聚氨酯复合夹层。充分利用了聚氨酯发泡预成型及其低成本的特点，较大程度地提高了管壁截面惯性矩，通过缠绕工艺，使玻璃纤维增强层在纤维增强聚氨酯复合夹层内形成增强筋，由此，可以大幅度地提高复合管的抗外荷载刚度。
【专利说明】纤维増强聚氨酯缠绕夹层复合管及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于给排水管道工程【技术领域】，具体涉及一种纤维增强聚氨酯缠绕夹层复合管及其制作方法。
【背景技术】
[0002]玻璃钢管道是一种树脂基复合管，具有强度高、耐腐蚀、管壁光滑、优良的水力性能，在给排水管道工程等市政建设中具有广泛的应用背景。但其刚度低，变形较大，对施工要求较高。如果在不改变其结构的条件下，要提高玻璃钢管道的刚度，必须增加树脂用量，这样往往导致产品成本过高。而且，在玻璃钢管道制造过程中往往采用定长缠绕工艺，由于生产的不连续性，工艺过程不容易控制、生产效率低，管材质量不稳定。
[0003]目前市场上的混凝土管，由于混凝土在价格上便宜，所制作的混凝土管的管壁较厚，使得该类型管道具有高刚度的优点，但是管身重、水力性能相对较弱且耐腐蚀性不强等不足限制了混凝土管的使用。
[0004]因此工程上渴求一种既能在低成本前提下，弥补玻璃钢(夹砂)管道目前刚度较低等不足，又具有玻璃钢(夹砂)管道耐腐蚀性等优良特性的新型复合管材。
【发明内容】
[0005]本发明目的在于一方面保持玻璃钢管道耐腐蚀性等优良特性；另一方面在低成本前提下解决玻璃钢管道目前刚度较低的问题，提供一种低成本、高强度的复合管道及其制作方法。
[0006]为达到上述目的，采用技术方案如下:
[0007]一种纤维增强聚氨酯缠绕夹层复合管，其由内到外依次为玻璃钢内衬层、玻璃钢内结构层、纤维增强聚氨酯复合夹层、玻璃钢外结构层；
[0008]其中，内衬层厚度为I?5mm，内结构层的厚度为I?50mm，纤维增强聚氨酯复合夹层为10?300mm，玻璃钢外结构层为I?20mm ；
[0009]所述纤维增强聚氨酯复合夹层由上表面及一侧敷设玻璃纤维增强层的矩形聚氨酯条在内结构层上缠绕而成。
[0010]按上述方案，所述纤维增强聚氨酯复合夹层为一层或两层；任意两个相邻的聚氨酯截面间均有树脂基玻璃纤维增强层。
[0011]上述纤维增强聚氨酯缠绕夹层复合管的制作方法，包括以下步骤:
[0012]I)通过管道缠绕系统，缠绕玻璃钢内衬层及内结构层；
[0013]2)将浸润树脂后预先成型的Z字型玻璃纤维增强层输送至矩形聚氨酯条上表面及一侧敷设得到纤维增强聚氨酯材料；通过牵拉装置将已敷设好的纤维增强聚氨酯材料同步连续缠绕到内结构层上形成纤维增强聚氨酯复合夹层；
[0014]3)在纤维增强聚氨酯复合夹层上采用玻璃纤维连续纱及短切纱通过连续缠绕形成外结构层。
[0015]按上述方案，所述纤维增强聚氨酯复合夹层中位于聚氨酯条侧表面的纤维增强层厚度为I?8mm。
[0016]按上述方案，步骤2)中同时进行聚氨酯主料、发泡、固化、脱模得到聚氨酯条然后进行敷设得到纤维增强聚氨酯材料。
[0017]本发明的有益效果是:
[0018]充分利用了聚氨酯发泡预成型及其低成本的特点，较大程度地提高了管壁截面惯性矩，通过缠绕工艺，使玻璃纤维增强层在纤维增强聚氨酯复合夹层内形成增强筋，由此，可以大幅度地提高复合管的抗外荷载刚度。
[0019]本发明一方面继续保持了玻璃钢(夹砂)管道耐腐蚀性等优良特性；另一方面，在低成本前提下，解决了玻璃钢(夹砂)管道目前刚度较低的问题，在城镇地下管网建设方面具有广泛的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1:纤维增强聚氨酯缠绕夹层复合管纵截面；
[0021]图2:纤维增强聚氨酯复合夹层纵截面；
[0022]图3:纤维增强聚氨酯双层复合夹层纵截面；
[0023]图4:聚氨酯侧表的纤维增强层敷设示意图；
[0024]图5:纤维增强聚氨酯缠绕夹层复合管制作工艺图。
[0025]其中，1-内衬层；2_玻璃钢内结构层；3_纤维增强聚氨酯复合夹层；4_玻璃钢外结构层；5_矩形聚氨酯条；6_玻璃纤维增强层；7_管道连续缠绕系统；8_管道模具；9_内衬层缠绕设备；10_内结构层缠绕设备；11_纤维增强聚氨酯复合夹层制作及缠绕设备；12-外结构层缠绕设备。
【具体实施方式】
[0026]以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。
[0027]参照附图1所示，本发明纤维增强聚氨酯缠绕夹层复合管，其由内到外依次为玻璃钢内衬层1、玻璃钢内结构层2、纤维增强聚氨酯复合夹层3、玻璃钢外结构层4;纤维增强聚氨酯复合夹层3由上表面及一侧敷设玻璃纤维增强层的矩形聚氨酯条在内结构层上缠绕而成。
[0028]本发明纤维增强聚氨酯缠绕夹层复合管的制作方法过程如下:
[0029]I)通过管道缠绕系统，缠绕玻璃钢内衬层及内结构层，其中内衬层厚度为I?5mm，内结构层的厚度为I?50mm ；
[0030]2)将浸润树脂后预先成型的Z字型玻璃纤维增强层输送至矩形聚氨酯条上表面及一侧进行敷设得到纤维增强聚氨酯材料；通过牵拉装置将已敷设好的纤维增强聚氨酯材料同步连续缠绕到内结构层上形成纤维增强聚氨酯复合夹层；厚度为10?300mm ;
[0031]3)在纤维增强聚氨酯复合夹层上采用玻璃纤维连续纱及短切纱通过连续缠绕形成外结构层，厚度为I?20mm。
[0032]参照附图2、3、4与现有缠绕工艺不同的是，先经过注料、发泡、固化、脱模等连续运行装置，现场实时发泡成型的、截面为矩形的聚氨酯长条5，将浸润树脂后的玻璃纤维增强层6经过适度预成型(如“Z”字型)处理后输送至矩形聚氨酯条5上表面和侧表面上，同时一道输送至制造管道的圆形模具的玻璃钢内结构层2上进行缠绕，所述夹层可以有一层(附图2)，也可有多层(附图2)，每一层复合夹层中的任意两个相邻的矩形聚氨酯截面间，均有树脂基玻璃纤维增强层6。
[0033]利用聚氨酯发泡预成型及其低成本的特点，较大程度地提高了管壁截面惯性矩，通过缠绕工艺，使玻璃纤维增强层在纤维增强聚氨酯复合夹层内形成增强筋，由此，可以大幅度地提高复合管的抗外荷载刚度。
[0034]实施例
[0035]参照附图5所示；
[0036]I)在管道连续缠绕系统7的管道模具8上，将聚酯毡、玻璃纤维表面毡或短切毡以及针织毡等玻璃纤维织物浸上树脂后通过内衬层缠绕设备9进行缠绕制作内衬层，使其厚度为I?5mm ；
[0037]2)在内衬层上，采用玻璃纤维连续纱及短切纱等玻璃纤维织物浸上树脂后通过内结构层缠绕设备10进行缠绕，形成内结构层。内结构层的厚度按照管道使用的压力等级及管刚度设计，厚度为I?50mm ;
[0038]3)同时在另一工位上经过注料、发泡、固化、脱模等连续运行装置，现场实时发泡或离线预成型的、截面为矩形的聚氨酯长条，将浸润树脂后的纤维增强铺层经过适度预成型(如“Z”字型)处理后输送至矩形聚氨酯上表面及侧表面上进行敷设，以获得纤维增强聚氨酯材料。
[0039]4)通过牵拉装置将已缠绕好的纤维增强聚氨酯材料，通过纤维增强聚氨酯复合夹层制作及缠绕设备11同步连续缠绕到内结构层上，形成纤维增强聚氨酯复合夹层，其中任意两个相邻的矩形聚氨酯截面间，均有树脂基玻璃纤维增强层，位于聚氨酯侧表的纤维增强层厚度为I?8_间，可根据管径与外载大小进行选择；复合夹层可以有一层，也可有多层，厚度为10?300mm ；
[0040]5)在纤维增强聚氨酯复合夹层上通过外结构层缠绕设备12将玻璃纤维连续纱及短切纱等织物进行缠绕，形成外结构层。外结构层的厚度按照管道使用的压力等级及管刚度设计，厚度为I?20mmo
[0041]6)最后可根据实际需要，在外结构层上采用缠绕或喷涂工艺制作外保护层。
【权利要求】
1.一种纤维增强聚氨酯缠绕夹层复合管，其特征在于由内到外依次为玻璃钢内衬层、玻璃钢内结构层、纤维增强聚氨酯复合夹层、玻璃钢外结构层； 其中，内衬层厚度为I?5_，内结构层的厚度为I?50_，纤维增强聚氨酯复合夹层为10?300mm，玻璃钢外结构层为I?20mm ； 所述纤维增强聚氨酯复合夹层由上表面及一侧敷设玻璃纤维增强层的矩形聚氨酯条在内结构层上缠绕而成。
2.如权利要求1所述纤维增强聚氨酯缠绕夹层复合管，其特征在于所述纤维增强聚氨酯复合夹层为一层或两层；任意两个相邻的聚氨酯截面间均有树脂基玻璃纤维增强层。
3.权利要求1所述纤维增强聚氨酯缠绕夹层复合管的制作方法，其特征在于包括以下步骤: 1)通过管道缠绕系统，缠绕玻璃钢内衬层及内结构层； 2)将浸润树脂后预先成型的Z字型玻璃纤维增强层输送至矩形聚氨酯条上表面及一侧进行敷设得到纤维增强聚氨酯材料；通过牵拉装置将已敷设好的纤维增强聚氨酯材料同步连续缠绕到内结构层上形成纤维增强聚氨酯复合夹层； 3)在纤维增强聚氨酯复合夹层上采用玻璃纤维连续纱及短切纱通过连续缠绕形成外结构层。
4.如权利要求3所述纤维增强聚氨酯缠绕夹层复合管的制作方法，其特征在于所述纤维增强聚氨酯复合夹层中位于聚氨酯条侧表面的纤维增强层厚度为I?8mm。
5.如权利要求3所述纤维增强聚氨酯缠绕夹层复合管的制作方法，其特征在于步骤2)中同时进行聚氨酯主料、发泡、固化、脱模得到聚氨酯条然后进行敷设得到纤维增强聚氨酯材料。
6.如权利要求3所述纤维增强聚氨酯缠绕夹层复合管的制作方法，其特征在于所述纤维增强聚氨酯条是现场在线发泡成型或离线预成型的。
【文档编号】F16L9/16GK104455792SQ201410717119
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月1日 优先权日:2014年12月1日
【发明者】方玺, 李卓球, 宋建国, 宋建华, 张小玉, 陈建中, 宋鹏飞, 韩继明, 徐东亮, 吕泳 申请人:武汉理工大学, 恒润集团有限公司