一种高强度高密封性玻纤缠绕保护套管及其制备方法与流程

本发明属于套管复合材料技术领域，特别涉及以聚氨酯为载体制造的电力电缆保护套管及其制备方法。

背景技术：

当今社会，伴随着工业的高速发展，管道的重要性日益凸显，达到南水北调，小到工装线管等。这些管材正在以多样化爆炸式的方式快速发展，统筹分析管道的材料种类有常规的pe、pvc、ppr、常规塑料改性、合金材料、以及复合材料等等，都是目前市场上流通性较好的一些管道。

目前市面上流通一种连续玻纤编织缠绕管，其结构主要为内衬层、中衬层、外衬层，其各层之间通过不饱和聚酯固化粘接。这种三层构造能够很好为管材提供高强度的抗压性。但现有市场不饱和聚酯中会添加苯乙烯等化学助剂，固化制成时，会产生大量刺激性气体，对现场操作人员及周边环境造成较大影响。同时，其反应过程较为复杂，反应速率较慢且目标产物不确定，主要步骤如下：

第一步：

第二步：

第三步：

同时其对应制成品管材，由于外界因素，如施工、热胀冷缩等，管道本身在会发生轻微的蠕变，由于三层结构强度在环向并未提供较强拉伸力，故在反复的蠕变过程中，管材会出现分层开裂，甚至断裂。且这种使用不饱和聚酯为基础原料的管材，并不能够满足密封性的要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于通过采用纤维复合毡、纵向层、环向层、缠绕交叉层合计五层结构来提高套管横向、纵向抗压强度；通过采用聚氨酯原料作为基础，与纤维进行复合成型，弥补了不饱和聚酯固化后纤维之间微米级的间隙，以达到套管自身的高压密封性；通过采用聚氨酯原料为基础配合改进工艺，现场异味气体消除，极大的提高了操作人员的健康保障、周边环境的保障。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高强度高密封性玻纤缠绕保护套管，包括有最内层的内层复合毡，所述内层复合毡的外层包裹有次内层，所述次内层的外层包裹有中间层，所述中间层的外层包裹有交叉缠绕层。

作为优选的，所述内层复合毡是由一层提前预编织完成的纤维复合毡环向包裹而成，其编织纤维复合毡在初期预编织时在表面附着一层闭水覆膜；内层复合毡在管道中主要为保护套管内壁提供较低摩擦系数使保护套管内壁达到较高平顺性，同时内层复合毡采用编织方式，为保护套管的横向、纵向均提供部分抗拉强度。

作为优选的，所述次内层由多股连续整根合股纤维丝均布在管道中，其不同规格根据保护套管直径尺寸换算合股纤维丝配置根数，以保证所有合股纤维丝能够紧密的均匀排布；次内层主要为保护套管横向提供较强的抗拉伸强度。

作为优选的，所述中间层由多股直接纤维丝与保护套管环向截面成0°缠绕而成；中间层主要为保护套管提供厚度，根据不同厚度需要来控制环向缠绕的圈数来控制；同时中间层还为保护套管提供环向抗拉强度，以使拉伸强度≥200mpa。

作为优选的，所述交叉缠绕层由两层多股纤维丝成10-60°交叉缠绕而成；其不仅为保护套管提供横向较大抗拉伸强度，亦为保护套管的纵向提供较强的抗拉伸强度。

一种如上所述的高强度高密封性玻纤缠绕保护套管的制备方法，所述制备方法基于一套生产设备，所述生产设备包括有次内层纤维承装架及内层纤维制成系统、缠绕系统、注胶及固化系统、牵引系统、切割系统和自动称量翻料系统；所述次内层纤维承装架及内层纤维制成系统包括有次内层纤维承装架和内层纤维制成系统；所述内层纤维制成系统包括有芯杆、包毡器、内层复合毡承装架、导轮和引导轮；所述缠绕系统包括有环向缠绕系统和交叉缠绕系统，所述注胶及固化系统包括有注胶盒、固化模具、注射管、胶水a承装系统、胶水b承装系统和胶水混配中转系统。

进一步地，所述制备方法具体包括有以下步骤：

s1.首先内层复合毡在内层纤维制成系统作用下，形成一个闭环包裹在芯杆上，然后次内层纤维承装架上的多股纤维丝通过特定的纤维穿孔板分散均匀附着在内层复合毡上形成次内层，然后经过缠绕系统，在环向缠绕系统上形成环形缠绕层，即中间层；

s2.在交叉缠绕系统上形成交叉缠绕层，最后以上纤维制成品在牵引系统作用下向前运动，进入注胶及固化系统后，胶水a承装系统、胶水b承装系统启动，将胶水注射进入胶水混配中转系统混配后，再进入注胶盒，将混配好的胶水均匀浸泡、附着在以上纤维制品上；

s3.以上浸泡、附着胶水后的纤维制品经过固化模具固化成型，即得到高强度高密封性玻纤缠绕保护套管，在牵引系统下成型后的保护套管继续前进，进入切割系统切割成特定长度的高强度高密封性玻纤缠绕保护套管。

本发明的有益效果：本发明设计的高强度高密封性玻纤缠绕保护套管通过合理的套管结构设计，能够为套管提供更高的抗拉伸强度，并且使套管的异味得到解决，同时解决了套管本身渗水的问题，其对应制成工艺无刺激性气体泄漏，能够极大的保护操作环境，通过复合毡闭水薄膜选型设计、五层纤维层的结构设计、聚氨酯的选型设计、次内层纤维丝根数的设计而实现保护套管的据提功能；本发明因此具有的有益效果为：

1、采用纤维复合毡、纵向层、环向层、缠绕交叉层合计五层结构来提高套管横向、纵向抗压强度；

2、采用聚氨酯原料作为基础，与纤维进行复合成型，弥补了不饱和聚酯固化后纤维之间微米级的间隙，以达到套管自身的高压密封性；

3、采用聚氨酯原料为基础配合改进工艺，现场异味气体消除，极大的提高了操作人员的健康保障、周边环境的保障。

附图说明

图1为本发明高强度高密封性玻纤缠绕保护套管静止状态下各端面示意图。

图2为本发明高强度高密封性玻纤缠绕保护套管整体生产设备静止状态下示意图。

图3为本发明高强度高密封性玻纤缠绕保护套管内层纤维制成系统及缠绕系统静止状态下示意图。

图4为本发明高强度高密封性玻纤缠绕保护套管内层纤维制成系统静止状态下示意图。

图5为本发明高强度高密封性玻纤缠绕保护套管注胶及固化系统静止状态下示意图。

图中：1、交叉缠绕层；2、中间层；3、次内层；4、内层复合毡；5-1、次内层纤维承装架；5-2、内层纤维制成系统；5-2-1、芯杆；5-2-2、包毡器；5-2-3、内层复合毡承装架；5-2-4、导轮；5-2-5、引导轮；6、缠绕系统、6-1、环向缠绕系统；6-2、交叉缠绕系统；7、注胶及固化系统；7-1、注胶盒；7-2、固化模具；7-3、注射管；7-4、胶水a承装系统；7-5、胶水b承装系统；7-6、胶水混配中转系统；8、牵引系统；9、切割系统；10、自动称量翻料系统。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种高强度高密封性玻纤缠绕保护套管，包括有最内层的内层复合毡4，内层复合毡4的外层包裹有次内层3，次内层3的外层包裹有中间层2，中间层2的外层包裹有交叉缠绕层1。

进一步地，内层复合毡4是由一层提前预编织完成的纤维复合毡环向包裹而成，其编织纤维复合毡在初期预编织时在表面附着一层闭水覆膜；内层复合毡4在保护套管中主要为保护套管内壁提供较低摩擦系数使保护套管内壁达到较高平顺性，同时内层复合毡4采用编织方式，为保护套管的横向、纵向均提供部分抗拉强度。

进一步地，次内层3由多股连续整根合股纤维丝均布在保护套管中，其不同规格根据保护套管直径尺寸换算合股纤维丝配置根数确定，以保证所有合股纤维丝能够紧密的均匀排布，次内层3主要为保护套管横向提供较强的抗拉伸强度。

进一步地，中间层2由多股直接纤维丝与保护套管环向截面成0°缠绕而成；中间层2主要为保护套管提供厚度，根据不同厚度需要来控制环向缠绕的圈数来控制；同时中间层2还为保护套管提供环向抗拉强度，以使拉伸强度≥200mpa。

进一步地，交叉缠绕层1由两层多股纤维丝成10-60°交叉缠绕而成；其不仅为保护套管提供横向较大抗拉伸强度，亦为保护套管的纵向提供较强的抗拉伸强度。

如图2-5所示，一种如上所述的高强度高密封性玻纤缠绕保护套管的制备方法，制备方法基于一套生产设备，生产设备包括有次内层纤维承装架及内层纤维制成系统5、缠绕系统6、注胶及固化系统7、牵引系统8、切割系统9和自动称量翻料系统10。

进一步地，次内层纤维承装架及内层纤维制成系统5包括有次内层纤维承装架5-1和内层纤维制成系统5-2，内层纤维制成系统5-2包括有芯(5-2-1、包毡器5-2-2、内层复合毡承装架5-2-3、导轮5-2-4和引导轮5-2-5；缠绕系统6包括有环向缠绕系统6-1和交叉缠绕系统6-2，注胶及固化系统7包括有注胶盒7-1、固化模具7-2、注射管7-3、胶水a承装系统7-4、胶水b承装系统7-5和胶水混配中转系统7-6。

更进一步地，制备方法具体包括有以下步骤：

如图2所示，本高强度高密封性玻纤缠绕保护套管整体生产设备静止状态下示意图，首先内层复合毡4在内层纤维制成系统5-2作用下，形成一个闭环包裹在芯杆5-2-1上，然后次内层纤维承装架5-1上的多股纤维丝通过特定的纤维穿孔板分散均匀附着在内层复合毡4上形成次内层3，然后经过缠绕系统6，在环向缠绕系统6-1上形成环形缠绕层，即中间层2；

在交叉缠绕系统6-2上形成交叉缠绕层1；最后以上纤维制成品在牵引系统8作用下向前运动，进入注胶及固化系统7后，胶水a承装系统7-4、胶水b承装系统7-5启动，将胶水注射进入胶水混配中转系统7-6混配后，再进入注胶盒7-1，将混配好的胶水均匀浸泡、附着在以上纤维制品上；

以上浸泡、附着胶水后的纤维制品经过固化模具7-2固化成型，即得到高强度高密封性玻纤缠绕保护套管，在牵引系统8下成型后的保护套管继续前进，进入切割系统9切割成特定长度的制成品保护套管，再通过自动称量翻料系统10称量后翻料即可。

内层复合毡4是由一层提前预编织完成的纤维复合毡环向包裹而成，其编织纤维复合毡在初期预编织时在表面附着一层闭水覆膜；内层复合毡在初始状态下为片状造型，其宽幅为保护套管的直径乘以π，这样的宽幅在模具作用下刚好闭合成一个圆环，即形成保护套管的内层复合毡；这种内层复合毡在聚氨酯渗透固化后，能够为保护套管的横向、纵向提供较大的抗拉伸强度，且其闭水薄膜的作用下，能够为保护套管提供较好的闭水性；其主要成型工艺见图4，初始的内层复合毡4放置在内层复合毡承装架5-2-3上，开机时，首先人工牵引一端过导轮5-2-3，再穿过引导轮5-2-5，最后进入包毡器5-2-2，在包毡器5-2-2的作用下，片状的内层复合毡4形成圆形闭环。

次内层3由多股连续整根合股纤维丝组成，其均匀的附着在内层复合毡4上，在聚氨酯的作用下能够迅速与内层复合毡4快速的粘接固定在一起，准确的计算所需纤维丝根数，使其能够紧密的包裹在内层复合毡4上，为保护套管横向提供较强的抗拉伸强度。

中间层2由多股直接纤维丝与套管环向截面呈0°缠绕而成，通过增减纤维的根数来达到不同套管等级的壁厚要求；其在高速缠绕的制成工艺不仅能够很好的将内层复合毡4与次内层3紧密的固定在一起，还为整体保护套管的环向提供较强的抗拉伸强度，使管保护套管在在环向的抗压能力得到极大的提高；主要成型工艺见图3，在内层复合毡4、次内层3成型后，进入环向缠绕系统6-1，环向系统呈环向高速转动，使纤维丝与保护套管截面呈0°缠绕制成。

交叉缠绕层由两层多股纤维丝成10-60°交叉缠绕而成，其能够很好的弥补中间层2缠绕中所产生的细微凹凸，且能够为保护套管横向、纵向提供强度；主要成型工艺见图3，在内层复合毡4、次内层3、中间层2成型后，进入交叉缠绕系统6-2，交叉缠绕系统6-2中两个缠绕盘分别呈顺时针、逆时针缓慢、匀速转动，由于保护套管仍然向前运动，故可以使纤维丝能够呈10-60°的方式均匀交叉缠绕在保护套管外壁。

待内层复合毡4、次内层3、中间层2、交叉缠绕层1完成后，进入注胶及固化系统7，此时胶水a承装系统7-4、胶水b承装系统7-5启动，将胶水注入胶水混配中转系统7-6，混配后的胶水通过注射管7-3注射进入注胶盒7-1，此时注胶盒内压力逐渐增大，均匀的将混配后的胶水浸入内层复合毡4、次内层3、中间层2、交叉缠绕层1；然后浸入胶水后的纤维制品在固化模具7-2的作用下，迅速固化成型。

采用聚氨酯双组分材料，其中a组分为聚醚类制品，结构为

其中r1为乙二醇、二甘醇、丙三醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇、山梨醇、蔗糖中的一种或几种。b组分为异氰酸酯，结构为

r2为甲苯二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯三聚体、4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯、2,4-二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯三聚体、氢化二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或几种。主要反应如下：

本发明设计的高强度高密封性玻纤缠绕保护套管通过合理的套管结构设计，能够为套管提供更高的抗拉伸强度，并且使套管的异味得到解决，同时解决了套管本身渗水的问题，其对应制成工艺无刺激性气体泄漏，能够极大的保护操作环境，通过复合毡闭水薄膜选型设计、五层纤维层的结构设计、聚氨酯的选型设计、次内层纤维丝根数的设计而实现保护套管的据提功能；本发明因此具有的有益效果为：采用纤维复合毡、纵向层、环向层、缠绕交叉层合计五层结构来提高套管横向、纵向抗压强度；采用聚氨酯原料作为基础，与纤维进行复合成型，弥补了不饱和聚酯固化后纤维之间微米级的间隙，以达到套管自身的高压密封性；采用聚氨酯原料为基础配合改进工艺，现场异味气体消除，极大的提高了操作人员的健康保障、周边环境的保障。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。