一种超大口径的竹缠绕复合管及其制造方法_3

文档序号:9928400阅读:来源:国知局
间隙均获得充分和均匀的填充,更重要的是能使得竹篾帘在环向缠绕时获得充分伸展,使其轴向拉伸强度发挥至最大化,同时可有效克服竹篾帘尾端容易翘曲的现象;另一方面,通过将复合增强层分为多层结构且各自采用不同编制方式,上述层数和厚度占比的第一增强层21(或第一增强层加上第三增强层)能够在内侧更好地充分发挥竹纤维自身的轴向强度高和韧性强等优势,并确保管壁面对大流量介质输送时的抗内压和管刚度特性;与此相配合地,上述层次和厚度占比的第二增强层22能使得应力分布沿着管壁的多个方向更为均匀地分散,并显著改善管壁的抗弯抗撞击及避免外部开裂等现象。相应从整体测试来看,上述竹缠绕复合管即便在管径显著扩大的情况下仍能够很好地保持管道整体结构无应力分布缺陷的特点,同时提高了竹缠绕复合管道在抗压性、环刚度等性能,尤其是能够长期稳定地保证性能的稳定可靠性。
[0040]考虑到竹篾片作为复合增强层中最为基础的组成部分之一,它们所具备的竹纤维尺寸及其排列组合方式均会直接影响到各竹篾卷的强度尤其是轴向拉伸强度,因此在本专利中将其同样进行了针对性的研究和设计。按照本发明的另一优选实施例,对于组成所述环向竹篾帘中的各个竹篾片而言,其规格参数优选设定如下:长为1500mm?2500mm、宽为4mm?10mm、厚度为0.5mm?1.5mm,并且逐片搭接形成长度大于100m、宽度为20mm?50mm的环向竹篾帘。此外,对于组成所述轴向竹篾帘的各个竹篾片而言,其规格参数优选设定如下:长为20mm?50mm、宽为4mm?10mm、厚度为0.5mm?1.5mm,并且逐片搭接形成长度大于100m、宽度为20mm?50mm的环向竹篾帘。较多的样品测试表明,上述具体参数规格能够更好地发挥环向竹篾帘以及轴向竹篾帘各自的性能优势,进而使得第一复合层和第二复合层之间的组合能够令人满意地符合超大口径竹缠绕管材的制造和使用等特定场合。此外,作为上述基础上更为深入的优化设计,上述竹篾片的横截面形状优选被加工为矩形,含水量为10 %?20 %,并且相邻竹篾片之间的间隙面积为0.09cm2?0.25cm2。
[0041]按照本发明的另一优选实施例,上述复合增强层的总厚度被设定为占整体管材壁厚的90 %以上,进一步优选为占整体管材壁厚的92 %?96 %。鉴于该复合增强层在整个管壁中占据了主体的地位,为了从其他重要性能对其结构强度进行适当优化,上述复合增强层中除了树脂和竹篾片这些基本组分之外,还优选可以添加有生物基填料以及固化剂,其中经过实际测试,所述树脂、生物基填料和固化剂这三者之间的质量份数被设定为100:15?25:2?5,并一同混合后淋浇粘附于所述竹篾帘上。此外,所述树脂选自于聚氨酯树脂、酚醛树脂、脲醛树脂或者环氧树脂中的一种;所述生物基填料选自竹、木、麻、秸杆、植物果壳或其他硬质生物材料,并且其平均目数设定为20?100。通过以上设计,包含生物基填料、固化剂的树脂混合物能够促进与竹篾帘以及竹纤维之间的填充和结合,并且上述具体类型和颗粒度的生物基填料与竹纤维之间具备很好的亲和性,进而能够进一步提高复合增强层的整体结构强度和抗内压性能,并且有助于加快复合增强层缠绕加工操作过程中的成型效率和质可控性。
[0042]最后,外防护层3可直接涂覆固化在所述复合增强层2的外表面,并主要起到防水防腐和防辐射等作用。具体而言,该外防护层也可以喷涂为2层或2层以上,譬如可采用环氧树脂、不饱和聚酯树脂或者沥青等材料,并添加防辐射填料,其厚度优选至少为3_,以便更好地对超大口径的管材在各类恶劣使用环境下起到防护作用。
[0043]下面将结合一些具体实施例来更为清楚地解释说明按照本发明的竹缠绕复合管制造工艺及其关键工艺参数设计。
[0044]实施例1
[0045]将竹材加工按照以下两种规格尺寸剖切加工成多个竹篾片,其中第一种竹篾片的规格尺寸被设定为长1500m、宽8mm、厚度0.5mm,含水率可选择为10%,第二种竹篾片的规格尺寸被设定为长20mm、宽6mm、厚度1mm,含水率可选择为10%,然后经脱脂、清洗和脱水处理备用。
[0046]接着,将上述第一种竹篾片沿其长度逐片搭接、同时沿其宽度平行排列(譬如6个竹篾片),最终形成总长度为150m、宽度为48mm左右,相邻竹篾片之间的间隙面积为0.09cm2的环向竹篾帘;此外,将上述第二种竹篾片沿其宽度方向逐片搭接,最终编织形成总长度为150m、宽度为20mm,相邻竹篾片之间的间隙面积同样为0.09cm2的的轴向竹篾帘。
[0047]接着,在外径为1800mm的经抛光的玻璃钢直管模具上包裹一层脱模薄膜,然后用粘附有防腐树脂的竹纤维无纺布,在管模具上依次制作厚度为2mm、密度为35g/m2的第一内衬层和厚度为3mm、密度为200g/m2的第二内衬层,其中树脂可选择环氧树脂,无纺布中的竹纤维的直径约为1_,由此形成防渗且光滑的内壁。
[0048]然后,待内衬层固化后,将上述两种竹篾帘分别成卷装在缠绕机上退卷,这些竹篾帘会通过装有脲醛树脂的树脂槽并涂敷上浆状的树脂,然后逐层缠绕在直管模具的内衬层上,在整个缠绕过程中,首先采用环向缠绕的方式来加工最初的12层环向竹篾帘,边缠绕边向竹篾帘淋浇树脂,并且控制相应所形成的第一增强层的厚度占复合增强层总厚度的70%,然后继续采用环向缠绕的方式继续缠绕5层轴向竹篾帘,同样是边缠绕边向竹篾帘淋浇树脂,并且控制相应所形成的第二增强层的厚度占复合增强层总厚度的30%。缠绕过程中所共同粘附的树脂可选择为脲醛树脂,最终获得厚度占比占整体管材壁厚的90%的复合增强层。
[0049]当所有缠绕操作完毕后,对复合增强层固化形成为管坯,然后脱模处理获得竹缠绕复合管。最后,在管材外面喷涂一层防水防腐功能的不饱和聚酯树脂,厚约3mm,最终加工制得口径为1800mm的竹缠绕复合管产品。
[0050]实施例2
[0051]将竹材加工按照以下两种规格尺寸剖切加工成多个竹篾片,其中第一种竹篾片的规格尺寸被设定为长2000m、宽8_、厚度0.5_,含水率可选择为15%,第二种竹篾片的规格尺寸被设定为长20mm、宽10mm、厚度0.5mm,含水率可选择为15 %,然后经脱脂、清洗和脱水处理备用。
[0052]接着,将上述第一种竹篾片沿其长度逐片搭接、同时沿其宽度平行排列(譬如6个竹篾片),最终形成总长度为150m、宽度为48mm左右,相邻竹篾片之间的间隙面积为0.12cm2的环向竹篾帘;此外,将上述第二种竹篾片沿其宽度方向逐片搭接,最终编织形成总长度为150m、宽度为20_,相邻竹篾片之间的间隙面积同样为0.12cm2的的轴向竹篾帘。
[0053]接着,在外径为2200mm的经抛光的玻璃钢直管模具上包裹一层脱模薄膜,然后用粘附有防腐树脂的竹纤维无纺布,在管模具上依次制作厚度为2mm、密度为50g/m2的第一内衬层和厚度为3mm、密度为300g/m2的第二内衬层,其中树脂可选择环氧树脂,无纺布中的竹纤维的直径约为1_,由此形成防渗且光滑的内壁;
[0054]然后,待内衬层固化后,将竹篾帘成卷装在缠绕机上退卷,这些竹篾帘会通过装有脲醛树脂的树脂槽并涂敷上浆状的树脂,然后逐层缠绕在直管模具的内衬层上。在整个缠绕过程中,首先采用环向缠绕的方式来加工最初的16层环向竹篾帘,边缠绕边向竹篾帘淋浇树脂,并且控制相应所形成的第一增强层的厚度占复合增强层总厚度的80%,然后继续采用环向缠绕的方式继续缠绕4层轴向竹篾帘,同样是边缠绕边向竹篾帘淋浇树脂,并且控制相应所形成的第二增强层的厚度占复合增强层总厚度的20%。缠绕过程中所共同粘附的树脂可选择为脲醛树脂并添加有平均目数为20的秸杆粉末和少量固化剂,其中树脂、秸杆粉末和固化剂三者之间的重量份数为100:15:5,最终获得厚度占比占整体管材壁厚的92%的增强层。
[0055]当所有缠绕操作完毕后,对增强层固化形成为管坯,然后脱模处理获得竹缠绕复合管。最后,在管材外面喷涂一层防水防腐功能的不饱和聚酯树脂,厚约3mm,最终获得口径为2200mm的竹缠绕复合管。
[0056]实施例3
[0057]将竹材加工按照以下两种规格尺寸剖切加工成多个竹篾片,其中第一种竹篾片的规格尺寸被设定为长2500m、宽4mm、厚度1mm,含水率可选择为15%,第二种竹篾片的规格尺寸被设定为长40mm、宽4mm、厚度1mm,含水率可选择为15%,然后经脱脂、清洗和脱水处理备用。
[0058]接着,将上述第一种竹篾片沿其长度逐片搭接、同时沿其宽度平行排列(譬如10个竹篾片),最终形成总长度为150m、宽度为40mm左右,相邻竹篾片之间的间隙面积为0.25cm2的环向竹篾帘;此外,将上述第二种竹篾片沿其宽度方向逐片搭接,最终编织形成总长度为150m、宽度为40mm,相邻竹篾片之间的间隙面积同样为0.25cm2的的轴向竹篾帘。
[0059]接着,在外径为2600mm的经抛光的玻璃钢直管模具上包裹一层脱模薄膜,然后用粘附有防腐树脂的竹纤维无纺布,在管模具上依次制作厚度为3mm、密度为50g/m2的第一内衬层和厚度为5mm、密度为300g/m2的第二内衬层,其中树脂可选择环氧树脂,无纺布中的竹纤维的直径约为1.2_,由此形成防渗且光滑的内壁;
[0060]然后,待内衬层固化后,将竹篾帘成卷装在缠绕机上退卷,这些竹篾帘会通过装有酚醛树脂的树脂槽并涂敷上浆状的树脂,然后逐层缠绕在直管模具的内衬层上。在整个缠绕过程中,首先采用环向缠绕的方式来加工最初的24层环向竹篾帘,边缠绕边向竹篾帘淋浇树脂,并且控制相应所形成的第一增强层的厚度达到所需程度,然后继续采用环向缠绕的方式继续缠绕4层轴向竹
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