专利名称：复合材料中空机体及其制造方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机体的制造，该机体由至少一种缠绕该机体的连续玻璃线加固的有机热塑性塑料形成。
虽然本发明不局限于这种应用，但是还将更清楚地描述有关管道的制造，具体的说，是那些用来在压力作用下运输流体的管道。更明确的说，本发明针对在土木工程学中用来运输液体和气体而使用的管道，这种管道一般是刚性的，并且能够经得住内部和/或外部的压力，而且可能达到很大的尺寸和很高的重量。具体的说，本发明所针对的管道可能具有从一厘米或几厘米数量级到两或三米的直径范围和从几厘米到数十米的长度范围，根据情况，一般这些具有相当大重量的管道必须显示出抵抗从大气压力到数十巴压力的变形，随时间变化保持密闭等。
另一个有益应用是制造用来容纳流体，具体说是压力作用下流体的容器(可能由一体件形成，或者由管道和附加端口形成，等等)。
在专利申请WO 00/24566中已经描述了制造基于至少一种缠绕机体轴的连续玻璃线加固的有机热塑性塑料的机体。在该申请中，基于有机热塑性塑料和连续玻璃线的加热带子缠绕着一根旋转塑料管道，而同时，管道表面的加热部分包着加热带子并在该加热部分的下游施加压力。例如，该带子可以从玻璃细丝和有机热塑性塑料细丝紧密混合形成的连续绞合线中获得，具体的说是法国Saint-Gobain VetrotexFrance以商品名出售的Twintex商品。
一般来说，管道是压制的并且由有机热塑性塑料制造，例如该有机热塑性塑料可以是聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)的聚烯烃类型，或者可选择的是聚氯乙烯(PVC)。具体的说，这些材料具有化学上惰性的优点，特别是关于腐蚀以及适合食物，并且具有可以经受低温的优点。
然而，通过压制获得管道的自身成本在这种复合材料机体的最终制造成本中并不是可忽略的部分。现在，一直渴望制造一种同等质量的产品，同时设法降低其制造成本。
准确的说，本发明的目的是提供另一种低成本制造复合材料机体的方法，该复合材料机体包括覆盖着基于热塑性塑料和玻璃的复合材料的内部覆盖层，这种内部覆盖层起到与挤压管道相同的作用，具体说这种方法适合制造上文提及的管道或者容器，使之达到特殊的限制和要求。
根据本发明，制造包括基于热塑性塑料和玻璃的复合材料的内部覆盖层和至少一层外部覆盖层的复合材料中空机体的方法，其特征是-在具有符合中空机体形状的支撑件上喷射粉末，以便覆盖所述支撑件，这种粉末用来组成内部覆盖层的材料；-用来形成机体外部覆盖层的复合材料加热带子围绕覆盖着粉末的支撑件缠绕，加热带子使粉末熔化并使带子与粉末粘结，形成复合材料机体；-在冷却之后将复合材料机体从支撑件中取出。
因此，这种简单化的方法可以获得一体制造的产品，这种一体产品既包括内部覆盖层也包括加固层。因为所形成的内部覆盖层(喷射粉末的厚度一般小于1mm)不与目前形成的挤压管道(挤压管道的壁厚一般1-10mm)一样厚，所以这种产品在重量上还比现有技术的产品轻。
根据一个特征，可以与存在的热源结合，在高于或低于粉末熔点的温度下，将带子沉积在粉末上。
有利的是，在粉末沉积在支撑件的整个表面并且沉积带子之后，可以在内部和/或在外部加热支撑件。优选的是，一旦沉积完带子，就在带子上施加压力。
根据另一个特征，通过喷射装置喷射粉末，该喷射装置可以相对于支撑件移动，而支撑件固定，或者反之亦然。
对于带子，它通过输送和沉积系统沉积，该输送和沉积系统相对于支撑件平移和旋转运动，而所述支撑件能够在缠绕过程中旋转。
粉末是热塑性塑料，比如聚烯烃或聚酰胺。优选的是，它可以是静电充电的。
根据另一个特征，带子包含混合的玻璃和热塑性塑料绞合线，这样还可以显著地节省本发明更具体针对的管道的重量。
本发明还涉及实现上述方法的设备。
这种设备包括支撑件(允许冷却后取出所获得的复合材料机体，这种支撑件的外延定义可被称为可移动的支撑件)，用于在支撑件上喷射粉末的装置，用于在覆盖着粉末的支撑件周围输送和沉积复合材料带子的系统。
根据一个特征，喷射装置和支撑件能够相互运动，而输送和沉积带子的系统能够相对于支撑件平移或者旋转运动，所述支撑件能够旋转运动。
有利的是，支撑件由导电材料制造，以确保粉末被粘附，特别是在这种粉末静电充电时。
支撑件可以包括塑料制造的外部覆盖层薄膜。此外，该支撑件可以是加热的。
这种设备可以设置有面对覆盖有粉末的支撑件的外部热源。
根据另一个特征，这种设备可以包括带子沉积后增加的面对支撑件的互补加热装置，和带子沉积后挤压带子的挤压装置。
因此，本发明提出一种复合材料中空机体，该中空机体包括基于热塑性塑料和玻璃的复合材料制造的内部覆盖层和至少一层外部覆盖层，该内部覆盖层通过熔化用外部覆盖层覆盖的粉末然后冷却获得。
例如，所述内部覆盖层是热塑性塑料，比如聚烯烃或聚酰胺，而外部覆盖层优选是混合的热塑性塑料和玻璃线的带子。
优选的是，外部覆盖层覆盖着一层最后保护层。
参考表示非限定实施例的附图，将更详细地描述本发明的其他优点和特征，其中
图1显示了根据本发明方法获得的复合材料中空机体的示意性截面图；图2显示了用于制造本发明复合材料中空机体的设备的一般示意图。
图1显示了复合材料中空机体的示意性截面图，这里作为管道的圆柱体包括由单一材料构成的内部覆盖层2和由复合材料构成的至少一层覆盖层3。
内部覆盖层2优选地是一种与所接触的从中空机体中流动或者储存其中的流体相容的材料。它优选地采用热塑性塑料，比如聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)的聚烯烃类制造，可以经改性(例如，通过反应性极性基团接枝)，或者可选择的是用聚酰胺制造。这种材料可以被静电充电，它的优点将在稍后的说明书中强调说明。
在该制造方法开始时，这种覆盖层呈可变微粒大小和/或可变组成的粉末状。当涂布覆盖层3时粉末熔化，在冷却之后，粉末固结在一起。
外部覆盖层3使用复合材料带子形成，该复合材料带子包括加强绞合线，优选玻璃和热塑性塑料绞合线。这些绞合线优选是紧密混合的，可以形成非常均匀的固结条或者带子，也就是说，所具有的内聚力和完整性允许这种带子可以无损地被处理。例如，包括Saint-GobainVetrotex公司以商品名Twintex出售的绞合线。例如，根据专利申请WO 00/24566或者EP 1 093 900描述的方法，这种带子可以由Twintex型的绞合线制造成卷轴。
为了获得可以用来运输流体的管道型的最终中空机体，这种管道的外壁需要抵挡任何外部冲击，而为了这个目的，为中空机体提供复合材料外部覆盖层3，它被涂布了一层外部最后保护层31。例如，这种优选由聚烯烃制造的保护层可以压制得到或通过涂抹粉末(可用在机体加热之前)并且加热(具体说是加热覆盖层或烘烤)得到。在更简单的实施例中，这种保护层还可以生产成与使用限制条件相符的含水或者基于溶剂的涂料的形式。
用于执行中空机体1的制造方法的设备10包括起到生产中空机体的内部覆盖层2用的冲模作用的支撑件4，喷射构成内部覆盖层2的粉末20用的装置5，输送和沉积构成外部覆盖层3的带子30用的系统6。
支撑件4具有符合中空机体形状的形状。例如，在圆柱机体中，它是适合所期望的中空机体横截面直径的轴心，具体的说是一种延伸的轴心。
支撑件优选由极低粗糙度的金属制造。当这种支撑件由若干部分组成时，它可以覆盖着一层塑料薄膜41，比如硅薄膜，从而防止制造之后在机体内部覆盖层2的内部再出现两部分之间的结合。
例如，所述喷射装置5是喷射枪的形式，与供应粉末20的柔性软管50连接。
支撑件4能够绕着轴40旋转，并且喷射装置能够平移移动，以便在将要覆盖的整个支撑件表面上沉积粉末20，从而构成中空机体的最终形状。
取决于所沉积粉末的类型，这种支撑件4可能是或者可能不是加热支撑件。
粉末20是如上文针对内部覆盖层2所述的热塑性塑料，它通过在加热和冷却之后固结粉末20得到。作为粉末的实例，可以提及的是Plascoat公司的Plascoat PPA 571 Easyflow产品、Dupont PowderCoating公司的Abcite X70产品和Atofina公司的Rilsan产品。
当这种粉末具有静电性质时，它具有更容易保持附着在金属支撑件上的优点。
粉末材料可能与带子的热塑性塑料相容或不相容，可以提及的是粉末与带子之间的化学或者机械的粘附。
用于输送和沉积带子30的系统6是一种能够相对于用粉末涂布的支撑件表面平移移动以及旋转移动的机头，指定机头的倾向角度适应于所期望的缠绕带子的圆周或螺旋角度。
输送和沉积机头6包括在加热和调节温度下的旋转加热滚筒，当存在带子时，允许带子保持在20-50□的温度，高于制造带子的热塑性塑料的熔点。例如，在专利申请WO 00/24566中描述了这种机头。
通过使机头适当倾斜，使其平行于管道纵轴反复做向外和返回运动，并使其围绕枢轴旋转，带子将缠绕在覆盖着粉末的支撑件上。
粉末的熔化和它的冷却使粉末粘附在带子上并使它转化成固结的覆盖层。为了达到制造粉末材料的熔点，沉积在粉末上的带子或者其热塑性塑料的熔点高于粉末熔点，或者如果带子的熔点较低，将需要提供热源以便熔化粉末。
虽然在输送状态下带子的温度可能高于粉末的熔点，但是二者的温度差可能过于微小而不能保证正确熔化。在那样的情况下，正如当粉末的熔点高于带子材料的熔点时那样，将提供热源42，该热源面向支撑件并与之间隔几厘米的距离。这样一旦带子涂布在粉末上，就允许该支撑件被加热。
作为一种选择，一旦完成了带子的缠绕就可以在支撑件附近提供热源，热量能够通过覆盖着粉末的热塑性塑料的厚度传递，从而使粉末熔化。
例如，上述热源是在涂布带子之前或之后沿着带子移动的热空气或者红外线辐射热量。
例如，作为一种选择或者为了补充热源，可以设想通过在轴心中传递的油在内部加热支撑件。
最后，设备10优选包括互补加热装置7和挤压装置8。
所述互补加热装置7可以包括热源42。在沉积带子之后或者一旦完成了缠绕，它们就立即执行。
所述挤压装置8包括挤压滚筒，在带子缠绕了一圈或者几圈后，或者可选择的是一旦全部完成了缠绕，该挤压滚筒将在覆盖着粉末的支撑件的圆周上挤压。这些装置确保了带子和熔化的粉末的固结，并降低了带子的各种重叠层之间的空隙程度。
热源42和/或互补加热装置7以及挤压滚筒8能够平行于支撑件4称动，例如以承载它们的移动筒形式。
设备的各种移动部件(支撑件、喷射装置、输送和沉积带子的系统、补充热源、挤压装置)执行的所有移动都是由一个或几个马达实现的，而气动装置由数控装置驱动。
下面将描述制造方法。
将轴心4旋转，同时喷射枪5运转中喷射粉末20，并且沿轴心长度方向平移移动。
一旦完成喷射，也就是说一旦粉末完全覆盖了轴心，至少是将要得到形状的表面，沉积和输送机头6开始铺设带子30。该机头沿轴心长度方向平移移动，同时轴心仍然旋转。
在沉积带子时，粉末20熔化以形成内部覆盖层2并且与带子粘结。取决于粉末的类型，如果需要，可以在内部加热支撑件，和/或使用沿轴心长度方向平移移动的补充热源，仅在被沉积的与粉末接触的带子的下游加热带子的外表面，同时轴心旋转。
在铺设带子之后，或者可选择的是一旦完成缠绕，互补加热装置7和挤压装置8就立即执行，因此局部地加热机体1的外围表面并且向该外围表面施加压力，从而使带子30与内部覆盖层2完全粘结。
一旦形成的机体冷却，就将它从支撑件上取出。
上述方法可以在单独的生产车间实现。当然，可以提供至少两个车间，即分别用粉末涂布支撑件和缠绕带子的车间，从而实现工业化的转化。
权利要求
1.制造复合材料中空机体(1)的方法，该中空机体包括基于热塑性塑料和玻璃的复合材料的内部覆盖层(2)和至少一层外部覆盖层(3)，其特征在于-在具有符合中空机体形状的支撑件(4)上喷射粉末(20)，以便覆盖所述支撑件，这种粉末用来组成内部覆盖层的材料；-用来形成机体外部覆盖层的复合材料加热带子(30)围绕覆盖着粉末的支撑件(4)缠绕，带子的加热使粉末熔化并使带子与粉末粘结，形成复合材料机体(1)；-在冷却之后将复合材料机体(1)从支撑件(4)中取出。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，可以与存在的热源结合，在高于或低于粉末熔点的温度下，将带子(30)沉积在粉末(20)上。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在粉末沉积在支撑件的整个表面并且沉积带子之前和/或之后，在内部和/或在外部加热支撑件(4)。
4.如权利要求1-3中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，沉积带子之后在其上施加压力。
5.如前述权利要求中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，通过喷射装置(5)喷射粉末(20)，该喷射装置可以相对于支撑件(4)移动，而支撑件(4)固定，或者反之亦然。
6.如前述权利要求中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，通过输送和沉积系统(6)沉积带子(30)，该输送和沉积系统相对于支撑件(4)平移和旋转运动，而所述支撑件(4)能够在缠绕过程中旋转。
7.如前述权利要求中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述粉末(20)是热塑性塑料，比如聚烯烃或聚酰胺。
8.如前述权利要求中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述粉末(20)是静电充电的。
9.如前述权利要求中任一项权利要求所速的方法，其特征在于，所述带子(30)包含混合的玻璃和热塑性塑料绞合线。
10.制造复合材料中空机体(1)的设备，该中空机体包括基于热塑性塑料和玻璃的复合材料的内部覆盖层(2)和至少一层外部覆盖层(3)，其特征在于，这种设备包括允许取出所获得的复合材料机体的支撑件(4)，用于在支撑件上喷射粉末(20)的装置(5)，用于在覆盖着粉末的支撑件(4)周围输送和沉积复合材料带子(30)的系统(6)。
11.如权利要求10所述的设备，其特征在于，喷射装置(5)和支撑件(4)能够相对运动。
12.如权利要求10或11所述的设备，其特征在于，输送和沉积带子的系统(6)能够相对于支撑件(4)平移或者旋转运动，所述支撑件能够旋转运动。
13.如权利要求10-12中任一项权利要求所述的设备，其特征在于，支撑件(4)由导电材料制造，以确保基于静电材料的粉末(20)被粘附。
14.如权利要求10-13中任一项权利要求所述的设备，其特征在于，支撑件(4)包括塑料制造的外部覆盖层薄膜(41)。
15.如权利要求10-14中任一项权利要求所述的设备，其特征在于，支撑件(4)是加热的。
16.如权利要求10-15中任一项权利要求所述的设备，其特征在于，该设备包括面对覆盖有粉末的支撑件(4)的外部热源(42)。
17.如权利要求10-16中任一项权利要求所述的设备，其特征在于，该设备包括带子沉积后增加的面对支撑件(4)的互补加热装置(7)，和带子沉积后挤压带子的挤压装置(8)。
18.复合材料中空机体(1)，该中空机体包括基于热塑性塑料和玻璃的复合材料制造的内部覆盖层(2)和至少一层外部覆盖层(3)，该内部覆盖层(2)通过熔化粉末用外部覆盖层(3)覆盖的粉末然后冷却获得。
19.如权利要求18所述的中空机体，其特征在于，内部覆盖层(2)是热塑性塑料，比如聚烯烃或聚酰胺。
20.如权利要求18所述的中空机体，其特征在于，外部覆盖层(3)由混合的热塑性塑料和玻璃线的带子形成。
21.如权利要求18-20中任一项权利要求所述的中空机体，其特征在于，外部覆盖层(3)覆盖着一层最后保护层(31)。
全文摘要
一种制造复合材料中空机体(1)的方法，该中空机体包括含有热塑性塑料和玻璃的复合材料制造的内层(2)和至少一层外层(3)。粉末(20)喷射到媒介(4)上，以确保取下所得到的复合材料机体，媒介具有匹配中空机体的形状，在这种方法中媒介覆盖着中空机体，并且用来形成机体外层的复合材料加热条(30)缠绕在覆盖着粉末的媒介(4)周围，因此来自加热条的热量促使粉末熔化。
文档编号F16L9/127GK1950189SQ200580013552
公开日2007年4月18日 申请日期2005年4月26日 优先权日2004年4月29日
发明者C·杜克雷特, J·沃伦, C·塞赖恩 申请人:法国圣戈班韦特罗特斯有限公司