一种纤维增强复合管的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种复合材料管道，尤其涉及一种纤维增强复合管，径向由内至外依次包括内衬层、增强层和外防护层，所述增强层包括第一增强层和第二增强层，所述第一增强层是用浸润第一树脂胶粘剂的竹材、木材、麻茎秆、藤条、秸秆、芦苇茎秆、荻茎秆中的一种或多种缠绕若干层粘结而成，所述第二增强层是由浸润第二树脂胶粘剂的连续纤维缠绕若干层粘结而成。本实用新型通过采用具有一定强度的竹材、木材、麻茎秆、藤条、秸秆、芦苇茎秆、荻茎秆中的一种或多种与具有高强度的连续纤维共同作为增强材料，先后缠绕若干层后粘结一体，使制得的管道强度高的同时，成本低，重量轻，密度小，从而强重比高，性价比高，可制成高压管道。
【专利说明】
一种纤维増强复合管
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种复合材料管道，尤其涉及一种纤维增强复合管。
【背景技术】
[0002]复合材料是由两种或两种以上物理和化学性能不同的材料组合而成的一种多相固体材料，各材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。一般包括基体材料和增强材料两部分，基体材料分为金属和非金属两大类，金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金，非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等;增强材料分纤维状和粒状材料两种，主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等;还可以加入辅助材料，如填料等。纤维增强复合管是由增强纤维材料与基体材料经过缠绕、模压或挤拉等成型工艺而制成的复合材料管道。但是，现有的纤维增强复合管成本高，强重比低，性价比不高。
[0003]CN202327397U公开了一种竹复合压力管，其沿管径方向由内至外依次为内衬层、增强层和外防护层，内衬层为内壁涂有防腐树脂的竹纤维无纺布，增强层为竹片缠绕在内衬层上形成的竹片层，竹片之间采用粘接剂粘接，外防护层为外壁涂有防水防腐树脂的竹纤维无纺布或棉质网格布。该复合管以竹材为增强材料，成本低，质量轻，但是该种管道所能承载的强度有限，一般只适用于中低压管道。
【实用新型内容】
[0004]针对现有技术的以上不足或改进需求，本实用新型提供了一种纤维增强复合管，其中通过对各个关键组件的结构组成和设置方式予以改进和重新设计，能够使得该纤维增强复合管强度高、成本低廉、密度小、强重比高。
[0005]为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，径向由内至外依次包括内衬层、增强层和外防护层，所述增强层包括第一增强层和第二增强层，所述第一增强层是用浸润第一树脂胶粘剂的竹材、木材、麻茎杆、藤条、秸杆、芦苇茎杆、荻茎杆中的一种或多种缠绕若干层粘结而成，所述第二增强层是由浸润第二树脂胶粘剂的连续纤维缠绕若干层粘结而成。
[0006]对于本实用新型的上述构思所形成的技术方案，通过采用具有一定强度的竹材、木材、麻茎杆、藤条、秸杆、芦苇茎杆、荻茎杆中的一种或多种与具有高强度的连续纤维共同作为增强材料，先后缠绕若干层后粘结一体，使制得的管道强度高的同时，成本低，重量轻，密度小，从而强重比高，性价比高，可制成高压管道。
[0007]优选地，所述第二增强层位于所述第一增强层的内侧。
[0008]优选地，所述连续纤维为碳纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、芳纶纤维中的一种或多种。
[0009]优选地，所述木材为木单板。
[0010]优选地，所述竹材为长2-6111、宽1-25臟、厚0.5-3111111的竹篾片或由宽1-25111111、厚0.5-3mm的竹篾片连接而成的竹帘。
[0011]优选地，所述第一树脂为环氧树脂、氨基树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、聚氨酯树脂中的一种。
[0012]优选地，所述第一树脂为氨基树脂，氨基树脂与植物材料具有很好的浸润性能。
[0013]优选地，所述第二树脂为环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、聚氨酯树脂、聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂中的一种。
[0014]优选地，所述内衬层是由浸润内衬树脂胶粘剂的玻璃纤维针织毡和/或竹纤维无纺布制成。
[0015]优选地，所述内衬树脂为不饱和聚酯树脂、环氧树脂、乙烯基酯树脂中的一种。
[0016]优选地，所述外防护层是由防水耐腐材料制成。
[0017]优选地，所述防水耐腐材料为聚脲树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、沥青、防水卷材中的一种。
[0018]优选地，所述增强层中多层间还夹设有砂胶层，所述砂胶层是由矿砂和第三树脂胶粘剂混合制成。
【附图说明】
[0019]图1是按照本实用新型一种实施例所设计的纤维增强复合管结构图；
[0020]图2是按照本实用新型另一种实施例所设计的纤维增强复合管结构图；
[0021]在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中:
[0022]n-第一增强层，12_第二增强层，13_内衬层，14_外防护层，15_砂胶层。
【具体实施方式】
[0023]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0024]图1是按照本实用新型一种实施例所设计的纤维增强复合管结构图；
[0025]图2是按照本实用新型另一种实施例所设计的纤维增强复合管结构图。
[0026]—个实施例如图1中所示，一种纤维增强复合管，径向由内至外依次具有内衬层13、增强层和外防护层14，所述增强层包括第一增强层11和第二增强层12，所述第一增强层11是用浸润第一树脂胶粘剂的竹材、木材、麻茎杆、藤条、秸杆、芦苇茎杆、荻茎杆中的一种或多种缠绕若干层粘结而成，所述第二增强层12是由浸润第二树脂胶粘剂的连续纤维缠绕若干层粘结而成。即该复合管是以竹材、木材、麻茎杆、藤条、秸杆、芦苇茎杆、荻茎杆中的一种或多种与连续纤维共同作为增强材料，第一树脂胶粘剂和第二树脂胶粘剂作为基体，通过缠绕成型，高强度的连续纤维的加入，提高了管道整体的力学性能，植物材料降低了制品的整体成本，减轻质量，提高闲置资源的利用率。上述植物材料均应呈连续长状，以便缠绕。本实施例中先由浸润第二树脂胶粘剂的连续纤维缠绕若干层后再由浸润第一树脂胶粘剂的竹材、木材、麻茎杆、藤条、秸杆、芦苇茎杆、荻茎杆中的一种或多种共同或分别缠绕多层粘结而成，即第二增强层12位于第一增强层11的内侧。因为管道内部受承载力最大，所以优选将高强度、高模量的连续纤维缠绕的第二增强层12设置于内侧。本实施例中，所述连续纤维具体为碳纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、芳纶纤维中的一种或多种;所述木材为木单板，因为木单板厚度小、强度高，适于缠绕工艺;所述竹材优选为长2-6m、宽l-25mm、厚0.5-3mm的竹篾片，或由该规格的竹篾片平行排列缝制成的竹篾帘;所述第一树脂具体为环氧树脂、氨基树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、聚氨酯树脂中的一种，所述第二树脂具体为环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、聚氨酯树脂、聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂中的一种。本实施例中，内衬层13是由浸润内衬树脂胶粘剂的玻璃纤维针织毡和/或竹纤维无纺布通过逐层铺设、手糊或缠绕等方式制成。本实施例中所述内衬树脂具体为不饱和聚酯树脂、环氧树月旨、乙烯基酯树脂中的一种。所述外防护层14是由防水耐腐材料制成。本实施例中所述防水耐腐材料具体为聚脲树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、沥青、防水卷材中的一种。
[0027]在另一实施例中，如图2所示，所述增强层中多层间还夹设有砂胶层，所述砂胶层是由矿砂和第三树脂胶粘剂混合制成。设置砂胶层可以提高管体的刚度。本实施例中，所述第三树脂胶粘剂与砂胶层所处增强层使用的树脂胶粘剂相同，以使砂胶层与所处增强层之间结合性更好。
[0028]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实用新型的竹缠绕复合管制造工艺及其关键工艺参数设计。
[0029]实施例1
[0030]—种纤维增强复合管，径向由内至外依次具有内衬层、第二增强层、第一增强层和外防护层，内衬层是由浸润乙烯基酯树脂胶粘剂的玻璃纤维针织毡制成，所述第二增强层是由浸润不饱和聚酯树脂胶粘剂的玻璃纤维缠绕若干层粘结而成，第一增强层是由浸润环氧树脂胶粘剂的竹片缠绕若干层粘结而成，外防护层是喷涂在第一增强层外表面的一层环氧树脂。其具体制备步骤如下:
[0031 ] (I)芯模处理:选取所需尺寸的芯模，在芯模表面涂覆脱模剂；
[0032](2)内衬层制作:将玻璃纤维针织毡浸润乙烯基酯树脂胶粘剂后，缠绕在芯模上，缠绕至内衬层的设计厚度，初步固化后形成内衬层；
[0033](3)第二增强层制备:将玻璃纤维浸润不饱和聚酯树脂胶粘剂后通过缠绕机以一定的张力和夹角螺旋缠绕在内衬层上，缠绕至设计第二增强层厚度，形成第二增强层；
[0034](4)第一增强层制备:将原竹剖削成长6m、宽25mm、厚3mm的薄竹片，沿其长度方向粘接成150m以上，浸润环氧树脂胶粘剂后用缠绕机以一定的张力和夹角螺旋缠绕在第二增强层上，缠绕至设计第一增强层厚度，形成第一增强层；
[0035](5)固化:将制备好第二增强层和第一增强层的芯模经过加热固化后成型；
[0036](6)外防护层成型:在第一增强层外表面均匀喷涂一层环氧树脂，形成外防护层；
[0037](7)脱模:将制备好的管体从芯模上脱模，得到纤维增强复合管。
[0038]实施例2
[0039]—种纤维增强复合管，径向由内至外依次具有内衬层、第二增强层、第一增强层和外防护层，内衬层是由浸润乙烯基酯树脂胶粘剂的竹纤维无纺布制成，所述第二增强层是由浸润环氧树脂胶粘剂的玄武岩纤维缠绕若干层粘结而成，第一增强层是由浸润聚氨酯树脂胶粘剂的木材缠绕多层粘结而成，外防护层是喷涂在第一增强层外表面的一层聚酯树月旨。所述木材具体可以选用桉木、杨木、桦木、杉木、樟子松、马尾松等制成的木刨削单板、单板层积材等木材。其具体制备步骤如下:
[0040](I)芯模处理:选取所需尺寸的芯模，在芯模表面涂覆脱模剂；
[0041](2)内衬层制作:将竹纤维无纺布浸润乙烯基酯树脂胶粘剂后，缠绕在芯模上，缠绕至内衬层的设计厚度，初步固化后形成内衬层；
[0042](3)第二增强层制备:将玄武岩纤维浸润环氧树脂胶粘剂后通过缠绕机以一定的张力和夹角螺旋缠绕在内衬层表面，缠绕至设计第二增强层厚度，形成第二增强层；
[0043](4)第一增强层制备:将木刨削单板或单板层积材浸渍聚氨酯树脂胶粘剂后以一定的张力和夹角螺旋缠绕在第二增强层表面，缠绕至设计第一增强层厚度，形成第一增强层；
[0044](5)固化:将制备好第二增强层和第一增强层的芯模经过加热固化后成型；
[0045](6)外防护层成型:在第一增强层外表面均匀喷涂一层聚酯树脂，形成外防护层；
[0046](7)脱模:将制备好的管体从芯模上脱模，得到所需纤维增强复合管。
[0047]实施例3
[0048]—种纤维增强复合管，径向由内至外依次具有内衬层、第二增强层、第一增强层一、第一增强层二和外防护层，内衬层是由浸润不饱和聚酯树脂胶粘剂的竹纤维无纺布制成，所述第二增强层是由浸润酚醛树脂胶粘剂的芳纶纤维缠绕若干层粘结而成，第一增强层一是由浸润酚醛树脂胶粘剂的麻类植物的茎杆缠绕若干层粘结而成，第一增强层二是由浸润酚醛树脂胶粘剂的藤条缠绕若干层粘结而成，所述麻类植物具体可以选用大麻、罗布麻、苎麻、黄麻、洋麻等，所述藤条具体可以选用粗细均匀、柔韧性好、强度高的巴丹藤、沙藤、厘藤的藤条。外防护层是喷涂在第一增强层二外表面的一层聚氨酯树脂。其具体制备步骤如下:
[0049](I)芯模处理:选取所需尺寸的芯模，在芯模表面涂覆脱模剂；
[0050](2)内衬层制作:将竹纤维无纺布浸润不饱和聚酯树脂胶粘剂后，缠绕在芯模上，缠绕至内衬层的设计厚度，初步固化后形成内衬层；
[0051](3)第二增强层制作:将芳纶纤维浸润酚醛树脂胶粘剂后通过缠绕机以一定的张力和夹角螺旋缠绕在芯模表面，缠绕至设计第二增强层厚度，形成第二增强层；
[0052](3)第一增强层一制作:将从麻茎上剥制下来的具有高强度、高韧性的麻皮晒干后，沿其轴向粘接成连续长状形成麻皮带，将麻皮带浸渍酚醛树脂后以一定的张力和夹角螺旋缠绕在第二增强层表面，缠绕至第一增强层一设计厚度，形成第一增强层一；
[0053](4)第一增强层二制作:将藤条干燥后平行排列多根并沿其长度方向粘接多排在网格布上，形成连续长的藤条带，将藤条带浸渍酚醛树脂胶粘剂后以一定的张力环向缠绕在第一增强层一表面，缠绕至第一增强层二设计厚度，形成第一增强层二 ；
[0054](5)固化:将附着有第二增强层、第一增强层一和第一增强层二的芯模进行加热固化后成型；
[0055](6)外防护层成型:在第一增强层二外表面均匀喷涂一层聚氨酯树脂，形成外防护层；
[0056](7)脱模:将制备好的管体从芯模上脱模，得到所需纤维增强复合管。
[0057]实施例4
[0058]一种纤维增强复合管，其径向由内至外依次具有内衬层、第一增强层、第二增强层和外防护层，内衬层是由浸润环氧树脂胶粘剂的玻璃纤维针织毡和竹纤维无纺布制成，第一增强层是由秸杆缠绕多层并通过聚氨酯树脂粘结固化而成，第二增强层是由浸润聚酰亚胺树脂胶粘剂的碳纤维缠绕若干层粘结而成，外防护层是粘接在第二增强层外表面的一层防水卷材。所述秸杆具体可以选用稻草、麦秸、高粱杆、玉米杆等。其具体制备步骤如下:
[0059](I)芯模处理:选取所需尺寸的芯模，在芯模表面包覆聚酯薄膜用以脱模；
[0060](2)内衬层制作:将竹纤维无纺布浸渍环氧树脂胶粘剂后缠绕在芯模上，再将玻璃纤维针织毡浸润环氧树脂胶粘剂后，缠绕在竹纤维无纺布上，缠绕至内衬层的设计厚度，初步固化后形成内衬层；
[0061](3)第一增强层制作:将稻草、麦秸、高粱杆、玉米杆等秸杆晒干后切割成相同长度，平行排列后经压制粘接在网格布上，使其轴向与网格布长度方向平行，形成秸杆连接带，将秸杆连接带浸润聚氨酯树脂后以一定的张力环向缠绕在内衬层表面，缠绕至设计第一增强层厚度，形成第一增强层；
[0062](4)第二增强层制作:将碳纤维浸润聚酰亚胺树脂胶粘剂后通过缠绕机以一定的张力和夹角螺旋缠绕在第一增强层表面，缠绕至设计第二增强层厚度，形成第二增强层；
[0063](5)固化:将制备好内衬层、第一增强层和第二增强层的管模具经过加热固化后成型；
[0064](4)脱模:将制备好的管体从芯模上脱模，得到所需纤维增强复合管。
[0065]实施例5
[0066]—种纤维增强复合管，径向由内至外依次具有内衬层、第二增强层、第一增强层一、砂胶层、第一增强层二和外防护层，内衬层是由浸润不饱和聚酯树脂胶粘剂的竹纤维无纺布和玻璃纤维针织毡制成，第二增强层是由碳纤维和玄武岩纤维缠绕多层并通过双马来酰亚胺树脂胶粘剂粘结而成，所述第一增强层一和第一增强层二均是由芦苇茎杆和荻茎杆缠绕多层并通过脲醛树脂粘结固化而成，所述砂胶层是由矿砂与脲醛树脂混合而成，所述外防护层是涂覆的一层聚脲树脂。其具体制备步骤如下:
[0067](I)芯模处理:制作所需尺寸和形状的芯模，在芯模表面包覆聚酯薄膜用以脱模；
[0068](2)内衬层制作:将竹纤维无纺布浸渍不饱和聚酯树脂胶粘剂后缠绕在芯模上，再将玻璃纤维针织毡浸润不饱和聚酯树脂胶粘剂后，缠绕在竹纤维无纺布上，缠绕至内衬层的设计厚度，初步固化后形成内衬层；
[0069](3)第二增强层制作:先将碳纤维浸润双马来酰亚胺树脂胶粘剂后通过缠绕机以一定的张力和夹角螺旋缠绕在内衬层表面，缠绕至一定厚度，之后再用玄武岩纤维浸润双马来酰亚胺树脂胶粘剂后继续缠绕至第二增强层的设计厚度，形成第二增强层；
[0070](2)第一增强层一制作:将芦苇茎杆和荻茎杆晒干后切割成相同长度，平行排列后经压制粘接在网格布上，使其轴向与网格布长度方向平行，形成连续长的茎杆连接带，将茎杆连接带浸渍脲醛树脂后以一定的张力环向缠绕在第二增强层表面，缠绕至设计第一增强层一厚度，形成第一增强层一；
[0071](3)砂胶层制作:将石英砂与脲醛树脂按照一定比例混合均匀后附着在兜砂布上缠绕在第一增强层上，缠绕一层，形成砂胶层；
[0072](4)第一增强层二制作:继续缠绕茎杆连接带在砂胶层上至设计第一增强层二厚度，形成第一增强层二；
[0073](5)固化:将附着有内衬层、第二增强层、第一增强层一、砂胶层和第一增强层二的芯模进行加热固化后成型；
[0074](6)外防护层成型:在第一增强层二表面涂覆一层聚脲树脂，形成外防护层；
[0075](7)脱模:将制备好的筒体从芯模上脱模，得到所需制品。
[0076]所述第一树脂胶粘剂、第二树脂胶粘剂、第三树脂胶粘剂、内衬树脂胶粘剂可以由具体树脂中按比例加入固化剂和填料调配而成。
[0077]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种纤维增强复合管，径向由内至外依次包括内衬层、增强层和外防护层，其特征在于，所述增强层包括第一增强层和第二增强层，所述第一增强层是用浸润第一树脂胶粘剂的竹材、木材、麻茎杆、藤条、秸杆、芦苇茎杆、荻茎杆中的一种或多种缠绕若干层粘结而成，所述第二增强层是由浸润第二树脂胶粘剂的连续纤维缠绕若干层粘结而成。2.如权利要求1所述的纤维增强复合管，其特征在于，所述第二增强层位于所述第一增强层的内侧。3.如权利要求1或2所述的纤维增强复合管，其特征在于，所述连续纤维为碳纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、芳纶纤维中的一种或多种。4.如权利要求1或2所述的纤维增强复合管，其特征在于，所述木材为木单板。5.如权利要求1或2所述的纤维增强复合管，其特征在于，所述竹材为长2-6m、宽1-25mm、厚0.5-3mm的竹篾片或由宽l-25mm、厚0.5-3mm的竹篾片连接而成的竹帘。6.如权利要求1或2所述的纤维增强复合管，其特征在于，所述第一树脂为环氧树脂、氨基树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、聚氨酯树脂中的一种。7.如权利要求6所述的纤维增强复合管，其特征在于，所述第一树脂为氨基树脂。8.如权利要求1或2所述的纤维增强复合管，其特征在于，所述第二树脂为环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、聚氨酯树脂、聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂中的一种。9.如权利要求1或2所述的纤维增强复合管，其特征在于，所述外防护层是由防水耐腐材料制成，所述防水耐腐材料为聚脲树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、沥青、防水卷材中的一种。10.如权利要求1或2所述的纤维增强复合管，其特征在于，所述增强层中多层间还夹设有砂胶层，所述砂胶层是由矿砂和第三树脂胶粘剂混合制成。
【文档编号】F16L58/10GK205716073SQ201620576838
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年6月14日
【发明人】叶柃
【申请人】浙江鑫宙竹基复合材料科技有限公司, 叶柃