一种基于纬编织平针组织金属骨架的复合管材及制备方法

1.本发明涉及一种基于纬编织平针组织金属骨架的复合管材及制备方法。


背景技术：

2.随着机械装备高性能的发展，尤其是对管路系统耐高温、耐高压、抗蠕变性能等技术需求，金属骨架复合管的使用频率日益增高，对其的综合力学性能和安全可靠性要求越来越高。现有的金属骨架复合管主要分为两类，即钢丝网骨架聚乙烯复合管和钢骨架聚乙烯复合管。这两类金属骨架复合管在高温、高压、大变形、大载荷冲击条件下，工作寿命往往低于额定寿命，难以满足技术要求。上述的金属骨架复合管的问题和缺陷主要有：（1）现有的钢丝网骨架塑料聚乙烯复合管是以高强度钢丝左右螺旋缠绕成型的网状骨架为增强体并用改性粘结树脂将钢丝骨架与内、外层高密度聚乙烯紧密地连接在一起。由于为树脂胶层耐温能力不足，管材不能运输温度较高的介质。同时，管材层与层之间有着明显的界面，易脱层，脱层后的管材内部的钢丝缠绕层与塑料层部分分离，在输送腐蚀性介质的情况下会对钢丝层造成严重腐蚀，使管材的承压主体受到破坏，由于钢丝层被腐蚀后的剩余塑料部分的承压能力很低，即使在较低的压力下也有可能出现爆管现象。
3.（2）现有的钢骨架塑料聚乙烯复合管是以垂直的径向，纬向的钢丝预制成管状，然后与聚乙烯复合成管，采用的焊接工艺。由于需要焊接，一般使用低碳钢丝，焊接后导致应力集中，管壁由于应力不均，易被破坏。


技术实现要素：

4.本发明对上述问题进行了改进，即本发明要解决的技术问题是提供一种基于纬编织平针组织金属骨架的复合管材及制备方法，结构简单且使用方便。
5.本发明是这样构成的，它包括复合管体以及设置在复合管体两端的端口接口法兰，所述复合管体包括纬编织平针组织金属骨架层，在纬编织平针组织金属骨架层外部安装组合模具，以利于向组合模具内部灌入聚合物在纬编织平针组织金属骨架层上形成聚合物填充层。
6.进一步的，所述组合模具包括上模具和下模具，所述上模具下部、下模具上部设有弧形槽，位于上、下模具的弧形槽拼成用以包裹住纬编织平针组织金属骨架层的圆柱空间，端口接口法兰封堵住该圆柱空间的两侧。
7.进一步的，所述上模具外部设有上固定板，下模具外部设有用以与上固定板相对应的下固定板，定位件贯穿上、下固定板将上、下模具进行固定。
8.进一步的，位于上模具的弧形槽下方边缘设有止口槽，位于下模具的弧形槽上方边缘设有用以与止口槽相配合的凸缘。
9.进一步的，端口接口法兰封与上、下模具之间也采用定位件连接。
10.进一步的，所述纬编织平针组织金属骨架层与端口接口法兰的中部穿设有芯轴，该芯轴内用以通入气体或液体进行冷却。
11.进一步的，一种基于纬编织平针组织金属骨架的复合管材的制备方法，包括步骤如下：（1）根据所需丝径、丝材、编织密度、复合管体的尺寸，通过编织机编织出所需要规格的纬编织平针组织金属骨架层，纬编织平针组织金属骨架层与端口接口法兰也通过编织的方式连接在一起；（2）将由纬编织平针组织金属骨架层、端口接口法兰装配成的骨架部件放置在下模具上并将端口接口法兰与下模具两侧固定；（3）在该骨架部件中间穿入芯轴；（4）将上模具与下模具进行装配并固定，使纬编织平针组织金属骨架层被包裹在上、下模具之间；（5）在上、下模具进行聚合物的灌入，灌入完成以后，在芯轴中通入液体或气体进行冷却，待冷却至室温后打开上、下模具取出制好的管件。
12.进一步的，在步骤（4）中，将上模具的止口槽对准下模具的凸缘实现定位，上固定板与下固定板对准后采用定位件紧固。
13.进一步的，在步骤（5）中，打开上、下模具时，先抽出芯轴，然后解锁端口接口法兰与上模具之间的定位件，解锁上、下模具之间的上、下固定板之间的定位件，打开上模具，最后解锁端口接口法兰与下模具之间的定位件，取出复合管体。
14.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：（1）本发明采用复合成型的形式，避免了复合管体有明显的界面，增强体和基体易脱层的问题，保证了复合管材具有高比强度和高比模量的力学性能，使其能在高温、高压、大变形工况下，提升抵抗损伤、延长使用寿命、位移补偿、耐疲劳、高强度等方面的多功能特性。
15.（2）本发明采用的纬编织平针组织骨架结构，具有近净成形、结构可设计性强等特点，采用纬编织物制备管状复合材料，避免了增强体制备的复合管材存在应力集中现象，使得制备的复合管材具有相对更加持久的结构稳定性。
16.（3）本发明的复合管材可以根据所需的不同的工作条件，通过骨架参数的选择如骨架编织密度、丝径、丝材、聚合物材料以及管材的厚度设计符合特定要求的高性能管状增强体，从而整体提升增强复合管材的面内力学性能及沿管壁厚度方向上的强度、损伤容限和可靠性。
17.（4）纬编织平针组织金属骨架的复合管因其优于金属管材的比强度和比模量，可作为高温、高压气液体传输，抗蠕变，大冲击载荷等方面作用的零件，可以广泛广泛应用于航空航天、管道修复、医疗器械、体育用品等领域。
附图说明
18.图1为本发明实施例结构示意图；图2为图1的局部放大图；图3为本发明实施例复合管体单元结构示意图；图4为本发明实施例纬编织平针组织结构单元结构示意图；图5为本发明实施例组合模具、纬编织平针组织金属骨架层和端口接口法兰爆炸图；图6为本发明实施例组合模具、纬编织平针组织金属骨架层和端口接口法兰剖视图一；图7为本发明实施例组合模具、纬编织平针组织金属骨架层和端口接口法兰剖视
图二；图中：1-复合管体，11-纬编织平针组织金属骨架层，12-聚合物填充层，13-聚合物单元层，14-纬编织平针组织结构单元，2-端口接口法兰，3-组合模具，31-上模具，32-下模具，33-弧形槽，34-上固定板，35-下固定板，36-止口槽，37-凸缘，38-定位件，39-芯轴。
具体实施方式
19.下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
20.实施例：参照附图1-7所示，提供一种基于纬编织平针组织金属骨架的复合管材，包括复合管体1以及设置在复合管体两端的端口接口法兰2，所述复合管体1包括纬编织平针组织金属骨架层11，纬编织平针组织金属骨架层表面呈网格状，在纬编织平针组织金属骨架层外部安装组合模具3，以利于向组合模具内部灌入聚合物在纬编织平针组织金属骨架层上形成聚合物填充层12。
21.在本实施例中，复合管体由多个复合管体单元组成，单个复合管体单元由聚合物单元层13和纬编织平针组织结构单元14硫化而成，纬编织平针组织结构单元包括至少两个相互穿套形成孔洞的丝材。
22.纬编织平针组织金属骨架层是由针编弧、沉降弧和圈柱组成，骨架通过单元的相互穿套而形成的圆筒形，能够呈现延伸性、抗冲击疲劳性能优良的力学性能；在制备复合管件过程中可通过调节骨架编织密度、丝径、丝材、聚合物材料以及管材的厚度，以达到不同的力学性能效果。
23.在本实施例中，所述组合模具3包括上模具31和下模具32，所述上模具下部、下模具上部设有弧形槽33，位于上、下模具的弧形槽拼成用以包裹住纬编织平针组织金属骨架层的圆柱空间，端口接口法兰封堵住该圆柱空间的两侧。
24.在本实施例中，所述上模具外部设有上固定板34，下模具外部设有用以与上固定板相对应的下固定板35，定位件贯穿上、下固定板将上、下模具进行固定。
25.上、下固定板设有螺纹孔。
26.在本实施例中，位于上模具的弧形槽下方边缘设有止口槽36，位于下模具的弧形槽上方边缘设有用以与止口槽相配合的凸缘37。
27.上、下模具通过止口槽位置定位，同时成型过程中通过止口位置完成排气。
28.在本实施例中，端口接口法兰封与上、下模具之间也采用定位件38连接。
29.端口接口法兰、下模具侧部设有相对应的定位孔。
30.定位件可以为螺栓、螺母组件。
31.在本实施例中，所述纬编织平针组织金属骨架层与端口接口法兰的中部穿设有芯轴39，该芯轴内用以通入气体或液体进行冷却。
32.在本实施例中，上模具中部设有注塑口。
33.在本实施例中，制备时：（1）根据所需丝径、丝材、编织密度、复合管体的尺寸，通过编织机编织出所需要规格的纬编织平针组织金属骨架层的结构，纬编织平针组织金属骨架层与端口接口法兰也通过编织的方式连接在一起；（2）将由纬编织平针组织金属骨架层、端口接口法兰装配成的骨架部件放置在下模具上并将端口接口法兰与下模具两侧固定；（3）在该骨架部件中间穿入芯轴；（4）将上模具与下模具进行装配并固定，使纬编织平针组织金
属骨架层被包裹在上、下模具之间；（5）在上、下模具进行聚合物的灌入，灌入完成以后，在芯轴中通入液体或气体进行冷却，待冷却至室温后打开上、下模具取出制好的管件。
34.在步骤（4）中，将上模具的止口槽对准下模具的凸缘实现定位，上固定板与下固定板对准后采用定位件紧固。
35.在步骤（5）中，打开上、下模具时，先抽出芯轴，然后解锁端口接口法兰与上模具之间的定位件，解锁上、下模具之间的上、下固定板之间的定位件，打开上模具，最后解锁端口接口法兰与下模具之间的定位件，取出复合管体。
36.在本实施例中，纬编织平针组织金属骨架层采用纬编复合材料制成，将丝材通过纬编机织制成所需要的形状，形成预成型结构件，然后再通过注塑硫化工艺使其与聚合物基体复合成型。其中纬编织平针组织金属骨架层作为增强体赋予了复合管材优异的延伸性、抗冲击性及成型性。聚合物填充层作为基体赋予了复合管材优异的耐腐蚀性、耐油性、耐热性、耐磨性。
37.上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。
38.如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。
39.同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接（例如使用螺栓或螺钉连接），也可以理解为：不可拆卸的固定连接（例如铆接、焊接），当然，互相固定连接也可以为一体式结构（例如使用铸造工艺一体成形制造出来）所取代（明显无法采用一体成形工艺除外）。
40.另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。
41.本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
42.最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。