一种连续纤维增强热塑性复合管的制作方法

本实用新型属于复合材料技术领域，具体涉及一种连续纤维增强热塑性复合管。

背景技术：

石油天然气开采对国家的重要性是众所周知的。石油天然气开采业过去绝大部分采用的是各种钢管，最突出的问题是腐蚀。随着产业的发展和技术的进步，迫切需要突破传统管道的局限，寻求技术和经济性能更好的新型管道。近年石油天然气行业越来越多地采用非金属管道。在中国，由于石油天然气资源很多在沙漠，沼泽，海洋和海滩（从浅海到深海）中，耐腐蚀抗高压又柔韧可曲挠，可以制成很长连续盘管的增强热塑性塑料管（RTP）相比于金属管道就具有了独特的优势。

RTP 复合管道生产工艺先进、成本低、性能优良、施工费用少且技术易配套，为此深受世界各国的普遍重视，欧美、德、法、英、日、俄等国家早在 70 年代就开始研究 RTP 复合管的生产技术，目前已经进入工业化生产阶段。目前我国对于RTP的生产研究处于起步阶段，相关产品生产技术亟需升级。

中国专利201220074379.7一种玻璃纤维增强热塑性塑料管中公布了一种玻璃纤维增强热塑性塑料管，分为内层，增强层及保护层，所述保护层材料为玻璃纤维粗纱或玻璃纤维绳或经玻璃纤维表面处理过的绳类，经过涂塑方法成为增强带进行缠绕成管，由于热塑性树脂的黏度大，粗纱和玻纤绳以及玻纤处理的绳类很难能与之充分浸润，从而导致干纱较多，很难达到设计的理论强度，若要达到理论强度须加层，必然导致RTP管的刚性增加，不利于其成盘卷曲及运输，最重要的是会导致其成本增加，不利于其推广。

中国专利201220580156.8一种玄武岩纤维增强热塑性塑料管，包括内衬管、缠绕在内衬管外的纤维增强层和套在纤维增强层外的外保护套，虽然玄武岩纤维增强热塑性复合材料已经进行开发，大多都是在实验阶段的产品，且玄武岩纤维分散难，与热塑性树脂结合力差，相应的相容剂，接枝剂开发不到位，价格和性能方面根本与玻纤增强热塑性复合材料比，其应用只能制作相关概念性产品，无法达到量产甚至是民用。

中国专利201220738914.4一种连续纤维增强管中公布了，包括管体，及在管体外部设有外保护层，在管体和外保护层之间设有螺旋绕包在管体外壁上的若干层连续纤维增强热塑

性复合材料预浸带层。目前这种管子国内采用的都是传统方法，先挤出热塑性内管，再在内管上缠绕增强层，最后挤出外表面保护层，这种方法管子的成型方法属于三部成型法，制作过程多，要求加工精度高。且目前，成熟的欧洲生产线大约需要2000-3000万人民币，国内的生产线还在研发阶段，预计也需要1000万人民币以上，这种高成本投入，低效率生产阻碍了RTP管的应用。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种连续纤维增强热塑性复合管。

本实用新型的目的是这样实现的，包括挤出层、缠绕增强层，两者交替缠绕，所述挤出层为双螺杆挤出机挤出的短纤增强聚乙烯材料层，所述短纤长度为1~3mm的短切纤维，所述挤出层的厚度为0.15-0.2mm，，所述缠绕增强层为连续纤维增强热塑性两层单向带经45°/-45°交错而成，所述连续纤维增强热塑性单向带为长度大于2000m的连续纤维单向带卷曲成盘，单向带中每根纤维长度均与单向带的长度相同，且单向带中纤维的数量保持一致。

本实用新型采用上述方案后，制作的管材结构上改变了以往增强管的内衬层、增强层、保护层的三层结构，生产方式由传统的三段式变为一步法，其最大的好处就是提高了效率，减少能耗，通过挤出缠绕一步进行，使得管材具有可设计性，满足不同应用领域的要求。管材适用性广，不但可以制作小口径管材，而且大口径的管材依然适用，与传统缠绕管相比大口径管材的能耗均减少30%-50%；制备产品及所产生的边角料，可回收，再次利用，属绿色产品技术。

附图说明

图1 本实用新型复合管的结构示意图；

图2 本实用新型复合管的挤出缠绕工艺示意图；

图3 本实用新型复合管的挤出工艺示意图；

图中：1-挤出模具，2-红外加热，3-缠绕模具，4-辊压装置，5-预加热装置6-张力调节装置，7-放卷装置8-挤出层，9-缠绕增强层。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明，但不得以任何方式对本实用新型加以限制，基于本实用新型教导所作的任何变更或改进，均属于本实用新型的保护范围。

如图1所示，本实用新型包括SFT挤出层、CFRT缠绕增强层两层交替缠绕结构。两种材料通过在缠绕模具上进行挤出和缠绕。

所SFT挤出层为双螺杆挤出机挤出短纤增强聚乙烯材料（SFT）。

所述的短纤维增强树脂由包含以下重量份的组分制成：

短纤维 30~45份；

热塑性树脂 55~70份；

所述短纤长度为1~3mm的短切纤维。

所述SFT挤出层的厚度为0.15-0.2mm。

所述缠绕增强层材料为连续纤维增强热塑性两层单向带（CFRT）经45°/-45°交错。

所述的连续纤维增强热塑性单向带由包含以下重量份的组分制成：

热塑性树脂 30~45份；

连续纤维 55~70份；

所述连续纤维增强热塑性单向带为长度大于2000m的连续纤维单向带卷曲成盘，单向带中每根纤维长度均与单向带的长度相同，且单向带中纤维的数量应保持一致。所述连续纤维单向带的宽度为d=π*D*cos45°，其中D为所缠绕管材的外径。所述连续纤维增强热塑性单向带的拉伸强度不低于850MPa，所述连续纤维增强热塑性单向带厚度为0.2-0.3mm。

所述CFRT缠绕增强层的厚度为0.4-0.6mm

所述一种纤维增强热塑性高压管的壁厚为1-20mm，内径为60-900mm。

所述一种纤维增强热塑性高压管每增加1层加强层，管材增加2-4MPa的压力承载。

所述一种纤维增强热塑性高压管的缠绕层数为1-25层。

以下将结合附图及具体实施例，对本实用新型的结构及有益效果进行详细说明：

1 玻璃纤维增强聚乙烯管

(1)开始旋转缠绕模具，模具旋转速度为2m/min，使用双螺杆挤出机将短切玻璃纤维增强HDPE树脂，玻璃纤维长度为2mm，双螺杆挤出机的温度设置为螺杆部分160-180℃，模头部分210-230℃从挤出模头处挤出熔融树脂后与经过经240℃预热后经过多辊张力调节处理过的按照45°/-45°的两层连续纤维增强HDPE单向带通过辊压装置，压辊的压力位5MPa与缠绕模具进行缠绕；

（2）当缠绕结束后，使用双螺杆挤出机将热塑性树脂从挤出模头处挤出熔融树脂通过辊压装置与缠绕模具进行缠绕，当圈缠绕结束后进行滚轴牵引，风冷，收卷。

2 玄武岩纤维增强聚丙烯管

(1)开始旋转缠绕模具，模具旋转速度为5m/min，使用双螺杆挤出机将短切玄武岩纤维增强PP树脂，玄武岩纤维长度为2mm，双螺杆挤出机的温度设置为螺杆部分180-200℃，模头部分230-260℃从挤出模头处挤出熔融树脂后与经过经270℃预热后经过多辊张力调节处理过的按照45°/-45°的两层连续纤玄武岩维增强PP单向带通过辊压装置，压辊的压力位5MPa与缠绕模具进行缠绕；

（2）当缠绕结束后，使用双螺杆挤出机将热塑性树脂从挤出模头处挤出熔融树脂通过辊压装置与缠绕模具进行缠绕，当圈缠绕结束后进行滚轴牵引，风冷，收卷。

3 碳纤维增强聚酰胺管

(1)开始旋转缠绕模具，模具旋转速度为3m/min，使用双螺杆挤出机将短切碳纤维增强PA6树脂，玻璃纤维长度为2mm，双螺杆挤出机的温度设置为螺杆部分220-230℃，模头部分260-270℃从挤出模头处挤出熔融树脂后与经过经280℃预热后经过多辊张力调节处理过的按照45°/-45°的两层连续碳纤维增强PA6单向带通过辊压装置，压辊的压力位6MPa与缠绕模具进行缠绕；

（2）当缠绕结束后，使用双螺杆挤出机将热塑性树脂从挤出模头处挤出熔融树脂通过辊压装置与缠绕模具进行缠绕，当圈缠绕结束后进行滚轴牵引，风冷，收卷。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明创造。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本发实用新型的保护范围之内。