專利名稱：大口徑高壓力非金屬復合管及其制備方法
技術領域：
本發明涉及非金屬管材領域，特別涉及一種大口徑高壓力非金屬復合管及其制備方法。
背景技術：
為緩解油田金屬管道的腐蝕問題，非金屬與復合材料管在油氣集輸、注入和污水處理等領域逐步得到廣泛應用。目前非金屬管材在油田應用大部分是小口徑管道
150mm)，主要包括玻璃鋼管、柔性復合管和塑料合金復合管等。大口徑非金屬管材應用相對較少，主要是玻璃鋼管和鋼骨架增強聚乙烯復合管，但這些產品通常不能滿足大口徑 (^ DN250)高壓力(》6MPa)集輸干線管道的應用需求。標準中規定的鋼骨架復合管(SY/ T 6662、CJ/T 189等)公稱壓力通常低于4MPa，而大口徑玻璃鋼管壓力高時密封困難，且在負壓下容易發生坍塌。熱塑性塑料內襯的玻璃鋼復合管因為結合了塑料內襯層優良的防腐性、耐溫性、液流性和玻璃鋼結構層的高強度、耐久性而備受關注。同時內襯塑料層的存在使玻璃鋼抗流體滲透性大幅度增加，使大口徑、高壓力非金屬復合管的制備成為現實。但在實際使用過程中，當輸送管線出現壓力突降或負壓情況時，內襯塑料層由于環剛度較低而常常出現坍塌現象，并最終失效脫落，堵塞整個管線，影響了管線安全有效地運行。增加塑料內襯層的厚度可以提高其環剛度，但一方面會造成原材料用量的大幅度增加，使復合管重量和制造成本大幅增加；另一方面會減小復合管內流體的流通內徑，大大降低了復合管輸送效率。
發明內容
本發明的目的是，解決現有復合管內襯環剛度低，流通內徑小、輸送效率低的問題，提供一種內襯環剛度高、流通內徑大且輸送效率高的大口徑高壓力非金屬復合管及其制備方法。本發明一個方面，提供的一種大口徑高壓力非金屬復合管包括抗負壓內襯層和抗內壓結構層；所述抗負壓內襯層為設有環向增強材料的增強熱塑性塑料復合層，用于提高大口徑管道抗負壓能力；所述抗內壓結構層為用于提高大口徑管道抗內壓能力的增強熱固性塑料復合層；所述抗負壓內襯層設置在所述抗內壓結構層內部。進一步，所述抗負壓內襯層的增強材料包括玻璃纖維、玄武巖纖維帶、碳纖維帶、高強度塑料帶、鋼絲、鋼帶或鋼板。進一步，所述抗負壓內襯層的熱塑性塑料包括聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯。進一步，所述抗內壓結構層的增強材料包括
玻璃纖維、玄武巖纖維、碳纖維、有機纖維或布帶、浸膠帶。進一步，所述抗內壓結構層的熱固性塑料包括不飽和聚脂、環氧樹脂或酚醛樹脂。本發明另一個方面，提供一種制備上述大口徑高壓力非金屬復合管的方法，包括 將所述增強材料與加熱成熔融狀態的熱塑性塑料一起經擠塑機復合管成型模腔形成復合管坯，再經冷卻、切割、注塑獲得抗負壓內襯層；將浸有熱固性塑料的增強材料連續、均勻的纏繞在所述抗負壓內襯層外表面后充分固化獲得抗內壓結構層；將所述抗負壓內襯層與所述纏繞在其外表面的抗內壓結構層進行端口整形后獲得成品。進一步，所述抗負壓內襯層的增強材料包括玻璃纖維、玄武巖纖維帶、碳纖維帶、高強度塑料帶、鋼絲、鋼帶或鋼板。進一步，所述抗負壓內襯層的熱塑性塑料包括聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯。進一步，所述抗內壓結構層的增強材料包括玻璃纖維、玄武巖纖維、碳纖維、有機纖維或布帶、浸膠帶。進一步，所述抗內壓結構層的熱固性塑料包括不飽和聚脂、環氧樹脂或酚醛樹脂。本發明提供的一種大口徑高壓力非金屬復合管，在玻璃鋼管內部增加了增強熱塑性塑料抗負壓內襯層，克服了玻璃鋼在高壓下由于基體開裂發生的滲漏現象，提高了管材的承壓能力；外層(抗內壓結構層)采用連續纖維纏繞成型的增強熱固性塑料復合材料，可自由地設計復合管的最大承壓能力，在保證復合管大口徑的同時，有效確保了壓力等級的提升；此外，由于抗負壓內襯層為增強塑料，比采用單一的熱塑性塑料內襯層，具有更高的環剛度，有效防止了壓力突降或負壓狀態下內襯層的坍塌，明顯提高了內襯層的抗負壓能力。在降低抗負壓內襯層壁厚的同時，保證了外層增強熱固性塑料結構層的密封性能，為復合管整體承壓能力的提升奠定了基礎。本發明提供的一種制備上述大口徑高壓力非金屬復合管的方法，在連接時，復合管兩端抗負壓內襯層塑料采用熱熔焊方式，在達到連接目的的同時，有效提高了復合管連接的密封性。復合管抗內壓外結構層采用金屬活動螺紋連接，或采用非金屬管箍連接，保證了復合管具有足夠連接強度的同時，也為抗負壓內襯層提供了額外的預緊力，并為復合管整體的密封性起到了第二重保護作用。
圖1是本發明實施例提供的一種大口徑高壓力非金屬復合管結構示意圖；圖2是圖1所示結構的剖視圖。
具體實施例方式結合圖1、圖2所示，本發明提供的一種大口徑高壓力非金屬復合管結構包括抗負壓內襯層1和抗內壓結構層2。抗負壓內襯層1為設有環向增強材料的增強熱塑性塑料復合層，用于提高大口徑管道抗負壓能力，具有一定的抗內壓能力。抗內壓結構層2為用于提高大口徑管道抗內壓能力的增強熱固性塑料復合層。抗負壓內襯層1設置在抗內壓結構層 2內部。其中，抗負壓內襯層1的增強材料包括玻璃纖維、玄武巖纖維帶、碳纖維帶、高強度塑料帶、鋼絲、鋼帶或鋼板。抗負壓內襯層1的熱塑性塑料包括聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯。抗內壓結構層2的增強材料包括玻璃纖維、玄武巖纖維、碳纖維、有機纖維或布帶、浸膠帶。抗內壓結構層2的熱固性塑料包括不飽和聚脂、環氧樹脂或酚醛樹脂。本發明提供的一種制備圖1所示的大口徑高壓力非金屬復合管結構方法，包括以下步驟步驟Sl 將增強材料與加熱成熔融狀態的熱塑性塑料一起經擠塑機復合管成型模腔形成復合管坯，再經冷卻、切割、注塑獲得抗負壓內襯層1。其中，制備抗負壓內襯層1 的增強材料包括玻璃纖維、玄武巖纖維帶、碳纖維帶、高強度塑料帶、鋼絲、鋼帶或鋼板。制備抗負壓內襯層1的熱塑性塑料包括聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯。步驟S2 將浸有熱固性塑料的增強材料連續、均勻的纏繞在所述抗負壓內襯層外表面后充分固化獲得抗內壓結構層2。其中，制備抗內壓結構層2的增強材料包括玻璃纖維、玄武巖纖維、碳纖維、有機纖維或布帶、浸膠帶。制備抗內壓結構層2的熱固性塑料包括不飽和聚脂、環氧樹脂或酚醛樹脂。步驟S3 所述抗負壓內襯層1與所述纏繞在其外表面的抗內壓結構層2進行端口整形后獲得成品。本發明提供的一種大口徑高壓力非金屬復合管，在玻璃鋼管內部增加了增強熱塑性塑料抗負壓內襯層，克服了玻璃鋼在高壓下由于基體開裂發生的滲漏現象，提高了管材的承壓能力；外層(抗內壓結構層)采用連續纖維纏繞成型的增強熱固性塑料復合材料，可自由地設計復合管的最大承壓能力，在保證復合管大口徑的同時，有效確保了壓力等級的提升；此外，由于抗負壓內襯層為增強塑料，比采用單一的熱塑性塑料內襯層，具有更高的環剛度，有效防止了壓力突降或負壓狀態下內襯層的坍塌，明顯提高了抗負壓內襯層的抗負壓能力。在降低內襯層壁厚的同時，保證了外層增強熱固性塑料結構層的密封性能，為復合管整體承壓能力的提升奠定了基礎。本發明提供的一種制備上述大口徑高壓力非金屬復合管的方法，在連接時，復合管兩端抗負壓內襯層塑料采用熱熔焊方式，在達到連接目的的同時，有效提高了復合管連接的密封性。復合管抗內壓外結構層采用金屬活動螺紋連接，或采用非金屬管箍連接，保證了復合管具有足夠連接強度的同時，也為抗負壓內襯層提供了額外的預緊力，并為復合管整體的密封性起到了第二重保護作用。下面結合具體實施例對本發明做進一步說明。實施例1 首先應用電阻焊技術將數根經、緯線低碳鋼絲焊接形成網狀筒型鋼絲網骨架，與加熱成熔融狀態的聚乙烯一起連續地送入擠塑機復合管成型模腔。復合成管坯后進行冷卻定型，冷卻定型后得到的復合管由牽引機引出，由定長切割機每IOm進行切割。將切割后的復合管送至封口注塑機，對切割后暴露鋼絲的端面進行二次注塑封口，形成最終的鋼絲網骨架增強聚乙烯復合材料抗負壓內襯層1。將制備的鋼絲網骨架增強聚乙烯復合材料抗負壓內襯層1固定在玻璃鋼管纏繞機上作為成型芯模，必要時在內襯管內增加金屬模具增加模具剛度。隨后將浸有不飽和聚脂膠液的玻璃纖維在一定控制張力作用下，按照一定規律連續、均勻地纏繞到內襯層外表面，待其達到一定厚度后充分固化，即制備出復合管的抗內壓結構層2。對復合管的端口進行整形，得到精確的外圓尺寸。至此，新型大口徑高壓力非金屬復合管制造工序結束。實施例2 將優質薄鋼板經沖壓卷焊形成增強骨架。與此同時，將聚丙烯加入擠出機內加熱成熔融狀態。將增強骨架與從擠出機得到的熔融狀態聚丙烯一起連續地送入復合管成型模腔。復合成管坯后進行冷卻定型，冷卻定型后得到的復合管由牽引機引出，由定長切割機每 IOm進行切割。將切割后的復合管送至封口注塑機，對切割后暴露鋼絲的端面進行二次注塑封口，形成最終的鋼板網骨架增強聚丙烯復合材料抗負壓內襯層1。將制備的鋼板網骨架增強聚丙烯復合材料抗負壓內襯層1固定在纖維纏繞機上， 隨后將浸有環氧樹脂膠液的芳綸纖維在一定控制張力作用下，按照一定規律連續、均勻地纏繞到內襯層外表面，待其達到一定厚度后充分固化，即制備出復合管的抗內壓結構層2。 對復合管的端口進行整形，得到精確的外圓尺寸。至此，新型大口徑高壓力非金屬復合管制造工序結束。實施例3 將高強度玻璃纖維增強塑料帶(寬度4mm*厚度3mm)以一定角度纏繞在芯模上。 與此同時，將聚乙烯加入擠出機內加熱成熔融狀態。將增纏繞有高強塑料帶的芯模與從擠出機得到的熔融狀態聚乙烯一起連續地送入復合管成型模腔。復合成管坯后進行冷卻定型，脫模后得到的復合管由牽引機引出，形成塑料帶增強聚乙烯復合材料抗負壓內襯層1。將制備的塑料帶增強聚乙烯復合材料抗負壓內襯層1作為芯模通過纖維編織制管機，隨后將浸有室溫固化環氧樹脂膠液的玻璃纖維在一定控制張力作用下，按照一定規律連續、均勻地編織到內襯層外表面，待其達到一定厚度后充分固化，即制備出復合管的抗內壓結構層2。由切割機進行切割(可長至數十米，根據需要及運輸能力確定)。將切割后的復合管送至封口注塑機，對切割后內襯層端面進行二次注塑封口，對復合管的端口進行整形，得到精確的外圓尺寸。至此，新型大口徑高壓力非金屬復合管制造工序結束。上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受上述實施例的限制，其它的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種大口徑高壓力非金屬復合管，其特征在于，包括 抗負壓內襯層和抗內壓結構層；所述抗負壓內襯層為設有環向增強材料的增強熱塑性塑料復合層，用于提高大口徑管道抗負壓能力；所述抗內壓結構層為用于提高大口徑管道抗內壓能力的增強熱固性塑料復合層； 所述抗負壓內襯層設置在所述抗內壓結構層內部。
2.如權利要求1所述的大口徑高壓力非金屬復合管，其特征在于，所述抗負壓內襯層的增強材料包括玻璃纖維、玄武巖纖維帶、碳纖維帶、高強度塑料帶、鋼絲、鋼帶或鋼板。
3.如權利要求1所述的大口徑高壓力非金屬復合管，其特征在于，所述抗負壓內襯層的熱塑性塑料包括聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯。
4.如權利要求1所述的大口徑高壓力非金屬復合管，其特征在于，所述抗內壓結構層的增強材料包括玻璃纖維、玄武巖纖維、碳纖維、有機纖維或布帶、浸膠帶。
5.如權利要求1所述的大口徑高壓力非金屬復合管，其特征在于，所述抗內壓結構層的熱固性塑料包括不飽和聚脂、環氧樹脂或酚醛樹脂。
6.一種制備如權利要求1所述的大口徑高壓力非金屬復合管的方法，其特征在于，包括將所述增強材料與加熱成熔融狀態的熱塑性塑料一起經擠塑機復合管成型模腔形成復合管坯，再經冷卻、切割、注塑獲得抗負壓內襯層；將浸有熱固性塑料的增強材料連續、均勻的纏繞在所述抗負壓內襯層外表面后充分固化獲得抗內壓結構層；將所述抗負壓內襯層與所述纏繞在其外表面的抗內壓結構層進行端口整形后獲得成PΡΠ O
7.如權利要求6所示的制備方法，其特征在于，所述抗負壓內襯層的增強材料包括 玻璃纖維、玄武巖纖維帶、碳纖維帶、高強度塑料帶、鋼絲、鋼帶或鋼板。
8.如權利要求6所示的制備方法，其特征在于，所述抗負壓內襯層的熱塑性塑料包括 聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯。
9.如權利要求6所示的制備方法，其特征在于，所述抗內壓結構層的增強材料包括 玻璃纖維、玄武巖纖維、碳纖維、有機纖維或布帶、浸膠帶。
10.如權利要求6所示的制備方法，其特征在于，所述抗內壓結構層的熱固性塑料包括不飽和聚脂、環氧樹脂或酚醛樹脂。
全文摘要
公開了一種大口徑高壓力非金屬復合管，包括抗負壓內襯層和抗內壓結構層；所述抗負壓內襯層為設有環向增強材料的增強熱塑性塑料復合層，用于提高大口徑管道抗負壓能力；所述抗內壓結構層為用于提高大口徑管道抗內壓能力的增強熱固性塑料復合層；所述抗負壓內襯層設置在所述抗內壓結構層內部。還公開了一種制備上述大口徑高壓力非金屬復合管的方法。本發明提供了一種大口徑高壓力非金屬復合管及其制備方法。該復合管采用骨架增強塑料管作為抗負壓內襯層，外層采用玻璃鋼管作為主承載層。內襯增強材料提供了一定的承受內壓能力，并提高了抗負壓內襯層的環剛度，有效避免了抗負壓內襯層在壓力突降或負壓條件下的坍塌，保證了復合管結構的完整性。
文檔編號B29C47/00GK102537534SQ20121002546
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月6日 優先權日2012年2月6日
發明者丁楠, 張學敏, 戚東濤, 李厚補, 蔡雪華 申請人:中國石油天然氣集團公司