本發明涉及一種管材及其成型方法，尤其是涉及一種連續纖維增強熱塑性樹脂纏繞管材成型方法。
背景技術：
現有的連續纖維增強樹脂的纏繞產品大都是玻璃鋼，玻璃鋼用的樹脂都是熱固性樹脂(如環氧樹脂、不飽和樹脂等)。玻璃鋼材料最大的缺點是熱固性樹脂的使用使得其難以回收，不夠環保，且脆性較大，抗沖擊性差。因此用熱塑性材料取代熱固性材料是當今社會對環境保護要求的一種趨勢。纏繞成型是復合材料中一種材料成型工藝，主要用于管材等的制備，產品具有十分優異的強度等性能，因此備受關注。連續纖維增強熱固性樹脂復合材料(俗稱玻璃鋼)容易實現纏繞，也是目前纏繞工藝的主要應用領域，而連續纖維增強熱塑性樹脂復合材料的纏繞成型因為連續纖維增強熱塑性樹脂復合材料的制備技術困難及該材料有一定的硬度不易纏繞等種種技術原因，使其至今尚未得到應用，此技術也受到廣泛研究，但都沒有實質性進展。但是隨著上海杰事杰新材料股份有限公司解廷秀博士公開號為CN1521209A的發明專利連續纖維增強的熱塑性復合材料的公開以及遼寧杰事杰新材料有限公司連續纖維增強熱塑性預浸帶材料(以下簡稱預浸帶)的產業化批量投產，為實現連續纖維增強熱塑性材料的纏繞提供了契機，同時也使得連續纖維增強熱塑性材料的纏繞可以和玻璃鋼纏繞一樣進行工業化生產。連續纖維增強熱塑性樹脂纏繞管材較玻璃鋼管具有成型周期短、質量更輕、耐腐蝕性更好、抗沖擊性更好以及可回收，有利于環境保護等優勢，可應用于石油化工等高壓管道領域。
技術實現要素：
本發明的目的就是為了克服現有玻璃鋼技術的不足之處而提供的一種具有更好的抗沖擊性、耐腐蝕性、重量輕、成型周期短、環保可回收的連續纖維增強熱塑性樹脂纏繞管材成型方法。本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：一種連續纖維增強熱塑性樹脂纏繞管材，該管材為由預浸帶片材在芯模的表面交叉纏繞數層并滾壓后除去芯模得到的空心管材。所述的預浸帶片材為纖維增強樹脂片材，其中的樹脂包括聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚酰胺，纖維包括玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維或滌綸纖維。所述的預浸帶片材的纏繞角度為0°～90°，但不包含0°和90°，優選40°～85°。所述的預浸帶片材的纏繞層數為2～60層。一種連續纖維增強熱塑性樹脂纏繞管材成型方法，包括以下步驟：(1)加熱預浸帶片材，熔化預浸帶片材中的樹脂，使得整個預浸帶片材軟化；(2)對受熱后的預浸帶施加張力，并按照一定的纏繞角度在的纏繞芯軸上交叉纏繞2～60層；(3)在纏繞的過程中，通過壓力輥在管件表面施加一定的壓力，提高管材的粘結強度。(4)纏繞完成后，在纏繞管件表面用加熱器進行高溫加熱，再通過壓輥在管件表面施加壓力，提高纏繞制品表面光整度和減少纏繞制品之間的空隙，最后冷卻脫模除去芯軸即可。所述的樹脂優選聚丙烯或聚乙烯。所述的纖維優選玻璃纖維。步驟(1)中采用紅外燈管、紅外陶瓷片、熱風槍、電阻絲或激光對預浸帶片材進行加熱，加熱溫度為100～500℃，根據選用的樹脂的熔點和纏繞速度確定，最終效果為預浸帶充分融化而不發生降解。步驟(2)中所述的受熱后的預浸帶在張力的作用下張緊。步驟(3)中所述的壓力為0.05～0.2MPa。步驟(4)中所述的纏繞管件的形狀為圓形或方形。步驟(4)中所述的高溫加熱的溫度為高于樹脂熔點50～200℃，所述的壓力為0.1～0.5MPa。步驟(4)中所述的加熱器產生的溫度優選250～380℃。與現有技術相比，本發明具有以下優點：(1)連續纖維增強熱塑性樹脂纏繞管材較玻璃鋼制品具有更好的抗沖擊性、耐腐蝕性、重量輕、成型周期短、環保可回收等優勢；(2)目前市場上的纏繞產品大部分都是熱固性的材料，即玻璃鋼纏繞產品，熱塑性纏繞管材還未見應用，未來的應用前景十分廣闊。具體實施方式下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。實施例1取連續玻璃纖維增強聚丙烯預浸帶為原材料，首先將預浸帶加工成寬度為30毫米的帶材，將其盤繞在放卷裝置上，然后通過導向輥及張力控制裝置將預浸帶牽引至纏繞機芯軸上面，纏繞設備采用自行設計三軸聯動數控纏繞機。加熱方式采取紅外燈箱加熱和熱風槍復合使用，其中紅外燈箱加熱是一個預加熱過程，加熱溫度為使得預浸帶表面溫度在160～200℃為宜，本實施例中根據聚丙烯樹脂的熔點和纏繞速度，采用的加熱溫度為300℃，之后通過熱風槍加熱，加熱位置在預浸帶與纏繞芯模接觸縫處，加熱溫度為預浸帶表面溫度在180℃，在纏繞過程中壓力輥施加壓力為0.1MPa。纏繞速度為5米/分鐘。交叉纏繞10層預浸帶，纏繞管形狀為圓形。纏繞完成后，在管面300℃加熱，施加0.5MPa壓力，最后通過脫模機即可將管材從芯模上脫離，獲得所需管材。實施例2取連續玻璃纖維增強聚乙烯預浸帶為原材料，首先將預浸帶加工成寬度為30毫米的帶材，將其盤繞在放卷裝置上，然后通過導向輥及張力控制裝置將預浸帶牽引至纏繞機芯軸上面，纏繞設備采用自行設計三軸聯動數控纏繞機。加熱方式采取紅外燈箱加熱和熱風槍復合使用，其中紅外燈箱加熱是一個預加熱過程，加熱溫度為使得預浸帶表面溫度在140～170℃為宜，本實施例中根據聚乙烯樹脂的熔點和纏繞速度，采用的加熱溫度為280℃，之后通過熱風槍加熱，加熱位置在預浸帶與纏繞芯模接觸縫處，加熱溫度為預浸帶表面溫度在150℃。纏繞速度為5米/分鐘。交叉纏繞10層預浸帶，纏繞管形狀為圓形。纏繞完成后，纏繞完成后，在管面280℃加熱，施加0.2MPa壓力，最后通過脫模機即可將管材從芯模上脫離，獲得所需管材。實施例3一種連續纖維增強熱塑性樹脂纏繞管材成型方法，包括以下步驟：(1)采用紅外陶瓷片加熱纖維增強樹脂的預浸帶片材，片材中的纖維為碳纖維，熔化預浸帶片材中的聚甲基丙烯酸甲酯樹脂，使得整個預浸帶片材軟化，使用的預浸帶片材可以使用遼寧杰事杰新材料有限公司生產的預浸帶材料；(2)對受熱后的預浸帶施加張力，使得預浸帶在張力的作用下張緊，并按照70°的纏繞角度在的圓形纏繞芯軸上纏繞十層，纏繞的層數根據對管壓的要求而定；(3)在纏繞的過程中，通過壓力輥在管件表面施加0.1MPa壓力的提高管材的粘結強度；(4)纏繞完成后，在纏繞管件表面高溫加熱，高溫加熱的溫度為高于聚甲基丙烯酸甲酯樹脂熔點50℃，在管件表面施加0.2MPa壓力，提高纏繞制品表面光整度和減少纏繞制品之間的空隙，最后冷卻脫模除去芯模，即得到連續纖維增強熱塑性樹脂纏繞管材。實施例4一種連續纖維增強熱塑性樹脂纏繞管材成型方法，包括以下步驟：(1)采用熱風槍加熱纖維增強樹脂的預浸帶片材，片材中的纖維為玻璃纖維，熔化預浸帶片材中的聚酰胺樹脂，使得整個預浸帶片材軟化，使用的預浸帶片材可以使用遼寧杰事杰新材料有限公司生產的預浸帶材料；(2)對受熱后的預浸帶施加張力，使得預浸帶在張力的作用下張緊，并按照60°的纏繞角度，根據對管壓的要求在圓形纏繞芯軸上交叉纏繞二十層，纏繞的層數根據對管壓的要求而定；(3)在纏繞的過程中，通過壓力輥在管件表面施加0.05MPa壓力的提高管材的粘結強度；(4)纏繞完成后，在纏繞管件表面高溫加熱，本實施例中高溫加熱的溫度為350℃，再通過壓輥在管件表面施加壓力0.2MPa，提高纏繞制品表面光整度和減少纏繞制品之間的空隙，最后冷卻脫模除去芯模，即得到連續纖維增強熱塑性樹脂纏繞管材。實施例5一種連續纖維增強熱塑性樹脂纏繞管材成型方法，包括以下步驟：(1)采用電阻絲加熱箱和熱風槍復合加熱纖維增強樹脂的預浸帶片材，片材中的纖維為芳綸纖維，熔化預浸帶片材中的聚丙烯樹脂，使得整個預浸帶片材軟化，使用的預浸帶片材可以使用遼寧杰事杰新材料有限公司生產的預浸帶材料；(2)對受熱后的預浸帶施加張力，使得預浸帶在張力的作用下張緊，并按照70°的纏繞角度，根據對管壓的要求在圓形纏繞芯軸上纏繞八層，纏繞的層數根據對管壓的要求而定；(3)在纏繞的過程中，通過壓力輥在管件表面施加0.3MPa壓力的提高管材的粘結強度；(4)纏繞完成后，在纏繞管件表面高溫加熱，本實施例中高溫加熱的溫度為380℃，再通過壓輥在管件表面施加壓力0.5MPa，提高纏繞制品表面光整度和減少纏繞制品之間的空隙，最后冷卻脫模除去芯模，即得到連續纖維增強熱塑性樹脂纏繞管材。實施例6一種連續纖維增強熱塑性樹脂纏繞管材成型方法，包括以下步驟：(1)采用激光加熱纖維增強樹脂的預浸帶片材，片材中的纖維為滌綸纖維，熔化預浸帶片材中的聚乙烯樹脂，使得整個預浸帶片材軟化，使用的預浸帶片材可以使用遼寧杰事杰新材料有限公司生產的預浸帶材料；(2)對受熱后的預浸帶施加張力，使得預浸帶在張力的作用下張緊，并按照80°的纏繞角度，根據對管壓的要求在的方形纏繞芯軸上交叉纏繞十層；(3)在纏繞的過程中，通過壓力輥在管件表面施加0.05MPa壓力的提高管材的粘結強度；(4)纏繞完成后，在纏繞管件表面高溫加熱，高溫加熱的溫度為高于聚乙烯樹脂熔點50℃，再通過壓輥在管件表面施加壓力0.1MPa，提高纏繞制品表面光整度和減少纏繞制品之間的空隙，最后冷卻脫模除去芯模，即得到連續纖維增強熱塑性樹脂纏繞管材。實施例7一種連續纖維增強熱塑性樹脂纏繞管材成型方法，包括以下步驟：(1)采用熱風槍加熱纖維增強樹脂的預浸帶片材，片材中的纖維為芳綸纖維，熔化預浸帶片材中的聚氯乙烯樹脂，使得整個預浸帶片材軟化，使用的預浸帶片材可以使用遼寧杰事杰新材料有限公司生產的預浸帶材料；(2)對受熱后的預浸帶施加張力，使得預浸帶在張力的作用下張緊，并按照45°的纏繞角度，根據對管壓的要求在方形纏繞芯軸上交叉纏繞八層；(3)在纏繞的過程中，通過壓力輥在管件表面施加0.1MPa壓力的提高管材的粘結強度；(4)纏繞完成后，在纏繞管件表面高溫加熱，高溫加熱的溫度為高于聚氯乙烯樹脂熔點50℃，再通過壓輥在管件表面施加壓力0.3MPa，提高纏繞制品表面光整度和減少纏繞制品之間的空隙，最后冷卻脫模除去芯模，即得到連續纖維增強熱塑性樹脂纏繞管材。實施例8一種連續纖維增強熱塑性纏繞管材成型方法，包括以下步驟：(1)采用紅外燈管加熱纖維增強樹脂的預浸帶片材，片材中的纖維為玻璃纖維，熔化預浸帶片材中的聚甲基丙烯酸甲酯樹脂，使得整個預浸帶片材軟化，使用的預浸帶片材可以使用遼寧杰事杰新材料有限公司生產的預浸帶材料；(2)對受熱后的預浸帶施加張力，使得預浸帶在張力的作用下張緊，并按照85°的纏繞角度，根據對管壓的要求在的方形纏繞芯軸上交叉纏繞60層；(3)在纏繞的過程中，通過壓力輥在管件表面施加0.1MPa壓力的提高管材的粘結強度；(4)纏繞完成后，在纏繞管件表面高溫加熱，高溫加熱的溫度為高于聚甲基丙烯酸甲酯熔點80℃，再通過壓輥在管件表面施加壓力0.3MPa，提高纏繞制品表面光整度和減少纏繞制品之間的空隙，最后冷卻脫模除去芯模，即得到連續纖維增強熱塑性樹脂纏繞管材。表1中列舉了聚丙烯、聚乙烯和尼龍6三種熱塑性樹脂基體纏繞制品的沖擊強度和密度與E-44環氧基體的玻璃鋼制品的性能對比，其中樣品材料玻纖質量百分數均為60％。其中熱塑性樣品纏繞過程為：通過將預浸帶材料通過紅外燈管加熱熔融，再在預浸帶與芯模夾點處加熱的方式纏繞在圓形芯模上，在纏繞的過程中通過壓力輥施加一定的壓力。為了對比方便，E-44環氧玻璃鋼管通過浸漬環氧膠液直接纏繞在芯模上，然后固化，未進行夾砂等處理。分別參照ASTMD6110和ASTMD792測定復合材料沖擊強度和密度。表1由上表中可見，經過本方法纏繞得到的管材在沖擊強度方面有了很大提升，利用聚丙烯樹脂預浸帶纏繞得到的管材的沖擊強度最少可以達到56KJ/m2，另外其密度也降至1.41g/cm3，由此可見，連續纖維增強熱塑性樹脂纏繞管材較玻璃鋼制品具有更好的抗沖擊性，另外重量輕，綜合性能更加優越。上述的對實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和應用本發明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限于這里的實施例，本領域技術人員根據本發明的揭示，不脫離本發明范疇所做出的改進和修改都應該在本發明的保護范圍之內。