阅读说明：本技术 一种连续纤维增强热塑性大口径复合给排水压力管道 (Continuous fiber reinforced thermoplastic large-caliber composite water supply and drainage pressure pipeline ) 是由 陈聪 杨维国 庞世彬 于 2021-09-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种连续纤维增强热塑性大口径复合给排水压力管道,具体为：从内到外依次为塑料内管层、增强芯层和结构体外层；塑料内管层由三层塑料带熔融一体构成,后一层塑料带覆盖在前一层塑料带焊缝的三分之一处,以此类推,组成内管；增强芯层由两条连续纤维带以一定角度螺旋交错缠绕熔贴于塑料内管层上；再在外层缠绕敷设塑料结构体面层,并以热熔方式熔接成一体,从而组成三层一体的高刚度、抗拉、抗压的复合管管体。本发明在结构上设计合理,制作起来方便快捷,实用性很高,适合推广使用；本发明管材具有高刚度、高柔度,能承受外压负载,是高刚度、抗拉、抗压的复合管。(The invention discloses a continuous fiber reinforced thermoplastic large-caliber composite water supply and drainage pressure pipeline, which specifically comprises the following components: the plastic inner pipe layer, the reinforced core layer and the structure body outer layer are sequentially arranged from inside to outside; the plastic inner pipe layer is formed by fusing and integrating three layers of plastic belts, the later layer of plastic belt covers one third of the welding line of the former layer of plastic belt, and the rest is done in the same way to form the inner pipe; the reinforced core layer is formed by spirally winding and fusing two continuous fiber belts at a certain angle on the plastic inner pipe layer; and then the outer layer is wound and laid with a plastic structure surface layer and is welded into a whole in a hot melting mode, so that the three-layer integrated high-rigidity, tensile and compressive composite pipe body is formed. The invention has reasonable structural design, convenient and quick manufacture, high practicability and is suitable for popularization and use; the pipe material has high rigidity and high flexibility, can bear external pressure load, and is a high-rigidity, tensile and compressive composite pipe.)

一种连续纤维增强热塑性大口径复合给排水压力管道

技术领域

本发明属于塑料管道制造领域，具体涉及一种连续纤维增强热塑性大口径复合给排水压力管道。

背景技术

连续纤维(CFRT)增强塑料管作为一种新型的复合管道以其重量轻、强度高、成本低、耐腐蚀、绿色环保等一系列的独特优势，在市政、水利、煤炭、化学、油气等领域等有着巨大的应用前景，受到管道行业的广泛关注，因此，近些年来连续玻璃纤维增强聚乙烯管复合材料及其工艺研究都进展十分迅速。

国内外的管道企业对连续纤维增强管复合材料及其工艺进行了深入的研究，也取得了一些成果，比如荷兰Airborne公司开发成功的连续纤维增强热塑性塑料增强复合管2012年获得了JEC美洲创新奖。美国企业Composite Fluid Transfer LLC开发成功的连续纤维增强聚乙烯管获2013JEC美国创新奖。国内企业如晨光、伟星、合宁等企业也在积极开发纤维增强复合管等等。但目前产品大都集中在小口径(300mm以下)管道或者低压排水管道等市场领域，而大口径管道开发领域存在产品成本高，生产效率低，市场竞争力不强等缺点，无法在大口径管道领域市场上大规模的推广和应用，纤维增强大口径热塑性管道国内外都处在开发阶段。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，提供一种结构简单、制造方便、机械性能高的塑料制品，本发明提供一种连续纤维增强热塑性大口径复合给排水压力管道(CFRTP)。

本发明的一种连续纤维增强热塑性大口径复合给排水压力管道，从内到外依次为塑料内管层、增强芯层和结构体外层。

塑料内管层由三层塑料带熔融一体构成，第二层塑料带覆盖在第一层塑料带上，且覆盖在第一层塑料带焊缝的三分之一处，第三层塑料带覆盖在第二层塑料带焊缝的三分之一处，以此类推，组成内管。

增强芯层由两条连续纤维带螺旋交错缠绕熔贴于塑料内管层上，其中，连续纤维带A以和内管轴线成夹角α₁缠绕，连续纤维带B以和内管轴线成夹角α₂缠绕。

本发明的管道口径为800mm—2000mm。

进一步的，缠绕夹角α₁取值50°～70°；缠绕夹角α₂取值130°～110°。

进一步的，塑料带材料为PP、PE、PA或PERT。

进一步的，增强芯层的连续纤维带是热塑性连续纤维预浸带。

进一步的，结构体外层由不同形状结构体连续缠绕熔接而成，结构体包括矩形、梯形、三角形、U型和圆形。

本发明的一种连续纤维增强热塑性大口径复合给排水压力管道的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：由多层熔融态的热塑性塑料带在芯模上缠绕熔接成塑料内管层，采用多层缠绕熔接，并让后一层塑料带的位置错开三分之一带宽，用后一层塑料带覆盖住前一层塑料带的熔接缝。

步骤2：由缠绕机组将两组连续纤维带螺旋交叉缠绕熔接构成增强芯层，连续纤维带A以和内管轴线成夹角α₁缠绕，连续纤维带B以和内管轴线成夹角α₂缠绕，并与内层塑料管熔合成为整体。

步骤3：由热塑性塑料结构图缠绕熔接成结构体外层，通过热空气枪加热使塑料、纤维带表面瞬间融化，通过纤维带张力机构使塑料与纤维带融合成一体。

步骤4：通过旋转牵引机、切割机制备成所需尺寸的管材。

本发明的有益技术效果为：

1.本发明在结构上设计合理，制作起来方便快捷，实用性很高，适合推广使用；

2.本发明管材具有高刚度、高柔度，能承受外压负载，是高刚度、抗拉、抗压的复合管。

附图说明

图1为本发明管材剖面结构图。

图2为本发明塑料内管层熔接示意图。

图3为本发明增强芯层连续纤维带缠绕示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细说明。

本发明的一种连续纤维增强热塑性大口径复合给排水压力管道如图1所示，从内到外依次为塑料内管层1、增强芯层2和结构体外层3。管道口径为800mm—2000mm。

如图2所示，塑料内管层1由三层塑料带熔融一体构成，第二层塑料带12覆盖在第一层塑料带11上，且覆盖在第一层塑料带11焊缝的三分之一处，第三层塑料带13覆盖在第二层塑料带12焊缝的三分之一处，以此类推，组成内管。

如图3所示，增强芯层2由两条连续纤维带螺旋交错缠绕熔贴于塑料内管层1上，其中，连续纤维带A21以和内管轴线成夹角α₁缠绕，连续纤维带B22以和内管轴线成夹角α₂缠绕。

其中，缠绕夹角α₁取值50°～70°；缠绕夹角α₂取值130°～110°。

进一步的，塑料带材料为PP、PE、PA或PERT。增强芯层2的连续纤维带是热塑性连续纤维预浸带。结构体外层3由不同形状结构体连续缠绕熔接而成，结构体包括矩形、梯形、三角形、U型和圆形。

本发明的一种连续纤维增强热塑性大口径复合给排水压力管道的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：由多层熔融态的热塑性塑料带在芯模上缠绕熔接成塑料内管层1，采用多层缠绕熔接，并让后一层塑料带的位置错开三分之一带宽，用后一层塑料带覆盖住前一层塑料带的熔接缝。

步骤2：由缠绕机组将两组连续纤维带螺旋交叉缠绕熔接构成增强芯层2，连续纤维带A21以和内管轴线成夹角α₁缠绕，连续纤维带B22以和内管轴线成夹角α₂缠绕，并与内层塑料管熔合成为整体。

步骤3：由热塑性塑料结构图缠绕熔接成结构体外层3，通过热空气枪加热使塑料、纤维带表面瞬间融化，通过纤维带张力机构使塑料与纤维带融合成一体。

步骤4：通过旋转牵引机、切割机制备成所需尺寸的管材。

本发明由塑料内管层1、增强芯层2和结构体外层3构成三层的高刚度、抗拉、抗压的复合管管体。由增强芯层2独立承担或与内外层塑料管联合承担复合管轴向拉力与环向压力综合应力。

环向负载(应力)：内压形成的环向应力由螺旋交叉缠绕的连续纤维带层承受，设计安全系数3。

轴向负载(应力)：在制造搬运过程中和埋设后因为不均匀下沉等形成的轴向应力由轴向热熔敷设的玻纤预浸带层承受。

外压负载：外层采用结构图形式，管材具有高刚度、高柔度，能承受外压负载(如埋地铺设)。

实验测得本发明管道系统高压力0.4MPa～1.6MPa，满足大直径800mm—2000mm以上对轴向拉力与环向压力综合力学的要求。