一种连续碳纤维缠绕复合增强mpp电力管材及其制备方法
阅读说明：本技术 一种连续碳纤维缠绕复合增强mpp电力管材及其制备方法 (Continuous carbon fiber winding composite reinforced MPP (modified Polypropylene) power pipe and preparation method thereof ) 是由 刘俊峰 刘文江 万刚 田祥军 刘唯衡 于 2020-12-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种连续碳纤维缠绕复合增强MPP电力管材及其制备方法,包括内管、绝缘层、外管、碳纤维层,所述内管和外管之间设置有绝缘层,所述外管的外表面绕包有碳纤维层,所述外管由如下重量份制得：等规聚丙烯树脂60-80份,嵌段共聚聚丙烯5-10份,烯烃嵌段共聚弹性体OBC 3-5份,耐热绝缘橙色母粒0.5-2份和超高分子量聚乙烯树脂10-20份；所述内管由如下重量份制得；改性聚丙烯50-65份、相容剂3-4份、稳定剂2-3份和阻燃剂1.5-3份,通过挤压机挤压得到内管,在内管的外层涂抹上防水胶粘合绝缘层,绝缘层外表面覆盖外管,再使用碳纤维缠绕机器在外管表面缠绕碳纤维层,得到成品。(The invention discloses a continuous carbon fiber winding composite reinforced MPP (modified Polypropylene) power pipe and a preparation method thereof, wherein the pipe comprises an inner pipe, an insulating layer, an outer pipe and a carbon fiber layer, the insulating layer is arranged between the inner pipe and the outer pipe, the carbon fiber layer is wound on the outer surface of the outer pipe, and the outer pipe is prepared from the following components in parts by weight: 60-80 parts of isotactic polypropylene resin, 5-10 parts of block copolymerization polypropylene, 3-5 parts of olefin block copolymerization elastomer OBC, 0.5-2 parts of heat-resistant insulating orange master batch and 10-20 parts of ultrahigh molecular weight polyethylene resin; the inner pipe is prepared from the following components in parts by weight; 50-65 parts of modified polypropylene, 3-4 parts of compatilizer, 2-3 parts of stabilizer and 1.5-3 parts of flame retardant, extruding the mixture by an extruder to obtain an inner tube, coating a waterproof adhesive bonding insulating layer on the outer layer of the inner tube, covering the outer surface of the insulating layer with the outer tube, and winding a carbon fiber layer on the surface of the outer tube by using a carbon fiber winding machine to obtain a finished product.)
技术领域
本发明涉及电力管材技术领域，具体涉及一种连续碳纤维缠绕复合增强MPP电力管材及其制备方法。
背景技术
碳纤维是指含碳量在90％以上的高强度高模量纤维，耐高温居所有化纤之首，用腈纶和粘胶纤维做原料，经高温氧化碳化而成，是制造航天航空等高技术器材的优良材料由碳元素组成的一种特种纤维碳纤维具有耐高温、抗摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性外形呈纤维状、柔软、可加工成各种织物，由于其石墨微晶结构沿纤维轴择优取向，因此沿纤维轴方向有很高的强度和模量，此外，碳纤维的密度小，因此比强度和比模量高；碳纤维的主要用途是作为增强材料与树脂、金属、陶瓷及炭等复合，制造先进复合材料。
如专利号为CN106084470A的发明专利公开了一种超强MPP电力通信管及其制备方法，包括聚丙烯PP、聚乙烯PE、三元乙丙橡胶EPDM、无机填充料、硅烷偶联剂、抗氧剂、辅助抗氧剂。将无机填充料投入高速混料机搅拌；将三元乙丙橡胶胶粉投入高速混料机搅拌；使用计量泵将硅烷偶联剂喷洒至高速混料机内；将聚丙烯PP、聚乙烯PE投入高速混料机搅拌；将抗氧剂、辅助抗氧剂投入高速混料机搅拌；制成增强增韧原料；将混合好的增强增韧原料，经挤出机挤出。本发明的有益效果为：组合配方产生协同性，能够提高管材的拉伸强度60％、环刚度10％、表面硬度50、压缩回弹性好变形小、耐热耐老化性能好，电绝缘性能好。
上述管材的表面相对薄弱，在一些极端的工作环境下寿命有限；由于管材表面的防水胶涂抹不均匀导致碳纤维层脱落的情况。
发明内容
为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种连续碳纤维缠绕复合增强MPP电力管材及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种连续碳纤维缠绕复合增强MPP电力管材及其制备方法，包括内管、绝缘层、外管、碳纤维层，所述内管和外管之间设置有绝缘层，所述外管的外表面绕包有碳纤维层，所述外管由如下重量份制得：等规聚丙烯树脂60-80份，嵌段共聚聚丙烯5-10份，烯烃嵌段共聚弹性体OBC 3-5份，耐热绝缘橙色母粒0.5-2份和超高分子量聚乙烯树脂10-20份；所述内管由如下重量份制得；改性聚丙烯50-65份、相容剂3-4份、稳定剂2-3份和阻燃剂1.5-3份，该电力管材由如下步骤制得：
步骤一、取等规聚丙烯树脂，嵌段共聚聚丙烯，烯烃嵌段共聚弹性体OBC，耐热绝缘橙色母粒，超高分子量聚乙烯树脂进行物理共混改性，随后加热、混合，经搅拌得到熔融混合物A；取改性聚丙烯、相容剂、稳定剂和阻燃剂加热、混合，经搅拌得到原料B；
步骤二、将原料B倒入挤出机中，挤出机将原料加热后挤出到模具中，得到内管，在内管的外层涂抹上防水胶粘合绝缘层；
步骤三、在模具中固定已粘接绝缘层的内管，将原料A倒入挤出机中，挤出机将原料加热后挤出到模具中，冷却后，内管覆盖外管；
步骤四、使用自动刷胶装置在外管表面均匀涂抹一层防水胶，再使用碳纤维缠绕机器在外管表面缠绕碳纤维层。
作为本发明进一步的方案：包括如下步骤：
步骤一、取等规聚丙烯树脂，嵌段共聚聚丙烯，烯烃嵌段共聚弹性体OBC，耐热绝缘橙色母粒，超高分子量聚乙烯树脂进行物理共混改性，随后加热、混合，经搅拌得到熔融混合物A；取改性聚丙烯、相容剂、稳定剂和阻燃剂加热、混合，经搅拌得到原料B；
步骤二、将原料B倒入挤出机中，挤出机将原料加热后挤出到模具中，得到内管，在内管的外层涂抹上防水胶粘合绝缘层；
步骤三、在模具中固定已粘接绝缘层的内管，将原料A倒入挤出机中，挤出机将原料加热后挤出到模具中，冷却后，内管覆盖外管；
步骤四、使用自动刷胶装置在外管表面均匀涂抹一层防水胶，再使用碳纤维缠绕机器在外管表面缠绕碳纤维层。
作为本发明进一步的方案：刷胶装置包括运动机构、底座、夹持机构、轨道、管材本体、刷胶机构，所述底座的顶部两侧位置固定连接有轨道，所述轨道的顶部安装有运动机构，所述底座顶部位于两个轨道的两侧固定安装有夹持机构，两个所述夹持机构中夹持有管材本体，所述运动机构包括顶架、底架、连接杆一、转轮一、连接杆二、转轮二、转轴一、连接杆三、转轴二、顶轮，两个顶架的一侧固定连接有转轴三，两个顶架的另一侧固定连接有转轴四，所述转轴三和转轴四向两个顶架的两侧延伸，所述转轴三和转轴四之间位于两个顶架外侧的位置固定连接有底架，所述底架的一侧转动连接有连接杆三，所述顶架顶部中间位置转动连接有转轴二，所述转轴二两侧安装有顶轮，所述连接杆三的另一侧中间处安装有转轴一，所述转轴一的两端转动连接有主动轮，所述底架的另一侧固定连接有连接杆一，所述连接杆一的另一侧转动连接有连接杆二，所述连接杆二的一侧转动连接有两个转轮一，所述连接杆二的另一侧转动连接有两个转轮二，两个所述底架外侧的中间位置均固定连接有转轴五，所述转轴五上由内向外依次安装有支架一和支架二，所述支架一的另一侧安装在转轴三上，所述支架二的另一侧安装在转轴四上，所述支架一的底部内侧固定连接有横杆二，所述横杆二的两侧转动连接有导轮二，所述支架二的底部外侧固定连接有横杆一，所述横杆一的两侧转动连接有导轮一，所述支架一的顶部一侧安装有连杆一，所述支架二的顶部一侧安装有连杆二，所述连杆一和连杆二之间固定连接有阻尼器，所述阻尼器上位于连杆一和连杆二之间的位置套接有弹簧。
作为本发明进一步的方案：所述一侧的顶架内侧固定安装有电机机箱，所述电机机箱中安装有电机，所述电机的输出轴延伸至顶架的另一侧，所述输出轴上固定安装有皮带轮一，所述顶架位于连接杆二一侧安装有转轴六，所述转轴六贯穿顶架，所述转轴六的两侧分别安装有皮带轮二和皮带轮四，所述皮带轮一和皮带轮二上套接有皮带一，所述转轴一的中间位置固定安装有皮带轮三，所述皮带轮三和皮带轮四上套接有皮带二，所述转轴一的两侧均安装有主动轮，所述顶轮、主动轮、导轮一、导轮二、转轮一和转轮二上套接有履带。
作为本发明进一步的方案：所述电机机箱的底部固定安装有刷胶机构，所述刷胶机构包括连接板、胶路、毛刷、刮胶板、刷胶管、注胶口，所述连接板固定连接在电机机箱的底部，所述连接板的底部固定连接有刷胶管，所述刷胶管为圆柱形，所述刷胶管的一侧开设有注胶口，所述注胶口的内侧开设有胶路，所述胶路向内延伸至刷胶管内部并设置有开口，所述刷胶管内部位于开口边缘的位置固定连接有刮胶板，所述刷胶管靠近中间的位置固定安装有毛刷。
作为本发明进一步的方案：履带上设置有等间距的凸起，所述轨道的靠内一侧设置有等间距的凹槽，所述凸起和凹槽相适应。
作为本发明进一步的方案：该刷胶装置的工作方法为：
将管材贯穿在刷胶机构中，调整两个夹持机构的位置将管材从两端固定，运动机构置于轨道上，使履带上的凸起和轨道的凹槽相对应，电机启动，带动皮带轮一转动，经过皮带一和皮带轮二的传动，带动皮带轮三转动，经主动轮的转动，使得整个运动机构在在履带的带动下，沿着轨道做水平方向的运动，防水胶从注胶口挤入刷胶机构，防水胶沿着胶路运送至管材表面，防水胶成圆环形分布在管材表面，运动机构带动刷胶机构向一侧运动，刮胶板将防水胶刮平覆盖在管材表面，经毛刷的作用，使得防水胶均匀分布在管材表面。
本发明的有益效果：
1、支架一的顶部一侧安装有连杆一，支架二的顶部一侧安装有连杆二，连杆一和连杆二之间固定连接有阻尼器，阻尼器上位于连杆一和连杆二之间的位置套接有弹簧，运动机构带动刷胶机构做水平方向上的运动，由于管材可能存在表面不平整的状况，从而使刷胶机构产生颠簸，此时，导轮一和导轮二将数值方向上的力传递到支架一和支架二上，支架一和支架二会相互间会收缩或者张开，此时在弹簧反作用力的约束下，会使支架一和支架二恢复原状态，使整个机构保持一个相对稳定的状态，减少颠簸对于刷胶的影响。
2、履带上设置有等间距的凸起，所述轨道的靠内一侧设置有等间距的凹槽，所述凸起和凹槽相适应，凹槽给履带提供横向的支撑力，便于运动机构克服管材对刷胶机构的摩擦力向一侧运动。
3、碳纤维层具有耐高温、抗摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性，外形呈纤维状、柔软、可加工成各种织物，由于其石墨微晶结构沿纤维轴择优取向，因此沿纤维轴方向有很高的强度和模量，碳纤维的密度小，因此比强度和比模量高，因此在不增加管材质量的同时，有效提高管材的使用强度，延长使用寿命。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明管材结构示意图；
图2是本发明中刷胶装置结构示意图；
图3是本发明中运动机构整体结构示意图；
图4是本发明中顶架和底架连接结构示意图；
图5是本发明中顶架和底架连接结构俯视图；
图6是本发明中刷胶机构整体结构示意图；
图7是本发明中传功机构示意图。
图中：1、运动机构；101、顶架；102、底架；103、连接杆一；104、转轮一；105、连接杆二；106、转轮二；107、转轴一；108、连接杆三；109、转轴二；110、顶轮；111、支架一；112、导轮一；113、横杆一；114、导轮二；115、横杆二；116、支架二；117、连杆一；118、弹簧；119、阻尼器；120、连杆二；121、电机机箱；122、主动轮；123、皮带轮一；124、皮带轮二；125、皮带轮三；126、皮带轮四；127、转轴三；128、转轴四；129、转轴五；130、转轴六；2、底座；3、夹持机构；4、轨道；5、管材本体；6、刷胶机构；601、连接板；602、胶路；603、毛刷；604、刮胶板；605、刷胶管；606、注胶口；7、内管；8、绝缘层；9、外管；10、碳纤维层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-7所示，一种连续碳纤维缠绕复合增强MPP电力管材及其制备方法，包括内管7、绝缘层8、外管9、碳纤维层10，所述内管7和外管9之间设置有绝缘层8，所述外管9的外表面绕包有碳纤维层10，所述外管9由如下重量份制得：等规聚丙烯树脂60-80份，嵌段共聚聚丙烯5-10份，烯烃嵌段共聚弹性体OBC 3-5份，耐热绝缘橙色母粒0.5-2份和超高分子量聚乙烯树脂10-20份；所述内管7由如下重量份制得；改性聚丙烯50-65份、相容剂3-4份、稳定剂2-3份和阻燃剂1.5-3份，该电力管材由如下步骤制得：
步骤一、取等规聚丙烯树脂，嵌段共聚聚丙烯，烯烃嵌段共聚弹性体OBC，耐热绝缘橙色母粒，超高分子量聚乙烯树脂进行物理共混改性，随后加热、混合，经搅拌得到熔融混合物A；取改性聚丙烯、相容剂、稳定剂和阻燃剂加热、混合，经搅拌得到原料B；
步骤二、将原料B倒入挤出机中，挤出机将原料加热后挤出到模具中，得到内管7，在内管7的外层涂抹上防水胶粘合绝缘层8；
步骤三、在模具中固定已粘接绝缘层8的内管7，将原料A倒入挤出机中，挤出机将原料加热后挤出到模具中，冷却后，内管7覆盖外管9；
步骤四、使用自动刷胶装置在外管9表面均匀涂抹一层防水胶，再使用碳纤维缠绕机器在外管9表面缠绕碳纤维层10。
该管材的制备方法包括如下步骤：
步骤一、取等规聚丙烯树脂，嵌段共聚聚丙烯，烯烃嵌段共聚弹性体OBC，耐热绝缘橙色母粒，超高分子量聚乙烯树脂进行物理共混改性，随后加热、混合，经搅拌得到熔融混合物A；取改性聚丙烯、相容剂、稳定剂和阻燃剂加热、混合，经搅拌得到原料B；
步骤二、将原料B倒入挤出机中，挤出机将原料加热后挤出到模具中，得到内管7，在内管7的外层涂抹上防水胶粘合绝缘层8；
步骤三、在模具中固定已粘接绝缘层8的内管7，将原料A倒入挤出机中，挤出机将原料加热后挤出到模具中，冷却后，内管7覆盖外管9；
步骤四、使用自动刷胶装置在外管9表面均匀涂抹一层防水胶，再使用碳纤维缠绕机器在外管9表面缠绕碳纤维层10。
刷胶装置包括运动机构1、底座2、夹持机构3、轨道4、管材本体5、刷胶机构6，所述底座2的顶部两侧位置固定连接有轨道4，所述轨道4的顶部安装有运动机构1，所述底座2顶部位于两个轨道4的两侧固定安装有夹持机构3，两个所述夹持机构3中夹持有管材本体5，所述运动机构1包括顶架101、底架102、连接杆一103、转轮一104、连接杆二105、转轮二106、转轴一107、连接杆三108、转轴二109、顶轮110，两个顶架101的一侧固定连接有转轴三127，两个顶架101的另一侧固定连接有转轴四128，所述转轴三127和转轴四128向两个顶架101的两侧延伸，所述转轴三127和转轴四128之间位于两个顶架101外侧的位置固定连接有底架102，所述底架102的一侧转动连接有连接杆三108，所述顶架101顶部中间位置转动连接有转轴二109，所述转轴二109两侧安装有顶轮110，所述连接杆三108的另一侧中间处安装有转轴一107，所述转轴一107的两端转动连接有主动轮122，所述底架102的另一侧固定连接有连接杆一103，所述连接杆一103的另一侧转动连接有连接杆二105，所述连接杆二105的一侧转动连接有两个转轮一104，所述连接杆二105的另一侧转动连接有两个转轮二106，两个所述底架102外侧的中间位置均固定连接有转轴五129，所述转轴五129上由内向外依次安装有支架一111和支架二116，所述支架一111的另一侧安装在转轴三127上，所述支架二116的另一侧安装在转轴四128上，所述支架一111的底部内侧固定连接有横杆二115，所述横杆二115的两侧转动连接有导轮二114，所述支架二116的底部外侧固定连接有横杆一113，所述横杆一113的两侧转动连接有导轮一112，所述支架一111的顶部一侧安装有连杆一117，所述支架二116的顶部一侧安装有连杆二120，所述连杆一117和连杆二120之间固定连接有阻尼器119，所述阻尼器119上位于连杆一117和连杆二120之间的位置套接有弹簧118。
所述一侧的顶架101内侧固定安装有电机机箱121，所述电机机箱121中安装有电机，所述电机的输出轴延伸至顶架101的另一侧，所述输出轴上固定安装有皮带轮一123，所述顶架101位于连接杆二105一侧安装有转轴六130，所述转轴六130贯穿顶架101，所述转轴六130的两侧分别安装有皮带轮二124和皮带轮四126，所述皮带轮一123和皮带轮二124上套接有皮带一，所述转轴一107的中间位置固定安装有皮带轮三125，所述皮带轮三125和皮带轮四126上套接有皮带二，所述转轴一107的两侧均安装有主动轮122，所述顶轮110、主动轮122、导轮一112、导轮二114、转轮一104和转轮二106上套接有履带。
所述电机机箱121的底部固定安装有刷胶机构6，所述刷胶机构6包括连接板601、胶路602、毛刷603、刮胶板604、刷胶管605、注胶口606，所述连接板601固定连接在电机机箱121的底部，所述连接板601的底部固定连接有刷胶管605，所述刷胶管605为圆柱形，所述刷胶管605的一侧开设有注胶口606，所述注胶口606的内侧开设有胶路602，所述胶路602向内延伸至刷胶管605内部并设置有开口，所述刷胶管605内部位于开口边缘的位置固定连接有刮胶板604，所述刷胶管605靠近中间的位置固定安装有毛刷603。
履带上设置有等间距的凸起，所述轨道4的靠内一侧设置有等间距的凹槽，所述凸起和凹槽相适应。
该刷胶装置的工作方法为：
将管材贯穿在刷胶机构6中，调整两个夹持机构3的位置将管材从两端固定，运动机构1置于轨道4上，使履带上的凸起和轨道4的凹槽相对应，电机启动，带动皮带轮一123转动，经过皮带一和皮带轮二124的传动，带动皮带轮三125转动，经主动轮122的转动，使得整个运动机构1在在履带的带动下，沿着轨道4做水平方向的运动，防水胶从注胶口606挤入刷胶机构6，防水胶沿着胶路602运送至管材表面，防水胶成圆环形分布在管材表面，运动机构1带动刷胶机构6向一侧运动，刮胶板604将防水胶刮平覆盖在管材表面，经毛刷603的作用，使得防水胶均匀分布在管材表面。
本发明的工作原理：
将管材贯穿在刷胶机构6中，调整两个夹持机构3的位置将管材从两端固定，运动机构1置于轨道4上，使履带上的凸起和轨道4的凹槽相对应，电机启动，带动皮带轮一123转动，经过皮带一和皮带轮二124的传动，带动皮带轮三125转动，经主动轮122的转动，使得整个运动机构1在在履带的带动下，沿着轨道4做水平方向的运动，防水胶从注胶口606挤入刷胶机构6，防水胶沿着胶路602运送至管材表面，防水胶成圆环形分布在管材表面，运动机构1带动刷胶机构6向一侧运动，刮胶板604将防水胶刮平覆盖在管材表面，经毛刷603的作用，使得防水胶均匀分布在管材表面。
支架一111的顶部一侧安装有连杆一117，支架二116的顶部一侧安装有连杆二120，连杆一117和连杆二120之间固定连接有阻尼器119，阻尼器119上位于连杆一117和连杆二120之间的位置套接有弹簧118，运动机构1带动刷胶机构6做水平方向上的运动，由于管材可能存在表面不平整的状况，从而使刷胶机构6产生颠簸，此时，导轮一112和导轮二114将数值方向上的力传递到支架一111和支架二116上，支架一111和支架二116会相互间会收缩或者张开，此时在弹簧118反作用力的约束下，会使支架一111和支架二116恢复原状态，使整个机构保持一个相对稳定的状态。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
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