织造布带加强筋复合材料管道的连续化生产线及生产方法
阅读说明：本技术 织造布带加强筋复合材料管道的连续化生产线及生产方法 (Continuous production line and production method for weaving cloth belt reinforcing rib composite material pipeline ) 是由 吴晓青 白东辉 魏俊富 于 2020-10-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种织造布带加强筋复合材料管道的连续化生产线及生产方法。该生产线包括布带织造设备、输送下压辊、输送上压辊、浸润装置、缠绕设备和移动装置；布带织造设备的后方依次设置有输送下压辊、输送上压辊、浸润装置和缠绕设备；布带织造设备、输送下压辊、输送上压辊和浸润装置均放置在移动装置上；浸润装置包括树脂槽、浸润树脂压辊、浸润上压辊和浸润下压棍。本发明将织造布带作为加强筋来提高复合材料管道的刚度,不需要提前预制加强筋,也不需要模具,节约成本,实现了连续化生产,简化了操作工艺,所制备管道刚度高、韧性好,管道的取材均为复合材料,实现了轻重量,解决了运输、安装过程中管道易破坏的难题,适于工程化应用。(The invention discloses a continuous production line and a production method for weaving cloth belt reinforcing rib composite material pipelines. The production line comprises cloth tape weaving equipment, a conveying lower pressing roller, a conveying upper pressing roller, a soaking device, winding equipment and a moving device; a conveying lower pressing roller, a conveying upper pressing roller, a soaking device and a winding device are sequentially arranged behind the cloth belt weaving device; the cloth belt weaving equipment, the conveying lower pressing roller, the conveying upper pressing roller and the infiltration device are all arranged on the moving device; the infiltration device comprises a resin tank, an infiltration resin press roller, an infiltration upper press roller and an infiltration lower press roller. The woven cloth belt is used as the reinforcing rib to improve the rigidity of the composite material pipeline, the reinforcing rib does not need to be prefabricated in advance, a mold is not needed, the cost is saved, the continuous production is realized, the operation process is simplified, the prepared pipeline is high in rigidity and good in toughness, the materials of the pipeline are all composite materials, the light weight is realized, the problem that the pipeline is easy to damage in the transportation and installation processes is solved, and the composite material pipeline is suitable for engineering application.)
技术领域
本发明涉及纺织复合材料领域，具体是一种织造布带加强筋复合材料管道的连续化生产线及生产方法。
背景技术
随着中国城市化的快速发展，地下输水管道的规模不断扩大，对管道的质量要求也越来越高，采用普通碳钢或不锈钢管已不能满足当前的质量要求。纤维增强复合材料具有轻质、高强、耐腐蚀等特点，越来越受到重视。
但是由于复合材料管道刚度不足，埋于地下容易出现破坏，影响正常使用。提高管道刚度的有效方法是增加管道的厚度，以提高管道的惯性矩，目前普遍采用纤维纱线环向缠绕技术。
纤维纱线环向缠绕技术是将纤维丝束以一定间隔距离环向缠绕于管道上形成加强筋来提高管道的刚度。但是环向缠绕纤维丝束制作加强筋时需要使用模具，如果不使用模具，纤维环向缠绕时会产生滑移，纤维塌陷，达不到设计的厚度，因此在管道使用中受到限制。申请号201710286420.4的文献公开了一种玻璃钢管道，分别成型两个筒，在两个筒之间均匀填充三个加强筋，利用加强筋结构来提高管道刚度，加强筋的方向是沿着轴线的方向。从圆筒截面看加强筋的截面形状是梯形。这种方法制作加强筋需要提前预制，并且和管道一起加工时需要模具。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种织造布带加强筋复合材料管道的连续化生产线及生产方法。
本发明解决所述生产线技术问题的技术方案是，提供一种织造布带加强筋复合材料管道的连续化生产线，其特征在于该生产线包括布带织造设备、输送下压辊、输送上压辊、浸润装置、缠绕设备和移动装置；所述布带织造设备的后方依次设置有输送下压辊、输送上压辊、浸润装置和缠绕设备；布带织造设备、输送下压辊、输送上压辊和浸润装置均放置在移动装置上；输送下压辊和输送上压辊用于稳定织造布带的张力；缠绕设备能够绕自身转轴自转；
所述浸润装置包括树脂槽、浸润树脂压辊、浸润上压辊和浸润下压棍；树脂槽位于输送上压辊的后方；浸润树脂压辊设置于树脂槽内；浸润上压辊和浸润下压棍设置于树脂槽外，位于浸润树脂压辊后方、缠绕设备的前方；浸润上压辊和浸润下压辊相互配合，用来稳定织造布带的张力和调节织造布带上的树脂含量。
本发明解决所述方法技术问题的技术方案是，提供一种织造布带加强筋复合材料管道的连续化生产方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)将所述生产线组装集成，然后将复合材料管道固定于缠绕设备上；
(2)将纱线按照工艺参数排布在布带织造设备上，根据管道刚度要求通过布带织造方法进行织造；
(3)由布带织造设备织造的织造布带依次经过输送下压辊和输送上压辊稳定织造布带的传送张力并压平后，通过浸润树脂压辊压入树脂槽中浸润树脂；再通过浸润上压辊和浸润下压棍配合来调节织造布带上的树脂含量；再将浸润有树脂的织造布带沿周向缠绕在复合材料管道的表面，缠绕的同时布带织造设备持续进行织造布带的织造，直至织造布带的缠绕厚度达到管道刚度要求，完成复合材料管道此位置的织造布带的缠绕；
(4)根据管道刚度要求，通过移动装置将布带织造设备、输送下压辊、输送上压辊和浸润装置沿复合材料管道的轴向移动至下一个复合材料管道缠绕位置，重复步骤3)进行缠绕，直至完成复合材料管道所有缠绕位置的缠绕；浸润树脂的织造布带固化后，在每个缠绕位置均形成加强筋，得到织造布带加强筋复合材料管道。
与现有技术相比，本发明有益效果在于：
(1)本方法将织造布带作为加强筋来提高复合材料管道的刚度，不需要提前预制加强筋，由于织造布带具有一定的宽度，在环向缠绕时不会产生滑移、塌陷和堆积，因此不需要模具定位就能够准确缠绕规定的厚度，大大节约了成本，简化了操作工艺，提高了效率，能够达到管道刚度要求。
(2)本设备将布带织造设备、浸润装置和缠绕设备三者集成连接形成连续化生产线，一边织造，一边将布带织造设备织造的布带浸润树脂，然后以一定的间隔距离环向缠绕在管道上，形成加强筋结构，一次性固化成型，实现了工序的简化。
(3)本方法采用轴向间隔的环向缠绕布带工艺来提高管道刚度，使管道的取材全部来源于复合材料，其重量大幅度降低，实现了高刚度、轻量化和低成本化。
(4)本方法在提高刚度的同时，提高了管道的韧性，解决了运输、安装过程中管道易破坏的难题，给运输、安装管道带来了便利，降低了工人的劳动强度，适于工程化应用。
附图说明
图1为本发明采用机织设备的生产线整体结构示意图；
图2为本发明机织布带的织物组织结构示意图；
图3为本发明采用编织设备的生产线整体结构示意图；
图4为本发明编织布带的织物组织结构示意图；
图5为本发明采用针织设备的生产线整体结构示意图；
图6为本发明针织布带的织物组织结构示意图。
图中：11、机织设备；12、编织设备；13、针织设备；2、输送下压辊；3、输送上压辊；41、树脂槽；42、浸润树脂压辊；43、浸润上压辊；44、浸润下压棍；5、缠绕设备；61、机织布带；62、编织布带；63、针织布带；7、加强筋；8、复合材料管道；9、移动装置。θ.编织角。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。
本发明提供了一种织造布带加强筋复合材料管道的连续化生产线(简称生产线)，其特征在于该生产线包括布带织造设备、输送下压辊2、输送上压辊3、浸润装置、缠绕设备5和移动装置9；所述布带织造设备的后方依次设置有输送下压辊2、输送上压辊3、浸润装置和缠绕设备5；布带织造设备、输送下压辊2、输送上压辊3和浸润装置均放置在移动装置9上，随着复合材料管道8缠绕加强筋7位置的变化而移动；输送下压辊2和输送上压辊3用于稳定织造布带的张力同时将织造布带压扁压平；缠绕设备5能够绕自身转轴自转；
所述浸润装置包括树脂槽41、浸润树脂压辊42、浸润上压辊43和浸润下压棍44；树脂槽41位于输送上压辊3的后方；浸润树脂压辊42设置于树脂槽41内；浸润上压辊43和浸润下压棍44设置于树脂槽41外，位于浸润树脂压辊42后方、缠绕设备5的前方；浸润上压辊43和浸润下压辊44相互配合，用来稳定织造布带的张力和调节织造布带上的树脂含量。
所述布带织造设备可以是机织设备11、编织设备12或针织设备13等。
本发明同时提供了一种织造布带加强筋复合材料管道的连续化生产方法(简称方法)，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)将所述生产线组装集成，然后将复合材料管道8固定于缠绕设备5上；
(2)将纱线按照工艺参数排布在布带织造设备的织轴或纱架上，根据管道刚度要求通过布带织造方法进行织造；所述布带织造方法包括机织法、编织法或针织法；
所述机织法采用的布带织造设备为机织设备11，织物组织结构为平纹组织、斜纹组织或缎纹组织，得到机织布带61；机织法选用的纱线的线密度为100～5400tex；机织布带61的经纬比例为1～8:1，单层厚度为0.3～3mm，宽度为80～150mm；
所述编织法采用的布带织造设备为纱锭数64-176的编织设备12，得到具有一定编织角度的编织布带62；编织法选用的纱线的线密度为100～6400tex；编织布带62的编织角θ为15～80°，单层厚度为0.3～5mm，宽度为80～150mm；
所述针织法采用的布带织造设备为针织设备13，织物组织结构为平针组织、罗纹组织、双罗纹组织或经编间隔织物，得到针织布带63；针织法选用的纱线的线密度为100～6400tex；针织布带63的线圈的密度为10～40个/5cm，单层厚度为0.3～3mm，宽度为80～150mm；
所述纱线为玻璃纤维纱线、碳纤维纱线、玄武岩纤维纱线、聚酯纤维纱线、芳纶纱线、聚乙烯纤维纱线、芳香族聚酰胺共聚纤维纱线、杂环族聚酰胺纤维纱线、石墨纤维纱线(M40)或碳化硅纤维纱线中的至少一种；
(3)由布带织造设备织造的织造布带依次经过输送下压辊2和输送上压辊3稳定织造布带的传送张力并压平后，通过浸润树脂压辊42压入树脂槽41中浸润树脂；再通过浸润上压辊43和浸润下压棍44配合来调节织造布带上的树脂含量；再将浸润有树脂的织造布带沿周向缠绕在复合材料管道8的表面，缠绕的同时布带织造设备持续进行织造布带的织造，直至织造布带的缠绕厚度达到管道刚度要求(缠绕厚度为50～100mm)，完成复合材料管道8此位置的织造布带的缠绕；通过调节织造布带的织造速度和缠绕设备5的自转速度，满足管道刚度要求；
所述树脂可以选择环氧树脂或不饱和聚酯树脂等。
(4)根据管道刚度要求，通过移动装置9将布带织造设备、输送下压辊2、输送上压辊3和浸润装置沿复合材料管道8的轴向移动至下一个复合材料管道8缠绕位置，重复步骤3)进行缠绕，直至完成复合材料管道8所有缠绕位置的缠绕；浸润树脂的织造布带固化后，在每个缠绕位置均形成加强筋7，用于提高管道刚度，使管道满足刚度要求，得到织造布带加强筋复合材料管道。
所述织造布带缠绕的轴向间隔距离即加强筋7的轴向间隔距离为100～150mm。
影响管道刚度的参数包括浸润树脂的种类、缠绕在复合材料管道8上的织造布带的宽度、织造布带的缠绕层数(即缠绕厚度)和加强筋7的轴向间隔距离；通过调节影响管道刚度的参数，调控管道8的刚度，以适合不同刚度的大口径管道。
实施例1
直径是2000mm的复合材料管道8，布带织造设备采用机织设备11(如图1所示)，采用机织布带61作为加强筋7提高管道的刚度(如图2所示)，生产方法如下：
(1)机织设备11的后方依次设置有输送下压辊2、输送上压辊3、浸润装置和缠绕设备5；将机织设备11、输送下压辊2、输送上压辊3和浸润装置均放置在移动装置9上；树脂槽41位于输送上压辊3的后方；浸润树脂压辊42设置于树脂槽41内；浸润上压辊43和浸润下压棍44设置于树脂槽41外，位于浸润树脂压辊42后方、缠绕设备5的前方；将复合材料管道8固定于缠绕设备5上；
(2)选用线密度为400tex的玻璃纤维纱线，织物组织结构选择一上一下的平纹组织；织物的经纬比例是5:1，单层厚度是0.3mm，宽度是80mm；按照此工艺参数，对纱线进行整经、穿经和卷纬工序，然后开始织造；
(3)由机织设备11织造的机织布带61依次经过输送下压辊2和输送上压辊3稳定织造布带的传送张力后(织造布带的传送张力是10N)，通过浸润树脂压辊42压入树脂槽41中浸润环氧树脂；再通过浸润上压辊43和浸润下压辊44配合来调节机织布带61的树脂含量(树脂含量即含胶量是55％)，再将浸润有树脂的机织布带61环向缠绕在复合材料管道8的表面，缠绕的同时机织设备11持续进行机织布带61的织造，直至缠绕层数是150层，缠绕的厚度是45mm，完成复合材料管道8此位置的机织布带61的缠绕；
(4)通过移动装置9将机织设备11、输送下压辊2、输送上压辊3和浸润装置沿复合材料管道8的轴向移动100mm至下一个复合材料管道8缠绕位置(机织布带61的轴向间隔距离是100mm)，重复步骤3)进行缠绕，直至完成复合材料管道8所有缠绕位置的缠绕；浸润树脂的机织布带61固化后，在每个缠绕位置均形成加强筋7，得到的织造布带加强筋复合材料管道的刚度等级达到3000N/m2。
实施例2
直径是2500mm的复合材料管道8，布带织造设备采用编织设备12(如图3所示)，采用编织布带62作为加强筋7提高管道的刚度(如图4所示)，生产方法如下：
(1)编织设备12的后方依次设置有输送下压辊2、输送上压辊3、浸润装置和缠绕设备5；将编织设备12、输送下压辊2、输送上压辊3和浸润装置均放置在移动装置9上；树脂槽41位于输送上压辊3的后方；浸润树脂压辊42设置于树脂槽41内；浸润上压辊43和浸润下压棍44设置于树脂槽41外，位于浸润树脂压辊42后方、缠绕设备5的前方；将复合材料管道8固定于缠绕设备5上；
(2)选用线密度为400tex的玻璃纤维纱线，编织机的纱锭数是88锭，在直径是60mm的圆管芯模表面，编织角度θ是45°；按照此工艺参数，开始编织1×1编织结构的编织布带62；编织布带62经输送下压辊2和输送上压辊3平压后的宽度是94.2mm，厚度是0.6mm；
(3)由编织设备12织造的编织布带62依次经过输送下压辊2和输送上压辊3平压并稳定织造布带的传送张力后(织造布带的传送张力是10N)，通过浸润树脂压辊42压入树脂槽41中浸润环氧树脂；再通过浸润上压辊43和浸润下压辊44配合来调节编织布带62的树脂含量(树脂含量即含胶量是55％)，再将浸润有树脂的编织布带62环向缠绕在复合材料管道8的表面，缠绕的同时编织设备12持续进行编织布带62的织造，直至缠绕层数是100层，缠绕的厚度是60mm，完成复合材料管道8此位置的编织布带62的缠绕；
(4)通过移动装置9将编织设备12、输送下压辊2、输送上压辊3和浸润装置沿复合材料管道8的轴向移动100mm至下一个复合材料管道8缠绕位置(编织布带62的轴向间隔距离是100mm)，重复步骤3)进行缠绕，直至完成复合材料管道8所有缠绕位置的缠绕；浸润树脂的编织布带62固化后，在每个缠绕位置均形成加强筋7，得到的织造布带加强筋复合材料管道的刚度等级达到6500N/m2。
实施例3
直径是2000mm的复合材料管道8，布带织造设备采用针织设备13(如图5所示)，采用针织布带63作为加强筋7提高管道的刚度(如图6所示)，生产方法如下：
(1)针织设备13的后方依次设置有输送下压辊2、输送上压辊3、浸润装置和缠绕设备5；将针织设备13、输送下压辊2、输送上压辊3和浸润装置均放置在移动装置9上；树脂槽41位于输送上压辊3的后方；浸润树脂压辊42设置于树脂槽41内；浸润上压辊43和浸润下压棍44设置于树脂槽41外，位于浸润树脂压辊42后方、缠绕设备5的前方；将复合材料管道8固定于缠绕设备5上；
(2)选用线密度为400tex的玻璃纤维纱线，织物组织结构选择罗纹组织；织物的线圈的密度为20个/5cm，宽度是80mm，单层厚度是0.4mm；按照此工艺参数，开始织造；
(3)由针织设备13织造的针织布带63依次经过输送下压辊2和输送上压辊3稳定织造布带的传送张力后(织造布带的传送张力是10N)，通过浸润树脂压辊42压入树脂槽41中浸润环氧树脂；再通过浸润上压辊43和浸润下压辊44配合来调节针织布带63的树脂含量(树脂含量即含胶量是55％)，再将浸润有树脂的针织布带63环向缠绕在复合材料管道8的表面，缠绕的同时针织设备13持续进行针织布带63的织造，直至缠绕层数是125层，缠绕的厚度是50mm，完成复合材料管道8此位置的针织布带63的缠绕；
(4)通过移动装置9将针织设备13、输送下压辊2、输送上压辊3和浸润装置沿复合材料管道8的轴向移动100mm至下一个复合材料管道8缠绕位置(针织布带63的轴向间隔距离是100mm)，重复步骤3)进行缠绕，直至完成复合材料管道8所有缠绕位置的缠绕；浸润树脂的针织布带63固化后，在每个缠绕位置均形成加强筋7，得到的织造布带加强筋复合材料管道的刚度等级达到3000N/m2。
本发明未述及之处适用于现有技术。
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