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一種碳纖維復合材料管制造工藝及碳纖維復合材料管.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510892094.2

申請日:

2015.12.07

公開號:

CN105538738A

公開日:

2016.05.04

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):B29C 70/30申請日:20151207|||公開
IPC分類號: B29C70/30; B29C70/54; F16L9/16; C08L63/02; C08K13/04; C08K7/06; C08K7/18; C08K3/36; B29L23/00(2006.01)N 主分類號: B29C70/30
申請人: 江蘇眾成復合材料有限責任公司
發明人: 崔昌瑞; 趙得智; 劉洋
地址: 221000 江蘇省徐州市睢寧縣臨空產業園
優先權:
專利代理機構: 徐州市三聯專利事務所 32220 代理人: 戴翔
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510892094.2

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.12.25|||2016.06.01|||2016.05.04

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種碳纖維復合材料管制造工藝及碳纖維復合材料管,屬于碳纖維復合材料應用技術領域。所述制造工藝采用碳纖維增強環氧樹脂,以濕法纏繞工藝成型,其中內襯層為1~2層聚酯氈,結構層為30~60°往返鋪設的碳纖維,螺紋材質采用短切碳纖維與環氧樹脂的復合系統,以模具制作成型;碳纖維復合材料管采用螺紋連接,管體的一端為內螺紋,另一端為外螺紋,其中管體的結構由內襯層和結構層構成。本發明具有高強度、高密封性的特點,特別適用于高壓腐蝕性流體輸送領域,其壓力超出高壓玻璃纖維管線管的承壓上限,解決了在高壓腐蝕性流體輸送領域中鋼管的腐蝕問題以及高壓玻璃鋼管線管強度不足的問題。

權利要求書

1.一種碳纖維復合材料管制造工藝,其特征在于,包括以下具體步驟:
(a)將短切碳纖維、陶瓷微珠、E-54環氧樹脂、IPD固化劑、氣相二氧化
硅、硅微粉按照110:25:100:27:8:90的比例添加,混合、攪拌均勻,制備
成膠泥;
(b)將步驟(a)中所得膠泥涂抹在管體纏繞模具的螺紋段上,填滿螺紋間
隙,在完成后序步驟(d)的固化程序后,將制得內螺紋;
(c)將聚酯氈卷繞在模具上,鋪設1~2層,并浸透樹脂;
(d)將連續碳纖維通過四軸纏繞機的浸膠槽后,在模具上進行往復纏繞,
鋪設角度為30°~60°,鋪設到預設的厚度,然后將模具升溫至120~180℃,
持續1小時后固化成型,即制備得碳纖維復合材料管;
(e)將制得的碳纖維復合材料管的另一端采用步驟(a)的膠泥材料,以環
模制備出外螺紋。
2.根據權利要求1所述的一種碳纖維復合材料管制造工藝,其特征在于,
所述陶瓷微珠的主要成分是TiO2、SiO2和Al2O2,結構為平均粒徑18.4微米,
壁厚1~2微米的球形。
3.一種碳纖維復合材料管,其特征在于,
所述碳纖維復合材料管由權利要求1或2任意一項所述的碳纖維復合材料管
制造工藝制備而成;
所述碳纖維復合材料管的管體(2)上的一端設有內螺紋(1),另一端設有
外螺紋(3);
所述管體(2)由內襯層(4)和結構層(5)構成。
4.根據權利要求3所述的一種碳纖維復合材料管,其特征在于,
所述內襯層(4)中含有70%以上的樹脂,厚度為0.3~0.5毫米。

說明書

一種碳纖維復合材料管制造工藝及碳纖維復合材料管

技術領域

本發明涉及一種碳纖維復合材料管制造工藝及碳纖維復合材料管,具體涉及
一種用于高壓腐蝕性流體輸送的碳纖維復合材料管制造工藝及碳纖維復合材料
管,屬于碳纖維復合材料應用技術領域。

背景技術

碳纖維材料已經被應用于社會各個領域,尤其是碳纖維材料制成的管材,其
具有結實耐用、彈性好、韌性佳的特點,普遍應用于釣魚竿、攝影器材等領域。
但是在高壓腐蝕性流體輸送領域還沒有展開工程化的應用。

高壓玻璃纖維管線管,因為具有耐腐蝕、內壁光滑、重量輕、比塑料管耐壓
高等特點,已廣泛應用于腐蝕性的壓力流體輸送領域。但是,高壓玻璃纖維管線
管的輸送壓力,與鋼管相比還有較大差距。很多高壓的腐蝕性流體輸送領域,仍
只能使用鋼管,每年因腐蝕造成的損失嚴重。

相對于高壓玻璃纖維管線管,碳纖維管所能承受的壓力更高。在這種管內液
體高壓條件下,要求碳纖維管具有高軸環強度的同時,還需具備更好的密封性能,
避免液體滲漏,但是,由于碳絲浸潤劑附著的難度大,在纏繞成型工藝中,其浸
潤性反而不如玻璃纖維,導致制品微觀存在更多孔隙,密封性不佳。這一問題制
約了碳纖維管在高壓腐蝕性流體輸送領域的應用。

中國專利CN103499013A公開了一種碳纖維復合材料高壓氣瓶,這種氣瓶采
用了金屬內膽,以保證內表的氣密性,從而避免了碳纖維復合材料的微觀孔隙缺
點。但是,金屬內襯易發生電化學腐蝕,不適用于高壓腐蝕性流體領域;中國專
利CN201866511U公開了一種碳纖維管,其結構由內向外包括至少8層碳纖維層,
其碳纖維絲束走向分別設置水平、垂直、左右傾斜25度角。但是,僅有管體部
分的鋪層說明,該碳纖維管不具備連接特性,因此無論市場上的產品,還是已公
開的專利,均未涉及高壓腐蝕性流體輸送領域用碳纖維管或其制造工藝。

發明內容

針對上述現有技術存在的問題,本發明提供一種碳纖維復合材料管制造工藝
及碳纖維復合材料管,所述制造工藝制成的碳纖維復合材料管適用于輸送高壓腐
蝕性流體,所述碳纖維復合材料管具有耐高壓、耐腐蝕、密封性能好的特點。

為了實現上述目的,本碳纖維復合材料管制造工藝采用碳纖維增強濕法纏繞
內固化成型工藝,所述的碳纖維濕法纏繞內固化成型工藝,具體步驟如下:

(a)將短切碳纖維、陶瓷微珠、E-54環氧樹脂、IPD固化劑、氣相二氧化
硅、硅微粉按照110:25:100:27:8:90的比例添加,各組分允許存在±10%
的偏差,混合、攪拌均勻后,制備成膠泥;

(b)將步驟(a)中所得膠泥涂抹在管體纏繞模具的螺紋段上,填滿螺紋間
隙,在完成后序步驟(d)的固化程序后,將制得內螺紋;

(c)將聚酯氈卷繞在模具上,鋪設1~2層,并浸透樹脂;

(d)將連續碳纖維通過四軸纏繞機的浸膠槽后,在模具上進行往復纏繞,
鋪設角度為30°~60°,鋪設到預設的厚度,然后將模具升溫至120~180℃,
持續1小時后固化成型,即制備得碳纖維復合材料管;

(e)將制得的碳纖維復合材料管的另一端采用步驟(a)的膠泥材料,以環
模制備出外螺紋。

進一步,所述陶瓷微珠的主要成分是TiO2、SiO2和Al2O2,結構為平均粒徑
18.4微米,壁厚1~2微米的球形。

本發明還提供了一種采用了上述碳纖維復合材料管制造工藝制備的碳纖維
復合材料管,采用螺紋連接形式,其中螺紋采用標準API8rd長圓螺紋,所述碳
纖維復合材料管的管體上的一端設有內螺紋,另一端設有外螺紋,所述內螺紋和
外螺紋相互匹配,可連續鋪設安裝;所述管體由內襯層和結構層構成。

進一步,所述內襯層中含有70%以上的樹脂,厚度為0.3~0.5毫米。

與現有技術相比,本碳纖維復合材料管制造工藝采用內固化方式的濕法纏
繞,相比外固化方式得到的制品性能,具有更高的強度;膠泥系統加入陶瓷微珠,
主要起到增強硬度、耐磨、耐候、降低系統粘度的作用,同時加入短切碳纖維,
也起到增加強度、耐磨的作用,因此所成型的螺紋才能具有與碳纖維管相匹配的
高強度,適用于高壓輸送領域。

采用上述碳纖維復合材料管制造工藝制造而成的碳纖維復合材料管的管體
采用聚酯氈形成的內襯層,具有良好的密封性;并采用連續碳纖維往返鋪設的結
構層,相比碳纖維布鋪設成型的結構層,具有更高的強度。

本發明在市場應用領域中,解決了在高壓腐蝕性流體輸送領域中,鋼管的腐
蝕問題,解決了市場上高壓玻璃鋼管線管強度不足的問題。

附圖說明

圖1是本發明中碳纖維復合材料管的結構示意圖;

圖中:1、內螺紋,2、管體,3、外螺紋,4、內襯層,5、結構層。

具體實施方式

下面結合具體實施例和附圖對本發明做進一步說明。

本碳纖維復合材料管制造工藝采用碳纖維增強濕法纏繞內固化成型工藝,所
述的碳纖維濕法纏繞內固化成型工藝,具體步驟如下:

(a)將短切碳纖維、陶瓷微珠、E-54環氧樹脂、IPD固化劑、氣相二氧化
硅、硅微粉按照110:25:100:27:8:90的比例添加,各組分允許存在±10%
的偏差,混合、攪拌均勻后,制備成膠泥;

(b)將步驟(a)中所得膠泥涂抹在管體纏繞模具的螺紋段上,填滿螺紋間
隙,在完成后序步驟(d)的固化程序后,將制得內螺紋;

(c)將聚酯氈卷繞在模具上,鋪設1~2層,并浸透樹脂;

(d)將連續碳纖維通過四軸纏繞機的浸膠槽后,在模具上進行往復纏繞,
鋪設角度為30°~60°,鋪設到預設的厚度,然后將模具升溫至120~180℃,
持續1小時后固化成型,即制備得碳纖維復合材料管;

(e)將制得的碳纖維復合材料管的另一端采用步驟(a)的膠泥材料,以環
模制備出外螺紋。

進一步,所述陶瓷微珠的主要成分是TiO2、SiO2和Al2O2,結構為平均粒徑
18.4微米,壁厚1~2微米的球形。

如圖1所示,本發明還提供了一種采用了上述碳纖維復合材料管制造工藝制
備的碳纖維復合材料管,采用螺紋連接形式,其中螺紋采用標準API8rd長圓螺
紋,所述碳纖維復合材料管的管體上的一端設有內螺紋,另一端設有外螺紋,所
述內螺紋和外螺紋相互匹配,可連續鋪設安裝;所述管體由內襯層和結構層構成。

進一步,所述內襯層中含有70%以上的樹脂,厚度為0.3~0.5毫米。

下面通過實施例,對本發明進行詳細說明:

實施例具體步驟:

(a)將短切碳纖維、陶瓷微珠、E-54環氧樹脂、IPD固化劑、氣相二氧化
硅、硅微粉以110:25:100:27:8:90的比例進行混合、攪拌均勻,各組分的
偏差必須控制在±10%的范圍內,制備成膠泥;

(b)將膠泥涂抹在管體纏繞模具的螺紋段上,填滿螺紋間隙;

(c)將聚酯氈通過手動方式卷繞在模具上,鋪設2層,并浸透樹脂;

(d)將連續碳纖維通過四軸纏繞機的浸膠槽后,在模具上進行往復纏繞,
鋪設角度為55°,鋪設厚度為5mm,然后將模具升溫,按照溫度120℃,20min
的加熱時間和溫度160℃,30min的時間固化,制備成碳纖維復合材料管;

(e)將碳纖維管另一端以下述的操作方法,采用步驟(a)的膠泥材料,制
備出外螺紋,具體操作方法是:

將管體端部切頭,然后加工成1:16的錐度,在錐面上涂抹膠泥,再安裝上
環模,并將環模加溫至120℃固化50min,脫模后即可使得外螺紋成型。

綜上說述,本發明是采用聚酯氈、連續碳纖維、樹脂系統和膠泥系統,通過
濕法纏繞工藝,制備出一種螺紋連接的碳纖維復合材料管,達到腐蝕性高壓流體
輸送的目的。

關 鍵 詞:
一種 碳纖維 復合材料 制造 工藝
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