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CN112549694A - 一种宽幅纤维网增强塑料叠层复合片材 - Google Patents

一种宽幅纤维网增强塑料叠层复合片材 Download PDF

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CN112549694A CN202011520195.4A CN202011520195A CN112549694A CN 112549694 A CN112549694 A CN 112549694A CN 202011520195 A CN202011520195 A CN 202011520195A CN 112549694 A CN112549694 A CN 112549694A
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Abstract

本发明提供的宽幅纤维网增强塑料叠层复合片材，包括宽幅纵向片材复合层和横向片材复合层，二者以交错叠加融合为一体的方式层叠有至少两层；宽幅纵向片材复合层具有纵向主体部分和纵向侧边部分，纵向主体部分具有若干均匀分布的纵向连续纤维，延伸方向与叠层复合片材的长度方向一致；纵向侧边部分为不包含纵向连续纤维的热塑性塑料片材；横向片材复合层具有横向连续纤维，延伸方向与叠层复合片材的宽度方向一致。本发明叠层复合片材的宽度可以为2‑30米，制造大口径管道时，直接整片连续热熔缠绕包覆，生产效率提高10倍以上；只含横向连续纤维的侧边部分可以随扩口直径变化，形成变径扩口端，使大口径纤维增强塑料管道的工业化生产成为可能。

Description

一种宽幅纤维网增强塑料叠层复合片材
技术领域
本发明涉及热塑性纤维增强塑料复合片材技术领域，具体涉及一种用于分段制造带扩口端的超大口径聚乙烯管道的宽幅纤维网增强塑料叠层复合片材。
背景技术
目前，国内外生产的热塑性连续玻璃纤维增强聚乙烯片材，称为热塑性玻纤带(或片)，热塑性玻纤带的宽度规格一般在500毫米至1000毫米之间，我们称之为窄幅热塑性玻纤带。常用规格的热塑性玻纤带宽度为600毫米左右，根据玻璃纤维直径的不同，所制造的热塑性玻纤带厚度在0.15毫米至0.4毫米之间。这种片材主要用于纤维增强塑料管道的制造，宽度要裁切成更窄(一般是50-160毫米)的热塑性玻纤带来使用。该单向热塑性玻纤带，长度方向均匀平行分布有连续玻璃纤维，连续玻纤与纵向带长度方向的角度为零度，我们称这种单向热塑性玻纤带叫零度玻纤带，只承受纵向拉力，不承受横向拉力，主要应用在螺旋正反向缠绕聚乙烯增强压力管道的制造。
图1示出了一种常见的纤维增强塑料管道，包括内管01，包覆在内管01外侧的玻纤增强层02，以及包覆在玻纤增强层02外侧的塑料层03。上述的玻纤增强层是使用零度玻纤带在内管01外侧正反交错缠绕多层，直至达到目标厚度，从而满足管道的抗压性能要求。
传统的生产方式是，在内管01生产出来后，使用裁切好的零度玻纤带，沿内管01轴向，在内管01的外侧螺旋正反交错缠绕多层，在缠绕时加热熔融，使多层热塑性玻纤带紧紧融合在一起，从而形成热塑性玻纤增强层02。传统的这种生产方式，只适用于生产小管径的纤维增强塑料管道(内管内径一般在20-630毫米)，而如果要生产大口径的纤维增强塑料管道(内管内径为1000-6000mm)，这种单片螺旋正反缠绕方式效率低，而且耗能大，无法生产带承插口的大口径纤维增强塑料管道。
发明人经过研究，提出了侧边只含横向连续纤维的一种宽幅玻纤网增强塑料叠层复合片材，并改变了片材在内管上的缠绕方式，使分段生产大口径纤维增强塑料管道效率提高10倍以上，降低耗能数倍，侧边部分只含横向连续纤维不含纵向连续纤维，可以生产带扩口的纤维增强塑料管道，进而使得分段制造大口径纤维增强塑料管道的快速生产成为可能。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的单向零度玻纤带，只能采用螺旋正反缠绕的方式包绕内管，导致生产效率低、耗能高以及无法生产带承插口大口径纤维增强塑料管道的缺陷，从而提出一种可以改变热塑性玻纤片材在内管上的缠绕方式，进而能够提升缠绕效率、降低耗能，并可以生产带承插口大口径纤维增强塑料管道的宽幅玻纤网增强塑料叠层复合片材。
为此，本发明提供一种宽幅纤维网增强塑料叠层复合片材，包括宽幅纵向片材复合层和横向片材复合层，所述宽幅纵向片材复合层和所述横向片材复合层以90度交错叠加融合为一体的方式层叠有至少两层，以形成叠层复合片材；
所述宽幅纵向片材复合层，具有纵向主体部分和位于所述纵向主体部分一侧或两侧的纵向侧边部分；所述纵向主体部分包括热塑性片材和均布在所述热塑性片材内的所述纵向连续纤维，所述纵向连续纤维的延伸方向与所述叠层复合片材的长度方向一致；所述纵向侧边部分为不包含所述纵向连续纤维的塑料片材；
所述横向片材复合层，与所述宽幅纵向片材复合层叠加融合，包括热塑性片材和均布在所述热塑性片材内的所述横向连续纤维，所述横向连续纤维的延伸方向与所述叠层复合片材的宽度方向一致；
沿所述横向连续纤维的长度方向，所述横向片材复合层的长度与所述宽幅纵向片材复合层的宽度基本相同；
所述纵向主体部分与所述横向片材复合层层叠融合形成叠层复合片材网状主体部分；
所述纵向侧边部分与所述横向片材复合层层叠融合形成只含横向连续纤维的叠层复合片材侧边部分。
作为一种优选方案，所述叠层复合片材的一侧具有所述叠层复合片材侧边部分时，所述叠层复合片材侧边部分的宽度占所述叠层复合片材宽度的5-15％；
所述叠层复合片材的两侧均具有所述叠层复合片材侧边部分时，任意一个所述叠层复合片材侧边部分的宽度均占所述叠层复合片材宽度的5-15％。
作为一种优选方案，所述叠层复合片材的宽度为2-30米。
作为一种优选方案，所述纵向连续纤维和/或所述横向连续纤维为玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、金属纤维等无机纤维中的一种。
作为一种优选方案，所述热塑性片材为聚乙烯或聚丙烯等聚烯烃类塑料。
本发明提供的技术方案，具有以下优点：
本发明的宽幅纤维网增强塑料叠层复合片材，包括宽幅纵向片材复合层和横向片材复合层，宽幅纵向片材复合层和横向片材复合层以90度交错叠加融合为一体的方式层叠融合有至少两层，从而形成叠层复合片材。
其中，宽幅纵向片材复合层包括纵向主体部分和位于纵向主体部分一侧或两侧的纵向侧边部分，纵向主体部分包括热塑性片材和均布在所述热塑性片材内的所述纵向连续纤维，纵向连续纤维沿叠层复合片材的长度方向延伸；纵向侧边部分为不包含纵向连续纤维的塑料片材；横向片材复合层与宽幅纵向片材复合层叠加融合，包括热塑性片材和均布在热塑性片材内的横向连续纤维，横向连续纤维的延伸方向与叠层复合片材的宽度方向一致；宽幅纵向片材复合层和横向片材复合层以90度叠加融合时，沿横向连续纤维的长度方向，横向片材复合层的长度与宽幅纵向片材复合层的宽度基本相同。
也即，宽幅纵向片材复合层和横向片材复合层层叠融合形成的宽幅纤维网增强塑料叠层复合片材，包括有叠层复合片材网状主体部分和层叠复合片材侧边部分，其中纵向主体部分和横向片材复合层层叠融合形成叠层复合片材网状主体部分，纵向侧边部分和横向片材复合层层叠融合形成叠层复合片材侧边部分。
充分层叠融合后，从外表上看，叠层复合片材网状主体部分包括塑料和纵横交错的纵向连续纤维和横向连续纤维的复合层；层叠复合片材侧边部分包括塑料和横向连续纤维的复合层。
本发明的宽幅纤维网增强塑料叠层复合片材，尤其适合带有外扩口的大口径纤维增强塑料管道的制造，具体生产时，将叠层复合片材网状主体部分热熔缠绕包裹在管道的外径一致的部分上，将叠层复合片材侧边部分热熔缠绕包裹在管道的外扩口部分上；本发明的宽幅纤维网增强塑料叠层复合片材热熔缠绕在管道上后，纵向连续纤维绕管道的周向缠绕分布，横向连续纤维沿管道的轴向均匀分布。
本发明的宽幅纤维网增强塑料叠层复合片材，幅宽较宽，可以做成2-30米宽(即宽幅纵向片材复合层的宽度，也即纵向主体部分和纵向侧边部分的总宽度)，直接缠绕包覆在定长生产的带扩口的塑料管道外壁上，其中叠层复合片材网状主体部分的宽度与塑料管道的外径一致部分的长度一致；叠层复合片材侧边部分的宽度一般大于塑料管道的外扩口的长度。
本发明的宽幅纤维网增强塑料叠层复合片材，与传统采用零度玻纤带螺旋正反向交错缠绕相比，生产速度更快，是其速度的10倍以上；本发明的宽幅纤维网增强塑料叠层复合片材，可以解决外扩口位置的横向连续纤维延轴向随型缠绕问题，即将本发明的宽幅纤维网增强塑料叠层复合片材的叠层复合侧边部分热熔缠绕到塑料管道外扩口外壁上时，横向连续纤维可以随外扩口的外壁变化，并最终能够均匀包裹在外扩口的外壁上。
附图说明
为了更清楚地说明现有技术或本发明具体实施方式中的技术方案，下面对现有技术或具体实施方式描述中所使用的附图作简单介绍。
图1是现有技术中纤维增强塑料管道的横截面图。
图2是本发明单侧边的双层纤维网增强塑料叠层复合片材成卷断面结构图。
图3是图2的俯视图。
图4是单侧边的宽幅纵向片材复合层成卷断面结构图。
图5是图4的俯视图。
图6是横向片材复合层的主视图。
图7是双侧边的宽幅纵向片材复合层的主视图。
图8是本发明双侧边的双层纤维网增强塑料叠层复合片材的主视图。
附图标记：01、内管；02、玻纤增强层；03、塑料层；1、宽幅纵向片材复合层；11、纵向连续纤维；12、纵向主体部分；13、纵向侧边部分；2、横向片材复合层；21、横向连续纤维；3、叠层复合片材网状主体部分；4、叠层复合片材侧边部分。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细描述。
实施例1
本实施例提供一种宽幅纤维网增强塑料叠层复合片材，如图2、3、4、5、6所示，包括宽幅纵向片材复合层1和横向片材复合层2，所述宽幅纵向片材复合层1和所述横向片材复合层2以90度交错叠加融合为一体的方式层叠至少两层以形成叠层复合片材。
本实施例提供一种单侧边的双层纤维网增强塑料叠层复合片材，如图2-3所示，由一层宽幅纵向片材复合层1和一层横向片材复合层2复合而成；其中，
所述宽幅纵向片材复合层1，如图5所示，具有纵向主体部分12和位于所述纵向主体部分12一侧的纵向侧边部分13，所述纵向主体部分12包括热塑性片材和均布在所述热塑性片材内的所述纵向连续纤维11，所述纵向连续纤维11的延伸方向与所述叠层复合片材的长度方向一致；所述纵向侧边部分13为不包含所述纵向连续纤维11的塑料片材；
所述横向片材复合层2，如图6所示，用于与所述宽幅纵向片材复合层90度叠加融合，包括热塑性片材和均布在所述热塑性片材内的所述横向连续纤维21，所述横向连续纤维21的延伸方向与所述叠层复合片材的宽度方向一致。
如图2-3所示，在所述宽幅纵向片材复合层1和所述横向片材复合层2以90度交错叠加融合时，沿所述横向连续纤维21的长度方向，所述横向片材复合层2的长度与所述宽幅纵向片材复合层1的宽度基本相同。
所述纵向主体部分12与所述横向片材复合层2层叠融合形成叠层复合片材网状主体部分3；所述纵向侧边部分13与所述横向片材复合层2层叠融合形成叠层复合片材侧边部分4。
本实施例中，叠加融合的方式为热压融合。
所述纵向连续纤维11和/或所述横向连续纤维21为玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、金属纤维等无机纤维中的一种；本实施例中，所述纵向连续纤维11和所述横向连续纤维21均为玻璃纤维。
所述热塑性片材为聚乙烯或聚丙烯等聚烯烃类塑料；本实施例中，所述热塑性片材为聚乙烯塑料。
作为一种变形设计方案，所述纵向侧边部分13也可以分布在纵向主体部分12的两侧，形成双侧边的宽幅纵向片材复合层(如图7所示)；上述双侧边的宽幅纵向片材复合层与横向片材复合层层叠复合后，形成双侧边的双层纤维网增强塑料叠层复合片材(如图8所示)。
作为一种优选设计方案所述纵向侧边部分13可以包含其他形式的纤维。
本实施例的宽幅纤维网增强塑料叠层复合片材在连续缠绕包覆生产大口径热塑性纤维增强塑料管道时，使均布于横向片材复合层2的横向连续纤维21变成了管道的轴向平行纤维，整片包覆管道，与管道轴向平行的连续纤维可以承受管材的轴向拉力；宽幅纵向片材复合层1的纵向连续纤维11，在管道缠绕成型后变成了管道的周向纤维，与沿管道轴向延伸的横向连续纤维垂直相交的纵向连续纤维11可以承受管道的径向拉力，从而使包裹后的管道具有优良的径轴双向力学性能；利用该叠层复合片材制成的压力管道内部承受压力高，管道径向和轴向结构力均匀，管道具有优良的力学性能，制品强度、刚度得到显著提高，使用寿命长。
本实施例的宽幅纤维网增强塑料叠层复合片材，尤其适合带有外扩口的大口径热塑性纤维增强塑料管道的制造，具体生产时，将叠层复合片材网状主体部分3热熔缠绕在管道的外径一致的部分上，将叠层复合片材侧边部分4热熔缠绕在管道的外扩口端，叠层复合片材加热变软后，叠层复合片材侧边部分4没有纵向连续纤维11的径向束缚，可以缠绕外径变化的管材扩口端，并使横向连续纤维21沿轴向均布在直径变化的管材扩口端。
借助本实施例的叠层复合片材结构，对于大口径的管道生产，可以分段加工，相邻两段之间采用承口插口设计，每一段管道外径一致部分的长度与叠层复合片材网状主体部分3的宽度相匹配，将叠层复合片材网状主体部分3缠绕在外径不变的管道承压主体部分，将叠层复合片材侧边部分4缠绕在外径发生变化的扩口端部分，分段加工完成后，扩口端及管道外层需继续复合缠绕相应结构层，通过承口插口连接，完成较长长度的大口径压力管道的安装。
本实施例的宽幅纤维网增强塑料叠层复合片材，幅宽较宽，可以做成2-30米宽，直接缠绕包覆在定长生产的带扩口端的塑料管道外壁上，其中叠层复合片材网状主体部分3的宽度与聚乙烯管道的外径一致部分的长度一致；叠层复合片材侧边部分4的宽度一般大于聚乙烯管道的外扩口的长度。
与传统采用零度玻纤带正反交错缠绕不同，本实施例的叠层复合片材采用直接整片连续包覆，从而大大提升了缠绕效率，降低了能耗，使得大口径纤维增强塑料管道的工业化生产成为可能，包裹速度是原有缠绕式包裹速度的10倍或以上；本实施例的宽幅纤维网增强塑料叠层复合片材，可以解决扩口端均布连续轴向纤维的无束缚缠绕问题，将叠层复合片材侧边部分4缠绕到管道外扩口外壁上时，横向连续纤维21可以随外扩口的外壁变化，并最终均匀轴向排列包裹在扩口端的外壁上。
本实施例中，宽幅纵向片材复合层1和横向片材复合层2可以交错叠加多层，如3层、4层、5层、6层、7层、8层、9层、10层……50层等等，最上面的一层可以是宽幅纵向片材复合层1，也可以是横向片材复合层2，最下面的一层可以是宽幅纵向片材复合层1，也可以是横向片材复合层2。
需要指出的是，本发明所称的纤维增强塑料管道，是指聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃类塑料管道。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种宽幅纤维网增强塑料叠层复合片材，其特征在于：包括宽幅纵向片材复合层(1)和横向片材复合层(2)，所述宽幅纵向片材复合层(1)和所述横向片材复合层(2)以90度交错叠加融合为一体的方式层叠有至少两层，以形成叠层复合片材；
所述宽幅纵向片材复合层(1)，具有纵向主体部分(12)和位于所述纵向主体部分(12)一侧或两侧的纵向侧边部分(13)；所述纵向主体部分(12)包括热塑性片材和均布在所述热塑性片材内的所述纵向连续纤维(11)，所述纵向连续纤维(11)的延伸方向与所述叠层复合片材的长度方向一致；所述纵向侧边部分(13)为不包含所述纵向连续纤维(11)的塑料片材；
所述横向片材复合层(2)，与所述宽幅纵向片材复合层(1)叠加融合，包括热塑性片材和均布在所述热塑性片材内的所述横向连续纤维(21)，所述横向连续纤维(21)的延伸方向与所述叠层复合片材的宽度方向一致；
沿所述横向连续纤维(21)的长度方向，所述横向片材复合层(2)的长度与所述宽幅纵向片材复合层(1)的宽度基本相同；
所述纵向主体部分(12)与所述横向片材复合层(2)层叠融合形成叠层复合片材网状主体部分(3)；
所述纵向侧边部分(13)与所述横向片材复合层(2)层叠融合形成只含横向连续纤维(21)的叠层复合片材侧边部分(4)。
2.根据权利要求1所述的叠层复合片材，其特征在于：
所述叠层复合片材的一侧具有所述叠层复合片材侧边部分(4)时，所述叠层复合片材侧边部分(4)的宽度占所述叠层复合片材宽度的5-15％；
所述叠层复合片材的两侧均具有所述叠层复合片材侧边部分(4)时，任意一个所述叠层复合片材侧边部分(4)的宽度均占所述叠层复合片材宽度的5-15％。
3.根据权利要求1或2所述的叠层复合片材，其特征在于：所述叠层复合片材的宽度为2-30米。
4.根据权利要求1所述的叠层复合片材，其特征在于：所述纵向连续纤维(11)和/或所述横向连续纤维(21)为玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、金属纤维等无机纤维中的一种。
5.根据权利要求1所述的叠层复合片材，其特征在于：所述热塑性片材为聚乙烯或聚丙烯等聚烯烃类塑料。
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