[发明专利]一种连续纤维增强热塑性复合预浸带管材的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种管材的制备方法。

背景技术

缠绕成型工艺设备简单，效率高，成本低，是复合材料成型工艺最有前景的制造方法之一。缠绕成型目前主要集中在纤维增强热固性复合材料的成型，主要是玻璃钢缠绕管材。玻璃钢制品的弹性模量低，可通过一些加强筋来增加其刚性，但是这样就相应的增加了成本，且玻璃钢管材制品长期耐热性很差。中国专利CN201020596716.X采用玻璃钢增强钢塑管，最后在玻璃纤维增强层上再紧密粘合热塑性塑料形成外保护层，故这种复合管有防腐的功效，且可大幅度提高耐压能力。但是这种复合管材设备复杂，工艺过程较繁琐，工业化生产效率低。

连续纤维增强热塑性复合材料密度小，强度高，具有优异的机械性能，如高的拉伸强度、弯曲强度、高模量和高抗冲击性能等。此外它还具有良好的加工性能及其很好的耐化学稳定性能和耐热性能，在一些复杂的环境中仍然可以长期稳定使用。相比于热固性复合材料，热塑性复合材料具备加工设备简单，生产效率高，废料可回收利用，成型周期短等优点，这些都是目前市场和环境所需求的。热塑性复合材料缠绕制品在耐热、耐压和抗冲击性能、抗损伤性能等方面都明显优于热固性复合材料。在工艺过程方面，热塑性缠绕比热固性缠绕少了一个固化过程，仅在缠绕点处增加一个加热装置，即可实现原位固化成型，成型周期明显缩短。缠绕得到的热塑性复合管材具有耐腐蚀、耐压、耐温、耐磨、无毒、使用寿命长、综合费用低等特点。在城市和建筑的给水、石油、天然气、化工等领域有广泛的应用。

热塑性树脂基体熔体的粘度大，与纤维浸润过程中需要较高的温度和压力，直接采用在线浸渍缠绕工艺相对较困难，故本实验采用两步法，即先采用由中国专利CN200910048973.1所述的方法制成复合预浸带，再将制好的预浸带缠绕成型。由该专利所述的方法制得的复合带纤维和树脂之间浸润良好，纤维含量可达到50％以上。

发明内容

本文的目的在于针对现有技术的缺陷而提供一种管材的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明以连续纤维增强热塑性树脂淋膜得到的预浸带为原料，采用缠绕成型制成高强高模的热塑性复合管材。

一种管材的制备方法，其包含如下步骤：

(1)将复合预浸带放入置卷装置中，然后使复合预浸带依次通过张力辊组中的各个张力辊；

(2)将步骤(1)处理过的复合预浸带进行预加热；

(3)然后将步骤(2)预加热处理后的复合预浸带在缠绕点加热；

(4)再将步骤(3)经加热的复合预浸带进行缠绕；

(5)最后，原位固结成型，得到管材。

所述的复合预浸带包含质量分数为40～60％的热塑性树脂和质量分数为40～60％连续纤维。

所述的热塑性树脂选自聚丙烯、聚乙烯、尼龙或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)中的一种或一种以上。

所述的连续纤维选自玻璃纤维、芳纶纤维或碳纤维中一种或一种以上。

所述的步骤(1)中的复合预浸带是采用由中国专利CN200910048973.1所述方法即熔融法制得，复合预浸带宽为0.1～6cm，优选0.5～3cm。

所述的步骤(1)中的张力辊组由2～4个金属滚筒组成。所述的金属滚筒为钢制滚筒。

所述的步骤(1)中人工手动将复合预浸带铺平使其依次通过张力辊组。

所述的步骤(2)中的预加热方式为红外加热，预加热温度为30～90℃，所述的预加热操作在预加热装置中进行。预热的主要目的是去除纤维复合带的水分，消除复合预浸带的预结晶。同时使复合预浸带具有一定的温度可以加快缠绕速度，可以防止加热点处由于加热时间过长而使树脂基体有所降解，使其在缠绕点加热更充分，浸渍效果更好。

所述的步骤(3)中缠绕点为加热装置处的加热点，加热方式为热空气加热或红外加热，加热温度为140～280℃，温度通过红外测温仪测得。

所述的步骤(4)中的预浸带缠绕过程是缠绕在芯模上，最后形成密实的缠绕结构，缠绕速度为1～30m/min，优选1～10m/min，缠绕角在30°～75°之间，优选缠绕角范围40°～60°，缠绕张力为5～100N，缠绕张力的大小是由缠绕速度所决定的，缠绕速度越大，张力越大，缠绕速度减小，张力减小。

所述的芯模为球形、管形或环形。