用于制造連續(xù)復(fù)合材料管的方法、用于制造連續(xù)復(fù)合材料管的設(shè)備的制作方法
【專利摘要】用于制造連續(xù)復(fù)合材料管的方法，所述方法包括使管襯墊平移穿過制造站，其中所述制造站包括一單獨(dú)的纏繞站和一單獨(dú)的固結(jié)站，所述固結(jié)站位于所述纏繞站的下游一距離處；在所述纏繞站處將復(fù)合材料帶纏繞到所述管襯墊上以形成帶層；通過擠壓和加熱所述帶，在所述固結(jié)站的固結(jié)區(qū)處將所述復(fù)合材料帶固結(jié)到所述管襯墊上。
【專利說明】用于制造連續(xù)復(fù)合材料管的方法、用于制造連續(xù)復(fù)合材料管的設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于制造連續(xù)復(fù)合材料管(composite tube)的方法,尤其是制造熱塑性復(fù)合材料管的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]具有較長長度的管是已知的，并且經(jīng)常用于水下或地下的應(yīng)用中，或是作為陸上輸油管線(flowline)，但其應(yīng)用并不限于此。例如，連續(xù)管優(yōu)選用于陸上或海上的勘探、生產(chǎn)、干預(yù)(intervention)以及鉆井應(yīng)用，其中可以發(fā)現(xiàn)海上應(yīng)用的好處最大。這些應(yīng)用可能經(jīng)常需要數(shù)百米長到數(shù)千米長的管道。
[0003]通常使用的是鋼管，但是所述鋼管有諸如腐蝕、疲勞、屈服、焊接敏感、重量等缺點(diǎn)。另外，長度相對長的鋼管依靠連續(xù)油管輸送可能是困難的。此外，為了制造較長長度的鋼管，通常將鋼管的不同的段焊接起來，這可能是耗時(shí)的制造過程，其中焊縫可能形成管道的薄弱點(diǎn)。
[0004]因此，已經(jīng)嘗試生產(chǎn)相對長的復(fù)合材料管。已知有不同的技術(shù)(例如編織或纖維等)以分段的加工方式或幾乎連續(xù)的加工方式來生產(chǎn)復(fù)合材料管。
[0005]已知有數(shù)種方法來制造長度較長的復(fù)合材料管(連續(xù)管)。例如，纏繞機(jī)生產(chǎn)線被使用來將干纖維或預(yù)浸潰的預(yù)浸潰纖維帶以及樹脂纏繞到襯墊上或之前的層上，以建立所述帶或纖維的不同層的層壓件。所述復(fù)合材料管的結(jié)構(gòu)可以是非結(jié)合的也可以是所謂的結(jié)合的；在所述非結(jié)合的結(jié)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)元件是松散的并且不相互結(jié)構(gòu)性連接；在所述結(jié)合的結(jié)構(gòu)中，所述元件被結(jié)構(gòu)性連接并且形成一牢固的結(jié)構(gòu)。此外，所述復(fù)合管的結(jié)構(gòu)可基于熱固性或熱塑性聚合物。
[0006]所述帶和/或所述帶中的纖維上的顯著的預(yù)張力可在熱固性復(fù)合材料固化期間或熱塑性復(fù)合材料固結(jié)期間被用于提供固結(jié)壓力。所述層壓件產(chǎn)生之后，所述層壓件通過加熱被固化或固結(jié)。對于非結(jié)合的管可省略通過加熱進(jìn)行的固化或固結(jié)，并且所述松散層可按原樣使用或用聚合物的擠出層覆蓋。
[0007]現(xiàn)有的復(fù)合材料管的缺點(diǎn)例如是:非結(jié)合管的有限的外部壓力抗性、熱固性管的微裂紋、熱固性管的有限的抗沖擊性、有限的耐化學(xué)性、有限的對快速的氣體壓降的抗性、熱固性管的有限的纏繞能力、有限的內(nèi)部抗壓強(qiáng)度等。
[0008]此外，這些傳統(tǒng)的加工可能要求產(chǎn)品以一個(gè)單一的生產(chǎn)步驟制造。另外，在熱固性層壓件的情況下傳統(tǒng)的制造過程使制造所述管的時(shí)間周期受到限制，和/或使生產(chǎn)速度受到限制。另外，所述傳統(tǒng)的過程通常需要復(fù)雜的生產(chǎn)機(jī)械。
[0009]另外，可能要求的相對高的張力，當(dāng)施加預(yù)張力到所述帶和/或纖維上時(shí)，所述相對高的張力可能會導(dǎo)致所述帶和/或纖維破裂，并且可能導(dǎo)致在所述管中的相對高的殘余應(yīng)力。在制造過程中使用預(yù)張力意味著為所述纖維和/或所述帶使用相對大的纏繞角度。在加工期間的預(yù)張力可引發(fā)加載到所述襯墊或基體上的扭轉(zhuǎn)載荷，所述扭轉(zhuǎn)載荷可使所述管變形并且對所述管的質(zhì)量和/或機(jī)械強(qiáng)度產(chǎn)生不利的影響。
[0010]此外，已知對于固結(jié)的熱固性的或熱塑性的管或?qū)訅杭闹圃?，可以使用其中沒有預(yù)張力或預(yù)張力有限的帶的布置或纖維的布置過程。在所述帶被施加到所述產(chǎn)品的區(qū)域(被稱為咬入點(diǎn)區(qū)域(nip-point area))中，擠壓體(例如棍或瓦狀件(shoe))被用于施加壓力到所述層壓件以在所述咬入點(diǎn)區(qū)域處將所述帶固結(jié)到基體上。
[0011]在WO 2006/107196中描述了制造連續(xù)熱塑性復(fù)合材料管的一個(gè)示例。公布文本W(wǎng)O 2006/107196描述了一種用于制造纖維強(qiáng)化管的設(shè)備。當(dāng)帶通過擠壓輥在所述咬入點(diǎn)被擠壓到所述管襯墊上時(shí)，所述帶被纏繞到所述管襯墊上。所以，所述帶被同時(shí)纏繞并擠壓到所述管襯墊上?？蛇x地，可在所述咬入點(diǎn)處對所述帶進(jìn)行加熱。下一帶層可被纏繞并擠壓到之前已纏繞的帶層上。然而，這一方法的缺點(diǎn)是例如產(chǎn)生的產(chǎn)品質(zhì)量差、機(jī)械復(fù)雜并且加工速度仍然有限。
[0012]由于這些缺點(diǎn)，傳統(tǒng)的復(fù)合材料管沒有被廣泛地使用，尤其是在海上、水下、井下、鉆井以及高壓應(yīng)用中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種用于生產(chǎn)長度相對長的復(fù)合材料管的方法，所述方法消除了上述缺點(diǎn)中的至少一個(gè)。
[0014]另外，本發(fā)明提供了根據(jù)權(quán)利要求1的一種用于制造連續(xù)復(fù)合材料管的方法。
[0015]本發(fā)明涉及一種主要用于制造結(jié)合管的過程。結(jié)合或固結(jié)的層壓件具有較好的機(jī)械性能、具有承受壓力載荷(例如外部壓力)的能力、應(yīng)對組合載荷工況或非軸向載荷并且對快速的氣體壓降有較好的抗性。
[0016]本發(fā)明主要用于制造熱塑性復(fù)合材料管，但是也能使用制造熱固性復(fù)合材料。另一可能是使用干纖維束來制造干纖維的預(yù)成型成品，所述干纖維的預(yù)成型成品在隨后的制造步驟中被浸潰聚合樹脂。使用熱塑性復(fù)合材料來制造具有固結(jié)、結(jié)合的層壓件的長的連續(xù)管的優(yōu)點(diǎn)是:具有較高延展性并且允許材料形變、提供沖擊抗性、提供纏繞能力、提供剩余強(qiáng)度和韌性。
[0017]通過根據(jù)本發(fā)明的方法，可制造連續(xù)的固結(jié)的熱塑性復(fù)合材料管。所述結(jié)合管具有較好的外部壓力抗性、較好的內(nèi)部抗壓強(qiáng)度、能夠抵抗到纖維方向的非軸向載荷、比所述熱固性復(fù)合材料管更好的纏繞能力。如果所述襯墊、復(fù)合材料以及可能的涂層材料由相同的熱塑性聚合物制成，則所有層可被焊熔接在一起以提供一管系統(tǒng)，所述管系統(tǒng)具有比傳統(tǒng)的復(fù)合材料管好的對快速的氣體壓降的抗性，所述傳統(tǒng)的復(fù)合材料管是非結(jié)合的或在管中組合了不同的材料，這導(dǎo)致所述不同的材料之間的界面強(qiáng)度較低。
[0018]例如，可使用一種材料的概念來制造所述管，這意味所述帶的基體材料可與所述管襯墊的材料相同或相似，并且外部涂層也是同樣，由此以得到較好的熔接和固結(jié)并因此得到較好的性能。
[0019]通過首先將所述帶纏繞到所述管襯墊上，然后在所述纏繞站的下游處將所述帶固結(jié)到所述管襯墊上，所述管能夠以可預(yù)測和受控的方式來制造。因?yàn)樗鰩У睦p繞與固結(jié)沿著所述管襯墊的縱軸被空間分隔，因此在單獨(dú)的纏繞站和單獨(dú)固結(jié)站中兩種加工可以相互獨(dú)立的執(zhí)行并且因此可被更好的控制。實(shí)際上，所述帶的固結(jié)和所述帶的纏繞相脫離。此夕卜，通過將所述纏繞站和所述固結(jié)站分離開，可獲得相對緊湊的更加簡單的設(shè)備。所述十分簡單的設(shè)備非?？煽?，相對易于維護(hù)并且因此非常經(jīng)濟(jì)。
[0020]當(dāng)所述管襯墊正在平移時(shí)，通過將所述帶固結(jié)到所述管襯墊上，所述帶同時(shí)且在同一位置擠壓和加熱到所述管襯墊上或到之前已纏繞的帶層上。當(dāng)所述管正在平移時(shí)所述擠壓和加熱在同一位置且在同一時(shí)間至少被施加到所述帶上。至少所述帶被擠壓和加熱以結(jié)合到所述管襯墊上或到所述之前已纏繞的帶層上。有利地，在下面的所述管襯墊或所述之前已纏繞的帶層也可被稍微加熱以改善所述結(jié)合，即所述加熱不僅可使上面的最新纏繞的帶層被加熱還可使所述下面的之前已纏繞的帶層的上部被加熱以改善所述結(jié)合?？蛇x地，所述管襯墊和/或之前已纏繞的帶層可被預(yù)加熱。
[0021]優(yōu)選地，所述加工是一個(gè)連續(xù)的過程，以當(dāng)擠壓和加熱同時(shí)且在同一位置被施加時(shí)，所述管襯墊正在平移。施加擠壓和加熱的裝置，擠壓裝置和加熱裝置有利地相對于平移的所述管是靜止的。因?yàn)樵谑┘訑D壓和加熱期間所述管襯墊可平移，所以可獲得具有相對長的長度的連續(xù)管。優(yōu)選地，所述管的長度大于20m ;更優(yōu)選地，所述管的長度大于50m ;更優(yōu)選地，所述管的長度大于100m。所述復(fù)合材料管的長度甚至可達(dá)到一千米或幾千米?？商娲?，停止所述管的平移以固結(jié)某一區(qū)域，之后所述管被進(jìn)一步平移以固結(jié)下一區(qū)域，所以所述過程變成一個(gè)走走停停的過程。
[0022]此外，通過使用管襯墊，可省去用于制造所述復(fù)合材料管的心軸。所述帶被直接纏繞到所述管襯墊上并且之后被固結(jié)到所述管襯墊上，以與所述管襯墊形成整體層。另外的帶層可被纏繞并固結(jié)到在所述管上的之前帶層上。因?yàn)椴恍枰妮S，就不限制使用多個(gè)纏繞站和固結(jié)站。在傳統(tǒng)的拉擠加工中，或在傳統(tǒng)的Drostholm纖維連續(xù)纏繞加工中，所述心軸在所述制造站內(nèi)被支撐在一側(cè)。在這種加工中，僅可使用一個(gè)制造站。另外，根據(jù)本發(fā)明的加工可通過重復(fù)所述生產(chǎn)過程而被重復(fù)，例如通過再次使所述管平移穿過所述制造站而被重復(fù)。因此，所述加工不限制所述復(fù)合材料層壓件的厚度并且所述加工可根據(jù)所需的厚度來改變。
[0023]連續(xù)復(fù)合材料管可被獲得，因此可以省去用于連接管的獨(dú)立的段的接頭和/或使所述接頭的數(shù)量最小化，并且安裝和/或可快速實(shí)現(xiàn)。
[0024]所述管襯墊可被理解為塑料的管襯墊和/或已經(jīng)包括已固結(jié)帶層的復(fù)合材料管。復(fù)合材料帶被理解為包括纖維加強(qiáng)的塑料帶。
[0025]此外，通過同時(shí)且在同一位置將外部擠壓和加熱施加到所述帶和/或所述管和/或所述管襯墊上來將所述帶固結(jié)到所述管襯墊上，所述帶能以在所述帶和/或所述帶的纖維中的預(yù)張力很小或幾乎沒有預(yù)張力的方式被鋪設(shè)到所述管襯墊上。至少所述擠壓和加熱被施加到所述帶層，但是所述管和/或所述管襯墊也可受到所述擠壓和加熱。所以，與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)方法相比可獲得更好的機(jī)械性能，在現(xiàn)有技術(shù)方法中所述帶的加熱和擠壓是獨(dú)立的。在一些現(xiàn)有技術(shù)方法中，擠壓通常通過在將所述帶纏繞到所述管上期間預(yù)張緊所述帶來提供。然后，進(jìn)行加熱以固結(jié)。因?yàn)樗鰩е械睦w維的預(yù)張緊可在固結(jié)之后引起所述管中的殘余應(yīng)力，機(jī)械性能可能低于根據(jù)本發(fā)明制造的管。
[0026]可選地，在所述固結(jié)區(qū)還可對所述帶層和/或?qū)訅杭┘永鋮s以凝固所述層壓件。例如，所述固結(jié)區(qū)于是可包括首先預(yù)加熱，然后同時(shí)擠壓和加熱，再然后冷卻。首先，所述預(yù)加熱可被施加以至少部分地在預(yù)加熱區(qū)中使所述帶升溫，之后可同時(shí)且在同一位置施加加熱以在擠壓區(qū)中將所述帶層熔接到之前的帶層上。之后，可在冷卻區(qū)中將被熔化的帶層冷卻到凝固。通過提供附加的冷卻，可提高生產(chǎn)的速度?？商娲?，可在固結(jié)區(qū)之后布置僅提供冷卻的冷卻區(qū)。在固結(jié)區(qū)中，至少擠壓和加熱同時(shí)且在同一位置被施加。配置預(yù)加熱區(qū)和/或冷卻區(qū)是可選的。
[0027]此外，可選地，可應(yīng)用多個(gè)固結(jié)區(qū)。每個(gè)所述固結(jié)區(qū)包括同時(shí)且在同一位置進(jìn)行擠壓和加熱和可選的冷卻。固結(jié)區(qū)可在所提供的壓力和/或溫度方面互不相同。例如，所述溫度和/或壓力可從一個(gè)固結(jié)區(qū)到另一固結(jié)區(qū)增加。
[0028]此外，通過限制預(yù)張緊來纏繞所述帶，可實(shí)現(xiàn)多種纏繞角度并且所述帶甚至能夠以相對于所述管襯墊的軸線大約為0°的角度被鋪設(shè)到所述管襯墊上。所以，可獲得所述復(fù)合材料管的提高的機(jī)械性能。
[0029]在所述管襯墊和/或所述管的一區(qū)域上提供擠壓。因?yàn)?，尤其是?dāng)使用熱塑性的未加強(qiáng)的管襯墊時(shí)，在一區(qū)域上施加擠壓避免了使用可能會導(dǎo)致所述襯墊損壞或坍塌的高的局部壓力。這一坍塌的風(fēng)險(xiǎn)會隨著所需施加到所述固結(jié)區(qū)的熱量而增加，所述熱量會臨時(shí)地降低所述未加強(qiáng)的襯墊的強(qiáng)度和/或剛度。這與例如為纖維布置的現(xiàn)有技術(shù)方法相反，在現(xiàn)有技術(shù)方法中輥或瓦狀件被使用在所述咬入點(diǎn)，所述帶和所述管襯墊在所述咬入點(diǎn)相接觸。在這種加工中，僅僅使用非常局部的線型的接觸。這導(dǎo)致所述擠壓只能被施加到很小的一個(gè)區(qū)域上。為了提供足夠高的固結(jié)力，要使用較強(qiáng)的擠壓。
[0030]有利地，在固結(jié)期間，在所述管的一段軸向長度上所述帶被加熱并同時(shí)被擠壓到所述管襯墊上，所以相對于現(xiàn)有技術(shù)來說，發(fā)生擠壓的區(qū)域可以相對大以提供完全的固結(jié)和/或提供增加的加工速度，在所述現(xiàn)有技術(shù)中固結(jié)在直線上或小的固結(jié)區(qū)上(通常在所述咬入點(diǎn)線處或接近所述咬入點(diǎn)線處)完成，例如使用輥或瓦狀件擠壓到所述帶和層壓件上。因?yàn)樗鰩拥剿龉芤r墊的固結(jié)可在所述管的一段軸向長度上(所述軸向長度可比傳統(tǒng)方法長得多)的一相對大的固結(jié)區(qū)上完成，所以可增加制造性能。
[0031]實(shí)際上，所述固結(jié)區(qū)的定向和所述帶的定向相脫離，然而現(xiàn)有技術(shù)中的位于所述咬入點(diǎn)線處或所述咬入點(diǎn)線處附近的較小的固結(jié)區(qū)具有和所述帶相同的定向，所述較小的固結(jié)區(qū)的定向大約垂直于所述帶的方向。以這種方式，可增加所述固結(jié)區(qū)的長度，對于給定的生產(chǎn)速度增加所述固結(jié)區(qū)的長度可減小所需的壓力，并且可在無需心軸的情況下固結(jié)到一相對柔韌的管襯墊上。
[0032]另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是所述固結(jié)擠壓體僅取決于所述管的直徑，而不取決于纏繞角度，在傳統(tǒng)方法中的情況下其取決于纏繞角度，在傳統(tǒng)方法中所使用的擠壓體垂直于所述帶的方向。所述固結(jié)站可針對不同的管徑相對簡單地調(diào)節(jié)，大管徑僅需要較大的尺寸，所述尺寸例如至少是所述擠壓體的直徑。
[0033]有利地，所述固結(jié)區(qū)還包括所述管的相當(dāng)大的圓周段，這可被稱為軸向圓周固結(jié)部。在一優(yōu)選的實(shí)施例中，所述固結(jié)區(qū)延伸覆蓋所述管襯墊的大約整個(gè)圓周并且覆蓋所述管的預(yù)設(shè)的軸向長度，形成一相對大的固結(jié)表面。所述帶層可在所述管的整個(gè)圓周上和一段軸向長度上被固結(jié)到所述管襯墊的整個(gè)外表面上，這可更加提高加工速度。這還保證所述帶層的所有部分被固結(jié)，并且保證不會產(chǎn)生沒有固結(jié)的材料的區(qū)域。
[0034]通過使用擠壓體(尤其是彈性的擠壓體)來將所述帶擠壓到所述管襯墊上，所述帶可在一相對大的表面區(qū)域上沿軸向或圓周方向被擠壓到所述管襯墊上。此外，彈性的擠壓體可容易適應(yīng)增加的管徑，所述管徑隨著纏繞上每一帶層而變大直到獲得預(yù)設(shè)的管徑。
[0035]優(yōu)選地，將所述帶擠壓到所述管襯墊上是力控制的，所以優(yōu)選地，所述擠壓體是力控制的，這與幾何控制的擠壓體相反。力控制的擠壓體可適應(yīng)所述管襯墊上的不規(guī)則部分和/或不規(guī)則的管襯墊，例如由于纏繞而造成的橢圓的管襯墊。例如，幾何控制的擠壓體可以例如是對于開口具有固定尺寸的實(shí)體壓模，如果使用不規(guī)則的管襯墊，所述開口將導(dǎo)致沿所述管的圓周的壓力不同，從而導(dǎo)致所述管的質(zhì)量低下。力控制的擠壓體可以是彈性的擠壓體、被安裝到力控制的機(jī)構(gòu)上(例如彈簧或致動器)的一幾何控制的擠壓體，或可以包括處于所述管和所述擠壓體之間的一真空部以產(chǎn)生接觸壓力。
[0036]通過在固結(jié)期間在所述管襯墊中提供內(nèi)部壓力，由所述擠壓體施加的外部壓力可被更加有效的施加。此外，所述內(nèi)部壓力可減小由于管的盤繞而造成的所述管襯墊成橢圓形的現(xiàn)象。
[0037]為了將所述帶固結(jié)到所述管襯墊上，所述帶在固結(jié)區(qū)處同時(shí)且在同一位置被擠壓和加熱以獲得最佳的固結(jié)或所述帶到所述管襯墊上的最佳的熔接。冷卻可被用于將溫度降低到熱塑性樹脂的熔點(diǎn)之下并且使其凝固。
[0038]根據(jù)本發(fā)明，在所述纏繞站的下游一距離處，加熱在固結(jié)區(qū)中與擠壓同時(shí)進(jìn)行。加熱可以是間接進(jìn)行的，例如通過紅外線、氣體、熱空氣、電磁感應(yīng)、激光、微波；或所述加熱可以是直接進(jìn)行的，通過接觸加熱。優(yōu)選地，所述帶通過接觸加熱的方式來加熱以最小化損耗并且最大化所述加熱裝置和所述帶之間的熱交換。
[0039]有利地，所述擠壓體在擠壓時(shí)被所述加熱裝置加熱，并且在與所述管接觸期間提供接觸加熱以用于將熱傳遞到所述管上。在所述擠壓體擠壓期間，熱可被傳遞到所述帶上以熔化所述帶和/或所述帶的組成部分以用于將所述帶層固結(jié)到所述管襯墊上。通過加熱所述擠壓體，擠壓和加熱可有利地在同一時(shí)間且在同一位置處被施加到所述帶和/或所述管上。
[0040]此外，冷卻可被用于在壓力下使所述層壓件固結(jié)。另外為了冷卻，優(yōu)選使用接觸來提供最佳的熱交換?？梢栽谒龉探Y(jié)站中使用多個(gè)具有不同的壓力和不同的用于加熱或冷卻的溫度的固結(jié)區(qū)。
[0041]通常無需施加粘合中間層就能獲得所述帶到所述管襯墊或之前的帶層上的粘合。除了在固結(jié)區(qū)進(jìn)行加熱之外，可考慮在固結(jié)區(qū)處或固結(jié)區(qū)的上游進(jìn)行預(yù)加熱。
[0042]在所述咬入點(diǎn)區(qū)域，和之前所述的用于在所述纏繞站下游進(jìn)行擠壓和加熱的固結(jié)區(qū)相結(jié)合，該處的輥或瓦狀件的使用可用于促進(jìn)所述帶到所述管襯墊上的第一固結(jié)。所述咬入點(diǎn)區(qū)域通常位于所述纏繞站處。
[0043]所述帶能夠相對于所述管襯墊的縱軸成一角度地螺旋地纏繞到所述管襯墊上，但是所述帶也能夠以大約為0°度的角度軸向地鋪設(shè)到所述管襯墊上，因?yàn)樗鰩б栽谒鰩е械念A(yù)張力最小或近似無預(yù)張力的狀態(tài)被纏繞到所述管襯墊上。
[0044]有利地，另一帶層被纏繞到所述管襯墊上。所以，多層帶層可被纏繞到所述管襯墊上以生產(chǎn)復(fù)合材料管。在每一帶層都被纏繞之后，所述帶層可被固結(jié)。此外，幾層帶層可被纏繞到彼此之上并且這些幾層帶層可然后被同時(shí)固結(jié)。優(yōu)選地，每一帶層被分別固結(jié)?？商娲兀瑤讓?最多六層)帶層可被纏繞并固結(jié)到一起。和現(xiàn)有技術(shù)方法相反，并非所有帶層都被事先纏繞并且然后全部同時(shí)被固結(jié)。根據(jù)本發(fā)明，(優(yōu)選地)每一帶層、(可替代地)幾層帶層被纏繞并且然后被固結(jié)。在之前的帶層被固結(jié)之后，下一帶層被纏繞并固結(jié)。通過再次使所述管平移穿過所述制造站以將另一帶層纏繞并固結(jié)到之前已纏繞的帶層上，可獲得相對堅(jiān)固的管，因?yàn)槊恳粠佣急粏为?dú)地固結(jié)和結(jié)合到之前纏繞并固結(jié)的帶層上。
[0045]如果帶層被纏繞并固結(jié)到之前固結(jié)的帶層上，則管已具有一定的機(jī)械性能和剛度，并且在生產(chǎn)期間已經(jīng)被加載，例如所述管可在每一帶層之間被盤繞。在所述管被盤繞之前，不要求首先制造完整的管。完成的管因此可以用數(shù)個(gè)步驟來制造。在將所述帶層纏繞和固結(jié)到所述管襯墊上的第一平移步驟之后，在另一平移步驟中另一帶層可被纏繞并固結(jié)到之前的帶層上。通過重復(fù)所述的另一平移步驟直到足夠的或預(yù)設(shè)數(shù)量的帶層被鋪設(shè)，可獲得所述連續(xù)管的生產(chǎn)。所述過程可被調(diào)整，可使用一個(gè)單獨(dú)的制造站來鋪設(shè)多層帶層并且制成完整的最終產(chǎn)品。此外，通過使用根據(jù)本發(fā)明的方法和設(shè)備，一個(gè)單獨(dú)的制造站可被用于制造不同直徑的連續(xù)管并因此可被靈活的使用。
[0046]在一實(shí)施例中，所述管襯墊和/或所述帶是熱塑性材料和/或包括熱塑性材料，以用于改善所述帶到所述管襯墊的附著和/或用于改善所述管的柔韌特性。類似地，所述帶和/或所述管襯墊可以具有熱固性材料，或呈干纖維的形式，其可以利用粘結(jié)劑粉末被穩(wěn)定化。
[0047]本發(fā)明還涉及一種用于制造連續(xù)復(fù)合材料管的設(shè)備。所述設(shè)備包括單獨(dú)的纏繞站和單獨(dú)的固結(jié)站。在所述纏繞站處所述帶被纏繞到所述管襯墊上以形成帶層。在所述固結(jié)站中，通過在同一位置對所述帶層同時(shí)進(jìn)行擠壓和加熱，即當(dāng)所述管襯墊正在平移時(shí)所述擠壓和加熱在同一位置被施加到所述帶層，所述帶層被固結(jié)到所述管襯墊上。
[0048]可配置一單獨(dú)的擠壓裝置和一單獨(dú)的加熱裝置，所述單獨(dú)的擠壓裝置和單獨(dú)的加熱裝置被布置為可在同一位置同時(shí)施加擠壓和加熱?？商娲睾?或附加地，所述擠壓裝置可以被加熱以提供同時(shí)的且在同一位置處的擠壓和加熱。其它的有益的實(shí)施例在從屬權(quán)利要求中描述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0049]將在示例性實(shí)施例的基礎(chǔ)上對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，附圖中示出了所述示例性實(shí)施例。所述示例性的實(shí)施例通過本發(fā)明的非限制性的附圖給出。
[0050]在附圖中:
[0051]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的第一實(shí)施例的示意圖；
[0052]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的第二實(shí)施例的示意圖；以及
[0053]圖3示出了所述帶層的纏繞并固結(jié)的物理分離的示意圖。
[0054]值得注意的是，附圖僅僅是以非限制的方式給出的本發(fā)明的實(shí)施例的示意圖。在附圖中，相同或相應(yīng)的部分用相同的附圖標(biāo)記指示。
【具體實(shí)施方式】
[0055]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備I的示意圖。用于制造連續(xù)復(fù)合材料管的所述設(shè)備I在此包括制造站2和兩個(gè)卷筒3、4。塑料(優(yōu)選為熱塑性塑料)的管襯墊5被卷繞到所述卷筒3上。在制造所述復(fù)合材料管6期間，所述管襯墊5平移穿過所述制造站2并且被卷繞到所述卷筒4上。因此復(fù)合材料盤管6可被實(shí)現(xiàn)。[0056]所述制造站2包括單獨(dú)的纏繞站7和單獨(dú)的固結(jié)站8。在所述纏繞站7處，(優(yōu)選為熱塑性的)復(fù)合材料帶9被鋪設(shè)到所述管襯墊5上以在纏繞區(qū)14處形成所述管襯墊5上的帶層。所述帶可以是纖維加強(qiáng)帶。所述帶9可沿路徑10被相互緊鄰地纏繞以形成帶層10a。帶路徑10之間的小的空隙是可以接受的，或帶路徑10之間的小的重疊是可以接受的。理想地，所述帶路徑10相互鄰接。
[0057]所述固結(jié)站8被布置在與所述纏繞站7有一距離的下游處。在所述固結(jié)站8處，通過在同時(shí)且在同一位置進(jìn)行擠壓和加熱，所述帶層IOa被固結(jié)到所述管襯墊5上。當(dāng)所述管襯墊5正在平移穿過所述固結(jié)站8時(shí)，同時(shí)進(jìn)行的擠壓和加熱在同一位置被提供，這里即是在固結(jié)區(qū)13中被提供。所述帶層IOa的擠壓和加熱在同一位置且在同一時(shí)間在所述固結(jié)區(qū)13處完成，所以可以獲得所述帶層IOa到所述管襯墊5的最佳的熔接。通過在所述纏繞區(qū)14的下游一距離處提供所述帶層IOa到所述管襯墊5上的固結(jié)，可獲得受控的加工。
[0058]圖2示出本發(fā)明的另一實(shí)施例，在這以實(shí)施例中還設(shè)置了冷卻區(qū)18和預(yù)加熱區(qū)
17。在所述冷卻區(qū)18處布置有冷卻裝置19，并且在所述預(yù)加熱區(qū)17處布置有預(yù)加熱裝置
20。首先，可以在所述預(yù)加熱區(qū)17中預(yù)加熱到至少部分熔化所述帶層10a，然后在所述固結(jié)區(qū)13中施加擠壓和加熱以便將所述帶層IOa熔接到前一層上。之后，可以在所述冷卻區(qū)18中將熔化的帶層IOa冷卻到凝固。另外，例如可以在同一個(gè)固結(jié)站中或在多個(gè)固結(jié)站中設(shè)置多個(gè)的固結(jié)區(qū)13。很多變形都是可能的。
[0059]為了將所述帶層IOa固結(jié)到所述管襯墊5上，設(shè)置了擠壓體11和加熱裝置12。在圖1和圖2中所示的實(shí)施例中，所述擠壓體11相對于所述管和/或所述管襯墊和/或所述帶是靜止的。另外，在所示的實(shí)施例中，所述加熱裝置12相對于所述管和/或所述管襯墊和/或所述帶是靜止的。圖3示出發(fā)生在所述固結(jié)區(qū)13處的固結(jié)，所述固結(jié)區(qū)13位于所述纏繞區(qū)14的下游一距離處。在所述纏繞區(qū)14處，所述帶9被纏繞到所述管襯墊5上，所述帶9接觸所述管襯墊5的點(diǎn)一般被被稱為咬入點(diǎn)線15。與所述帶9的纏繞脫離的是所述帶9的固結(jié)，所述固結(jié)發(fā)生在所述固結(jié)站8的固結(jié)區(qū)13處。通過同時(shí)且在同一位置處進(jìn)行擠壓和加熱而進(jìn)行的所述帶9到所述管襯墊5上的固結(jié)優(yōu)選地在一固結(jié)區(qū)上完成，所述固結(jié)區(qū)延伸覆蓋所述管襯墊5軸向長度L，并且優(yōu)選地，覆蓋所述管襯墊5的圓周。根據(jù)所述擠壓體的結(jié)構(gòu)，所述固結(jié)區(qū)(即擠壓和加熱被施加到其上的所述管襯墊的外表面)延伸覆蓋所述管襯墊的圓周的一部分或覆蓋所述管襯墊的整個(gè)圓周。
[0060]優(yōu)選地，所述壓力被施加到所述管襯墊的軸向長度上和/或施加到所述管襯墊的圓周部分上。有利地，在使用擠壓裝置擠壓期間，所述管襯墊還被內(nèi)部受壓以將所述管襯墊坍塌的風(fēng)險(xiǎn)降到最低。
[0061]當(dāng)在所述固結(jié)區(qū)中施加擠壓時(shí)，還在同一時(shí)間且在同一位置進(jìn)行加熱。所述加熱可由所述加熱裝置12來提供，所述加熱裝置12可對所述管襯墊直接加熱(例如，所述加熱裝置12加熱所述帶和/或所述管襯墊)，或可對所述管襯墊間接加熱(例如，所述加熱裝置12加熱所述擠壓體11，所述擠壓體11又加熱所述帶和/或所述管襯墊)。所述加熱裝置可被布置為相對于所述帶和/或所述管襯墊是靜止的。另外，所述加熱裝置可與所述擠壓裝置結(jié)合，例如被加熱的瓦狀件可施加擠壓到所述帶和/或所述管襯墊上。
[0062]優(yōu)選地，所述加熱在所述管襯墊的軸向長度上和/或在所述管襯墊的圓周部分上完成。優(yōu)選地，加熱的區(qū)域與受擠壓的區(qū)域大致相同。通過加熱所述管襯墊5和/或所述帶9，所述帶9到所述管襯墊5上的熔接可得以改善。
[0063]優(yōu)選地，所述管襯墊5和/或所述帶9通過接觸加熱被加熱，以增加到所述帶和/或所述管襯墊的熱交換并且改善所述帶9和所述管襯墊5之間的熔接。有利地，所述擠壓體11自身被加熱。通過將被加熱的擠壓體11擠壓到所述帶9和所述管襯墊5上，所述帶9和所述管襯墊5被加熱。用相似的方法，可實(shí)現(xiàn)冷卻。
[0064]優(yōu)選地，所述復(fù)合材料管的制造是一個(gè)連續(xù)的過程，這意味著在所述管襯墊5平移穿過所述制造站2期間所述帶9被固結(jié)到所述管襯墊5上。在固結(jié)期間，所述擠壓體11是靜止的并且和所述帶9接觸以用于將所述帶9擠壓到所述管襯墊5上。
[0065]另一帶層可在已存在于所述管襯墊5上的帶層之上被纏繞到所述管襯墊5上。例如，另一制造站2可被設(shè)置在所述制造站2的下游處。此外，當(dāng)所述卷筒3上沒有所述管襯墊5并且所述管6被盤繞到所述卷筒4上時(shí)，所述卷筒3、4可進(jìn)行交換并且加工可以重新開始。然后所述管可以在另一個(gè)平移步驟內(nèi)再次平移穿過所述制造站2。然后當(dāng)使所述管襯墊5再次通過所述制造站2被加工時(shí)，另一帶層被纏繞到現(xiàn)有的帶層之上。所述管襯墊5可以被很多帶層纏繞，例如可纏繞多達(dá)40層帶層或更多帶層，直到達(dá)到獲得最終產(chǎn)品所需的厚度。
[0066]優(yōu)選地，每一帶層被分別固結(jié)，并且例如通過再次平移所述管穿過所述制造站，另一帶層在之前的帶層被固結(jié)之后被纏繞?？商娲睾?或附加地，幾層(最多六層)所述帶層可被纏繞并且可被固結(jié)到一起，這不同于現(xiàn)有技術(shù)，在現(xiàn)有技術(shù)中所有所述帶層被提前纏繞并且被同時(shí)固結(jié)。
[0067]多種變形對領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員都是清楚的。需要理解的是，所述擠壓體可具有多種實(shí)施例，例如包括輥、滑架、可膨脹的流體部件等。需要理解的是，所述加熱體可具有多種實(shí)施例，包括直接加熱或間接加熱，例如通過氣體、熱空氣、紅外線、電磁感應(yīng)、微波等來加熱。所有這些變形都被理解為包含在權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.用于制造連續(xù)復(fù)合材料管的方法，包括 -使管襯墊平移穿過制造站，其中所述制造站包括一單獨(dú)的纏繞站和一單獨(dú)的固結(jié)站，所述固結(jié)站位于所述纏繞站的下游一距離處； -在所述纏繞站處將復(fù)合材料帶纏繞到所述管襯墊上以形成帶層； -通過當(dāng)所述管襯墊正在平移時(shí)在同一位置對所述帶層同時(shí)進(jìn)行擠壓和加熱，在所述固結(jié)站的固結(jié)區(qū)將所述復(fù)合材料帶層固結(jié)到所述管襯墊上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括:再次使所述管平移穿過所述制造站以便將另一帶層纏繞并固結(jié)到之前已纏繞的帶層上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，進(jìn)一步包括:通過在固結(jié)區(qū)的下游設(shè)置冷卻區(qū)，在所述帶的固結(jié)處的下游對所述帶進(jìn)行冷卻。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括:在所述固結(jié)站的多個(gè)固結(jié)區(qū)中對所述帶層進(jìn)行固結(jié)，其中在每個(gè)所述固結(jié)區(qū)中所述帶在同一位置被同時(shí)擠壓和加熱。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述多個(gè)固結(jié)區(qū)至少在所提供的壓力和/或溫度方面互不相同。
6.用于制造連續(xù)復(fù)合材料管的設(shè)備，其中所述設(shè)備包括制造站，所述制造站被布置為允許管襯墊從其中平移穿過，其中所述制造站包括纏繞站和固結(jié)站，所述纏繞站用于將復(fù)合材料帶纏繞到管襯墊上以形成帶層，所述固結(jié)站用于在所述固結(jié)站的固結(jié)區(qū)中將所述帶層固結(jié)到所述管襯墊上，所述固結(jié)站位于所述纏繞站的下游一距離處，其中所述固結(jié)區(qū)包括固結(jié)裝置，所述固結(jié)裝置用于在所述管襯墊正在平移時(shí)在同一位置對所述帶層同時(shí)進(jìn)行擠壓和加熱。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述固結(jié)裝置包括擠壓裝置和加熱裝置，所述擠壓裝置和加熱裝置被布置為提供同時(shí)的且在同一位置處的擠壓和加熱。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述擠壓裝置被所述加熱裝置加熱以用于同時(shí)的在同一位置處的擠壓和加熱。
【文檔編號】B29C35/00GK103501988SQ201280021795
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2012年3月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月3日
【發(fā)明者】馬庫斯·安東尼斯·伊鳳娜·克雷默斯 申請人:埃爾波仁國際有限公司