用于制造纖維強(qiáng)化復(fù)合管的方法以及纖維強(qiáng)化復(fù)合管的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于制造纖維強(qiáng)化復(fù)合管(1)的方法，其中，制造塑料管，繼而將含有強(qiáng)化絲的強(qiáng)化層涂覆在塑料管上。隨后根據(jù)本發(fā)明對(duì)這樣制成的復(fù)合管進(jìn)行再處理，其中，將強(qiáng)化層中存在于絲之間的間隙密封，從而在強(qiáng)化層中能夠至少基本上不再有毛細(xì)效應(yīng)。本發(fā)明還涉及一種纖維強(qiáng)化復(fù)合管(1)。
【專利說明】用于制造纖維強(qiáng)化復(fù)合管的方法以及纖維強(qiáng)化復(fù)合管
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于制造纖維強(qiáng)化復(fù)合管的方法，其中，該方法包括以下方法步驟:
[0002]-優(yōu)選通過擠壓工藝制造塑料管，并且
[0003]-隨后將含有強(qiáng)化絲的強(qiáng)化層涂覆在塑料管上。
【背景技術(shù)】
[0004]過去，已經(jīng)建立了多種不同的用于制造纖維復(fù)合材料的制造工藝。一方面是高壓工藝，尤其是注塑成型工藝、擠壓工藝以及沖壓工藝，而另一方面是低壓工藝，例如RTM(樹脂傳遞成型)和熱壓工藝。高壓工藝的特征具體在于能夠?qū)崿F(xiàn)高生產(chǎn)速率，而利用低壓工藝能夠制造出具有極高機(jī)械強(qiáng)度的構(gòu)件。這樣的構(gòu)件特性不能單獨(dú)利用高壓工藝或者只能以更高的投入(Aufwand)獲得。相反，低壓工藝的缺點(diǎn)在于需要對(duì)在此所使用的塑料進(jìn)行較長時(shí)間的固化，這降低了產(chǎn)出率并由此提高了構(gòu)件的制造成本。
[0005]當(dāng)在高壓(例如IObar或更高的過壓)條件下傳輸液態(tài)介質(zhì)(例如水)時(shí)，一般都使用金屬管或厚壁塑料管，這種金屬管或厚壁塑料管作為水提升管安裝在多層建筑中。由于在過去金屬價(jià)格的明顯上升，因此越來越需要替代方案。此外，金屬管還具有較大的重量，并且運(yùn)送到建筑工地和在建筑工地搬運(yùn)的費(fèi)用也是相當(dāng)高的。此外，金屬管易被腐蝕。厚壁塑料管的缺點(diǎn)在于，其在給定的最大外徑的情況下僅具有相對(duì)較小的自由流動(dòng)橫截面以及同樣較高的重量或材料要求。
[0006]專利文獻(xiàn)DE 10 2009 016 596 Al公開了一種具有上述特征的方法。在此方法中，在擠壓而成的塑料管上纏繞混合型粗紗(Roving)，這種粗紗除了強(qiáng)化纖維之外還含有塑料纖維。為了在纏繞過程中提高粗紗的剛性，需要將塑料纖維熔化。但是如果將這樣制成的復(fù)合管例如為了輸送處于高壓下的水而使用在建筑物提升管路中，在一定時(shí)間之后液體肯定會(huì)從復(fù)合管的外表面滲出。由于較高的內(nèi)壓，液體會(huì)從各個(gè)復(fù)合管之間的連接件部位通過復(fù)合管的端面向強(qiáng)化層擴(kuò)散。強(qiáng)化層則由于緊密相鄰排列的絲而具有大量的、具有極小氣孔直徑的中間空腔。由此使得強(qiáng)化層在此具有所謂的毛細(xì)效應(yīng)，并且使擴(kuò)散到復(fù)合管中的液體能夠非常輕易地通過強(qiáng)化層的毛細(xì)管向外滲出。其結(jié)果是在較短時(shí)間內(nèi)就形成了潮濕的復(fù)合管外表面，這種潮濕的外表面對(duì)于使用在建筑物中的復(fù)合管是尤其不能容忍的。此外，由于在此的強(qiáng)化并不完全，因此這種復(fù)合管隨著時(shí)間的推移還將出現(xiàn)明顯的機(jī)械性能下降，因?yàn)樯鲜鲂?yīng)也將導(dǎo)致對(duì)強(qiáng)化層的損傷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在此背景下，本發(fā)明的目的在于，提供一種用于制造具有最初所述特征的纖維強(qiáng)化復(fù)合管的方法，這種纖維強(qiáng)化復(fù)合管在輸送處于高壓下的液體時(shí)能夠確保持久的密封性。
[0008]本發(fā)明的目的通過一種根據(jù)前述特征制造而成并隨后經(jīng)過再處理的復(fù)合管來實(shí)現(xiàn)，其中，將強(qiáng)化層中的存在于絲之間的間隙密封，從而使得在強(qiáng)化層中至少基本沒有，優(yōu)選根本不會(huì)出現(xiàn)毛細(xì)效應(yīng)。密封在此特別是指填充和/或密封間隙。本發(fā)明基于這樣的認(rèn)識(shí)，即只要去除了包含在強(qiáng)化層中的間隙，從而實(shí)質(zhì)上不再出現(xiàn)、優(yōu)選完全不再出現(xiàn)毛細(xì)效應(yīng)，則相對(duì)合適的、具有較小重量且不會(huì)被腐蝕的纖維復(fù)合管也可用于輸送處于高壓下的液體，例如在建筑物的水提升管路中的液體。
[0009]毛細(xì)效應(yīng)通常完全是一種流動(dòng)現(xiàn)象，這種現(xiàn)象使得液體在接觸毛細(xì)管(例如細(xì)管、夾縫或空腔)時(shí)被吸入固體材料中。例如，當(dāng)玻璃管豎立地浸在水中時(shí)，水在細(xì)小的玻璃管中將克服重力上升。這種毛細(xì)效應(yīng)是通過液體自身的表面張力和液體與固體表面的界面應(yīng)力造成的。毛細(xì)管的直徑越小，毛細(xì)壓力和上升高度越大。通過根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，現(xiàn)在可以去除在強(qiáng)化層中由絲構(gòu)成的不需要的毛細(xì)管，并且復(fù)合管能夠用于上述應(yīng)用目標(biāo)。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選的實(shí)施方式，強(qiáng)化層除了強(qiáng)化絲之外還包含塑料絲。在該實(shí)施方式中，再處理是指再固結(jié)，其中，塑料絲被加熱到能導(dǎo)致其至少部分熔化的溫度，從而使強(qiáng)化層中的間隙被所產(chǎn)生的熔化物密封。在此，顯然再固結(jié)是在將強(qiáng)化層涂覆到塑料管上之后進(jìn)行的，因?yàn)橐坏┩瓿赏扛?，則強(qiáng)化層的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)就被固定了。優(yōu)選塑料管在再固結(jié)過程中自內(nèi)部冷卻，從而使塑料管至少本質(zhì)上保持固相狀態(tài)。由此確保包含在強(qiáng)化層中的塑料絲的熔化工序所需要的導(dǎo)入熱量不會(huì)對(duì)塑料管造成損傷。
[0011]優(yōu)選，塑料絲和塑料管由相同的塑料材料制成。例如，當(dāng)塑料管由聚丙烯制成時(shí)，優(yōu)選將聚丙烯絲集成在強(qiáng)化層中，這種聚丙烯絲在熔化時(shí)能夠相應(yīng)較好地與塑料管的外表面相結(jié)合。在本發(fā)明的范疇內(nèi)，塑料管和塑料絲可以使用不同密度的聚丙烯材料。例如在塑料管的聚丙烯材料中還可以含有添加劑。在本發(fā)明的范疇內(nèi)，塑料管和塑料材料應(yīng)由彼此發(fā)生反應(yīng)的材料制成，例如具有PET的PVC管。
[0012]優(yōu)選，對(duì)塑料管的冷卻通過流動(dòng)通過塑料管的流體進(jìn)行。在此，流體可以是氣體，例如空氣，也可以是液體，例如水?；谏鲜隽鲃?dòng)可以確保將熱量連續(xù)地從塑料管的內(nèi)表面帶走。優(yōu)選地，在塑料管中安裝被加載流體的軟管。由此可以例如在空氣冷卻時(shí)將軟管連接在壓縮空氣泵上，該壓縮空氣泵能夠確保均勻的流動(dòng)和由此從內(nèi)管壁連續(xù)地排出熱量?？蛇x地，也可以將軟管連接在水管上并相應(yīng)地加載冷水。通過這種軟管可以更容易地實(shí)現(xiàn)塑料管的內(nèi)部冷卻。
[0013]優(yōu)選地，進(jìn)行再固結(jié)，使得塑料管的外表面溫度保持在塑料的熔化溫度Tm的范圍內(nèi)。塑料管的內(nèi)表面溫度則優(yōu)選保持在塑料的晶體化溫度Tc以下。在此要注意的是，塑料的晶體化溫度Tc通常與熔化溫度Tm明顯不同。熔化溫度Tm是指在加熱塑料的過程中塑料由固相狀態(tài)剛剛出現(xiàn)熔化的溫度。而晶體化溫度T。是指在冷卻塑料的過程中塑料剛剛開始形成固體顆粒的溫度。通過調(diào)整所述的溫度曲線，一方面可以確保強(qiáng)化層中的塑料絲熔化，另一方面也可以確保與此同時(shí)不損傷塑料管。
[0014]優(yōu)選地，塑料絲在強(qiáng)化層中的重量比例為40-80%，例如40-60%。根據(jù)應(yīng)用情況的不同，塑料絲在強(qiáng)化層中的重量比例也可以為20-40 %或60-80 %。
[0015]對(duì)于上述的再固結(jié)，替代地還可以借助粘合劑密封間隙，優(yōu)選在將強(qiáng)化層涂覆在塑料管上之后將粘合劑施加在強(qiáng)化層上。粘合劑例如可以是環(huán)氧樹脂粘合劑或所謂的表面
密封劑、例如Fa.Henkel?公司的Locitite'在此顯而易見的是，通過應(yīng)用粘合劑，可
以根據(jù)本發(fā)明使包含在強(qiáng)化層中的間隙密封。[0016]總的來說，例如通過根據(jù)本發(fā)明對(duì)間隙進(jìn)行密封可以在向復(fù)合管的強(qiáng)化層的端面
加載具有IObar過壓(? )，優(yōu)選15bar過壓(? )，特別為20bar過壓(? )的運(yùn)行壓力
的情況下，一直不會(huì)發(fā)生水對(duì)強(qiáng)化層外表面的滲透。在此優(yōu)選強(qiáng)化層的最大壁厚為50mm，優(yōu)選IOmm,特別為5mm。
[0017]優(yōu)選強(qiáng)化層由帶和/或粗紗構(gòu)成，例如，是帶和/或粗紗的強(qiáng)化層。強(qiáng)化層的絲在此可以優(yōu)選是連續(xù)不斷的纖維或是分別由多種連續(xù)不斷的纖維組成的線。粗紗例如可以是連續(xù)不斷的、不扭結(jié)的拉伸絲。相應(yīng)地，絲在此可以單向取向的。然而粗紗也可以設(shè)計(jì)使得絲交叉，例如編織而成的粗紗的形式。粗紗的絲可以彼此對(duì)齊，從而使絲總體上形成菱形結(jié)構(gòu)。由此，粗紗具有扁平的連接部位，這些連接部位在平面內(nèi)沿任意方向都具有高負(fù)載承受能力，從而能夠以非常簡單的方式進(jìn)行加工。粗紗還可以被設(shè)計(jì)為織物。在帶中，絲也是單向取向的，并以合適的方式相互固定(例如通過由例如塑料或與相應(yīng)的強(qiáng)化絲相同的材料制成的緯線)，從而使絲整體上呈帶狀結(jié)構(gòu)。帶或粗紗自身已經(jīng)可以具有混合結(jié)構(gòu)，原因在于帶或粗紗一方面可以由強(qiáng)化絲制成，另一方面可以由塑料絲制成。然而還可以考慮使由強(qiáng)化絲制成的帶/粗紗與由塑料絲制成的帶/粗紗相結(jié)合。 [0018]為了形成強(qiáng)化層，適宜地使絲優(yōu)選圍繞塑料管多層纏繞和/或編織。優(yōu)選該強(qiáng)化絲由礦物、和/或碳元素、和/或塑料、和/或玄武巖、和/或陶瓷、和/或金屬，其中礦物優(yōu)選為玻璃，塑料優(yōu)選為芳綸。優(yōu)選適用于強(qiáng)化絲的材料的熔點(diǎn)高于塑料絲的熔化溫度TM。塑料復(fù)合管的內(nèi)徑優(yōu)選為IOmm至1000mm,特別為50mm至300mm,而塑料管的壁厚應(yīng)在2mm至50mm之間，特別為2mm至IOmm,而強(qiáng)化層的壁厚應(yīng)在0.5mm至50mm的區(qū)間內(nèi)，尤其為0.5mm至10mm，例如0.5mm至3mm。在本發(fā)明的框架內(nèi)還涉及到在強(qiáng)化層上涂覆保護(hù)層，該保護(hù)層可以被擠出并且例如由塑料制成。根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)還有利地涉及借助擠壓工藝制得的塑料管，該塑料管配備有強(qiáng)化層。在本發(fā)明的框架內(nèi)還涉及以其他方式(例如采用拉擠成型工藝)制成的塑料管。
[0019]此外，本發(fā)明還涉及一種根據(jù)權(quán)利要求15的纖維強(qiáng)化復(fù)合管。根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合
管可以特別應(yīng)用在處于例如IObar過壓(O )或更高的高壓下的水或其他液體(例如原油
/中間煉油產(chǎn)物或化學(xué)制劑)的輸送，并且例如還作為供水的提升管路應(yīng)用在多層式建筑(例如高樓)或石油工業(yè)或/和化學(xué)工業(yè)中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]下面結(jié)合僅示出一個(gè)實(shí)施例的附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)闡述。在附圖中:
[0021]圖1a以橫截面圖示出了根據(jù)本發(fā)明的具有塑料管和強(qiáng)化層的復(fù)合管的制造；
[0022]圖1b示出了圖1a中X部分的局部放大視圖；
[0023]圖2示出了根據(jù)圖1a所示視圖的本發(fā)明的另一實(shí)施方式；
[0024]圖3以縱向視圖示出了在根據(jù)本發(fā)明的再固結(jié)過程中圖2所示的復(fù)合管。
【具體實(shí)施方式】
[0025]圖1示出了用于制造纖維強(qiáng)化復(fù)合管I的方法，該復(fù)合管通過未示出的連接件(例如壓裝配件)與其他復(fù)合管連接成較長的管路。在此，首先利用(未示出的)擠壓工藝制備塑料管2。塑料管具有圓形橫截面，然而也不排除其他的橫截面形狀。在擠壓塑料管2之后，在塑料管上涂覆包含強(qiáng)化絲3的強(qiáng)化層4(參照?qǐng)D1a)。隨后對(duì)所制備的復(fù)合管進(jìn)行再處理，在此，將強(qiáng)化層4中存在于絲3、5之間的間隙6密封，從而當(dāng)在強(qiáng)化層4的端面15 (參照?qǐng)D3)上加載低于IObar過壓下的水時(shí)，強(qiáng)化層4中將一直不會(huì)出現(xiàn)毛細(xì)效應(yīng)，并相應(yīng)地不會(huì)發(fā)生水向強(qiáng)化層外表面的滲透。在此密封中，間隙6將被填充和/或封住。在該實(shí)施例中，本發(fā)明的密封將按如下方式進(jìn)行:強(qiáng)化層4除了含有強(qiáng)化絲3之外還含有塑料絲5。再處理是指再固結(jié)，在此過程中，塑料絲5處于能夠?qū)е缕淙刍臏囟认?，從而使?qiáng)化層4中的間隙6被所產(chǎn)生的熔化物密封。塑料管2在再固結(jié)過程中從內(nèi)部被冷卻(參照?qǐng)D3)，從而使塑料管至少實(shí)質(zhì)保持固相狀態(tài)。由圖1a上側(cè)所示的在復(fù)合管I中的徑向溫度曲線可知，在再固結(jié)過程中，塑料管2的外表面溫度保持在其塑料的熔化溫度Tm的范圍內(nèi)。相反，塑料管2的內(nèi)表面溫度則優(yōu)選保持在其塑料的晶體化溫度T。以下。強(qiáng)化層4的外表面上的溫度高于所謂的熔化溫度TM。塑料絲5和塑料管2由相同的塑料材料制成，在該實(shí)施例中為聚丙烯。
[0026]為了對(duì)復(fù)合管I進(jìn)行再固結(jié)，將復(fù)合管放置在具有兩個(gè)半部7、7’的強(qiáng)化工具8中，該強(qiáng)化工具被相應(yīng)地加熱并由此將熱通量Q(參照?qǐng)D3)傳遞到復(fù)合管I上。強(qiáng)化層4在該實(shí)施例中由單向的帶9構(gòu)成(參照?qǐng)D1b中虛線所示)，帶9利用編織技術(shù)被多層地加裝在塑料管2上。帶9的強(qiáng)化絲3為碳、玻璃或芳綸。塑料絲5在帶9中的重量比例約為50%。
[0027]在根據(jù)圖2的實(shí)施例中，在強(qiáng)化層4上附加地?cái)D壓形成保護(hù)層10。對(duì)此選擇這樣的合成材料:其熔化溫度高于塑料管2或塑料絲5的熔化溫度TM。由此，即使為了進(jìn)行熱傳遞而必須將溫度提高到塑料管2以及塑料絲5的熔化溫度Tm以上，也能夠確保保護(hù)層10在再固結(jié)過程中保持在固相狀態(tài)。
[0028]圖3示出了沿復(fù)合管I的縱向X觀察到的再固結(jié)過程。如上所述，塑料管2在再固結(jié)過程中從內(nèi)部冷卻。在該實(shí)施例中，塑料管2的冷卻是借助以壓力P在管中穿流的空氣11進(jìn)行的。對(duì)此，在塑料管2中插入軟管12，用于加載空氣11。由于內(nèi)壓P，該軟管12扁平地貼靠在塑料管2的內(nèi)表面上。借助壓縮空氣泵13，通過管路14，可以實(shí)現(xiàn)穿過軟管12以及塑料管2的相應(yīng)的強(qiáng)制流動(dòng)，從而持續(xù)地帶走熱量。
[0029]在該實(shí)施例中沒有示出但同樣也處于本發(fā)明范圍中的是:可替代地，間隙6還可以利用粘合劑密封，在完成對(duì)強(qiáng)化層4的涂覆之后將粘合劑例如涂覆在強(qiáng)化層4上。
【權(quán)利要求】
1.一種用于制造纖維強(qiáng)化復(fù)合管(I)的方法，其中，該方法包括以下方法步驟: -優(yōu)選借助擠壓工藝制造塑料管，以及 -隨后將含有強(qiáng)化絲的強(qiáng)化層涂覆在所述塑料管上， 其特征在于，隨后對(duì)由此制成的復(fù)合管進(jìn)行再處理，其中，所述強(qiáng)化層中存在于絲之間的間隙被密封，使得所述強(qiáng)化層中能夠至少基本上不再產(chǎn)生毛細(xì)效應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述強(qiáng)化層除了含有強(qiáng)化絲之外還含有塑料絲，并且所述再處理是指再固結(jié)，其中，使所述塑料絲處于能夠?qū)е略撍芰辖z至少部分熔化的溫度下，從而使所述強(qiáng)化層中的間隙被所產(chǎn)生的熔化物密封。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述塑料管在再固結(jié)過程中從內(nèi)部被冷卻，從而使所述塑料管至少實(shí)質(zhì)上保持在固相狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述塑料絲和所述塑料管由相同的塑料材料制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述塑料管的冷卻借助于優(yōu)選流動(dòng)通過該管的流體進(jìn)行。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，為了進(jìn)行再固結(jié)，在所述塑料管中插入軟管，所述軟管提供有所述流體。
7.根據(jù)權(quán)利要求2-6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，進(jìn)行再固結(jié)使得所述塑料管的外表面溫度保持在其塑料的熔化溫度的范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2-7中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，進(jìn)行再固結(jié)使得所述塑料管的內(nèi)表面溫度保持在其塑料的晶體化溫度以下。
9.根據(jù)權(quán)利要求2-8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述塑料絲在所述強(qiáng)化層中的重量比例為40-80%。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述間隙被涂覆在所述強(qiáng)化層上的粘合劑密封。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述強(qiáng)化層由帶和/或粗紗制成。
12.根據(jù)權(quán)利要求ι-ll中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，為了形成所述強(qiáng)化層，所述絲圍繞所述塑料管纏繞和/或編織。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述強(qiáng)化絲由礦物、和/或碳元素、和/或塑料、和/或玄武巖、和/或陶瓷、和/或金屬制成，其中所述礦物優(yōu)選為玻璃，所述塑料優(yōu)選為芳綸。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述強(qiáng)化層上涂覆保護(hù)層。
15.一種纖維強(qiáng)化復(fù)合管(I)，根據(jù)權(quán)利要求1-14中任一項(xiàng)所述的方法制得。
【文檔編號(hào)】B29D23/00GK103987515SQ201280061744
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2012年12月7日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月14日
【發(fā)明者】艾哈邁德·阿爾—舍亞布, 亞歷山大·厄爾施勒格爾 申請(qǐng)人:雷奧兩合股份公司