[发明专利]连续纤维增强热塑性复合高压管道

说明书

技术领域

本发明涉及一种连续纤维增强热塑性复合高压管道，尤其适用于需要高压加热运输的粘稠状流体，属于流体输送管道和高分子复合材料技术领域。

背景技术

据申请人了解，随着城市的不断扩大建设、以及石油和天然气的不断开采，对运输管道的需求也越来越大。传统的钢制管道耐腐蚀性较差且不易搬运，已无法适应当前的需要；特别是石油运输行业，由于石油粘稠度较高，在运输时需要每隔数公里修建加热罐对管道加热、提升石油温度，才能提高石油流动性，确保顺利运输石油，然而这无疑会导致运输成本居高不下。

同时，我国主要石油及天然气多分布于沙漠、沼泽或山区，自然环境较为恶劣，铺设钢制管道时受自然环境的影响十分严重，又由于地面沉降、山体滑坡等原因使输送管道极其容易出现损坏现象。

经检索发现，目前已经出现了多种复合管道，例如，申请号2004800081319公开号CN1764800A的中国发明专利申请公开了一种纤维增强管，包括由内至外依次设置的内管状衬套、两层或三层增强纤维层、外管状护套。由于内管状衬套和外管状护套均由热塑性塑料或弹性体制成，该增强管具有柔性，能实现盘绕；由于设有增强纤维层，该增强管具有抗冲击性能。然而，一方面，该增强管无法对管道内的流体实现加热，很难实现恒温运输；另一方面，该增强管采用纤维直接缠绕构成增强纤维层，生产工艺繁琐，对设备要求高，生产速度慢，不利于提高生产效率。

再如，申请号2008102295011公开号CN101418886A的中国发明专利申请公开了一种连续纤维增强热塑性复合管道，包括内衬层、外表面层及至少一层增强层，这三层均以热塑性树脂为基体，以连续纤维为增强材料。该复合管道可以改善和提高抗冲击、耐老化、耐温性、耐候性等性能。然而该复合管道也无法对管道内的流体实现加热，很难实现恒温运输。

经进一步检索发现，申请号2009202541904授权公告号CN201526737U中国实用新型专利公开的自加温耐高压输油管道，申请号2011203198675授权公告号CN202220644U中国实用新型专利公开的带加热功能的柴油机SCR尿素管道，均设有碳纤维加热层，实现加温、加热功能。然而，申请人经实践研究发现，这两种管道虽然能对流体实现加热，但是加热效率较低，且抗冲击性能较弱。目前针对纤维增强管道的研究发现：当管道内部受压膨胀时，增强层纤维绷紧提供抗压能力，但由于单一纤维收缩比为定值，往往最外层纤维已经绷紧受力而内层纤维仍处于松弛状态，使得管材增强层整体受力不均，无法达到高压使用要求。

此外，据申请人所知，目前国际上同类复合管道的管径最大只能达到150mm，若大于此管径则无法保证管道强度。

发明内容

本发明所要解决的首要技术问题是：克服现有技术存在的问题，提供一种连续纤维增强热塑性复合高压管道，在具有柔韧性能盘成卷运输的基础上，具备良好的抗冲击性能。

本发明所要解决的第二技术问题是：使管道管径可在大于150mm甚至达到400mm的情况下仍能保证管道强度。

本发明所要解决的第三技术问题是：使管道不仅具备较强的抗冲击性能，还具有良好的加热性能；同时，生产工艺简单，能提高生产效率。

为解决首要技术问题，本发明技术方案如下：

一种连续纤维增强热塑性复合高压管道，具有内壁和外壁，所述内壁和外壁之间设有中间层；所述内壁和外壁分别由热塑性树脂材料制成；其特征是，所述中间层是由多层纤维树脂层热塑复合而成的连续纤维树脂增强层；所述各纤维树脂层由连续纤维或连续纤维束与热塑性树脂材料预浸融合而成的带材制成；所述各纤维树脂层中的纤维为玻璃纤维、芳纶纤维、或碳纤维。

申请人经实践研究发现，只有采用上述结构才能确保管道在具备良好柔韧性的基础上，具有良好的抗冲击性能。

优选地，所述内壁和外壁分别采用相同的热塑性树脂材料制成；所述各纤维树脂层采用的树脂材料与内壁和外壁相同。这样可使管道具有更好的柔韧性，能盘成卷运输，单根管道可长达数百米，可减少使用时的接管操作，同时可重复使用，绿色环保。

为解决第二技术问题，本发明进一步完善的技术方案如下：

优选地，所述中间层的各纤维树脂层中，紧贴内壁的纤维树脂层为碳纤维树脂层；所述碳纤维树脂层采用由连续碳纤维束与热塑性树脂材料预浸融合而成的带材制成。

申请人经实践研究发现，只有采用该优选结构才能在管径大于150mm甚至达到400mm时仍能保证管道强度。

为解决第三技术问题，本发明进一步完善的技术方案如下：