[发明专利]用于形成纤维增强聚合物带材的系统和方法

说明书

技术领域

本申请要求享有2012年12月20日提交的美国临时专利申请61/740,001的优先权，并且所述美国临时专利申请的整个内容通过参考包含于此。

背景技术

在各种应用中已经采用由包埋在聚合物树脂中的纤维所形成的复合带材和杆。例如，这样的带材，并且更具体地，由带材所形成的杆，可以用作轻质结构增强物。这样的杆的一个具体应用是在石油和天然气工业中，例如，在海底应用中以及在陆上石油和天然气生产领域中。例如，在陆上或海底应用中，可以在立管、输送管线、脐带缆和/或其它适当的管道组件中利用多层管道。在生产现场应用中，可以在立管、内场流动管线、出口管路和/或其它适当的管道组件中利用多层管道。例如，电力脐带缆经常用于在海面和位于海床上的装备之间传输流体和/或电信号。为了帮助加强这样的脐带缆，已经尝试使用拉挤碳纤维杆作为单独承载元件。这样的杆的其它应用可以包括例如用在高压电缆、绳索等中。带材的应用可以包括例如用在高压容器中以提供其增强物。通常，复合带材和杆可以用在任何适当的应用中，所述应用会需要例如高强度重量比的元件、高耐腐蚀性和/或低热膨胀性能。

然而，目前已知的用于生产复合带材和杆的方法和设备有许多显著的问题。例如，复合带材和杆典型地通过用聚合物树脂浸渍纤维粗纱来形成。许多粗纱依赖于热固性树脂(例如，乙烯基酯)来帮助实现所需强度性能。热固性树脂在制造期间难以使用并且不具有用于与其它材料形成层的良好粘合特征。另外，在其它类型的应用中已经尝试由热塑性聚合物形成浸渍的粗纱。例如，颁布于Bryant等人的美国专利公布No.2005/0186410说明了将碳纤维包埋在热塑性树脂中以形成电传输缆线的复合物芯体的尝试。遗憾地，Bryant等人注意到，这些芯体由于纤维的不充分润湿而表现出瑕疵和干斑，这导致较差的耐久性和强度。这些芯体的另一个问题在于，热塑性树脂不可以在高温下操作。

最近，已经开发出允许将纤维粗纱与热塑性树脂一起用于形成复合带材的方法和设备。然而，这些目前已知的方法和设备在许多情况下已经导致又一些问题。例如，目前已知的方法和设备已经导致复合带材具有不期望的较高孔隙水平。另外地，目前已知的方法和设备典型地是昂贵的并且产生较高水平的多余废料。

在使用当前已知的方法和设备形成复合带材期间特别关注的一个问题在用聚合物浸渍的纤维粗纱固结到带材中期间出现。在这种形成期间，已浸渍的粗纱必须被固结和冷却以产生固结的带材。典型地期望的是在固结已浸渍的粗纱期间冷却已浸渍的粗纱，以便防止过晚固结。然而，当前已知的用于固结这样的粗纱的方法和设备在固结期间仅提供极小的保留面积以用于冷却粗纱。为了确保粗纱在固结期间被充分地冷却，由粗纱横过这种固结设备的速度受到限制。因而，这样的速度限制降低了复合带材的总体生产，导致总体生产目标和效率损失。当在固结期间需要额外加热粗纱时，存在类似的这样的问题。

因此，在本技术领域中需要改进的用于形成纤维增强聚合物带材的方法和设备。尤其，将有利的是这样的方法和设备，即，所述方法和设备在固结期间提供增加的保留时间和改进的传热。

发明内容

根据本公开的一个实施例，公开了一种用于形成纤维增强聚合物带材的方法。该方法包括：将用聚合物浸渍的粗纱横过包括入口和出口的系统；将系统内的固结压力施加到用聚合物浸渍的粗纱；以及将系统内的平滑压力施加到用聚合物浸渍的粗纱。该方法还包括：借助在入口和出口之间的传热装置调节用聚合物浸渍的粗纱的温度，传热装置具有与在入口处的用聚合物浸渍的粗纱的温度不同的温度。

根据本公开的另一个实施例，公开了一种用于形成纤维增强聚合物带材的系统。该系统包括入口和出口，所述出口定位在入口的下游。该系统还包括固结压力装置，所述固结压力装置可操作成随着用聚合物浸渍的粗纱在入口和出口之间横过而将固结压力施加到用聚合物浸渍的粗纱。该系统还包括成型压力装置，所述成型压力装置可操作成随着用聚合物浸渍的粗纱在入口和出口之间横过而将成型压力施加到用聚合物浸渍的粗纱。该系统还包括传热装置，所述传热装置布置在入口和出口之间，传热装置可操作成调节在入口和出口之间的用聚合物浸渍的粗纱的温度。

以下更加详细地阐述本发明的其它特征和方面。

附图说明

在本说明书的其余部分中，包括参照附图，更加具体地阐述了本发明的完全和可以实施的公开内容，包括对于本领域的技术人员而言本发明的最好模式，其中：

图1是根据本公开的一个实施例的固结系统的侧剖视图；