本發(fā)明涉及一種輸送各種介質的復合材料管道及其制作方法，尤其涉及一種高剛度復合材料管道。
背景技術：
當前給排水行業(yè)管道種類眾多，比較常見的如混凝土管、鋼管、樹脂基復合管等，每種管道都有其優(yōu)勢及其劣勢。如鋼管強度、剛度高，但容易銹蝕；混凝土管剛度大價格低，但水力性能差重量大；樹脂基復合管主要是指采用樹脂為基體經過增強后制作而成的復合材料管道，如纖維增強塑料管，具有優(yōu)異的耐腐蝕性和水力性能，但是剛度較低。綜合比較而言，樹脂基復合管作為一種復合材料管道，具有更加突出的優(yōu)勢，是發(fā)展的趨勢和方向。但是樹脂基管道的剛度較低的缺點，導致其在地質條件不良或回填施工不好的情況下，容易變形，甚至產生損傷破壞。如果按現有結構和制作工藝來制作高剛度樹脂基管道，則成本勢必會增加很多，重量也增加較多，不利于其推廣應用。玻璃鋼夾砂管作為一種樹脂基復合管采用了樹脂石英砂的夾層結構，在一定程度上降低了成本，雖在一定程度上降低了成本，但是施工困難，尤其是施工過程中容易發(fā)生變形。為此市場上需要一種高剛度、低成本、重量輕的新型管道產品。
技術實現要素：
本發(fā)明提供一種高剛度、低成本、重量輕的樹脂基復合管道及其制作方法，其技術方案如下：
(1)一種高剛度復合材料管道及其制造方法，由內到外依次為內襯層、結構層、夾層結構和防護層；其中，內襯層、結構層和防護層均為樹脂基復合材料采用纏繞工藝制備而成，所述夾層結構采用浸漬樹脂的經編間隔織物包覆于結構層表面，經樹脂固化而形成中空夾層結構；或是在中空夾層結構中充實輕質泡沫塑料而形成實心夾層結構。
(2)所述的樹脂基復合材料采用不飽和聚醋樹脂、環(huán)氧樹脂或乙烯基酯樹脂為基體材料，采用玻璃纖維、碳纖維、玄武巖纖維或聚酯纖維及其織物為增強材料。
(3)所述的夾層結構是按如下方式包覆于結構層表面：可以將浸漬樹脂的經編間隔織物整體環(huán)向纏繞于結構層表面；也可以分段將經編間隔織物沿管道軸向或圓周方向依次拼接于結構層表面；也可以將經編間隔織物以帶狀形式螺旋纏繞于結構層表面。
(4)所述的夾層結構為單層織物結構或多層織物結構。
(5)所述的經編間隔織物是一種三維中空結構織物，由上面層、下面層及間隔紗層組成。
(6)所述經編間隔織物的面層和間隔紗層可以是無機纖維，如玻璃纖維，玄武巖纖維，碳纖維等，也可以是有機纖維，如聚乙烯、pet、尼龍、芳綸、聚酯樹脂纖維等，或是上述兩種或幾種纖維混雜編織而成。
(7)所述的輕質泡沫塑料是聚氨酯泡沫、酚醛泡沫、聚苯乙烯泡沫、eva泡沫、pvc泡沫、聚丙烯泡沫、聚乙烯泡沫、有機硅泡沫等發(fā)泡材料的一種。
(8)一種高剛度復合材料管道的制造方法，制造過程如下：
第一步：在管道纏繞系統(tǒng)上采用聚酯氈、表面氈或短切氈等纖維織物纏繞制作內襯層，內襯層厚度為0.2-2mm；
第二步：然后在內襯層外面采用纖維連續(xù)紗、纖維帶或織物等進行纏繞，形成結構層，厚度按照內壓要求以及纏繞角度而確定。；
第三步：采用浸膠的經編間隔織物包覆于結構層表面，經樹脂固化，形成中空夾層結構，或是再向中空夾層結構中填充輕質泡沫塑料而形成實心夾層結構，夾層結構厚度為3-60mm；
第四步：采用纖維連續(xù)紗及短切紗或織物在夾層結構外表面上進行纏繞，形成防護層，厚度為1-5mm。
本發(fā)明的有益效果：
(1)采用中空或輕質材料填充的夾層結構制作的復合材料管道，使得管道的重量大幅降低，實現了輕量化；
(2)夾層結構主要采用經編間隔織物與樹脂復合，與結構層以及防護層材料相一致，能很好的結合在一起，不存在界面問題，具有更高的可靠性。
(3)由于采用夾層結構可以采用更少的材料獲得更厚的管壁厚度，大大提高管壁截面慣性矩，提高了管道剛度，從而實現了高剛度、低成本化。
附圖說明
為了使本發(fā)明的內容更容易被清楚的理解，下面對本專利作進一步附圖說明，圖1為本專利所述的一種高剛度復合材料管道的結構示意圖。
其中包括內襯層1、結構層2、夾層結構3以及防護層4，5為浸漬樹脂的經編間隔織物，6為輕質泡沫塑料。
具體實施方式
以下實施例進一步闡釋本發(fā)明的技術方案，但不作為對本發(fā)明保護范圍的限制。
參照附圖所示，本發(fā)明一種高剛度復合材料管道，由內到外依次為內襯層1、結構層2、夾層結構3、防護層4。其中，內襯層、結構層、防護層均為樹脂基復合材料采用纏繞工藝制作，所述夾層結構3采用浸漬樹脂的經編間隔織物5包覆于結構層表面，經樹脂固化形成一定厚度的中空夾層結構；也可以在中空夾層結構中填充輕質泡沫塑料6而形成實心夾層結構。
所述的夾層結構3是按如下方式包覆于結構層2表面：可以將浸漬樹脂的經編間隔織物整體環(huán)向纏繞于結構層表面；也可以分段將經編間隔織物沿軸向或圓周方向依次拼接于結構層表面；也可以將經編間隔織物以帶狀形式螺旋纏繞于結構層表面。
經編間隔織物是一種三維中空結構織物，由上面層、下面層及間隔紗層組成。其面層和間隔紗層可以是無機纖維，如玻璃纖維，玄武巖纖維，碳纖維等，也可以是有機纖維，如聚乙烯、pet、尼龍、芳綸、聚酯樹脂纖維等，或是上述兩種或幾種纖維混雜編織而成。輕質泡沫塑料是聚氨酯泡沫、酚醛泡沫、聚苯乙烯泡沫、eva泡沫、pvc泡沫、聚丙烯泡沫、聚乙烯泡沫、有機硅泡沫等發(fā)泡材料的一種。夾層結構可以是單層織物結構也可以是多層織物結構。
本發(fā)明一種高剛度復合材料管道的制作過程如下：
第一步：在管道纏繞系統(tǒng)的圓柱形模具上通過內襯纏繞部分將聚酯氈、表面氈或短切氈等纖維織物纏繞制作內襯層1，內襯層1的厚度為0.2-2mm；
第二步：將纖維連續(xù)紗、纖維帶或織物等纏繞到內襯層的外面，形成結構層2。結構層2的厚度根據管道直徑及不同壓力、剛度等要求由計算確定。
第三步：將浸漬樹脂的經編間隔織物5包覆于結構層2，經樹脂固化形成中空夾層結構；或是再向中空夾層結構中填充輕質泡沫塑料6而形成實心夾層結構。夾層結構3的厚度主要根據管道直徑及剛度計算確定，一般厚度為3-60mm。
第四步：將纖維連續(xù)紗、纖維帶或織物等纏繞到夾層結構3的外表面，形成防護層4。防護層4的厚度根據管道直徑及不同壓力、剛度等要求由計算確定，一般厚度為2-5mm。
在剛度等級均為30000n/m2時，采用本發(fā)明的夾層結構制作方法制作直徑為2000mm的復合材料管道，其重量為傳統(tǒng)結構樹脂基復合管的35％左右，材料成本為傳統(tǒng)復合管道的50％左右。采用本發(fā)明的的夾層結構制作方法制作直徑為2000mm、剛度等級為30000n/m2的復合材料管道，其材料成本與直徑為2000mm、剛度等級為6500n/m2的傳統(tǒng)結構的管道基本相當，但重量僅為傳統(tǒng)復合材料管道的40％左右。同時由于這種管道剛度高、重量輕、抗變形能力強，在管道運輸、施工安裝等方面都帶來極大的便利和更好的經濟效益。