CN103299116A - 一种增加抗压强度的缠绕式管及制造方法 - Google Patents

Abstract

一方面，本发明公开了一种缠绕式管防护层的制造方法。该方法包括：形成一层或多层叠层以及将这一层或多层叠层缠绕在管底层。该叠层的至少一个层叠由至少一个增强带和至少一个纤维带组成。叠层可附粘到相邻叠层，从而形成一个增强堆叠。另一方面，本发明公开了一种缠绕式管防护层的制造方法。该方法包括：在第一方向上提供多个含有在第一方向上排列的纤维的增强带；以及将至少一个纤维带置于多个增强带的至少两个层之间。至少一个纤维带的纤维可以在至少第二方向上排列。

Description

一种增加抗压强度的缠绕式管及制造方法

技术领域

本发明要求于2010年12月14日提交的美国临时申请61/422,922的优先权。优先权申请的内容的全文通过引用的方式包含到本文中。

背景技术

本发明涉及一种缠绕式管及制造方法。具体而言，缠绕式管结构中的防护层增加了强度。

该种缠绕式管，例如柔性纤维增强管，被运用于自然资源沉积物的抽取。比如，有一种类型的缠绕式管是非粘合柔性纤维增强管，它由纤维增强复合带组成的增强堆叠制成，并被运用到该缠绕式管的防护层。可以将层间粘合剂施加到带材表面，把带材粘合起来，从而形成防护层的增强堆叠。施加粘合剂之后，增强堆叠可以螺旋缠绕在管上，并且被加热或受到辐射，从而使得层间粘合剂能够粘合和强化增强堆叠。增强堆叠的带材可以是单向纤维带材，能够给增强堆叠提供纵向强度，因此也给了防护层提供纵向强度。

应用于缠绕式管中的带材和带材堆叠的例子在如下美国专利中描述：于2002年12月10日授予Michael J.Bryant，名称为“一种形成复合管组件的形成方法”的美国专利6,491,779；于2004年10月19日授予Michael J.Bryant，名称为“复合管组件及其形成方法”的美国专利6,804,942；于2006年7月11日授予Michael J.Bryant，名称为“轻量悬链系统”的美国专利7,073,978。以上专利的全部内容通过引用的方式包含于此。

发明内容

一方面，本发明公开了一种制造缠绕式管防护层的方法。该方法包括：形成一层或多层叠层，并且将所述一层或多层叠层缠绕在管底层。一个或多个叠层包括至少一个增强带和至少一个纤维带。所述叠层可以粘合到相邻叠层，从而形成一个增强堆叠。

另一方面，本发明公开了一种制造缠绕式管防护层的方法。所述方法包括：提供多条增强带，所述增强带具有在第一方向上排列的纤维；以及将至少一个纤维带置于所述多条增强带中的至少两层之间。至少一条纤维带的纤维可以在至少第二方向上排列。

另一方面，本发明公开了一种缠绕式管的防护层。所述防护层包括：多条增强带，所述增强带具有在第一方向上排列的纤维；以及至少一条纤维带，其置于所述多条增强带中的至少两条带之间。所述至少一条纤维带包括在至少第二方向上排列的纤维。

另一方面，本发明公开了一种缠绕式管的防护层。所述防护层包括：多条增强带，所述增强带包括在第一方向上排列的纤维；其中所述多条增强带中的至少一条增强带包括编织在该至少一条增强带内的多条纤维。至少一条增强带的编织纤维在至少第二方向上排列。

另一方面，本发明公开了一种制造缠绕式管防护层的方法。所述方法包括多条增强带，其具有在第一方向上排列的纤维，以及在所述多条增强带中的至少一条增强带内，在第二方向上交织多条纤维。

附图说明

图1A是根据本公开的一个或多个实施例的缠绕式管的等距视图。

图1B是根据本公开的一个或多个实施例的缠绕式管的横截面视图。

图2是根据本公开的一个或多个实施例的形成叠层的示意图。

图3是根据本公开的一个或多个实施例的形成叠层的步骤图。

图4是根据本公开的一个或多个实施例的磁带式卷轴的示意图。

图5是根据本公开的一个或多个实施例的主缠绕机的示意图。

图6是根据本公开的一个或多个实施例的形成缠绕式管的步骤图。

图7是根据本公开的一个或多个实施例的粘合装置的示意图。

图8根据本公开的一个或多个实施例的另一种粘合装置的示意图。

图9是一个增强堆叠设计的纤维破坏准则图。

图10是增强堆叠的有限元模型图。

图11是根据本公开的一个或多个实施例的增强堆叠的纤维破坏准则图。

具体实施方式

需要明白的是，下文所述公开提供许多不同的实施例或例子，以实现各种实施例的不同效果。以下所述组件和排列的特例就是为了简化本公开。当然，这些只是一些例子，其实并不局限于这些。另外，本公开可能在不同的例子中重复提及参考标号和/或字母。这种重复是为了简单和清晰的目的，并不代表它们在所讨论的各种实施例和/或结构之间存在什么关系。

鉴于上述情况，我们在此就提出一种增加抗压强度的缠绕式管防护层的增强堆叠。缠绕式管，比如DeepFlex公司开发的无粘结柔性纤维增强管它就是由挤压聚合物流体屏障层和金属或复合防护层构成。这种粘合多层薄增强带或叠层来形成有层间粘合剂的增强堆叠的独特设计，使得增强材料能够抵抗缠绕管内外部压力、轴向张力和压缩载荷。这种分层增强堆叠的软管结构提供了更高的轴向抗压性能，使得其能够克服以前那种采用多条薄纤维增强聚合物带的复合增强软管设计所面临的挑战。虽然我们在此所讨论的是软管结构，但本领域普通技术人员将认识到不仅限于这些实施例，并且在此公开的实施例也可能会被用到本领域所知的任何缠绕式管，包括具有内部架构的管上。

由图1A可知，其是缠绕式管100的等距视图。衬层102将由一个或多个防护层以及额外的结构层和/或功能层包裹组成。比如，由增强堆叠在第一方向上螺旋缠绕所组成的防护层106以及增强堆叠在第二方向上螺旋缠绕所组成的防护层108，都会成为缠绕式管100的结构层。而且，由增强堆叠螺旋缠绕形成的一个或多个防护层104可以按照不同的捻角(例如更大的捻角)被缠绕，从而形成具有不同功能特性的附加防护层。耐磨层(没有显示)设置在防护层104、防护层106以及防护层108之间，同时，一个或多个抗挤压层120和122设置在最内侧的防护层104和衬层102之间。外罩110可以覆盖在管100的防护层和其他组成部分上，以提供外部保护。

由图1B可知，其示出缠绕式管150的横截面视图。衬层152可以被一个或多个防护层以及额外的结构层和/或功能层包裹。比如，防护层154、防护层156以及防护层158都会成为管150的结构层。防护层154、防护层156、防护层158由叠层和/或带材180组成。耐磨层165设置在防护层156和防护层158之间，以及和/或在防护层154和一层隔膜175之间。而且，一个或多个抗挤压层170和172设置在最内侧的防护层154和衬层152之间。外罩160可以覆盖在管150的防护层和其他组成部分，以提供外部保护。

尽管图1A和1B描述了一种缠绕式管的管结构100和管结构150，但这些仅仅只是例子而已。本领域的普通技术人员将认识到在没有超出本公开的范围之外的情况下，缠绕式管结构还可以包括附加层和/或其他不同层。比如，在没有超出本公开范围之外的情况下，一种缠绕式管结构可以包括衬层、架构、箍强度或压力防护层、抗挤压层、隔膜和/或可以包含在缠绕式管和/或软管内的其他层的各种组合。

再由图1A可知，防护层104、106、108为缠绕式管100提供各种结构保护和/或强度。比如，防护层104的增强堆叠是用来形成箍强度防护层的，防护层106和108的增强堆叠是用来形成张力防护层的。一般来说，在此所使用的防护层可能是一种张力防护层、箍强度防护层或者是缠绕管或软管的其他增强防护层和/或结构防护层，也有可能是由一个或多个叠层和/或增强带组成的，以下再进行讨论。

防护层104、106、108的增强堆叠是由叠层构成。而叠层是由一个或多个叠加的纤维增强带组成(增强带)，其中增强带是用层间层或带材或者是一个单一的结构部件层压和粘接而制成。叠层的增强带可以是单向带材和/或其他结构带材和/或增强带。增强带可以包括单向的、纵向的、定向纤维，以能够在纵向提供强度。个别的增强带可以是由一种单向纤维叠压的材料组成，比如胶粘材料，它能够在宽度方向提供强度，从而能够增强带的抗压能力。

叠层或增强带可以由聚合物封装的纤维形成，并且在增强堆叠中相邻叠层之间的粘合可能需要热量、辐射、或轴向力来粘合邻接叠层，从而达到合适的工作性能。比如，增强堆叠可以是耐化学腐蚀的、热绝缘的、具有足够强的支撑力的、具有足以提供相对运动和/或滑动的柔韧性、具有足以让管弯曲的柔韧性，和/或其他必要和/或需要的工作性能。

如上所述，叠层可以是纤维加强带材制成。而叠层可以由复合胶粘材料和/或聚合物组成，包括但不仅限于，聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚偏二卤、卤乙烯聚合物、乙烯基卤化物共聚物、聚氯乙烯、聚乙烯醚酮、乙烯基酯、混合环氧乙烯基酯、聚甲基醚、聚芳香、有机硅、丙烯酸聚合物、丙烯酸共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈-苯乙烯共聚物、丙烯腈共聚物，乙烯甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚醚、笼型倍半硅氧烷环氧基混合物、环氧树脂、聚氨酯和/或聚甲醛和/或其组合。组成纤维加强带材的复合胶粘材料和/或聚合物可以是部分或全部固化的或硬化的。由于纤维叠层是由纤维加强带材组成，因此它可以是单向的，在增强堆叠形成的同时它能够承受最大的纵向强度。具有单向纤维的叠层可以通过挤压成型工艺形成。另外，纤维增强带的纤维可由这些材料制成，比如：芳香族聚酰酩、芳烃、陶瓷、聚烯烃、碳纤维、石墨纤维、玻璃纤维、无碱玻璃、耐化学腐蚀的无碱玻璃、S玻璃纤维、金属纤维，和/或任何其他纤维材料和/或其任何组合。

在形成防护层时将增强堆叠安装在管表层时，叠层通过聚合、收集和/或合并形成一个增强堆叠，或者那些叠层也可以分段形成并且储存起来，以后用在管结构上。再者，施加用于在增强堆叠中粘合相邻叠层的粘合材料，例如一种层间粘合剂，可以在增强堆叠的形成和安装过程中或者是在一层叠层的形成过程中施加。而粘合材料可以是任何何时的热固性或热塑性材料，保证其能够提供足够的粘接强度，从而防止叠层在工作时分离。这种层间粘合剂形成的粘合是可逆的，例如在2010年11月30日授予Kristian

名称为“一种制造用于软管的增强部件的方法”美国专利7,842,149中所述，其全部内容通过引用的方式包含于此。

这里所使用的叠层是增强堆叠的一种带材结构或成分。特别要指出的是，一层叠层可以仅仅是一层增强带构成或者可以是附带其他属性或附带其他部分的增强带构成。例如，一层叠层可以是一种改良的增强带，包括：交叉编织纤维或纬纤维，其可以是纤维叠层形成带之前的增强带的纵向纤维。另外，一层叠层可以由两层增强带粘合而成。例如，一层叠层可以是粘合纤维带材的增强带，而这种纤维带材中的纤维可以与增强带的纵向纤维的方向形成一个或多个不同角度。另外还有，一层纤维带可以粘合到一层增强带上从而形成一层叠层。此外，叠层可以由任何方式形成、包含任何已知的成分，这没有超出本公开的范围。根据本公开的一个或多个实施例，在纤维或纤维带中交叉编织的纤维可以大体上垂直于增强带的纤维。虽然文中所述是垂直的，但本领域普通技术人员可以意识到交叉编织的纤维带或纤维带的纤维可以相对于增强带的纤维形成任何角度或者各种角度的集合，这没有超出本公开的范围。

如上所述，在应用于管上时，增强堆叠可以被部分地粘合在一起。而那些形成增强堆叠的层面的带材层可在将增强堆叠运用到管上之时，部分或完全固化或硬化。层间粘合剂可以给增强堆叠中的相邻叠层提供粘合力，同时可以给增强堆叠提供额外的强度。正如在此公开的，本公开的一个或多个实施例可通过应用层间粘合剂以及纤维带而提供增强抗压强度，其中所述纤维带中具有基本上与该增强带的纤维垂直的纤维。根据本公开的一个或多个实施例，增强堆叠可以通过将纤维带置于被收集(或叠加)来形成增强堆叠的增强带层之间而形成。另外，纤维带可通过与一层增强带相结合形成增强堆叠的叠层。

在本公开的一个或多个实施例中，纤维带在增强带间提供了粘合，而纤维带可与增强带交错。而这种交错可以将纤维带和增强带交错实现或多层纤维带以任何组合的方式堆叠而成。这个纤维带包括玻璃、芳纶、碳、钢或其他非金属或金属纤维，也包括上文关于增强带所述的材料，可以是预浸渍带材(“半固化片”)。因此，纤维带不仅可以提供层间粘合强度，也能为增强堆叠提供额外强度。

在此所用的预浸渍带材是一种具有分布在胶粘材料内部或粘合在胶粘材料外部的纤维的预浸渍材料。这种预浸渍材料的纤维可以是单向的、编织、非编织、缠结、短切缠结、随机的或任何其他纤维取向的。预浸渍纤维可由胶粘材料粘合，并且还可以将该预浸渍材料与例如增强带这样的其他部件粘合。这种胶粘材料可以以不对称的方式在预浸渍材料的厚度中分布，这样其一侧比另一侧更具有胶粘性或粘性更大。这种纤维带较发粘性的一侧可有一个衬垫物，衬垫物可以在制造的过程保护胶粘剂以免其胶粘其他的部分或设备，同时，比如在形成叠层的时候，衬垫物可在纤维带胶粘或连接其他部分时被移除。而较少胶粘的那一侧或根本没有胶粘性的那一侧只有在受到加热、辐射或其他过程才能胶粘到相邻材料。

正如上文所述，这种交错纤维带可在宽度方向而不是纵向方向被优化成较高强度，或可以说是在宽度和纵向方向都提供了强度。根据本公开的一个或多个实施例可知，增强带的单向纤维可提供叠层的纵向强度，而纤维带的纤维可提供宽度方向的强度。

或者，正如上文所述，根据本公开的一个或多个实施例可知，在增强带的制造过程中，可在树脂挤压到纤维上之前，将纬纤维与纵向纤维交织，这样不仅在纵向而且在宽度方向都有一定强度，从而避免或减少了对交织纤维带的需求。

根据DNV OS-C501分析了，在叠层内多轴应力加载优化和配置织物的交织的条件下，基于Tsai-Wu纤维破坏准则。

例如，建立三维模型：

$R^2(F_{11}{\mathrm{\σ}}_1^2+F_{22}{\mathrm{\σ}}_2^2+F_{33}{\mathrm{\σ}}_3^2+F_{12}{\mathrm{\σ}}_{12}^2+F_{13}{\mathrm{\σ}}_{13}^2+F_{23}{\mathrm{\σ}}_{23}^2)$

${+R}^2({2H}_{12}{\mathrm{\σ}}_1{\mathrm{\σ}}_2+{2H}_{13}{\mathrm{\σ}}_1{\mathrm{\σ}}_3+{2H}_{23}{\mathrm{\σ}}_2{\mathrm{\σ}}_3)$             (方程1)

$+R(F_1{\mathrm{\&sigma;}}_1+F_2{\mathrm{\&sigma;}}_2+F_3{\mathrm{\&sigma;}}_3)<1$

$F_{\mathrm{ii}}=\frac{1}{{\widehat{\mathrm{\&sigma;}}}_{\mathrm{it}}^2{\widehat{\mathrm{\&sigma;}}}_{\mathrm{ic}}^2}$ $F_{\mathrm{ij}}=\frac{1}{{\widehat{\mathrm{\&sigma;}}}_{\mathrm{ij}}^2}$ $F_i=\frac{1}{{\widehat{\mathrm{\&sigma;}}}_{\mathrm{it}}}-\frac{1}{{\widehat{\mathrm{\&sigma;}}}_{\mathrm{ic}}}$ $H_{\mathrm{ij}}=-0.5\sqrt{F_{\mathrm{ii}}{F}_{\mathrm{jj}}}$     (方程2)

其中：

R是安全系数；

σ_ii是i方向的法向应力；

σ_ij是ij方向的剪切应力；

是i方向的特征抗张强度；

是i方向的特征抗压强度；

是ij方向的特征剪切强度；

仅仅考虑箍强度和沿厚度方向应力(Tsai-Wu2-D)，简化为二维载荷：

$R^2(F_{11}{\mathrm{\&sigma;}}_1^2+F_{33}{\mathrm{\&sigma;}}_3^2+F_{13}{\mathrm{\&sigma;}}_{13}^2+{2H}_{13}{\mathrm{\&sigma;}}_1{\mathrm{\&sigma;}}_3)+R(F_1{\mathrm{\&sigma;}}_1+F_3{\mathrm{\&sigma;}}_3)<1$   (方程3)

一个有单向增强带而没有交错纤维带的典型破坏包络线，它是基于圆周(箍)方向的抗拉强度以及在沿厚度(径向)方向提供破坏包络线的抗压强度，如图9所示，其是基于二维Tsai-Wu破坏理论。图10显示了典型的有限元分析结果。在图10所示的例子中，示出在10000psi内部压力的情况下在堆叠1002和1004上的全厚度压应力分布。如图10所示，示出全厚度压应力分布最大集中在两个相邻堆叠1002和1004的上表面和拐角1006处。

各种测试表明，该模型预测了破裂压力和破裂失效模式。如图1A所示，一个示例测试是一个中等规模测试，该测试中一个管样品是由衬垫102、抗挤压层120和122，箍强度防护层104组成。由于内部压力导致的端盖负载作用于一个测试框架，该端盖负载通常被抗拉层抵消，这样软管就不会轴向扩张。防护层堆叠破坏后的解剖结果表明在与抗挤压层相接的拐角处增强堆叠发生厚度方向上的压缩破坏，比如图10所示的高压力区1006。二维Tsai-Wu破坏理论和有限元分析结果都与测试结果相一致。此外，对衬垫102、抗挤压层120和122、箍强度防护层104的有限元分析方法能够帮助了解增强堆叠角/抗挤压层相接处的应力状态。

通过厚度压缩测试，可以实现模拟多轴应力状态载荷的小规模测试以及交错模式和/或层的中等规模测试优化。图11说明了Tsai-Wu破坏包络线如何扩展到本公开的实施例的使用中。图11显示了扩张的Tsai-Wu破坏包络线，表明通过在箍强度防护层的增强堆叠中加入交织纤维来增加破裂压力。

在图11中，最内侧的包络曲线1102代表了一个没有交错纤维层的控制防护层的破坏包络线，它类似于图9的破坏包络线。包络曲线1104代表的是由0.01英寸(0.2540毫米)厚度的纤维层及玻璃纤维组成的控制防护层的破坏包络线。包络线1106代表的是由0.014英寸(0.3356毫米)厚度的纤维层及玻璃纤维组成的控制防护层的破坏包络线。包络线1108代表的是由0.01英寸(0.2540毫米)厚度的纤维层及凯夫拉尔纤维组成控制防护层的破坏包络线。虽然显示了三种纤维材料的例子，但本领域的技术人员将会认为图9-11只是代表了本公开的各种不同实施例的测试结果，也会认为使用其他成分和尺寸的纤维层不会超出本公开范围和/或可以使用在一种缠绕式管的其他防护层中。

从分析和实验结果可知，可以确定的是在宽度方向增加强度可以增加抗压能力，因此也增加了缠绕式管的破裂压力。因此，本公开的实施例在防护层的增强堆叠的宽度方向提供了增加强度。尽管本文在此提供的分析表明了箍防护层104增加强度，但类似分析证明了抗拉防护层的改进性能。例如，根据本公开的一个或多个实施例得以改进的堆叠可以有助于抵抗内部压力负载，或可以在相邻层的接触压力在厚度方向上对抗压力层施压时改进性能。因此，那些含有纤维垂直于增强带纵向纤维的交织纤维层的有利之处就是能够运用在箍防护层104和抗拉力防护层106和108中。尤其是对于可以用于深水操作的高压力和高抗拉承载力的缠绕式管设计而言尤其如此。

现在参照图2-6描述一种缠绕式管的防护层的一个形成过程。根据本公开的一个或多个实施例，增强带和纤维带可以胶粘在一起从而形成叠层段。根据本公开的一个或多个实施例，叠层可以是一个拥有增强带和纤维带的单一结构带材。这所说的纤维带是一种预浸渍料，而较发粘的或更具有粘性的一侧可粘附在增强带上从而形成叠层，于此同时没有胶粘性或较少胶粘性的一侧可以是纤维带的另一侧。因此，在缠绕到一个为一段时，叠层不太会附粘到相邻叠层。

图2是根据本公开的一个或多个实施例的叠层形成装置图，图3是根据本公开的一个或多个实施例的叠层形成过程图。叠层形成后，多个段可被叠加形成增强堆叠，也可应用到管的一个底层从而形成管的一个防护层。图4是根据本公开的一个或多个实施例中叠层磁带式卷轴的多角度视图。图5是根据本公开的一个或多个实施例的主要缠绕机视图。图6是根据本公开的一个或多个实施例的制造缠绕式管的过程图。

参见图2，其中示出根据本公开的一个或多个实施例的叠层形成的实例图。卷轴202可存放一个卷绕的增强带201。卷轴202可从展卷机204分配出增强带201，而增强带可被送向一个集束架/拉紧器206。这时增强带201通过卷筒导向器208被送向压合器230，在这里增强带201可结合纤维带251从而形成叠层231。

类似于增强带201，纤维带251可从卷轴201被送向并通过展卷机254，以及传送通过集束架/拉紧器256和卷筒导向器208。在纤维带251被传送通过卷筒导向器258后，纤维带的衬垫物将被衬垫物移除装置260移除掉，从而展露出纤维带含有胶粘性的一侧。而没有衬垫物的纤维带251和增强带201将在压合器230处结合从而形成叠层231。

叠层这时在分段缠绕机232上缠绕为一段，继而储存或在制造管之前保存。另外，在结合或施加在管结构之后，在结合的时间点处，叠层231在管制造过程中可以被直接用于管结构上。因此，叠层可被压合并且立即叠加在管上已形成一个防护层的增强堆叠。

虽然显示的是一个单一的卷筒导向器和集束架/拉紧器，但本领域技术人员将认识到其他带材控制的配置也是可能的，并没有超出本公开的范围。例如，在馈送的过程中，那些置于不同位置能扭转或翻转的工具可与附加和/或其他装备一同产生适当的张力、定位和角度。

现在参照图3，它是根据本公开的一个或多个实施例的形成一层叠层的过程300。这层叠层可由一层纤维带和一层增强带构成。因此，纤维带可以提供在一个缠卷轴或其他存放设备上，同时增强带可以提供在一个缠卷轴或其他存放设备上，这些都是通过将它们分别馈送到压合装置，以合并这两种带材形成单一的叠层。虽然图中所示以卷轴作为来源，但本领域的技术人员将认识到在没有超出本公开范围的情形下，纤维带和增强带都可由本领域内所知的任何馈送机和/或其他来源提供。

在步骤302中，纤维带材可从一个展卷机展开或提供，比如，一个卷轴展卷机。在步骤304中，纤维带被送向一个集束架和/或拉紧器。接下来，在步骤306中提供了一个卷筒导向器。而步骤304和306中，集束架、拉紧器以及卷筒导向器都可以使得带材在压合、接触或应用时具有适当的张力、对齐和定位。在步骤308中，纤维带的一个衬垫物将被移除掉。如上所述，纤维带是有两面的，具有胶粘性的一面能够粘附一个增强带。胶粘面可以有一个衬垫物，以便能够适当的存放纤维带，也能防止在处理期间纤维带粘住其自身或集束架、拉紧器、卷筒导向器、和/或其他部件和/或装备。衬垫物被移除后，纤维带在步骤320中被馈送到一个压合器。

与此同时，在步骤312中，展卷机(比如：一个卷线展卷机)馈送出增强带。在步骤314中，增强带还被馈送到集束架和/或拉紧器，在步骤316中，增强带就被馈送到一个卷筒导向器。由于增强带是没有胶粘层的，因此，对于增强带来说，移除衬垫物的步骤是非必要的。另外，本领域的技术人员将认识到，在没有超出本公开的范围的情形下，增强带可以有粘胶性和衬垫物，增强带在压合之前也可以有衬垫物移除步骤，或者是这两种带材都可有粘胶性和/或衬垫物移除步骤。这时，增强带在步骤320中被馈送到压合器。

在步骤320中，纤维带和增强带可以被压合。压合器能够使增强带和增强带形成一个单一结构，即，叠层。纤维带具有胶粘性一面能够让这两种带材适当的压合从而形成叠层，以及将纤维带附粘到增强带上。在步骤320中，压合可以通过滚筒或其他装置通过对叠层施压法向力来实现。此外，热或辐射或者其他已知的使得两种带材结合的方式可被适用于压合叠层，在压合之后使得两种带材对齐并形成单一的叠层。

根据本公开的一个或多个实施例，在步骤322中，使用分段缠绕机、磁带式卷轴或其他结构将叠层卷绕成一段。在制造过程中，一个磁带式卷轴是多个分段的集合，该分段被分组以在施加于管表面上时构造防护层的增强叠层，如图4所示，我们在下文再做讨论。例如，已绕叠层可以形成叠层材料段并被存放在磁带式卷轴上，这样它便可馈送多段从而形成缠绕式管防护层的增强堆叠。另外，叠层也可以可被馈送到分段缠绕机或磁带式卷轴，然后直接馈送以形成缠绕式管的防护层，而不需要被存放。另外，根据本公开的一个或多个实施例而言，在步骤330中，可以在组装管时进行压合，这样就不需要磁带式卷轴和/或存放。

正如上面所提到的，虽然在此所描述的过程包括集束架/拉紧器和卷筒导向器的单一步骤，但使用更多和/或其他带材控制机制并没有超出本公开的范围。

现在参照图4，它是根据本公开的一个或多个实施例的磁带式卷轴400的多角度视图。如图4所示，在磁带式卷轴400上安装了许多段402。此外，本领域的技术人员将认识到，在磁带式卷轴上合其他配置里可以安装任何数目的段，而没有超出本公开的范围。

根据本公开的一个或多个实施例，磁带式卷轴可以安装在主缠绕机，从而在缠绕式管的制造期间形成增强堆叠。例如，如图5中所示，示出主缠绕机500。主缠绕机500可以安装有一个或多个磁带式卷轴500。尽管在这里所描述的是主缠绕机的一个实施例，但本领域技术人员将认识到如果使用各种不同配置的缠绕机也不会超出本公开的范围。

现在参照图6，其示出根据一个或多个实施例的制造缠绕式管的过程600。在步骤602中，执行先前参照图2和图3所描述的工艺过程；根据优选的工艺过程，叠层可形成分段或在制造的时候压合。如果压合被用来形成磁带式卷轴或其他存放装置上的段，则在步骤604中，分段可以被存放在磁带式卷轴上。叠层的一个或多个分段可被存放在一个单一的磁带式卷轴内。如果包裹在一个磁带式卷轴上的分段超过一个的话，那么两个连续的叠层就会被胶粘在一起，从而形成一个更长的分段。另外，分段并不一定需要在磁带式卷轴上缠绕分段时胶粘在一起；那些没有胶粘的或接合的分段可在管的粘合中或其他时段进行胶粘在一起，这都并未超出本公开的范围。

接下来在步骤606中，安装一个或多个磁带式卷轴在一个主缠绕机上，该主缠绕机被配置为从安装在该主缠绕机上的每个磁带式卷轴展开多个分段。主缠绕机可将来自各个磁带式卷轴的分段馈送到缠绕式管的表面，从而形成一个或多个由叠层段螺旋堆叠组成的增强堆叠。

不管是形成分段或直接形成压合，在缠绕式管的制造过程中，叠层可以施加在叠层的一个或多个螺旋堆叠的底层上。每一个叠层堆叠都可形成缠绕式管防护层的增强堆叠。例如，如图1A和1B所示，那些形成第一层防护层的叠层可被施加到底层，比如包裹在一根缠绕式管的抗挤压层。或者，如果抗挤压层未被使用，则叠层将直接施加到内衬或其他内部部件，或者被施加到缠绕式管的耐磨层或其它层。随后施加的防护层可以被分别施加到作为该缠绕式管的任何层的一个下层上。

叠层被堆叠、缠绕形成缠绕式管防护层后，缠绕式管可穿过加热炉从而粘合叠层。这个粘合的过程可使纤维带里的预浸渍胶粘材料粘合相邻叠层。而加热叠层里的预浸渍料使胶粘材料能够更均匀的润湿预浸渍料里的纤维。而且，这种浸湿料可浸透相邻增强带的表层，以便额外的加热或辐射和/或后续冷却能够硬化胶粘材料，这种浸湿材料也可粘胶一个或多个纤维带和增强带形成防护层的单一结构的增强堆叠。

根据本公开的一个或多个实施例，增强带可被胶粘到增强堆叠形成防护层。这个胶粘的过程使得防护层的叠层能够胶粘以及给予防护层必要的结构特点。不仅限于此，各种粘合都在该公开的范围内，包括：模块化热液固化和蒸汽固化。另外，另一种粘合工艺在2010年3月3日提交的，名称为“辐射固化增强堆叠”的专利申请PCT/US11/27010中公开，其全部内容通过引用的方式包含于此。

现在参照图7，它显示的是一个模块化热液固化部件700。缠绕式管701可穿过固化部件704和706。而固化部件704和706可以是充满水的以及被加热到固化温度。固化部件704和706可由蛤壳式抓斗组成。这种蛤壳式抓斗可以固化缠绕式管701的分段。这种固化部件704和固化部件706的蛤壳式抓斗可配备将够隔离和密封热液流体于部件704和706内部的低摩擦柔性膜703。

如图所示，这种端对端的模块化热液固化部件704和706能够提供需要的固化温度和停留时间。多个固化部件可被设置成不同的温度，以生产控制缠绕式管701的温度缓变率和制冷率。

这种低摩擦柔性膜可使缠绕式管701以生产的速度穿过固化部件，从而使得管能够以不阻碍生产的速度穿过固化部件。另外，每个固化部件可配有一个独立的温度控制器或由一个主控制单元控制，比如一个可编程逻辑控制器。更进一步的，固化部件可配备外部循环系统以及各种加热系统。

另外，根据本公开的一个或多个实施例，缠绕式管可用蒸汽固化来固化。参照图8可知，缠绕式管801可沿着传送装置803通过蒸汽固化部件800。蒸汽固化部件800的任一端可配备柔性密封件808，这样便形成了一个合适的流体密封，也能保持合适的固化温度。虽然显示的是一个蒸汽固化部件800，但本领域技术人员将认识到可使用更多的部件，每个部件都可单独控制温度和停留时间。提供给蒸汽固化部件800的蒸汽来自外部锅炉部件以及由电磁阀控制着。除此之外，其他的蒸汽产生和/或供应的方法都没有超出本公开的范围。

虽然关于形成增强带的方法在此只提供了两个例子，但本领域技术人员将认识到，其他形成方法也不会超出本公开的范围。

根据本公开的一个或多个实施例，例如一个箍强度防护层在承受内部压力载荷时，增强堆叠可在纤维方向(增强堆叠的长度方向)拥有拉应力，在厚度方向拥有抗压应力。而在厚度方向上的抗压应力能够在防护层叠压堆叠的宽度方向形成一个拉应力。根据本公开的一个或多个实施例可知，在宽度方向的抗拉能力受限于胶粘增强堆叠纤维的胶粘材料的抗拉能力，而将纤维带增添到防护层堆叠的叠层的形成中则可增加抗拉能力。

有利地是，根据在此公开的一个或多个实施例，那些防护层(包括：箍强度防护层和抗拉强度防护层)可增加防护层中增强堆叠的抗压强度。除了增强带的纵向纤维之外，纤维带的预浸渍材料提供在宽度方向的纤维。而宽度方向的纤维能够增加叠层和增强堆叠的强度。

除此之外，预浸渍材料的使用可在自动化胶粘应用的过程中减少生产成本和产品厚度，也能使尽可能少的纤维层能够大大增加抗压强度。

除此之外，在此所公开的增强带或叠层、软管，由于是高强度重量比的复合增强材料，因此可适用于深水和超深水作业。与在此公开的软管相比，传统的钢软管在深水和超深水作业时，其在垂放位置处的抗张能力不足。

尽管在此公开有限的实施例，但本领域普通技术人员将从中受益，并将构思其他实施例而不脱离本公开的范围。因此，本发明的保护范围仅由附加的权利要求来限定。

Claims (58)

1.一种缠绕式管防护层的制造方法，该方法包括：

形成一层或多层叠层；

将所述一层或多层叠层缠绕在管底层，其中至少一个叠层包括至少一个增强带和至少一个纤维带；

将所述一层或多层叠层中的至少一层粘合到相邻叠层。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述形成一层或多层叠层包括：

展开至少一层纤维带和至少一层增强带；

压合所述至少一层纤维带和至少一层增强带，形成一层或多层叠层。

3.根据权利要求2所述的方法，更进一步包括：

使得至少一层带经过至少一个拉紧器和一个集束架；

至少一层纤维带和增强带经过一个卷筒导向器。

4.根据权利要求2所述的方法，更进一步包括：卷绕压合的叠层到一个或多个磁带式卷轴。

5.根据权利要求2所述的方法，更进一步包括：在压合之前移除纤维带的一个衬垫层。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一层纤维层包括一种预浸渍料。

7.根据权利要求6所述的方法，更一步包括：将预浸渍材料较大粘性的一面附粘到增强带，形成一个或多个叠层。

8.根据权利要求6所述的方法，其中一种胶粘材料可流过所述预浸渍料的没有粘性或较少粘性的一面，并且附粘相邻的一层叠层增强带。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一层纤维层包括短切缠结的纤维。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个纤维层包括纺织纤维。

11.根据权利要求1所述的方法，更进一步包括：将一层或多层叠层卷绕到一个分段。

12.根据权利要求11所述的方法，更进一步包括：在一个主缠绕机上安装一个或多个分段。

13.根据权利要求12所述的方法，其中从所述主缠绕机馈送所述一层或多层叠层进行缠绕。

14.根据权利要求1所述的方法，更一步包括：在将所述一层或多层叠层缠绕到管的底层之前，部分粘合该叠层。

15.根据权利要求1所述的方法，更一步包括：在将所述一层或多层叠层缠绕到管的底层之后，完全粘合所述叠层。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述的粘合包括模块化热液固化。

17.更具权利要求15所述的方法，其中所述的粘合包括蒸汽固化。

18.一种缠绕式管防护层的制造方法，该方法包括：

提供多条增强带，所述增强带具有在第一方向上排列的纤维；以及

将至少一个纤维带置于所述多条增强带中的至少两层之间，

其中至少一条纤维带的纤维在至少第二方向上排列。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述第二方向基本上垂直于所述第一方向。

20.根据权利要求18所述的方法，其中所述纤维带包含一种预浸渍料。

21.根据权利要求18所述的方法，其中所述纤维带包括短切缠结的纤维。

22.根据权利要求18所述的方法，其中所述纤维带包含纺织纤维。

23.一种缠绕式管的防护层，该防护层包括：

多条增强带，所述增强带具有在第一方向上排列的纤维；

至少一条纤维带，其置于所述多条增强带中的至少两条带之间，

其中所述至少一条纤维带包括在至少第二方向上排列的纤维。

24.根据权利要求23所述的防护层，其中所述纤维带包括短切缠结的纤维。

25.根据权利要求23所述的防护层，其中所述纤维带包含纺织纤维。

26.根据权利要求23所述的防护层，其中所述纤维带包括一种预浸渍料。

27.根据权利要求23所述的防护层，其中所述的第一方向和第二方向是基本上相互垂直的。

28.一种缠绕式管的防护层，该防护层包括：

多条增强带，所述增强带包括在第一方向上排列的纤维；

其中所述多条增强带中的至少一条增强带包括编织在该至少一条增强带内的多条纤维，以及

其中所述编织纤维在至少第二方向上排列。

29.根据权利要求28所述的防护层，其中所述第一方向和第二方向是基本上相互垂直的。

30.一种缠绕式管防护层的制造方法，该方法包括：

形成一个或多个叠层；

将这一层或多层叠层缠绕在管底层，

其中多层叠层包括至少一层增强带和至少一层纤维带；

将所述一层或多层叠层中的至少一层粘合到相邻叠层。

31.根据权利要求30所述的方法，其中所述形成一个或多个叠层包括：

展开至少一层纤维带和至少一层增强带；

压合所述至少一层纤维带和至少一层增强带，形成一层或多层叠层。

32.根据权利要求30-32中的任何一项所述的方法，进一步包括：

至少一层纤维带和增强带经过至少一个拉紧器和一个集束架；

至少一层纤维带和增强带经过一个卷筒导向器。

33.根据权利要求31-32中的任何一项所述的方法，进一步包括：卷绕压合的叠层到一个或多个磁带式卷轴。

34.根据权利要求31-33中的任何一项所述的方法，进一步包括：在压合之前移除纤维带的一个衬垫层。

35.根据权利要求30-34中的任何一项所述的方法，其中所述至少一层纤维层包含一种预浸渍料。

36.根据权利要求35所述的方法，进一步包括：

将预浸渍材料较大粘性的一面附粘到增强带，形成一个或多个叠层。

37.根据权利要求35-36中的任何一项所述的方法，其中一种胶粘材料可流过所述预浸渍料的没有粘性或较少胶粘性的一面，并且附粘相邻的一层叠层增强带。

38.根据权利要求30-37中的任何一项所述的方法，其中所述的至少一层纤维层包括短切缠结的纤维。

39.根据权利要求30-38中的任何一项所述的方法，其中所述的至少一层纤维层包括纺织纤维。

40.根据权利要求30-39中的任何一项所述的方法，进一步包括：将一个或多个叠层卷绕到一个分段。

41.根据权利要求40所述的方法，进一步包括：在主缠绕机上安装一个或多个分段。

42.根据权利要求41所述的方法，其中从所述由主缠绕机馈送所述一层或多层叠层进行缠绕。

43.根据权利要求30-42中的任何一项所述的方法，进一步包括：在将所述一层或多层叠层缠绕到管的底层之前，部分粘合该叠层。

44.根据权利要求30-43中的任何一项所述的方法，进一步包括：在将所述一层或多层叠层缠绕到管的底层之后，完全粘合所述叠层。

45.根据权利要求43-44中的任何一项所述的方法，其中所述的粘合包括模块化热液固化。

46.根据权利要求43-44中的任何一项所述的方法，其中所述的粘合包括蒸汽固化。

47.一种缠绕式管防护层的制造方法，该方法包括：

提供多条增强带，所述增强带具有在第一方向上排列的纤维；以及

将至少一个纤维带置于所述多条增强带中的至少两层之间，

其中至少一条纤维带的纤维在至少第二方向上排列。

48.根据权利要求47所述的方法，其中所述第二方向基本上垂直于所述第一方向。

49.根据权利要求47-48中的任何一项所述的方法，其中所述纤维带包括一种预浸渍料。

50.根据权利要求47-49中的任何一项所述的方法，其中所述纤维带包括短切缠结的纤维。

51.根据权利要求47-50中的任何一项所述的方法，其中所述纤维带包含纺织纤维。

52.一种缠绕式管防护层，该防护层包括：

多条增强带，所述增强带具有在第一方向上排列的纤维；

至少一条纤维带，其置于所述多条增强带中的至少两条带之间，

其中所述至少一条纤维带包括在至少第二方向上排列的纤维。

53.根据权利要求52所述的防护层，其中所述纤维带包括短切缠结的纤维。

54.根据权利要求52所述的防护层，其中所述纤维带包含纺织纤维。

55.根据权利要求52所述的防护层，其中所述纤维带包括一种预浸渍料。

56.根据权利要求52-55中的任何一项所述的防护层，其中所述的第一方向和第二方向是基本上相互垂直的。

57.一种缠绕式管防护层，该防护层包括：

多条增强带，所述增强带包括在第一方向上排列的纤维；

其中所述多条增强带中的至少一条增强带包括编织在该至少一条增强带内的多条纤维，以及

其中所述编织纤维在至少第二方向上排列。

58.根据权利要求57所述的防护层，其中所述的第一方向和第二方向是基本上相互垂直的。

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