RU202560U1 - THERMOPLASTIC COMPOSITE PIPE - Google Patents
THERMOPLASTIC COMPOSITE PIPE Download PDFInfo
- Publication number
- RU202560U1 RU202560U1 RU2020119315U RU2020119315U RU202560U1 RU 202560 U1 RU202560 U1 RU 202560U1 RU 2020119315 U RU2020119315 U RU 2020119315U RU 2020119315 U RU2020119315 U RU 2020119315U RU 202560 U1 RU202560 U1 RU 202560U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- composite material
- thermoplastic
- thermoplastic polymer
- pipe
- reinforced
- Prior art date
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 143
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 title claims abstract description 131
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 title claims abstract description 58
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 54
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 claims abstract description 38
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 54
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 claims description 16
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 12
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 12
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims description 10
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 abstract description 37
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 abstract description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 4
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 24
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 15
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 13
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 10
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 8
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 6
- 229920001903 high density polyethylene Polymers 0.000 description 6
- 239000004700 high-density polyethylene Substances 0.000 description 6
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 6
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 5
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 5
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 5
- 239000004697 Polyetherimide Substances 0.000 description 5
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 5
- 239000004734 Polyphenylene sulfide Substances 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 5
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 5
- 229920001601 polyetherimide Polymers 0.000 description 5
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 5
- 229920001470 polyketone Polymers 0.000 description 5
- 229920000069 polyphenylene sulfide Polymers 0.000 description 5
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 5
- 229930040373 Paraformaldehyde Natural products 0.000 description 4
- 229920000491 Polyphenylsulfone Polymers 0.000 description 4
- 239000004954 Polyphthalamide Substances 0.000 description 4
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 4
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 4
- 229920001083 polybutene Polymers 0.000 description 4
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 4
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 4
- 229920006324 polyoxymethylene Polymers 0.000 description 4
- 229920006375 polyphtalamide Polymers 0.000 description 4
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 4
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 4
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 4
- 101150096674 C20L gene Proteins 0.000 description 3
- 102220543923 Protocadherin-10_F16L_mutation Human genes 0.000 description 3
- 101100445889 Vaccinia virus (strain Copenhagen) F16L gene Proteins 0.000 description 3
- 101100445891 Vaccinia virus (strain Western Reserve) VACWR055 gene Proteins 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 229920001643 poly(ether ketone) Polymers 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920003299 Eltex® Polymers 0.000 description 2
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920012266 Poly(ether sulfone) PES Polymers 0.000 description 2
- 239000004676 acrylonitrile butadiene styrene Substances 0.000 description 2
- 229920006231 aramid fiber Polymers 0.000 description 2
- JUPQTSLXMOCDHR-UHFFFAOYSA-N benzene-1,4-diol;bis(4-fluorophenyl)methanone Chemical compound OC1=CC=C(O)C=C1.C1=CC(F)=CC=C1C(=O)C1=CC=C(F)C=C1 JUPQTSLXMOCDHR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 229920001684 low density polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004702 low-density polyethylene Substances 0.000 description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 2
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 2
- 239000011112 polyethylene naphthalate Substances 0.000 description 2
- 229920005606 polypropylene copolymer Polymers 0.000 description 2
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 2
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KWKAKUADMBZCLK-UHFFFAOYSA-N 1-octene Chemical compound CCCCCCC=C KWKAKUADMBZCLK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002748 Basalt fiber Polymers 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002430 Fibre-reinforced plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004712 Metallocene polyethylene (PE-MC) Substances 0.000 description 1
- 239000011157 advanced composite material Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000004760 aramid Substances 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 239000004918 carbon fiber reinforced polymer Substances 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 229920003020 cross-linked polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004703 cross-linked polyethylene Substances 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N ether Substances CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011151 fibre-reinforced plastic Substances 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 229920005570 flexible polymer Polymers 0.000 description 1
- MSKQYWJTFPOQAV-UHFFFAOYSA-N fluoroethene;prop-1-ene Chemical group CC=C.FC=C MSKQYWJTFPOQAV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 229920000092 linear low density polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004707 linear low-density polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 1
- 229920000412 polyarylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001748 polybutylene Polymers 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N propylene Natural products CC=C QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004805 propylene group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([*:1])C([H])([H])[*:2] 0.000 description 1
- 239000012763 reinforcing filler Substances 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000012815 thermoplastic material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
- B32B5/14—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by a layer differing constitutionally or physically in different parts, e.g. denser near its faces
Landscapes
- Rigid Pipes And Flexible Pipes (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
Термопластичная композитная труба предназначена для транспортировки газообразных и жидкообразных веществ. Термопластичная композитная труба состоит из внутренней оболочки 1 из термопластичного полимера, окружающего ее базового композитного материала 2, разделенного эластичными прослойками 3, и защитной 4 полимерной оболочки, которые сплавлены по граничащим поверхностям. Техническое решение направлено на уменьшение веса, повышение гибкости и вязкости разрушения термопластичных композитных труб за счет повышения вязкости к разрушению основного композитного материала композитной термопластичной трубы за счет уменьшения единичной толщины основного композитного материала трубы и возможности остановить разрастание трещин основного композитного материала на границе раздела фаз когезионно связанных слоев основного композитного материала трубы и прослойки(ек) из более эластичного композитного материала, полимерная матрица которого имеет более низкий модуль упругости и более высокую вязкость разрушения. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.Thermoplastic composite pipe is designed to transport gaseous and liquid substances. A thermoplastic composite pipe consists of an inner shell 1 made of a thermoplastic polymer, a surrounding base composite material 2, separated by elastic interlayers 3, and a protective 4 polymer shell, which are fused along the adjacent surfaces. The technical solution is aimed at reducing the weight, increasing the flexibility and fracture toughness of thermoplastic composite pipes by increasing the fracture toughness of the main composite material of the composite thermoplastic pipe by reducing the unit thickness of the main composite material of the pipe and the ability to stop the growth of cracks in the main composite material at the interface of cohesively bonded phases. layers of the main composite material of the pipe and the interlayer (s) of a more elastic composite material, the polymer matrix of which has a lower elastic modulus and higher fracture toughness. 7 p.p. f-ly, 1 dwg.
Description
Полезная модель относится к трубопроводной технике, в частности к многослойным армированным термопластичным композитным трубам, изготовленных методами экструзии, или формования, и/или намотки, применяемых в нефтяной и газовой промышленности, используемых для транспортировки газообразных и жидкообразных веществ.The utility model relates to pipeline technology, in particular to multilayer reinforced thermoplastic composite pipes manufactured by extrusion, or molding, and / or winding, used in the oil and gas industry, used to transport gaseous and liquid substances.
Другие области применения включают: транспортировку технологических газов, жидкостей сред и суспензий, трубопроводные системы водоснабжения, отопления, газоснабжения, систем подачи сжатого воздуха, технологические трубопроводы судов и железнодорожного подвижного состава, систем противопожарного водоснабжения. Other areas of application include: transportation of process gases, liquids, media and suspensions, pipeline systems for water supply, heating, gas supply, compressed air supply systems, process pipelines of ships and railway rolling stock, fire-fighting water supply systems.
Известны жесткие стальные насосно-компрессорные трубы, футерованные пластмассовой трубой, патент RU 91129 U1 от 26.08.2009 г., которые состоят из металлической трубы и внутренней пластмассовой трубы, концы пластмассовой трубы закреплены относительно металлической трубы тонкостенными патрубками, имеющими наружные фланцы. Такая конструкция защищает трубу от коррозии, за счет существенно меньшей шероховатости поверхности пластмассовой трубы не происходят процессы асфальтосолепарафинистых отложений. Known rigid steel tubing lined with a plastic pipe, patent RU 91129 U1 dated 26.08.2009, which consist of a metal pipe and an inner plastic pipe, the ends of the plastic pipe are fixed relative to the metal pipe by thin-walled pipes having outer flanges. This design protects the pipe from corrosion, due to the significantly lower surface roughness of the plastic pipe, processes of asphalt-wax deposits do not occur.
Однако этим трубам также свойственны недостатки жестких стальных труб: большая масса; ограниченная длина отрезков труб, что требует большого количества соединений, и приводит к уменьшению надежности, повышению стоимости трубопроводных систем.However, these pipes also suffer from the disadvantages of rigid steel pipes: high weight; limited length of pipe sections, which requires a large number of connections, and leads to a decrease in reliability, an increase in the cost of pipeline systems.
В последнее время используют гибкие стальные трубы большой длины, которые изготавливают из непрерывной ленты из углеродистой или нержавеющей стали, сформованной в трубу и сваренной по краям (патент US 4863091 от 05.09.1989г.). Гибкие стальные трубы выпускаются с различной длиной отрезков, доходящих до 6000 и более метров, намотанных в бухты.Recently, flexible steel pipes of great length have been used, which are made from a continuous strip of carbon or stainless steel, formed into a pipe and welded at the edges (US patent 4863091 dated 09/05/1989). Flexible steel pipes are available in various lengths of lengths up to 6000 meters or more, coiled into coils.
Недостатком является появление коррозии, большая масса и характерная для стальных труб высокая шероховатость поверхности, что инициирует процессы асфальтосолепарафинистых отложений внутри трубы. Кроме того, для изготовления этих труб используют дорогие сплавы, производимые ограниченным количеством производителей, увеличивает стоимость.The disadvantages are the appearance of corrosion, a large mass and a high surface roughness characteristic of steel pipes, which initiates the processes of asphalt-wax deposits inside the pipe. In addition, expensive alloys produced by a limited number of manufacturers are used for the manufacture of these pipes, increasing the cost.
Известны гибкие полимерные трубы (патент RU 2315223 от 13.04.2006 г., F16L 11/08), выполненные из сплошного слоя полимерного материала, внутри которого размещены продольные армирующие элементы в виде металлической ленты, уложенные под углом 70-85 градусов к оси трубы, и поперечные армирующие элементы в виде двух противоположных повивов металлических проволок, имеющих форму спирали и угол повива к оси трубы 15-30 градусов.Known flexible polymer pipes (patent RU 2315223 dated April 13, 2006, F16L 11/08), made of a continuous layer of polymer material, inside which there are longitudinal reinforcing elements in the form of a metal tape, laid at an angle of 70-85 degrees to the pipe axis, and transverse reinforcing elements in the form of two opposite strands of metal wires having the shape of a spiral and a twist angle to the pipe axis of 15-30 degrees.
Недостатком их является армирование металлическими лентами и проволокой, что увеличивает массу труб, при этом они имеют относительно не высокий предел прочности при растяжении стального металлокорда, что делает технически труднореализуемым возможность создавать труб со стойкостью выше 25 МПа, ограничивает возможность получения труб с высокой стойкостью к давлению, приводит к расслаиванию трубы, а проникновение через фитинговые соединениям жидких сред из полости трубы до стального армирования по капиллярам на границе ”проволока-полимер” подвергает поражению армирующую систему трубы по механизму “щелевой коррозии.Their disadvantage is reinforcement with metal strips and wire, which increases the mass of pipes, while they have a relatively low tensile strength of steel steel cord, which makes it technically difficult to implement the ability to create pipes with a resistance higher than 25 MPa, limits the possibility of obtaining pipes with high pressure resistance , leads to pipe delamination, and penetration through the fitting joints of liquid media from the pipe cavity to the steel reinforcement through capillaries at the “wire-polymer” interface damages the reinforcing system of the pipe by the “crevice corrosion” mechanism.
Известны гибкие трубы из композиционного материала (патент RU 171221 от 13.03.2017, F16L 9/12), в которых полимерная матрица композита выполнена из поперечно сшитого полиэтилена, а наполнитель - в виде внедренной внутрь матрицы объемной армирующей системы из высокопрочных непрерывных нитей из арамидного волокна, выполненной в виде комбинации продольных и расположенных под углом друг к другу и к оси трубы нитей, образующих несколько переплетенных спиралей). Known flexible pipes made of composite material (patent RU 171221 dated 03/13/2017, F16L 9/12), in which the polymer matrix of the composite is made of cross-linked polyethylene, and the filler is in the form of a volumetric reinforcing system embedded inside the matrix of high-strength continuous filaments of aramid fiber , made in the form of a combination of longitudinal threads located at an angle to each other and to the pipe axis, forming several intertwined spirals).
Недостатком их является не высокая стойкость к давлению, в пределах 4,0…10,0 МПа, вследствие отсутствия адгезии между армирующими нитями. Their disadvantage is not high pressure resistance, in the range of 4.0 ... 10.0 MPa, due to the lack of adhesion between the reinforcing threads.
Наиболее близким техническим решением являются композитные термопластичные трубы (WO 1995/007428 от 16.03.1995 г., МПК B32B 1/08, B32B 27/08, F16L 9/128), которые имеют внутреннюю трубу, состоящую из термопластичного полимера, на которую нанесен композитную слой, имеющий когезионного соединения с внутренней трубой, или в некоторых случаях на внутреннюю трубу без образования связи, наматывается полимерная лента, армированная однонаправленными волокнами.The closest technical solution is composite thermoplastic pipes (WO 1995/007428 dated 03.16.1995, IPC B32B 1/08, B32B 27/08, F16L 9/128), which have an inner tube consisting of a thermoplastic polymer, on which a composite layer having a cohesive connection to the inner pipe, or in some cases on the inner pipe without forming a bond, is wound with a polymer tape reinforced with unidirectional fibers.
Недостатком конструкции является расслоение композитной термопластичной трубы в условиях быстрого снижением давления газа или под воздействием значительных изгибающих усилий, вследствие того, что соединение между полимерной лентой армированная однонаправленными волокнами и контактной поверхностью внутренней полимерной трубы, в случае близкой к оптимальной комбинации материалов является недостаточным, чтобы выдерживать нагрузки при установке и эксплуатации в жестких условиях, которым подвергают трубы.The disadvantage of the design is the delamination of the composite thermoplastic pipe under conditions of a rapid decrease in gas pressure or under the influence of significant bending forces, due to the fact that the connection between the polymer tape reinforced with unidirectional fibers and the contact surface of the inner polymer pipe, in the case of a close to optimal combination of materials, is insufficient to withstand loads during installation and operation in harsh conditions to which pipes are subjected.
Задачей полезной модели является уменьшение веса, повышение гибкости и вязкости разрушения термопластичных композитных труб.The objective of the utility model is to reduce the weight, increase the flexibility and fracture toughness of thermoplastic composite pipes.
Технический результат достигается за счет повышения вязкости к разрушению основного композитного материала композитной термопластичной трубы за счет уменьшения единичной толщины основного композитного материала трубы и возможности остановить разрастание трещин основного композитного материала на границе раздела фаз когезионно связанных слоев основного композитного материала трубы и прослойки(ек) из более эластичного композитного материала полимерная матрица которого имеет более низкий модуль упругости и более высокую вязкость разрушения.The technical result is achieved by increasing the fracture toughness of the main composite material of the composite thermoplastic pipe by reducing the unit thickness of the main composite material of the pipe and the ability to stop the growth of cracks in the main composite material at the interface of the cohesively bonded layers of the main composite material of the pipe and the interlayer (s) from more an elastic composite material, a polymer matrix of which has a lower elastic modulus and higher fracture toughness.
Поставленная задача достигается тем, что термопластичная композитная труба состоит из внутренней оболочки, выполненной из термопластичного полимера, окружающего ее каркаса из базового композитного материала, состоящего из базового термопластичного полимера и непрерывных однонаправленных армирующих волокон, и защитной оболочки, причем каркас и все оболочки плавно сплавлены между собой посредством нагрева. Каркас содержит по меньшей мере одну эластичную прослойку из дополнительного композитного материала, состоящего из непрерывных однонаправленных армирующих волокон и термопластичного полимера дополнительного композитного материала, причем, модуль упругости термопластичного полимера дополнительного композитного материала меньше на 25…3600 МПа, чем модуль упругости базового термопластичного полимера, и они сплавлены посредством нагрева. Базовый композитный материал выполнен путем намотки на внутреннюю оболочку не менее одного слоя ленты толщиной от 20 до 2000 мкм из армированного непрерывными однонаправленными волокнами термопластичного полимера базового композитного материала под углами от 0° до 90° к ее оси, и не менее одного слоя ленты толщиной от 20 до 2000 мкм из армированного непрерывными однонаправленными волокнами термопластичного полимера базового композитного материала под углами от 90° до 180° к оси внутренней оболочки.The task is achieved by the fact that the thermoplastic composite pipe consists of an inner shell made of a thermoplastic polymer, a surrounding frame made of a base composite material consisting of a base thermoplastic polymer and continuous unidirectional reinforcing fibers, and a protective shell, and the frame and all shells are smoothly fused between by itself by heating. The frame contains at least one elastic layer of an additional composite material, consisting of continuous unidirectional reinforcing fibers and a thermoplastic polymer of an additional composite material, and the modulus of elasticity of the thermoplastic polymer of the additional composite material is 25 ... 3600 MPa less than the modulus of elasticity of the base thermoplastic polymer, and they are fused by heating. The base composite material is made by winding on the inner shell at least one layer of tape with a thickness of 20 to 2000 microns from a base composite material reinforced with continuous unidirectional fibers of a thermoplastic polymer at angles from 0 ° up to 90 ° to its axis, and at least one layer of tape with a thickness of 20 to 2000 μm from a base composite material reinforced with continuous unidirectional fibers of a thermoplastic polymer at angles from 90 ° to 180 ° to the axis of the inner shell.
Номинальное давление армированных термопластичных труб всегда было основным требованием к техническим свойствам с точки зрения конечного пользователя. The pressure rating of reinforced thermoplastic pipes has always been a fundamental requirement for technical properties from an end-user point of view.
Гибкость и разрушающие свойства армированных термопластичных труб имеют большое значение для конечных пользователей и в настоящее время являются наиболее востребованными техническими свойствами.The flexibility and destructive properties of reinforced thermoplastic pipes are of great importance to end users and are currently the most sought after technical properties.
Для достижения высоких показателей по номинальному давлению армированных термопластичных труб предпринимаются попытки применять полимер одного типа для внутренней трубы, и композитной матрицы из полимерных лент армированных однонаправленными волокнами (см., например, «Thermoplastic Composite Pipe: An Analysis And Testing Of A Novel Pipe System For Oil & Gas»; презентация J.L.C.G. de Kanter и J. Leijten на 17-й конференции ICCM в Эдинбурге, Великобритания, 2009 г.). При этом для достижения высоких показателей стойкости композитной армированной термопластичной трубы к давлению принимаются попытки применять в полимерной матрице композитного материала (слоя) трубы прочные полимеры с высокими показателями модуля упругости и низкой вязкостью к разрушению (иногда называемой трещиностойкостью). To achieve high pressure ratings of reinforced thermoplastic pipes, attempts are being made to use the same type of polymer for the inner pipe, and a composite matrix of polymer tapes reinforced with unidirectional fibers (see, for example, "Thermoplastic Composite Pipe: An Analysis And Testing Of A Novel Pipe System For Oil & Gas "; presentation by JLCG de Kanter and J. Leijten at the 17th ICCM conference in Edinburgh, UK, 2009). At the same time, in order to achieve high pressure resistance of a composite reinforced thermoplastic pipe, attempts are made to use strong polymers with high elastic modulus and low fracture toughness (sometimes called crack resistance) in the polymer matrix of the composite material (layer) of the pipe.
В армированных полимерных матрицах прочность в существенной степени ограничены прочностными характеристиками связующего и величиной связи между связующим и армирующим наполнителем. В частности, это приводит к малой стойкости изделий с армированными полимерными матрицами к возникновению и распространению трещины разрушения в межслойном пространстве под действием нормальных и тангенциальных нагрузок, возникающих в процессе эксплуатации изделий [1]. Еще до достижения критической нагрузки (нагрузки, при которой происходит начало роста макротрещины) зона поврежденности в многослойной армированной волокнами полимерной матрице с высоким значением модуля упругости может пересекать нескольких слоев композитного материала [2].In reinforced polymer matrices, strength is substantially limited by the strength characteristics of the binder and the amount of bond between the binder and the reinforcing filler. In particular, this leads to a low resistance of products with reinforced polymer matrices to the emergence and propagation of a fracture crack in the interlayer space under the action of normal and tangential loads arising during the operation of products [1]. Even before reaching the critical load (the load at which the macrocrack begins to grow), the damaged zone in a multilayer fiber-reinforced polymer matrix with a high elastic modulus can cross several layers of composite material [2].
Образование трещин в композитной матрице трубы в конечном итоге приводит к разрушению трубы под воздействием высокого давления и/или под воздействием значительных изгибающих усилий (особенно при низких температурах окружающей среды). Причем для достижения высокой стойкости к давлению дополнительно увеличивают толщину композитного материала (слоя) трубы, а это дополнительно уменьшает вязкость разрушения композитной термопластичной трубы [3]. The formation of cracks in the composite matrix of the pipe ultimately leads to the destruction of the pipe under the influence of high pressure and / or under the influence of significant bending forces (especially at low ambient temperatures). Moreover, to achieve high pressure resistance, the thickness of the composite material (layer) of the pipe is additionally increased, and this further reduces the fracture toughness of the composite thermoplastic pipe [3].
Дополнительно прослойка(ки) из более эластичного композитного материала на основе полимера с более низким модулем упругости, чем полимер базового композитного материала, позволяет не только увеличить вязкость разрушения композитной термопластичной трубы, но и увеличить гибкость композитной термопластичной трубы в целом особенно при эксплуатации трубы при низких температурах. Additionally, the interlayer (s) made of a more elastic composite material based on a polymer with a lower elastic modulus than the polymer of the base composite material allows not only to increase the fracture toughness of the composite thermoplastic pipe, but also to increase the flexibility of the composite thermoplastic pipe as a whole, especially when the pipe is operated at low temperatures.
Наилучший результат изготовления композитной термопластичной трубы получен, если базовый композитный материал композитной термопластичной трубы содержит (разделен) несколькими прослойками другого, более эластичного, композитного материала, состоящего из непрерывных армирующих волокон и термопластичного полимера прослойки, модуль упругости которого меньше на 25…3600 МПа, чем модуль упругости термопластичного полимера базового композитного материала. И в этом варианте композитная термопластичная труба состоит из центральной полимерной трубы из термопластичного полимера и окружающей ее армирующей системы из чередующихся зон (слоев) базового композитного материала и эластичных прослоек из другого композитного материала, состоящего из армирующих волокон и термопластичного полимера с более низким (на 25…3600 МПа) модулем упругости, чем термопластичный полимер базового композитного материала.The best result of manufacturing a composite thermoplastic pipe is obtained if the base composite material of the composite thermoplastic pipe contains (is divided) by several interlayers of another, more elastic composite material, consisting of continuous reinforcing fibers and a thermoplastic polymer interlayer, the modulus of elasticity of which is 25 ... 3600 MPa less than modulus of elasticity of the thermoplastic polymer of the base composite material. And in this version, a composite thermoplastic pipe consists of a central polymer pipe made of a thermoplastic polymer and a reinforcing system surrounding it from alternating zones (layers) of a base composite material and elastic interlayers of another composite material consisting of reinforcing fibers and a thermoplastic polymer with a lower (by 25 … 3600 MPa) modulus of elasticity than the thermoplastic polymer of the base composite material.
Причем базовый композитный материал термопластичной композитной трубы выполнен путем намотки на внутреннюю оболочку по меньшей мере одного слоя ленты толщиной от 20 до 2000 мкм из армированного непрерывными однонаправленными волокнами термопластичного полимера базового композитного материала под углами от 0° до 90° к ее оси, и по меньшей мере одного слоя ленты толщиной от 20 до 2000 мкм из армированного непрерывными однонаправленными волокнами термопластичного полимера базового композитного материала под углами от 90° до 180° к оси внутренней оболочки.Moreover, the base composite material of the thermoplastic composite pipe is made by winding on the inner shell of at least one layer of tape with a thickness of 20 to 2000 μm from the base composite material reinforced with continuous unidirectional fibers of the thermoplastic polymer at angles from 0 ° to 90 ° to its axis, and at least at least one layer of tape with a thickness of 20 to 2000 μm from a base composite material reinforced with continuous unidirectional fibers of a thermoplastic polymer at angles from 90 ° to 180 ° to the axis of the inner shell.
Использование в основном композитном материале термопластичной композитной труба спаренных и намотанных в противоположных направлениях симметрично относительно оси внутренней оболочки слоев лент из армированного непрерывными однонаправленными волокнами термопластичного полимера базового композитного материала позволит снизить вероятность образования скручивающих напряжений в базовом композитный материале термопластичной композитной трубы, которые могут приводить к расслаиванию и разрушению трубы.The use in the base composite material of a thermoplastic composite pipe paired and wound in opposite directions symmetrically relative to the axis of the inner shell of tape layers made of a base composite material reinforced with continuous unidirectional fibers of a thermoplastic polymer will reduce the likelihood of the formation of twisting stresses in the base composite material of a thermoplastic composite pipe, which can lead to delamination and the destruction of the pipe.
Причем в термопластичной композитной трубе по меньшей мере одна эластичная прослойка расположена между двух слоев ленты из армированного непрерывными однонаправленными волокнами термопластичного полимера базового композитного материала, и сплавлена с двумя слоями ленты из армированного непрерывными однонаправленными волокнами термопластичного полимера базового композитного материала посредством нагрева.Moreover, in a thermoplastic composite pipe, at least one elastic interlayer is located between two layers of a tape of a base composite material reinforced with continuous unidirectional fibers of a thermoplastic polymer, and is fused with two layers of a tape of a base composite material reinforced with continuous unidirectional fibers of a thermoplastic polymer by heating.
При этом по меньшей мере одна эластичная прослойка выполнена путем намотки под углами от 0° до 180° к оси внутренней оболочки на по меньшей мере одного слоя ленты из армированного непрерывными однонаправленными волокнами термопластичного полимера базового композитного материала по меньшей мере одного слоя ленты толщиной от 20 до 1800 мкм из армированного непрерывными однонаправленными волокнами термопластичного полимера эластичной прослойки. In this case, at least one elastic layer is made by winding at angles from 0 ° to 180 ° to the axis of the inner shell on at least one layer of a tape made of a base composite material reinforced with continuous unidirectional fibers of a thermoplastic polymer of at least one layer of a tape with a thickness of 20 to 1800 µm made of elastic interlayer reinforced with continuous unidirectional fibers of thermoplastic polymer.
В одним из вариантов термопластичной композитной трубы по меньшей мере одна эластичная прослойка выполнена путем намотки на по меньшей мере один слой ленты из армированного непрерывными однонаправленными волокнами термопластичного полимера базового композитного материала по меньшей мере двух слоев ленты из армированного непрерывными однонаправленными волокнами термопластичного полимера эластичной прослойки намотанных под углами 0°…180° симметрично в противоположных направлениях относительно оси центральной трубы.In one embodiment of a thermoplastic composite pipe, at least one elastic interlayer is made by winding on at least one layer of a tape of a base composite material reinforced with continuous unidirectional fibers of a thermoplastic polymer at least two layers of a tape reinforced with continuous unidirectional fibers of a thermoplastic polymer of an elastic interlayer wound under angles 0 ° ... 180 ° symmetrically in opposite directions relative to the axis of the central pipe.
Причем в термопластичной композитной трубе слои лент из армированного непрерывными однонаправленными волокнами термопластичного полимера базового композитного материала и слои лент из армированного непрерывными однонаправленными волокнами термопластичного полимера эластичной прослойки могут быть намотаны под разными углами к оси внутренней оболочки.Moreover, in a thermoplastic composite pipe, layers of tapes made of a base composite material reinforced with continuous unidirectional fibers of a thermoplastic polymer and layers of tapes made of an elastic interlayer reinforced with continuous unidirectional fibers of a thermoplastic polymer can be wound at different angles to the axis of the inner shell.
Причем в термопластичной композитной трубе непрерывные однонаправленные армирующие волокна могут быть выбраны из группы волокон: стеклянные волокна, углеродные волокна, арамидные волокна, борные волокна, керамические волокна, базальтовые волокна, карбидокремниевые волокна, полиамидные волокна, волокна из сложного полиэфира, волокна из жидкокристаллического сложного полиэфира, полиакрилонитрильные волокна, волокна из полиимида, волокна из полиэфиримида, волокна из полифениленсульфида, волокна из полиэфиркетона, волокна из полиэфирэфиркетона, волокна из поликетона, волокнам из сверхмолекулярного полиэтилена.Moreover, in a thermoplastic composite pipe, continuous unidirectional reinforcing fibers can be selected from the group of fibers: glass fibers, carbon fibers, aramid fibers, boron fibers, ceramic fibers, basalt fibers, silicon carbide fibers, polyamide fibers, polyester fibers, liquid crystal polyester fibers , polyacrylonitrile fibers, polyimide fibers, polyetherimide fibers, polyphenylene sulfide fibers, polyether ketone fibers, polyetheretherketone fibers, polyketone fibers, ultramolecular polyethylene fibers.
При этом в термопластичной композитной трубе объемная доля армирующих непрерывных однонаправленных волокон в термопластичном полимере эластичной прослойки составляет 20…70%, а объемная доля армирующих непрерывных однонаправленных волокон в термопластичном полимере базового композитного материала составляет 25…85%.In this case, in a thermoplastic composite pipe, the volume fraction of reinforcing continuous unidirectional fibers in the thermoplastic polymer of the elastic interlayer is 20 ... 70%, and the volume fraction of reinforcing continuous unidirectional fibers in the thermoplastic polymer of the base composite material is 25 ... 85%.
В термопластичной композитной трубе термопластичный полимер внутренней оболочки, термопластичный полимер базового композитного материала и полимер защитной полимерной оболочки когезионно совместимы и выбраны из группы полимеров: полиэтилен (PE, HDPE, LDPE), полиэтилен высокой (повышенной) термостойкости PE-RT (Polyethylene of Raised Temperature resistance), сополимер полиэтилена с октеном, сополимер полиэтилена с октеном-1, сополимер полиэтилена с гексеном, сополимер полиэтилена с гексеном-1, металлоценовый полиэтилен высокой плотности, полипропилен (PP, PP-R), сополимеры полипропилена, полибутен (PB, PB-1), сополимеры полибутена, поливинилхлорид (PVC, HPVC), акрилонитрил бутадиен стирол (ABS), полиамид (PA), полифталамид (PPA), полиэтиленнафталат (PEN), полиэтилентерефталат (PET), полибутиленнафталат (PBT), фторполимер (PFA), фторэтилен-пропилен (FEP), поливинилиденфторид (PVDF), полифениленсульфид (PPS), полиэфирсульфон (PES), полифенилсульфон (PPSU), полиимид (PI), полиэфир имид (PEI), полиоксиметилен (POM), полиариленэфиркетон (PAEK), полиэфирэфиркетон (PEEK, PEK), поликетон (PK, Polyketon), а также смеси и композиции вышеперечисленных полимеров.In a thermoplastic composite pipe, the thermoplastic polymer of the inner shell, the thermoplastic polymer of the base composite material and the polymer of the protective polymer shell are cohesively compatible and are selected from the group of polymers: polyethylene (PE, HDPE, LDPE), polyethylene of high (increased) heat resistance PE-RT (Polyethylene of Raised Temperature resistance), polyethylene-octene copolymer, polyethylene-octene-1 copolymer, polyethylene-hexene copolymer, polyethylene-hexene-1 copolymer, metallocene high-density polyethylene, polypropylene (PP, PP-R), polypropylene copolymers, polybutene (PB, PB- 1), polybutene copolymers, polyvinyl chloride (PVC, HPVC), acrylonitrile butadiene styrene (ABS), polyamide (PA), polyphthalamide (PPA), polyethylene naphthalate (PEN), polyethylene terephthalate (PET), polybutylene naphthalate (PBT) (PFA) fluoroethylene propylene (FEP), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyphenylene sulfide (PPS), polyethersulfone (PES), polyphenylsulfone (PPSU), polyimide (PI), polyether imide (PEI), polyoxymethylene (POM), polyarylene ether ketone (PAEK), polyetherether ketone (PEEK, PEK), polyketone (PK, Polyketon), as well as mixtures and compositions of the above polymers.
Причем, в термопластичной композитной трубе полимер эластичной прослойки когезионно совместим с термопластичным полимером базового композитного материала и выбран из группы полимеров: полиэтилен (PE, HDPE, LDPE, LLDPE), полиэтилен высокой (повышенной) термостойкости PE-RT (Polyethylene of Raised Temperature resistance), сополимер полиэтилена с октеном, сополимер полиэтилена с октеном-1, сополимер полиэтилена с гексеном, сополимер полиэтилена с гексеном-1, металлоценовый полиэтилен высокой плотности, полипропилен (PP, PP-R), сополимеры полипропилена, полибутен (PB, PB-1), сополимеры полибутена, поливинилхлорид (PVC, HPVC), акрилонитрил бутадиен стирол (ABS), полиамид (PA), полифталамид (PPA), полиэтиленнафталат (PEN), полиэтилентерефталат (PET), полибутиленнафталат (PBT), фторполимер (PFA), фторэтилен-пропилен (FEP), поливинилиденфторид (PVDF), полифениленсульфид (PPS), полиэфирсульфон (PES), полифенилсульфон (PPSU), полиимид (PI), полиэфир имид (PEI), полиоксиметилен (POM), полиариленэфиркетон (PAEK), полиэфирэфиркетон (PEEK, PEK), поликетон (PK, Polyketon), а также смеси и композиции вышеперечисленных полимеров.Moreover, in a thermoplastic composite pipe, the polymer of the elastic interlayer is cohesively compatible with the thermoplastic polymer of the base composite material and is selected from the group of polymers: polyethylene (PE, HDPE, LDPE, LLDPE), polyethylene of high (increased) heat resistance PE-RT (Polyethylene of Raised Temperature resistance) , polyethylene-octene copolymer, polyethylene-octene-1 copolymer, polyethylene-hexene copolymer, polyethylene-hexene-1 copolymer, metallocene high-density polyethylene, polypropylene (PP, PP-R), polypropylene copolymers, polybutene (PB, PB-1) , polybutene copolymers, polyvinyl chloride (PVC, HPVC), acrylonitrile butadiene styrene (ABS), polyamide (PA), polyphthalamide (PPA), polyethylene naphthalate (PEN), polyethylene terephthalate (PET), polybutylene naphthalate (PBT) (Pfluoropolymer) propylene (FEP), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyphenylene sulfide (PPS), polyethersulfone (PES), polyphenylsulfone (PPSU), polyimide (PI), polyether imide (PEI), polyoxymethylene (POM), polyary leneetherketone (PAEK), polyetheretherketone (PEEK, PEK), polyketone (PK, Polyketon), as well as mixtures and compositions of the above polymers.
В одном из предпочтительных вариантов термопластичной композитной трубы термопластичный полимер по меньшей мере одного слоя ленты эластичной прослойки армированный непрерывными однонаправленными волокнами выбран из группы полимеров: полиэтилен повышенной термостойкости (PE-RT, Polyethylene of Raised Temperature resistance), сополимер полиэтилена с октеном, сополимер полиэтилена с октеном-1, сополимер полиэтилена с гексеном, сополимер полиэтилена с гексеном-1, металлоценовый полиэтилен высокой плотности, поливинилиденфторид.In one of the preferred embodiments of the thermoplastic composite pipe, the thermoplastic polymer of at least one layer of the tape of the elastic interlayer reinforced with continuous unidirectional fibers is selected from the group of polymers: polyethylene of increased temperature resistance (PE-RT), copolymer of polyethylene with octene, copolymer of polyethylene with octene-1, polyethylene-hexene copolymer, polyethylene-hexene-1 copolymer, high-density metallocene polyethylene, polyvinylidene fluoride.
В одном из предпочтительных вариантов термопластичной композитной трубы в качестве термопластичного полимера внутренней оболочки, полимерной оболочки и термопластичного полимера базового композитного материала выбран термопластичный полимер с модулем упругости 800…1600 МПа (например, полиэтилен высокой плотности HDPE), и в качестве термопластичного полимера эластичной прослойки выбран термопластичный полимер с модулем упругости 350..760 МПа (например, полиэтилен повышенной термостойкости (PE-RT) распространенных марок Dowlex 2344, Dowlex 2388, Dowlex 2377, Dowlex 2355 -производитель Dow Chemical; DX800 - производитель SK Corporation; XP9000, XP9020 - производитель Daelim; SP980, SP988 - производитель LG Chem; PE6PP-34 – производитель ЛУКОЙЛ; ELTEX TUB220-RT - производитель INEOS, XRT-70 – производитель TOTAL).In one of the preferred embodiments of the thermoplastic composite pipe, a thermoplastic polymer with an elastic modulus of 800 ... 1600 MPa (for example, high density polyethylene HDPE) is selected as the thermoplastic polymer of the inner shell, the polymer shell and the thermoplastic polymer of the base composite material, and the thermoplastic polymer of the elastic interlayer is selected thermoplastic polymer with an elastic modulus of 350-760 MPa (for example, polyethylene of increased thermal stability (PE-RT) of common brands Dowlex 2344, Dowlex 2388, Dowlex 2377, Dowlex 2355 - manufactured by Dow Chemical; DX800 - manufactured by SK Corporation; XP9000, XP9020 - manufacturer Daelim; SP980, SP988 - LG Chem manufacturer; PE6PP-34 - LUKOIL manufacturer; ELTEX TUB220-RT - INEOS manufacturer, XRT-70 - TOTAL manufacturer).
Для получения термопластичной трубы с улучшенными температурной стойкостью и гибкостью в одном из предпочтительных вариантов термопластичной композитной трубы в качестве термопластичного полимера внутренней оболочки, полимерной оболочки и термопластичного полимера базового композитного материала выбран термопластичный полимер с модулем упругости 500…760 МПа (например, например, полиэтилен повышенной термостойкости (PE-RT) распространенных марок Dowlex 2344, Dowlex 2388, Dowlex 2377 -производитель Dow Chemical; DX800 - производитель SK Corporation; XP9000, XP9020 - производитель Daelim; SP980, SP988 - производитель LG Chem; PE6PP-34 – производитель ЛУКОЙЛ; ELTEX TUB220-RT - производитель INEOS, XRT-70 – производитель TOTAL), и в качестве термопластичного полимера эластичной прослойки выбран термопластичный полимер с модулем упругости 350…470 МПа (например, полиэтилен повышенной термостойкости (PE-RT) марки Dowlex 2355 -производитель Dow Chemical).To obtain a thermoplastic pipe with improved temperature resistance and flexibility, in one of the preferred versions of a thermoplastic composite pipe, a thermoplastic polymer with an elastic modulus of 500 ... 760 MPa is selected as a thermoplastic polymer of an inner shell, a polymer shell and a thermoplastic polymer of the base composite material (for example, for example, polyethylene of increased thermal resistance (PE-RT) of common brands Dowlex 2344, Dowlex 2388, Dowlex 2377 - manufactured by Dow Chemical; DX800 - manufactured by SK Corporation; XP9000, XP9020 - manufactured by Daelim; SP980, SP988 - manufactured by LG Chem; PE6PP-34 - manufactured by LUKOIL; ELTEX TUB220-RT - manufactured by INEOS, XRT-70 - manufactured by TOTAL), and a thermoplastic polymer with an elastic modulus of 350 ... 470 MPa was chosen as a thermoplastic polymer of an elastic interlayer (for example, polyethylene of increased temperature resistance (PE-RT) of the Dowlex 2355 brand - manufactured by Dow Chemical ).
Причем внутренняя оболочка из термопластичного полимера термопластичной композитной трубы может быть изготовлена методами экструзии.Moreover, the inner shell of a thermoplastic polymer of a thermoplastic composite pipe can be produced by extrusion methods.
Композитный материал, состоящий из термопластичного полимера базового композитного материала и непрерывных однонаправленных армирующих волокон. может быть изготовлен методами намотки с натяжением на центральную трубу и/или на эластичную(ые) прослойку(и) слоев лент из армированного непрерывными однонаправленными волокнами термопластичного полимера, которые плавно сплавлены между собой, с наружной поверхностью трубы, и эластичной прослойкой путем нагрева поверхностей трубы и лент до температуры размягчения по Вика или до температуры расплавления до образования гомогенного соединения между наружной поверхностью внутренней оболочки, с прилегающим слоем лент, слоев из армированного непрерывными однонаправленными волокнами термопластичного полимера между собой, и слоем(ями) эластичной(ых) прослойки(ек).A composite material consisting of a thermoplastic polymer base composite material and continuous unidirectional reinforcing fibers. can be produced by winding methods with tension on a central pipe and / or on elastic interlayer (s) of tape layers of a thermoplastic polymer reinforced with continuous unidirectional fibers, which are smoothly fused with each other, with the outer surface of the pipe, and with an elastic interlayer by heating the pipe surfaces and tapes to the Vicat softening temperature or to the melting temperature until a homogeneous connection is formed between the outer surface of the inner shell, with the adjacent layer of tapes, layers of thermoplastic polymer reinforced with continuous unidirectional fibers between themselves, and the layer (s) of elastic interlayer (s) ...
Причем эластичную прослойку из композитного материала, состоящего из непрерывных однонаправленных армирующих волокон и термопластичного полимера эластичной прослойки, может быть изготовлена методами намотки с натяжением на слой(и) основного композитного материала слоев лент из непрерывных однонаправленных армирующих волокон и термопластичного полимера эластичной прослойки, которые плавно сплавлены между собой и с поверхностями базового композитного материала путем нагрева поверхностей эластичной прослойки и базового композитного материала трубы до температуры размягчения по Вика или до температуры расплавления до образования гомогенного соединения между поверхностями слоя(ев) эластичной(ых) прослойки(ек) и слоев базового композитного материала.Moreover, an elastic interlayer made of a composite material consisting of continuous unidirectional reinforcing fibers and a thermoplastic polymer of an elastic interlayer can be produced by winding methods with tension on the layer (s) of the main composite material of tape layers from continuous unidirectional reinforcing fibers and a thermoplastic polymer of an elastic interlayer, which are smoothly fused with each other and with the surfaces of the base composite material by heating the surfaces of the elastic interlayer and the base composite material of the pipe to the Vicat softening temperature or to the melting temperature until a homogeneous connection is formed between the surfaces of the layer (s) of the elastic interlayer (s) and the layers of the base composite material ...
Защитная полимерная оболочка термопластичной композитной трубы может быть изготовлена методами экструзии путем экструдирования на предварительно нагретую до температуры размягчения по Вика или расплавления наружной поверхности базового композитного материала. The protective polymer shell of a thermoplastic composite pipe can be produced by extrusion methods by extrusion onto the outer surface of the base composite material preheated to the Vicat softening temperature or melting.
Защитная полимерная оболочка термопластичной композитной трубы также может быть изготовлена путем термоусадки на предварительно нагретую до температуры размягчения по Вика или расплавления наружной поверхность основного композитного материала готовой полимерной оболочки.The protective polymer shell of a thermoplastic composite pipe can also be produced by heat shrinkage on the outer surface of the base composite material of the finished polymer shell, preheated to the Vicat softening temperature or melting.
Для изготовления термопластичной композитной трубы могут быть использованы готовые, изготовленные промышленным способом, ленты основного композитного материала и ленты эластичной прослойки с использованием армирующих волокон и полимеров, перечисленных в настоящей полезной модели. В настоящее время ленты (препеги) из непрерывных однонаправленных армирующих волокон и термопластичных полимеров (UD tapes) широко представлены на рынке. Например, UD ленты компаний Toray Advanced Composites (США), BÜFA Thermoplastic Composites GmbH & Co. KG (Германия), TOPOLO (Китай).For the manufacture of a thermoplastic composite pipe, ready-made, industrially manufactured tapes of the base composite material and tapes of the elastic interlayer using the reinforcing fibers and polymers listed in this utility model can be used. Currently, tapes (prepegs) of continuous unidirectional reinforcing fibers and thermoplastic polymers (UD tapes) are widely available on the market. For example, UD tapes from Toray Advanced Composites (USA), BÜFA Thermoplastic Composites GmbH & Co. KG (Germany), TOPOLO (China).
Для изготовления термопластичной композитной трубы ленты базового композитного материала и ленты эластичной прослойки с использованием армирующих волокон и полимеров, перечисленных ранее, могут быть изготовлены промышленным способом с помощью существующего промышленного оборудования. Например, промышленное оборудование для производства лент (препегов) из непрерывных однонаправленных армирующих волокон и термопластичных полимеров предлагают компании: KraussMaffei (Германия), GPM Machinery (Китай).For the manufacture of a thermoplastic composite pipe, base composite tapes and elastic interlayer tapes using the reinforcing fibers and polymers listed above can be industrially manufactured using existing industrial equipment. For example, industrial equipment for the production of strips (prepegs) from continuous unidirectional reinforcing fibers and thermoplastic polymers is offered by the following companies: KraussMaffei (Germany), GPM Machinery (China).
При этом для изготовления лент (препегов) из непрерывных однонаправленных армирующих волокон и термопластичных полимеров могут быть использованы термопластичные полимеры, перечисленные ранее, и волокна также с поперечным сечением волокон, выбранным из группы: круглым, прямоугольным, овальным, эллиптическим или коконообразным.At the same time, for the manufacture of ribbons (prepegs) from continuous unidirectional reinforcing fibers and thermoplastic polymers, the thermoplastic polymers listed above can be used, and fibers also with a fiber cross-section selected from the group: round, rectangular, oval, elliptical or cocoon-shaped.
Для намотки и сплавления слоев лент, армированных непрерывными волокнами базового композитного материала и эластичной прослойки термопластичной композитной трубы, может быть использовано существующее промышленное оборудование. Например, промышленное оборудование для намотки слоев лент, армированных непрерывными волокнами, предлагают компании: KraussMaffei (Германия), Fartrouven R&D (Португалия), GPM Machinery (Китай).Existing industrial equipment can be used for winding and fusing tape layers reinforced with continuous fibers of the base composite material and the elastic interlayer of the thermoplastic composite pipe. For example, industrial equipment for winding layers of belts reinforced with continuous fibers is offered by the following companies: KraussMaffei (Germany), Fartrouven R&D (Portugal), GPM Machinery (China).
Сущность технического решения пояснено на чертеже, а именно схематичное изображение термопластичной композитной трубы.The essence of the technical solution is explained in the drawing, namely, a schematic representation of a thermoplastic composite pipe.
Термопластичная композитная труба состоит из внутренней оболочки 1 из термопластичного полимера, окружающего ее базового композитного материала 2, разделенного эластичными прослойками 3, и защитной 4 полимерной оболочки, которые сплавлены по граничащим поверхностям.A thermoplastic composite pipe consists of an
Термопластичная композитная труба изготавливается в три этапа, которые реализуются либо в одной производственной линии, либо на трех отдельных производственных линиях (производственных участках).Thermoplastic composite pipe is manufactured in three stages, which are realized either in one production line or in three separate production lines (production sites).
1-ый этап включает изготовление внутренней оболочки из термопластичного материала методом экструзии.The first stage includes the production of an inner shell from a thermoplastic material by extrusion.
2-ой этап включает намотку с натяжением на внутреннюю оболочку 1 лент из армированного непрерывными однонаправленными волокнами термопластичного полимера базового композитного материала 2 и лент из армированного непрерывными однонаправленными волокнами термопластичного полимера дополнительного композитного материала эластичной прослойки 3. При этом наружная поверхность внутренней оболочки 1 сплавляется с граничащей поверхностью армированных лент базового композитного материала. При этом армированные ленты базового композитного материала и ленты эластичной прослойки сплавлены между собой путем нагрева. Если базовый композитный материал и эластичная прослойка состоят из нескольких слоев армированных лент, то они также послойно сплавляются между собой путем нагрева. Сплавление слоев производят при нагреве до температуры размягчения по Вика или температуры расплавления полимеров, из которых состоят армированные ленты и полимера внутренней оболочки.The second stage includes winding with tension on the
3-ий этап включает нанесение на граничащую поверхность базового композитного материала, нагретого до температуры размягчения по Вика или температуры расплавления термопластичного полимера базового композитного материала, защитной 4 полимерной оболочки методом экструзии, или путем термоусадки готовой полимерной оболочки. The third stage includes applying to the boundary surface of the base composite material heated to the Vicat softening temperature or the melting temperature of the thermoplastic polymer of the base composite material, a protective 4 polymer shell by extrusion, or by heat shrinking of the finished polymer shell.
Возникающий под воздействием внутреннего давления транспортируемых сред или под воздействием изгибающих нагрузок рост трещин в базовом композитном материале термопластичной композитной трубы останавливаются на границе раздела с дополнительным композитным материалом эластичной прослойки, или возникающие трещины отклоняются от первоначального направления, потребляя энергию. Тем самым повышается (трещиностойкость) вязкость разрушения термопластичной композитной трубы. The growth of cracks in the base composite material of the thermoplastic composite pipe arising under the influence of the internal pressure of the transported media or under the influence of bending loads stops at the interface with the additional composite material of the elastic interlayer, or the emerging cracks deviate from the original direction, consuming energy. Thereby, the fracture toughness (crack resistance) of the fracture toughness of the thermoplastic composite pipe is increased.
Дополнительно, благодаря тому, что эластичные прослойки состоят из непрерывных однонаправленных армирующих волокон и дополнительного термопластичного полимера эластичной прослойки, модуль упругости которого меньше на 25…3800 МПа чем модуль упругости термопластичного полимера базового композитного материала увеличивает гибкость термопластичной композитной трубы.Additionally, due to the fact that the elastic interlayers consist of continuous unidirectional reinforcing fibers and an additional thermoplastic polymer of the elastic interlayer, the elastic modulus of which is 25 ... 3800 MPa less than the elastic modulus of the thermoplastic polymer of the base composite material increases the flexibility of the thermoplastic composite pipe.
Предложенная конструкция термопластичной композитной трубы промышленно применима с помощью существующих технических средств. The proposed design of a thermoplastic composite pipe is industrially applicable using existing technical means.
Приведенные выше варианты осуществления конструкции композитной трубы являются просто примерами и не должны рассматриваться как ограничивающие настоящее техническое решение. Описание предназначено для иллюстрации и не ограничивает объем формулы полезной модели.The above embodiments of the construction of the composite pipe are merely examples and should not be construed as limiting the present technical solution. The description is intended to be illustrative and does not limit the scope of the utility model claims.
ЛитератураLiterature
1. В. А. Большаков, В. И. Солодилов, Р. А. Корохин, С. В. Кондрашов, Ю. И. Меркулова, Т. П. Дьячкова. Исследование трещиностойкости полимерных композиционных материалов, изготовленных методом инфузии с использованием различных концентратов на основе модифицированных УНТ. УДК 678.8:620.1, Труды ВИАМ №7(55) 2017, с.79-89. http://viam-works.ru/ru/articles?art_id=11311. V. A. Bolshakov, V. I. Solodilov, R. A. Korokhin, S. V. Kondrashov, Yu. I. Merkulova, T. P. Dyachkova. Investigation of crack resistance of polymer composite materials manufactured by infusion using various concentrates based on modified CNTs. UDC 678.8: 620.1, Proceedings of VIAM No. 7 (55) 2017, p.79-89. http://viam-works.ru/ru/articles?art_id=1131
2. В.Е. Юдин, А.М. Лексовский. Вязкоупругость полимерной матрицы и разрушение теплостойких волокнистых композитов. Физика твердого тела, 2005, том 47, вып. 5, с. 944. https://journals.ioffe.ru/articles/38382. V.E. Yudin, A.M. Leksovsky. Viscoelasticity of Polymer Matrix and Fracture of Heat Resistant Fiber Composites. Solid State Physics, 2005, volume 47, no. 5, p. 944.https: //journals.ioffe.ru/articles/3838
3. Броек Д. Основы механики разрушения /Пер. с англ. М.: Высшая школа, 1980. - 368 с.3. Broek D. Fundamentals of fracture mechanics / Per. from English. M .: Higher school, 1980 .-- 368 p.
4. A. Woesz, J.C. Weaver, M. Kazanci, Y. Dauphin, J. Aizenberg, D.E. Morse, P. Fratzl, Micromechanical properties of biological silica in skeletons of deep-sea sponges, J. Mater. Res. 21 (2006) 2068-2078.4. A. Woesz, J.C. Weaver, M. Kazanci, Y. Dauphin, J. Aizenberg, D.E. Morse, P. Fratzl, Micromechanical properties of biological silica in skeletons of deep-sea sponges, J. Mater. Res. 21 (2006) 2068-2078.
5. Yokozeki T., Iwahori Y., Ishibashi M. et al. Fracture toughness improvement of CFRP laminates by dispersion of cup-stacked carbon nanotubes // Composites Science 5. Yokozeki T., Iwahori Y., Ishibashi M. et al. Fracture toughness improvement of CFRP laminates by dispersion of cup-stacked carbon nanotubes // Composites Science
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020119315U RU202560U1 (en) | 2020-06-10 | 2020-06-10 | THERMOPLASTIC COMPOSITE PIPE |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020119315U RU202560U1 (en) | 2020-06-10 | 2020-06-10 | THERMOPLASTIC COMPOSITE PIPE |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU202560U1 true RU202560U1 (en) | 2021-02-24 |
Family
ID=74672602
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020119315U RU202560U1 (en) | 2020-06-10 | 2020-06-10 | THERMOPLASTIC COMPOSITE PIPE |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU202560U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU208651U1 (en) * | 2021-03-04 | 2021-12-29 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭНЕРГОПАЙП" | Reinforced pipe with barrier properties |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995007428A1 (en) * | 1993-09-06 | 1995-03-16 | Neste Oy | Thermoplastic composite pipe |
| RU2315223C1 (en) * | 2006-04-13 | 2008-01-20 | ООО "Промтехнологии" | Flexible load-bearing polymeric pipe and method of its using |
| RU190049U1 (en) * | 2017-12-07 | 2019-06-17 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Группа Полимертепло" | TRUMPET |
-
2020
- 2020-06-10 RU RU2020119315U patent/RU202560U1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995007428A1 (en) * | 1993-09-06 | 1995-03-16 | Neste Oy | Thermoplastic composite pipe |
| RU2315223C1 (en) * | 2006-04-13 | 2008-01-20 | ООО "Промтехнологии" | Flexible load-bearing polymeric pipe and method of its using |
| RU190049U1 (en) * | 2017-12-07 | 2019-06-17 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Группа Полимертепло" | TRUMPET |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU208651U1 (en) * | 2021-03-04 | 2021-12-29 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭНЕРГОПАЙП" | Reinforced pipe with barrier properties |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108527807B (en) | A kind of non-metallic flexible pipe and its manufacturing method | |
| US20200318761A1 (en) | High-pressure pipe with pultruded elements and method for producing the same | |
| EP0972154B1 (en) | Composite structures having high containment strength | |
| CN108286627B (en) | Thermoplastic composite tube with multi-layer middle sheet layer | |
| BR112012025999B1 (en) | flexible tube with multilayer structure with uncoupled layers | |
| WO1998045635A9 (en) | Composite structures having high containment strength | |
| RU204545U1 (en) | COMPOSITE PIPE WITH DISTRIBUTED BARRIER PROPERTIES | |
| BR112019010058B1 (en) | FLEXIBLE TUBE FOR FLUID TRANSPORT, FLUID EXPLORATION INSTALLATION THROUGH A BODY OF WATER AND MANUFACTURING METHOD OF A FLEXIBLE TUBE | |
| RU202560U1 (en) | THERMOPLASTIC COMPOSITE PIPE | |
| US11345111B2 (en) | Composite | |
| CN114245771A (en) | Multilayer structures for transporting or storing gas or for exploiting offshore oil fields on the seabed | |
| RU2457388C2 (en) | Multilayer reinforced polymer pipe and pipe system for water transportation | |
| RU203164U1 (en) | Thermoplastic composite pipe with reinforced shells | |
| WO2012155910A1 (en) | A flexible unbonded pipe | |
| RU204558U1 (en) | COMPOSITE PIPE | |
| RU210547U1 (en) | COMPOSITE PIPE WITH DISTRIBUTED GAS BARRIER | |
| CN207437945U (en) | Mining enhancing pipeline | |
| TW202030236A (en) | Composite with thermoplastic matrix | |
| RU2569839C1 (en) | Multi-component complex reinforcing thread | |
| RU151868U1 (en) | REINFORCED POLYMER PIPE, REINFORCING SYSTEM AND INTEGRATED REINFORCING THREAD FOR IT | |
| JP2023552845A (en) | composite tubing | |
| CN111457171A (en) | Non-adhesive equidirectionally wound thermoplastic flexible pipe and manufacturing method thereof | |
| CN115076472B (en) | Single polymer composite pipe | |
| WO2025140788A1 (en) | Method of manufacturing a pipe | |
| WO2024243499A1 (en) | Continuous fiber reinforced tapes |