Труба из термопластичных полимеров, армированных волокнами

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ТРУБА ИЗ ТЕРМОПЛАСТИЧНЫХ ПОЛИМЕРОВ,АРМИРОВАННЫХ ВОЛОКНАМИ(71) Заявитель Ставров Василий Петрович Карпович Олег Иосифович Гоманькова Анна Борисовна(72) Авторы Ставров Василий Петрович Карпович Олег Иосифович Гоманькова Анна Борисовна(73) Патентообладатель Ставров Василий Петрович Карпович Олег Иосифович Гоманькова Анна Борисовна(57) Труба из термопластичных полимеров, армированных волокнами, содержащая герметизирующий слой и силовой каркас, состоящий из армирующих волокон, расположенных под углом друг к другу, отличающаяся тем, что часть волокон силового каркаса ориентирована вдоль образующей трубы и включена в герметизирующий слой, а другая часть в составе однонаправленной ленты с термопластичной матрицей ориентирована по окружности и связана с герметизирующим слоем по крайней мере на концах трубы.(56) 1. Патент Российской Федерации 2095676, МПК 16 9/133, 1997. 2. Ларионов А.Ф., Поспелов А.Б. Конструкция и технология производства бипластмассовых труб нефтяного назначения // Тезисы докл. Всеросс. конф. Аэрокосмическая техника и высокие технологии-2000. - Пермь, 2000. - С. 118. 3.,// ,.1998. - . 27,10. - . 447-451 (прототип). 1322 Полезная модель относится к трубам из пластических масс и может быть использована для транспортирования жидких и газообразных сред. Известны трубы из полимеров, армированных волокнами, содержащие герметизирующий слой и силовой каркас. Так, бипластмассовая труба ЗАО Композит-нефть 1, 2 содержит внутренний герметизирующий слой из термопластичного полимера и наружный силовой каркас, образованный стеклянными волокнами, пропитанными термореактивной полимерной смолой. Слои соединены между собой полимерной прослойкой (из сэвилена). Наличие в силовом слое трубы термореактивного матричного полимера обусловливает большую продолжительность процесса изготовления. Чтобы повысить технологичность конструкции трубы, составляющие слои и связывающая их прослойка выполнены из материалов, имеющих одинаковую температуру подготовки к спеканию и полимеризации. Это ограничивает выбор компонентов и возможность оптимизации технологических режимов. Труба из армированных волокнами термопластичных полимеров, наиболее близкая по конструкции к предлагаемой, согласно источнику информации 3, имеет внутренний герметизирующий слой и нанесенный на него силовой каркас, состоящий из двух систем волокон, ориентированных под углом друг к другу и к образующей трубы (намотанных по спирали). Для защиты силового каркаса от повреждений труба покрыта дополнительным слоем термопластичного полимера. Силовой слой в данной трубе не содержит термореактивного матричного полимера,поэтому конструкция трубы более технологична. Однако из-за малых модулей упругости материала при растяжении-сжатии под углом к направлению армирования и при сдвиге в плоскости армирования жесткость при изгибе такой трубы оказывается низкой, особенно при повышенных температурах эксплуатации, вследствие чего труба имеет повышенные прогибы в условиях эксплуатации. Кроме того, вследствие низкой проницаемости системы волокон для высоковязких расплавов термопластичных полимеров армирующие волокна силового каркаса плохо связаны с герметизирующим слоем и поэтому жесткость при изгибе снижается еще и за счет межслойных сдвигов. Нанесение защитного слоя термопластичного полимера снижает технологичность конструкции. Предлагаемое техническое решение направлено на повышение жесткости трубы при изгибе и улучшение ее технологичности. Поставленная цель достигается тем, что в трубе из термопластичных полимеров, армированных волокнами, содержащей герметизирующий слой и силовой каркас, состоящий из армирующих волокон, расположенных под углом друг к другу, часть волокон силового каркаса ориентирована вдоль образующей трубы и включена в герметизирующий слой, а другая часть в составе однонаправленной ленты с термопластичной матрицей ориентирована по окружности и связана с герметизирующим слоем по крайней мере на концах трубы. Заявляемое техническое решение поясняется иллюстрацией, показывающей поперечное сечение трубы. Труба предлагаемой конструкции содержит герметизирующий слой 1 и силовой каркас 2. Одна часть волокон 3 ориентирована вдоль образующей, другая часть волокон 4 заключена в термопластичную матрицу, уложена по окружности и связана с герметизирующим слоем по крайней мере на концах трубы. Силовой каркас 2 обеспечивает прочность трубы при действии внутреннего давления рабочей среды. Герметизирующий слой 1 обеспечивает непроницаемость трубы для рабочей среды. Количество волокон силового каркаса, ориентированных в продольном (3) и окружном (4) направлениях, рассчитывается в зависимости от диаметра трубы и расчетного давления. Соотношение между частями волокон 3 и 4 составляет примерно 12. В предлагаемом техническом решении волокна 3, ориентированные вдоль образующей, введены в герметизирующий слой 1 в процессе его экструзии, например, в составе однонаправленно армированной ленты, полученной в результате пултрузионной пропитки 2 1322 однонаправленной системы волокон (нитей, ровинга) расплавом термопластичного полимера. При этом обеспечивается прочная связь между армирующими волокнами 3 и герметизирующим слоем 1, что способствует повышению жесткости при изгибе. Вторая часть 4 силового каркаса 2 сформирована путем обмотки герметизирующего слоя 1 однонаправленно армированной лентой, ориентированной по окружности. Лента соединена с герметизирующим слоем по крайней мере на концах трубы (приварена или приплавлена), например, при формовании соединительных законцовок (фланцев, буртиков, раструбов). Введение части волокон непосредственно при изготовлении герметизирующего слоя,а потому достаточность нанесения на герметизирующий слой только одной системы армирующих волокон, отсутствие дополнительного защитного слоя (его функцию выполняет лента с термопластичной матрицей) повышают технологичность конструкции. Продольная ориентация части волокон обеспечивает более высокую изгибную жесткость трубы по сравнению с прототипом. Так, модули упругости при растяжении-сжатии вдоль оси материала армированных труб, силовой каркас которых образуют стеклянные волокна, заключенные в матрицу из полипропилена, при степени армирования 30 об.составляют 7,64 ГПа для предлагаемого варианта исполнения и 1,25 ГПа для прототипа. Стрела прогиба труб горячего водоснабжения диаметром 110 мм из полипропилена,армированного стеклянными волокнами, рассчитанных на температуру эксплуатации до 60 С и номинальное давление 1,6 МПа составляет на базе 3 м при исполнении по известному варианту 268 мм, по предлагаемому - 42 мм. Таким образом, труба предлагаемой конструкции обладает существенно более высокой жесткостью при изгибе. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.