Конструкция термопластичной армированной трубы

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ КОНСТРУКЦИЯ ТЕРМОПЛАСТИЧНОЙ АРМИРОВАННОЙ ТРУБЫ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Научно-исследовательский центр проблем ресурсосбережения Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Сечко Александр Эдуардович Новик Ирина Геннадиевна Свириденок Анатолий Иванович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Научно-исследовательский центр проблем ресурсосбережения Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Конструкция армированной термопластичной трубы, содержащая внутренний и наружный слои из термопластичного материала и расположенный между ними армирующий слой, отличающаяся тем, что внутренний слой состоит из герметизирующей полимерной трубчатой оболочки, а наружный слой состоит из одного или нескольких слоев однонаправленно армированных лент, представляющих собой волокнистую длинномерную нить,покрытую расплавом матричного полимера, и уложенных методом продольной укладки и спирально-винтовой намоткой, образуя силовой армирующий слой. 2. Конструкция по п. 1 отличающаяся тем, что внутренний слой соединяется с наружным армирующим слоем посредством промежуточного термопластичного клеевого слоя. 3. Конструкция по п. 2, отличающаяся тем, что у промежуточного термопластичного клеевого слоя температура плавления ниже, чем у материала внутреннего слоя и матричного полимера наружного силового слоя. 4. Конструкция по п. 1, отличающаяся тем, что между внутренним и наружным слоями располагаются провода контроля целостности и герметичности трубы. 5. Конструкция по п. 1, отличающаяся тем, что внутренняя герметизирующая оболочка и полимерная матрица армирующей ленты выполнены из одного и того же материала или разнородных термопластичных полимеров различного химического состава,или их композиций, в том числе сополимеров, или из вторичных термопластов. 38692007.10.30 6. Конструкция по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве длинномерной нити в армирующей ленте используют непрерывные волокна или нити в виде ровинга или шпагата из синтетических или натуральных материалов, или их комбинаций.(56) 1. Патент РФ 2 176 348 1, МПК 16 9/12, 2001. 2. Патент РФ 2 170 872 1, МПК 16 9/12, 2001. 3. Патент РФ 2 205 318 С 2, МПК 16 9/12, 2003. Предлагаемая полезная модель относится к области производства полимерных труб, в частности к трубам, выполненным с армированием, и может быть использована при создании полимерных трубопроводов для транспортировки жидких и газообразных, в том числе агрессивных, сред под высоким давлением для нужд газо- и нефтедобывающей, химической и других отраслей, в промышленных и коммунальных системах водо- и газоснабжения. Известна конструкция трубы, содержащая внутренний герметизирующий слой и наружную оболочку, которые выполнены из термопластичного полимера, а между ними расположен армирующий слой - металлический сетчатый каркас 1. Недостатком данной конструкции являются высокие массовые характеристики и невысокая работоспособность из-за низкой адгезии между металлической арматурой и полимерными слоями. Известна конструкция трубы, содержащая армирующий слой в виде ленты, свернутой спиралью, размещенный в монолите полимера 2. Недостатком является необходимость предварительной подготовки армирующей ленты и сложность формирования каркаса. Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, по совокупности основных признаков, является труба, содержащая внутренний и наружный слои из термопластичного материала и расположенный между ними армирующий слой в виде непрерывных нитей, углубленных в наружную поверхность внутреннего слоя и внутреннюю поверхность наружного слоя 3. Недостатком прототипа является неравномерная прочность трубы в радиальном направлении из-за несплошности армирующего каркаса, в результате чего часть нагрузки воспринимается только полимерным материалом, необходимость активировать наружную поверхность внутреннего слоя трубы перед нанесением армирующих нитей и необходимость экструзии наружного защитного слоя. Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является создание конструкции термопластичной армированной трубы с заданными физико-механическими характеристиками изделия, простой в изготовлении, обеспечивающей возможность снижения удельного веса труб и быстрой технологической переналадки производства. Задача решается за счет того, что полимерная труба содержит внутренний слой, выполненный в виде герметизирующей трубной оболочки и один или нескольких наружных армирующих слоев, получаемых методом продольной укладки и спирально-винтовой намоткой непрерывной армированной ленты, представляющей собой волокнистую длинномерную нить, покрытую полимером. В качестве длинномерной нити используются непрерывные волокна, нити, ровинг, шпагат из синтетических или натуральных материалов, или их комбинаций. Выбор волокна и объемное соотношение полимера и волокна в ленте определяются требуемыми физико-механическими характеристиками трубы в осевом и тангенциальном направлениях. При выборе матричного полимера наружного силового защитного слоя учитываются требования, обычно предъявляемые к механическим свойствам, адгезии,2 38692007.10.30 стойкости к внешним воздействиям, а также требование совместимости при сплавлении с полимером, из которого изготовлена внутренняя герметизирующая оболочка трубы. Внутренняя оболочка и матрица наружного силового слоя могут быть выполнены из одного и того же термопластичного полимера или из полимеров различных марок, в частности из полиэтилена высокого или низкого давления, полипропилена, полиэтилентерефталата, поливинилхлорида, полиамида, полибутена, АБС-пластика или их композиций и сополимеров, в т.ч. модифицированных, а также из вторичных полимеров. Для адгезионного соединения внутренней герметизирующей оболочки и наружного силового слоя также может быть использована термопластичная клеевая композиция с температурой плавления ниже, чем у полимера внутренней герметизирующей оболочки трубы и матричного полимера наружного силового слоя трубы. Армированная труба может иметь провода контроля ее состояния, что позволяет определить факт и место повреждения с высокой точностью. Провода контроля располагаются между герметизирующей оболочкой и наружным силовым слоем. Вышеуказанные особенности конструкции армированной полимерной трубы являются существенными признаками, так как каждый из них в отдельности и совместно направлены на решение поставленной задачи. Существенные отличительные признаки конструкции полимерной армированной трубы являются новыми, так как их использование в известном уровне техники, аналогах и прототипе не обнаружены, что позволяет характеризовать конструкцию по совокупности существенных признаков соответствующей критерию новизна. Единая совокупность новых существенных признаков с общеизвестными существенными признаками позволяет решить поставленную задачу и достичь новый технический результат. Новое техническое решение по конструкции термопластичной армированной трубы является результатом разработки конструкции и творческого вклада, полученного без использования нормативно-технической документации, ГОСТов, стандартов или какихлибо рекомендаций в данной области техники для решения поставленной задачи, является оригинальным по конструктивному исполнению, не очевидным для специалистов соответствующей отрасли, характеризуется необходимым критериями изобретательский уровень. Предложенная конструкция поясняется схемой сечения полимерной армированной трубы. Заявленная конструкция термопластичной армированной трубы состоит из внутренней герметизирующей полимерной оболочки (1), термопластичного клеевого слоя (2), армирующих продольного (3) и окружного силовых слоев выполненных методами продольной укладки и спирально-винтовой намотки армирующей ленты, состоящей из длинномерного волокна (5), покрытого полимером (4). Между внутренним герметизирующим слоем и наружными армирующими слоями располагаются провода контроля (6). Данная конструкция трубы обусловлена технологичностью ее изготовления. Одностадийный метод производства, совмещающий процесс формирования непрерывной однонаправлено армированной ленты и нанесение ее на внутреннюю герметизирующую оболочку трубы, позволяет получать целостную конструкцию термопластичной армированной трубы, с заданными физико-механическими характеристиками изделия и обеспечивающей возможность снижения удельного веса труб. Для этого полимерная герметизирующая трубная заготовка (1), полученная методом экструзии, подается в устройство намотки. При необходимости снаружи на герметизирующую оболочку наносят тонкий термопластичный слой клея (2) в виде пленки или полимерного волокнисто-пористого материала (метод получения клеевого холста, патент РБ 1427). Провода контроля (6) укладываются вдоль трубной заготовки одновременно с выполнением продольного армирования. Армирующая лента, полученная методом экструзии с нанесением расплава (4) на волокнистую длинномерную нить (5), подается в уст 3 38692007.10.30 ройство намотки и методами продольной укладки и спирально-винтовой намотки плотно укладывается на трубную заготовку с формированием продольного (3) и окружного силовых слоев. За счет того, что полимер, покрывающий армирующую нить при намотке, находится в расплавленном вязко-текучем состоянии, происходит сплавление расположенных рядом витков и приплавление наружного слоя к герметизирующей оболочке, что позволяет равномерно распределять нагрузку между герметизирующей оболочкой и силовыми армирующими элементами трубы. При этом наличие продольных армирующих слоев повышает устойчивость конструкции в осевом направлении, а спиральных - в тангенциальном. Наличие проводов контроля позволяет быстро и с высокой точностью определить место повреждения конструкции. После остывания получается упрочненная армированная термопластичная труба. В результате достигается создание конструкции с улучшенными эксплуатационными свойствами из дешевых, в том числе вторичных, полимерных материалов с повышенной прочностью соединения разнородных слоев. Для сравнительной оценки прочностных и весовых характеристик трубы заявленной конструкции были проведены испытания разрыва кольцевых образцов методом растяжения колец полудисками (ГОСТ 25.603-82). По полученным данным определено расчетное предельное давление среды для труб заявляемой конструкции с герметизирующей оболочкой и матричным полимером армирующих слоев из ПП, армированных стеклоровингом, составляет 20-25 МПа, для аналогичных труб, армированных предварительно пропитанными полимером тканевыми лентами, - 9-11 МПа. Расчет удельного веса труб заявляемой конструкции показал, что материалоемкость конструкции снижается на 3050 по сравнению с трубами, армированными предварительно пропитанными полимером тканевыми лентами, и в 2-7 раз по сравнению с трубами из традиционно используемых полимерных материалов. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4