ТРУБА КОМПОЗИЦИОННАЯ

Труба композиционная предназначена для использования в трубопроводах для транспортирования воды.
Известна труба композиционная, содержащая намотанный слоями спирально-перекрестной намоткой с образованием щелей волокнистый материал, пропитанный связующим. Такая труба предназначена для изготовления фильтров, поэтому щели в соответствием с изобретением, не заполняют адгезивом или полимерным материалом (патент RU №2215227 от 19.03.2002).
Известна труба композиционная, содержащая армирующий композиционный слой, со сквозными щелями, внутренний и наружный защитный слои, соединенные через расплав термопластичного полимерного материала, заполняющего щели (патент RU №2258858 от 08.01.2004). Недостаток трубы по данному изобретению - невозможность соединения слоев трубы, изготовленных из разнородных адгезионно не соединяемых материалов, так как армирующий слой заполнен материалом одного из слоев трубы. Другой недостаток - пониженная прочность трубы вследствие только одной сетчатой навивки в композиционном слое.
Известна труба бипластмассовая, содержащая внутренний слой из термопласта и наружный слой из стеклопластика, причем на наружной поверхности внутреннего слоя и внутренней поверхности наружного слоя выполнены выступы и канавки, обеспечивающие лучшее сцепление слоев (патент RU №2269713 от 16.01.2004). Недостаток трубы - в ее невысокой прочности вследствие отсутствия армирующего слоя.
Известна труба пластмассовая, содержащая внутренний слой из термопластичного материала, армирующий слой из сетки перекрестно навитых нитей с образованием щелей, которые заполнены адгезивом, наружный слой из термопластичного материала (патент RU №2154220 от 19.05.1999, патент US №4000760 от 26.01.1976). Недостаток данной конструкции трубы - в ее пониженной прочности, так как в ней не предусмотрена возможность навивки второго армирующего сетчатого слоя.
Известна также труба композиционная пластиковая, содержащая внутренний и наружный слои из термопластичного материала, в конструкции которой имеются продольные и поперечные канавки и выступы, обеспечивающие лучшее сцепление слоев, чем у труб без канавок и выступов (патент RU №2046242 от 29.06.1989). Недостаток трубы - недостаточная прочность трубы в радиальном направлении вследствие отсутствия армирующего слоя. Этот недостаток не позволяет использовать, трубу для транспортирования жидкости под высоким давлением.
Известна труба гибкая, состоящая из внутреннего и наружного слоев из экструдируемого термопластичного материала, армированных одним или двумя слоями нитей, навитых в виде сетки с образованием сквозных ячеек, заполняемых термопластичным материалом (патент US №3776794 от 28.04.1971). При двух армирующих слоях термопластичный материал внутреннего слоя трубы заполняет ячейки примыкающего к нему армирующего слоя, а термопластичный материал наружного слоя заполняет ячейки примыкающего к нему армирующего слоя. Заполнение ячеек и соединение слоев трубы через ячейки происходит при нагреве трубы в теплообменном аппарате и при создании давления нагретой трубы на внешний слой. Встречное проникновение слоев нагретого термопластичного материала через ячейки обеспечивает соединение внутреннего и внешнего слоев трубы. Для обеспечения лучшего проникновения термопластичного материала через ячейки навивка армирующего слоя, примыкающего к наружной поверхности внутренней трубы выполнена с большим шагом, чем навивка второго слоя. Недостаток конструкции трубы - в низкой технологичности изготовления, обусловленной ее конструктивными особенностями, а именно:
отсутствием такого соотношения шага навивки и диаметра нити или жгута, при котором гарантирован размер сквозных ячеек, обеспечивающий их заполнение адгезивом и охват большей части поверхностей нитей термопластичным материалом наружного слоя, а также его адгезия к наружной поверхности внутреннего слоя;
отсутствием такого соотношения шагов перекрестной навивки сеток армирующего слоя, которое обеспечивает протекание термопластичного материала через сквозные ячейки с двойной навивкой.
Техническая задача изобретения - создание конструкции трубы композиционной повышенной прочности для транспортирования жидкости (горячей
воды) при высоком давлении, позволяющей упростить технологию ее производства и снизить расход полимерных термопластичных материалов. Получаемый технический эффект - повышение прочности, технологичности трубы и номинального рабочего давления в сравнении с известными конструкциями композиционных труб при одинаковой с ними массе одного погонного метра.
Задача решена в конструкции трубы композиционной, состоящей из внутреннего и наружного слоев из термопластичного полимерного материала и размещенного между ними армирующего слоя, включающего первую армирующую сетку со сквозными заполненными полимерным материалом ячейками, образованными перекрестие навитыми на наружную поверхность внутреннего слоя полимерными нитями; вторую армирующую сетку, перекрестно навитую на первую армирующую сетку из нитей или жгутов из полимерного материала с образованием сквозных ячеек, при этом отношение шага навивки к диаметру нитей первой армирующей сетки находится в интервале 2÷10, отношение шага навивки к диаметру нити второй армирующей сетки находится в интервале 4÷10, отношение угла второй армирующей сетки к углу навивки первой армирующей сетки 1,1÷1,5; материалы внутреннего и наружного слоев трубы являются различными по химическим свойствам, а полимерный материал, заполняющий сквозные ячейки армирующих сеток по высоте частично или полностью, является адгезивом для внутреннего и наружного слоев трубы.
Для заполнения адгезивом сквозных ячеек до наружной поверхности внутреннего слоя трубы отношение шага навивки второй армирующей сетки к шагу навивки первой армирующей сетки находится в интервале 3÷6. При отношении, меньшем 3, в связи с перекрытием ячеек первой и второй сеток возможно образование незаполненных адгезивом ячеек и ослабленная адгезия к наружной поверхности внутреннего слоя. При отношении, большем 6, возможно снижение прочности трубы, что недопустимо для труб высокого давления.
Первая навивка выполнена под углом относительно оси трубы, находящимся в интервале ±(45°÷80°), а вторая навивка выполнена под углом к оси трубы выбирается из интервала ±(60°÷85°). При угле первой навивки, меньшем 45°, и при угле второй навивки, меньшем 60°, снижается прочность трубы в радиальном направлении. При угле навивки, большем 85°, труба имеет невысокую линейную жесткость.
Для увеличения площади контакта материала наружного слоя с поверхностью нитей армирующего слоя и силы предварительного натяжения нити при высоком давлении транспортируемой в трубопроводе среды полимерная высокопрочная нить является крученой из 3 арамидных нитей или из жгутов.
В зависимости от давления транспортируемой жидкости возможен вариант, при котором нить первой и второй армирующей сеток является крученой в 3 сложения линейной плотностью 120 текс из арамидных нитей.
При высоком давлении предпочтительно выполнение второй навивки жгутом линейной плотностью от 200 до 650 текс из арамидных нитей.
Для увеличения площади контакта поверхностей и исключения сдвига слоев трубы при изгибе наружная поверхность внутреннего слоя имеет канавки шириной не менее диаметра нити, глубиной, превышающей диаметр нити и не превышающей 1/5 толщины внутреннего слоя, выполненные с интервалом 3-6 диаметров нити, при этом адгезив заполняет канавки и соединен с наружной поверхностью внутреннего слоя. Канавки могут быть как продольными, так и поперечными. Предпочтительны продольные канавки, так как для экструзии трубы с продольными канавками используется экструзионная головка простой конструкции.
При наличии канавок на наружной поверхности внутренней поверхности трубы используются те же крученые нити или жгуты, что и при использовании внутреннего слоя с наружной поверхностью без канавок.
Для транспортирования нагретой среды, например, воды при температуре до 75°С, предпочтительны материалы: внутреннего слоя - полипропилен, а наружного слоя - полиэтилен; а при температуре до 95°С: внутреннего слоя - из сшитого полиэтилена, изготовленного по методу Энгеля, а наружного слоя - из экструдируемого полиэтилена.
Технический эффект - упрощение технологии изготовления трубы композиционной при обеспечении ее высокой прочности при высоких давлениях транспортируемой среды (до 20 МПа) - достигается за счет обеспечения заполнения адгезивом ячеек двух армирующих слоев.
Технический эффект обеспечивается линейными размерами ячеек в армирующих слоях, превышающими диаметр нитей или жгутов, используемых для навивки армирующего слоя. Новые признаки, обеспечивающие достижение технического эффекта, следующие: отношение шага навивки к диаметру нитей первой армирующей сетки находится в интервале 2÷10; отношение
шага навивки к диаметру нити второй армирующей сетки находится в интервале 4÷10; при отношении угла навивки второй армирующей сетки к углу навивки первой армирующей сетки от 1,1 до 1,5, при этом материалы внутреннего и наружного слоев трубы являются различными по химическим свойствам, а полимерный материал, заполняющий сквозные ячейки армирующего слоя по высоте частично или полностью является адгезивом для внутреннего и наружного слоев трубы.
Для повышения качества трубы предпочтительно ее выполнение с использованием дополнительных конструктивных признаков, а именно: отношение шага навивки второй армирующей сетки к шагу навивки первой армирующей сетки находится в интервале 3÷6; первая навивка выполнена под углом относительно оси трубы, находящимся в интервале ±(45°÷80°), а вторая навивка выполнена под углом к оси трубы выбирается из интервала ±(60°÷85°); нить первой и второй армирующей сеток является крученой в 3 сложения линейной плотностью 120 текс из арамидных нитей; вторая навивка выполнена жгутом линейной плотностью от 200 до 650 текс из арамидных нитей.
Эти признаки конструкции могут сочетаться с наличием на наружной поверхности внутреннего слоя канавок шириной не менее диаметра нити, глубиной, превышающей диаметр нити и не превышающей 1/5 толщины внутреннего слоя, выполненных с интервалом 3÷6 диаметров нити; при этом адгезив заполняет канавки и соединен с наружной поверхностью внутреннего слоя. Более технологичны продольные канавки.
Перечисленные отличительные признаки трубы композиционной не обнаружены при проведении патентно-информационных исследований для анализа уровня техники. Следовательно, полезная модель имеет мировую новизну.
На фиг.1 показана конструкция трубы композиционной из двух слоев термопластичного полимерного материала и армирующей сетки.
На фиг.2 - поперечное сечение трубы на фиг.1.
На фиг.3 - конструкция трубы композиционной, в которой на наружной поверхности внутреннего слоя имеются продольные канавки.
На фиг.4 - поперечное сечение трубы на фиг.3.
На фиг.5 - конструкция трубы композиционной, в которой на наружной поверхности внутреннего слоя имеются поперечные канавки.
Труба композиционная состоит из внутреннего слоя 1, наружного слоя 2 из термопластичного полимерного материала, армирующего слоя 3, двух сеток 4, 5 со сквозными ячейками 6 и 7 из перекрестно навитых на наружную поверхность внутреннего слоя 1 (фиг.1, 2) полимерных высокопрочных нитей 8 и 9, заполненных адгезивом 10.
1
1
2
2
Отношение шага навивки к диаметру нитей 8 первой армирующей сетки 4 находится в интервале 2÷10 (S/d=2÷10, фиг.3); отношение шага навивки к диаметру нити 9 второй армирующей сетки 5 находится в интервале 4÷10 (S/d=4÷10, фиг.3) при отношении угла второй навивки 5 к углу навивки первой сетки 4 от 1,1 до 1,5; при этом отношение шага навивки второй армирующей сетки 5 к диаметру нити 9 находится в интервале 3÷6.
Перекрестная навивка первой армирующей сетки 4 может быть выполнена под углом α относительно оси трубы, выбираемым из интервала α=±(45°÷80°), навивка второй сетки 5 - под углом β=±(60°÷85°) (фиг.1). При этом углы навивки сеток 6 и 7 являются различными для обеспечения взаимного пересечения нитей 8 или нитей 8 и жгутов 9. Степень различия углов (фиг.1) определяется заданным соотношением β/α=(1,1÷1,5).
Для транспортируемой среды, например, воды при температуре 75°С предпочтительны материалы: внутреннего слоя 1 - полипропилен, а наружного слоя 2 - полиэтилен; при температуре до 95°С: внутреннего слоя 1 - сшитый полиэтилен, изготовленный по методу Энгеля, а наружного слоя 2 - экструдируемый полиэтилен либо полипропилен.
Для увеличения площади контакта материала наружного слоя 2 с поверхностью нитей 8 и 9 армирующего слоя 3 и силы предварительного натяжения нитей 8 и 9 при высоком давлении транспортируемой в трубопроводе среды полимерная высокопрочная нить 8 является крученой в 3 сложения из арамидных нитей или жгутов, например, нить первой сетки 4 является крученой в 3 сложения линейной плотностью 120 текс из арамидных нитей, а второй сетки 5 - жгут 9 из арамидных нитей линейной плотностью от 200 до 650 текс.
Для увеличения поверхностей контакта и взаимной адгезии армирующего слоя 3 и наружной поверхности внутреннего слоя 1, устойчивости сечения трубы при изгибе и при действии внешнего давления, наружная поверхность внутреннего слоя 1 имеет канавки 11 шириной не менее диаметра нити 8,
выполненные с интервалом 2-4 диаметра нити 8 и глубиной, превышающей диаметр нити 8 и не превышающей 1/5 толщины внутреннего слоя 1; адгезив 10 охватывает большую часть поверхности нитей 8 и 9, заполняет сквозные ячейки 6 и 7 и канавки 11 и соединен с наружной поверхностью внутреннего слоя 1. Канавки 11 (фиг.3, 4) являются продольными, а канавки 12 (фиг.5) - поперечными.
В вариантах исполнения (фиг.4, 5) с канавками 11 и 12 на наружной поверхности внутреннего слоя 1 трубы используются те же крученые нити 8 или жгуты 9, что и при использовании внутреннего слоя 1 с наружной поверхностью без канавок.