КОМПОЗИТНАЯ АРМИРОВАННАЯ ТРУБА ИЗ ТЕРМОПЛАСТОВ

Полезная модель относится к трубопроводам, а именно, к армированным многослойным трубам из материалов на основе термопластов и может быть использована при транспортировке различных жидкостей и газов с повышенным (высоким) рабочим давлением.
Из уровня техники известна армированная труба, включающая внутренний и наружный слои из материалов на основе термопластов и размещенный между ними армирующий слой (см. патент RU 70339, кл. F16L 9/133, опубл. 20.01.2008). Недостатками известного устройства являются относительно невысокая прочность.
Наиболее близким техническим решением является напорная комбинированная труба из полимеров и композиционных материалов, описанная в патенте RU 2488732, кл. F16L 9/128, опубликованном 27.07.2013, которая представляет собой конструкцию, состоящую из внутреннего герметизирующего слоя, изготовленного из полимерной трубной заготовки, и внешнего силового слоя, изготовленного известными технологическими способами из композиционного материала. Композиционные материалы представляют собой армирующие волокна (стеклянные, базальтовые, углеродные, арамидные), переработанные в виде нитей, жгутов, ровингов, лент, тканей или в виде рубленых волокон, пропитанных полимерными связующими, изготовленными из реактивных синтетических смол (полиэфирных, эпоксидных, винилэфирных и др.). Недостатком известного решения является малый срок службы, обусловленный возможностью отслоения внутреннего слоя от армирующего каркаса из-за большой разницы в коэффициентах линейного теплового расширения, что приводит к последующему отрыву и нарушению целостности конструкции.
Задачей полезной модели является устранение указанных недостатков. Технический результат заключается в повышении долговечности армированной трубы. Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в армированной трубе, между внутренним слоем, выполненным из термопластов или композитов на основе термопластов и армирующим слоем расположен, по меньшей мере, один промежуточный слой, выполненный из композиции на основе термопластов, наполненной комплементарным армирующему слою волокном. Труба может содержать наружный слой, выполненный из термопластов или композитов на основе термопластов. Армирующий слой может быть выполнен методом филаментной намотки, с использованием волокон различной природы (стеклянное, углеродное, базальтовое, арамидное) в виде нитей, жгутов (ровингов), лент, тканей, матов, рубленных волокон и скрепленных синтетическим полимерным связующим (полиэфирные, винилэфирные, эпоксивинилэфирные, эпоксидные, феноло-формальдегидные смолы). Промежуточные слои могут быть выполнены с различной степенью наполнения волокном.
На чертеже схематично представлена конструкция армированной трубы.
Предлагаемая армированная труба с внутренним диаметром di, внешним диаметром de (в случае применения или отсутствия наружного защитного слоя 4) состоит из последовательно расположенных внутреннего слоя 1, промежуточных слоев 2 (на чертеже изображен вариант с двумя промежуточными слоями), армирующего слоя 3 и/или наружного защитного слоя 4. Внутренний 1 и наружный 4 слои имеют толщину не менее 3 мм, и выполнены из термопластов или композитов на основе термопластов. Армирующий слой 3 является основным несущим каркасом и выполнен методом филаментной намотки, с использованием стеклянных, углеродных, базальтовых или арамидных волокон в виде нитей, ровингов, лент, тканей, матов, рубленных волокон и скрепленных синтетическим полимерным связующим на основе полиэфирной, винилэфирной, эпоксивинилэфирной, эпоксидной и/или феноло-формальдегидной смол.
Армирующий слой 3 имеет высокую прочность и очень низкий коэффициент теплового линейного расширения.
Промежуточные слои 2 выполнены из композиции на основе термопластов с различной (отличающейся) степенью наполнения комплементарным материалу армирующего слоя волокном (от 5 до 60%). Материал, получаемый после введения волокна, имеет более низкий, чем у «чистых» термопластов коэффициент теплового линейного расширения (чем выше степень наполнения волокном, тем ниже этот коэффициент). Таким образом, введение промежуточных слоев 2 обеспечивает постепенное выравнивание коэффициента теплового линейного расширения между слоями 1-3 с образованием диффузионных связей между слоями 1-2 и прочных адгезионных связей между слоями 2-3, что значительно уменьшает нагрузку на пограничные области, тем самым исключая вероятность отслаивания. Кроме того, промежуточные слои 2 придают трубе дополнительную кольцевую прочность.
Предлагаемая армирующая труба может быть изготовлена одним из следующих образов.
Согласно первому варианту предлагаемую трубу получают методом прямой экструзии внутреннего слоя 1 с соэкструзионным (одновременным) нанесением одного и/или более промежуточных слоев 2, последующей намоткой армирующего слоя 3 и нанесением наружного защитного слоя 4, который необходим при работе в агрессивной среде. Производство труб этим методом диаметрами выше 500-600 мм теоретически возможно, но достаточно затруднительно.
Согласно второму варианту предлагаемую трубу получают путем послойного нанесения на специальные оправки внутреннего слоя 1 и одного или более промежуточных слоев 2 с последующей намоткой армирующего слоя 3, и, при необходимости, наружного защитного слоя 4. Этот метод актуален при производстве труб диаметром от 500-600 мм и выше.
Предлагаемая полезная модель позволяет создавать армирующий слой любой необходимой толщины (т.е. для любого необходимого рабочего давления), при этом создание прочных диффузных и адгезионных связей между внутренним и армирующим слоем за счет выполнения промежуточных слоев из наполненной композиции на основе термопластов, позволяет значительно повысить долговечность трубы.