[发明专利]碳纤维复合材料厚壁管的成型工艺

说明书

技术领域

    本发明属于复合材料成型工艺领域，具体涉及一种以碳纤维预浸料为材料制作厚壁管的成型工艺。

背景技术

传统的厚壁管用钢板卷制而成，厚壁卷管可分为冷卷厚壁卷管和热卷厚壁卷管两种。一般冷卷厚壁卷管的壁厚在20mm以下，外径范围450-3000mm，是由钢板直接卷制、焊接、成型、对接、去筋而成。冷卷厚壁卷管具有加工时间短、交货迅速、造价低等特点。热卷厚壁卷管的壁厚一般超过20mm，外径范围450-3000mm，是在钢板加热的状态下卷制、焊接、成型、去筋、探伤、出厂，有时壁厚较为特殊的还需要二次加热。热卷厚壁卷管特点在于外径公差小、壁厚均匀等，最主要的是不会伤害到原材料的性能。

但是，钢板卷制而成的厚壁管质量太大，并不适合用于一些要求质量轻的场合使用。例如，自浮式测井仪的载体需要质量小、浮力大、耐压强度高的厚壁管，而钢板卷制成的厚壁管过重，上浮速度过慢，会影响测量的准确性。普通金属材料的力学性能无法满足耐高压的要求。

用碳纤维预浸料制成的厚壁管具有质量小、耐压强度高的特点，目前常用的是碳纤维湿法缠绕成型工艺：将碳纤维浸渍树脂后，进行缠绕成型和后固化处理，即得成品。此工艺的缺点是：树脂含量不易控制；纤维体积含量一般较低；容易产生空隙，产品质量难以控制；制品力学性能相对较低；树脂浪费严重，操作环境差；由于受到缠绕角度影响，纤维铺层设计受到限制，不能发挥纤维最大承载能力。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种碳纤维复合材料厚壁管成型工艺，制备过程中不造成环境污染、成型后无需后期机械加工处理；制备的厚壁管孔隙率低、纤维含量高、承载能力强，管件的铺层设计不受限制，不同方向纤维分布量可以精确控制，铺叠角度可以设计，能进一步发挥纤维承载能力。本发明使用T700级碳纤维环氧树脂预浸料生产的内经φ37mm外径φ49mm长1200mm规格的厚壁管能耐外压80MPa以上。

本发明技术方案：

 一种碳纤维复合材料厚壁管的成型工艺，其特征包括以下步骤：

a. 制备单向碳纤维预浸料，根据管件的长度和厚度对预浸料进行裁剪；

b. 铺叠：将步骤a中裁剪好的预浸料进行铺叠；

c. 卷管：将步骤b中铺叠好的预浸料熨烫在涂有脱模剂的芯模上进行卷管；

d. 固化：对步骤c中得到的制件进行固化处理；

e. 脱模：经过步骤e固化处理后，进行脱模处理，即得所述的碳纤维复合材料厚壁管。

优选地，步骤b中所述的铺叠包括以下内容：将裁剪好的预浸料依次铺叠，根据实际需要，采用不同面密度的预浸料通过铺叠工序调整纤维在0°、90°方向上的分布比例。

优选地，步骤c中所述的卷管包括以下内容：用卷管机进行卷管，卷管采用的温度为15~40℃，压力为0.2~0.6MPa。

优选地，步骤c和d之间增加缠绕热收缩膜工序：在步骤c中得到的制件外表面用热收缩膜进行缠绕。

优选地，所述热收缩膜为BOPP收缩膜或者PET收缩膜。

一种根据上面所述成型工艺制成的碳纤维复合材料厚壁管。

一种上面所述碳纤维复合材料厚壁管在自浮式测井仪载体方面应用。

本发明效益如下：

1. 传统的厚壁管都采用钢材料卷制成，但此类厚壁管为了达到一定的耐压强度（比如80MPa），必须增加质量，因此应用范围受到限制。本发明中采用碳纤维预浸料作为原材料生产的厚壁管，比同等抗压强度的钢材料卷管质量小，扩大了其应用范围。

2. 目前复合材料厚壁管，通常采用碳纤维湿法缠绕成型工艺，将碳纤维浸渍树脂后，进行缠绕成型，再加热固化即得成品。此工艺的缺点是：树脂含量不易控制；纤维体积含量一般较低；容易产生空隙，产品质量难以控制；制品力学性能相对较低；树脂浪费严重，操作环境差。而本发明以预浸料为原材料，通过剪裁，铺层，卷管，缠带，固化而成，此工艺可以对树脂的含量进行严格控制，纤维含量高，力学性能好，没有树脂因溶剂挥发而造成的危害性气体，作业环境得到改善；碳纤维预浸料的挥发分含量低，一般小于0.5%，产品的孔隙率相对降低。