Труба из композиционно-волокнистого материала

Изобретение относится к созданию изделий из композиционных материалов, в частности герметичных изделий из армированных материалов, имеющих форму тел вращения, и может быть использовано в различных отраслях техники, например в химической, нефтехимической и авиационной. Техническим результатом изобретения является создание прочных труб, способных противостоять нагрузкам, возникающим при подземной прокладке трубопроводов, и изгибающим нагрузкам, а также повышения внутреннего давления разгерметизации трубы. Труба из композиционно-волокнистого материала содержит слои с армирующим волокнистым материалом, пропитанным связующим и ориентированным в продольном и поперечном направлениях, причем в кольцевом направлении образованы два слоя - наружный и внутренний, наружный слой армирован материалом - жестким материалом, имеющим модуль упругости не менее чем на 30% больше, чем материал, используемый для внутреннего кольцевого и продольного слоев - нежесткий материал, толщина наружного кольцевого слоя составляет 40-150% от толщины внутреннего кольцевого слоя, в качестве жесткого материала применяется базальтовое волокно, а в качестве нежесткого материала - стеклянное волокно. 2. з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к созданию изделий из композиционных материалов, в частности герметичных изделий из армированных материалов, имеющих форму тел вращения, и может быть использовано в различных отраслях техники, например в химической, нефтехимической и авиационной.

Известны многослойные трубы из композиционного материала по патенту 2167357 (опубл. 20.05.2001), в которых конструкционный слой трубы из композиционного материала выполнен из армирующего материала в виде чередующихся монослоев с поперечной и продольной укладкой армирующего материала, пропитанного, например, термореактивным связующим, при этом в продольном направлении армирующий материал уложен зигзагом.

Данная конструкция трубы не решает проблемы повышения несущей способности при действии наружного давления грунта в случае подземной прокладки трубопровода. Подвижки грунта, особенно в поперечном направлении трубы, приводят к ее изгибу, вследствие которого нарушается целостность или герметичность. К недостаткам относится также пониженная прочность композиционного материала на сдвиг, которая отрицательно сказывается, например, при работе трубы на изгиб.

Известна труба из конструкционных материалов по заявке 2001134004, выполненная из армирующих материалов в виде чередующихся монослоев с поперечной и продольной укладкой армирующего материала, пропитанного, например, термореактивным связующим, при этом в продольном направлении армирующий материал уложен зигзагом, вершины каждой петли зигзага зафиксированы прижимными стеклонитями, образуя косослойную продольно-поперечную структуру, при которой продольно и поперечно уложенный армирующий материал образует слоистую структуру, в которой каждый последующий монослой смещен относительно предыдущего в продольном направлении и по окружности, она состоит из внутреннего и наружного конструкционных слоев, разделенных барьерным слоем с повышенным содержанием связующего, причем толщина барьерного слоя составляет 0,5...1 мм, а толщина внутреннего конструкционного слоя равна 25...40% от оставшейся толщины трубы, а барьерный слой образован намоткой низкоплотной тканой или нетканой ленты и намоткой кольцевого ровинга.

Трубы данной конструкции также плохо противостоят наружному давлению грунта, подвижкам в земной коре и изгибающим нагрузкам.

Предлагаемым изобретением решается задача создания прочных труб, способных противостоять нагрузкам, возникающим при подземной прокладке трубопроводов, и изгибающим нагрузкам. Кроме того, предлагаемым изобретением решается задача повышения внутреннего давления разгерметизации трубы.

Для достижения указанного технического результата труба из композиционно-волокнистого материала, содержащая слои с армирующим волокнистым материалом, пропитанным связующим и ориентированным в продольном и поперечном направлениях, причем в кольцевом направлении образованы два слоя - наружный и внутренний, наружный слой армирован материалом - жестким материалом, имеющим модуль упругости не менее чем на 30% больше, чем материал, используемый для внутреннего кольцевого и продольного слоев - нежесткий материал, толщина наружного кольцевого слоя составляет 40-150% от толщины внутреннего кольцевого слоя, в качестве жесткого материала применяется базальтовое волокно, а в качестве нежесткого материала - стеклянное волокно.

Отличительными признаками предлагаемой трубы из композиционно-волокнистых материалов от указанной выше, наиболее близкой к ней является то, что в кольцевом направлении образованы два слоя - наружный и внутренний, причем наружный слой армирован материалом - жестким материалом, имеющим модуль упругости не менее чем на 30% больше, чем материал, используемый для армирования внутреннего кольцевого и продольного слоев нежесткий материал, толщина наружного кольцевого слоя составляет 40-150% от толщины внутреннего кольцевого слоя и в качестве жесткого материала применяется базальтовое волокно, а в качестве нежесткого материала - стеклянное волокно.

Армирование наружного слоя жестким материалом, имеющим модуль упругости не менее чем на 30% больший, чем материал, используемый для армирования внутреннего кольцевого слоя, приводит к тому, что труба при подземной прокладке лучше противостоит наружному давлению грунта, поскольку имеет повышенную жесткость в кольцевом направлении и, следовательно, более высокое критическое давление потери устойчивости. Армирование продольного слоя нежестким материалом позволяет повысить несущую способность трубы при ее изгибе вследствие поперечных подвижек в земной коре, так как при этом увеличивается предельная относительная деформация материала в осевом направлении. Кроме того, за счет сочетания менее жесткого в кольцевом направлении внутреннего слоя и более жесткого наружного слоя в радиальном направлении трубы из композиционно-волокнистых материалов возникают нормальные напряжения сжатия, препятствующие расслоениям материала и повышающим внутреннее давление разгерметизации. Нормальные напряжения сжатия в радиальном направлении приводят к дополнительному эффекту увеличения несущей способности композиционного материала на межслойный сдвиг, благодаря чему повышается несущая способность трубы при изгибающих нагрузках.

Предлагаемая труба из композиционно-волокнистых материалов иллюстрируется чертежом.

Труба из композиционных материалов состоит из внутреннего кольцевого слоя 1, наружного кольцевого слоя 2 и продольного слоя 3. Наружный кольцевой слой армирован жестким материалом, например базальтовым волокном, а внутренний кольцевой и продольный слои армированы нежестким материалом, например стеклянным волокном.

Изобретение поясняется примером.

Труба из композиционных материалов имеет наружный кольцевой слой с армирующим волокнистым жестким материалом, например базальтовым волокном, пропитанным связующим, а внутренний кольцевой и продольный слои армированы волокнистым нежестким материалом, например стеклянным волокном, пропитанным связующим, причем толщина наружного кольцевого слоя составляет 40-150% от толщины внутреннего кольцевого слоя.

Наличие двух видов наполнителей в различных слоях трубы из композиционно-волокнистых материалов, а также различие модуля упругости наполнителей не менее чем на 30% и соотношение толщины кольцевого наружного слоя к толщине внутреннего как 40-150% приводит к тому, что трубы данной конструкции имеют более высокую надежность в связи со следующими обстоятельствами:

- они лучше противостоят нагрузкам, возникающим в конструкции при подземной прокладке трубопроводов, таким как наружное давление и подвижки грунта;

- они имеют более высокую герметичность при действии внутреннего давления;

- они имеют повышенную прочность при наличии изгибающих нагрузках.

1. Труба из композиционно-волокнистого материала, содержащая слои с армирующим волокнистым материалом, пропитанным связующим и ориентированным в продольном и поперечном направлениях, отличающаяся тем, что в кольцевом направлении образованы два слоя - наружный и внутренний, причем наружный слой армирован материалом - жестким материалом, имеющим модуль упругости не менее чем на 30% больше, чем материал, используемый для армирования внутреннего кольцевого слоя и продольного слоя - нежесткого материала.

2. Труба из композиционно-волокнистого материала по п.1, отличающаяся тем, что толщина наружного кольцевого слоя составляет 40-150% от толщины внутреннего кольцевого слоя.

3. Труба из композиционно-волокнистого материала, отличающаяся тем, что в качестве жесткого материала применяется базальтовое волокно, а в качестве нежесткого материала - стеклянное волокно.