管道修复用管状纺织复合材料的力学性能.pdf
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1、第2 8 卷第6 期 2 0 0 7 年6 月 纺织学报 J o 呦a lo f 。r e x t i l eR e s e a r c h V 0 1 2 8N o 6 J u n 2 0 0 7 文章编号:0 2 5 3 9 7 2 1 ( 2 0 0 7 ) 0 6 。0 0 7 0 0 5 管道修复用管状纺织复合材料的力学性能 王瑞1 ,张淑洁1 ,高艳章2 ,王欢1 ( 1 天津工业大学纺织学院,天津3 0 0 1 6 0 ;2 天津军事交通学院,天津3 0 0 1 6 1 ) 摘要管状纺织复合材料用于修复管道的内衬管,受到管道内输送介质的压力作用,其承压性能直接影响修复 效果。为此
2、基于对管状纺织复合材料特殊力学性能的要求及其自身结构特点,通过对其拉伸性能进行测试,建立 了计算管状纺织复合材料拉伸断裂强力,宽度与破裂压强问关系的数学模型。通过实验证实,该数学模型精度较 高;当待修复管道管径发生变化或腐蚀孔尺寸发生变化时,可计算管状纺织复合材料的耐压性能,对管状纺织复合 材料的应用具有实际指导意义。 关键词管道修复;管状纺织复合材料;拉伸性能;破裂压强;数学模型 中图分类号:佃3 3 2 ;7 r E 4文献标识码:A M e c h a l l i c a lp r O p e r t i e so ft u b l l l a rt e x t i l ec 锄p o
3、s i t e m a t e r i a If o rp i p e l i l l er e h a b i K t a t i o n w A N GR u i l ,z H A N Gs h u j i e l ,G A oY a I l z h a n 乎,w A N GH u a n l ( 1 s c b o Z 矿7 硫以,醌彬nP 0 砒n 如踟觇瑙渺,m 彬n3 0 0 1 6 0 ,吼i M ; 2 S c 硒o Zo ,胧z 池叫c o m m u n 池如n ,死研n3 0 0 1 6 1 ,吼i 加) A b s t r a c tW h e nt h et u b
4、 u l a rt e x t i l ec o l p o s i t em a t e r i a li su s e di nr e h a b i l i t a t i n gt h el i n e ro fap i p e l i n e ,i tI 硼s t 诉t h s t a n dt h ep r e s s u r ee x e r t e db yt h em e d i u mi nt h ep i p e l i n e ,s oi t sp r e s s u r ew i t h s t a n d i n gp m p e n i e sd i r e c
5、t l y a f 亿c t st h er e h a b i l i t a t i o nr e s u l t B a s e do nt h es p e c i a lm e c h a n i c a lp r o p e r t yr e q u i r e m e n t so ft h et u b u l a rt e x t i l e c o m p o s i t em a t e r i a la n di t so w I ls t r u c t u r a lf e a t u r e s , a n dt h r o u g ht h et e s to
6、fi t st e n s i l e p r o p e r t y , t h ep 印e r e s t a b l i s h e dam a t h e m a t i c a lm o d e lt oc a l c u I a t et h et e n s i l es t r e n 昏h w i d t h b u r s t i n gp r e s s u r ea n dd e t e 加i n et h e i r r e l a t i o n s h i p s T h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t sh a v ep
7、r o V e dt h a tt h ep r e c i s i o no ft h em o d e li sh 培h ;w h e nt h ed i a m e t e r o ft h e o l dp i p e l i n ea n dt h es i z eo ft h ec o l l u p th o l eh a V ec h a n g e d ,t h em o d e lcanc a l c u l a t et h em a x i m u m p r e s s u r et h a tt h et u b u l a rt e x t i l ec o m
8、p o s i t em a t e I i a l c a nw i t h s t a n d S oi th a ss 培n m c a n c ei n p r o v i d i n g a g u i d e l i n ef o rt h ea p p l i c a t i o no ft u b u l a rt e x t i l ec o m p o s i t em a t e r i a l s K e yw o r d sp i p e l i n er e h a b i l i t a t i o n ;t u b u l a rt e x t i l ec o
9、 m p o s i t em a t e r i a l ;t e n s i l ep m p e r t i e s ;b u r s t i n gp r e s s u r e ; m a t h e m a t i c a 】m o d e l 管状纺织复合材料作为内衬管实现对旧管道的 修复,具有许多金属材料不具备的优良特性,如抗疲 劳性、减震能力、破坏安全性及耐腐蚀性较好,且 使得管道的使用寿命增加3 0 5 0 年。此技术在2 0 世纪7 0 年代末期首先在英国、美国及日本得到开发 与应用,在我国9 0 年代才发展起来。大部分管道修 复工程通过技术引进完成,一小部分采用自制无纺
10、 布缝合作内衬管完成。完全引进国外产品,价格昂 贵,不适应国内市场成本的要求,因此面对国内管道 修复这个巨大市场,实现修复材料国产化迫在眉 睫心。,但目前国内对该技术的开发应用尚处在实验 阶段,深入研究较少。不同材料制作的管状纺织复 合材料在修复不同腐蚀孑L 、不同管径的管道时,其能 承受的最大压强也不同。本文建立了计算管状纺织 复合材料断裂强力宽度与破裂压强间关系的数学 模型,从而避免由于管道内压强超过其极限破裂压 收稿日期:2 0 0 6 0 5 2 1修回日期:2 0 0 7 0 1 2 9 作者简介:王瑞( 1 9 6 卜) ,男,教授。研究领域为纤维增强复合材料。E m 8 i l
11、:w a n 鲫 t j p u e d u c n 。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第6 期王瑞等:管道修复用管状纺织复合材料的力学性能 。7 1 。 强,使管状纺织复合材料出现开裂等情况。 1 试样制作 1 1 管状纺织复合材料的结构 管状纺织复合材料作为内衬管修复管道,由3 种材料组成:起增强作用的管状织物;起密封作用的 防渗膜与起黏结作用的树脂,树脂同时也是织物增 强复合材料的基体,直接与介质接触的是防渗膜,它 对管道的介质起到密封的作
12、用,使冲压时内衬管能 紧紧黏结在待修复管道的内壁,且能够改善内衬管 的表面性能,使管状纺织复合材料的内壁更加光滑, 从而可以增加介质的流速;防渗膜里层是管状织物 增强的树脂,树脂浸渍在织物里,将防渗膜、管状织 物与待修复的管道黏结在一起,树脂同时可以增加 内衬管的刚度和强度b 1 ,见图l 。 图1采用管状纺织复合材料修复后的管道示意图 F i g 1 S k e t c ho ft h ep i p e l i n eI h a b i l i t a t e db y 。t l l b i n gt e x t i l ec o m p o s i t e 1 2 管状纺织复合材料的模拟制
13、作 管状织物制作采用的是管状平纹机织物H ,由 于管状纺织复合材料衬于管道后,环向强度比径向 强度要求高,因此纬纱采用3 0 0t e x 玻璃纤维长丝, 断裂强力3 5 9 1 2N ,断裂伸长率3 6 2 7 ,经纱采用 3 0 0t e x 工业用涤纶长丝,断裂强力2 3 6 1 0N ,断裂伸 长率5 6 4 7 ,织造在C S w 0 3 型电脑织样机上进 行。防渗膜采用热塑性聚氨酯膜( T P u ) ,T P u 具有 高模量、高强度、高伸长和高弹性及优异的耐磨、耐 油、耐低温、耐老化等性能。实验选用聚氨酯膜的厚 度为0 4m m ,断裂伸长率大于9 0 0 ,断裂强力为 3 5
14、 1 9 9N ,熔融温度为1 8 0c | c 。采用Y 1 D 7 1 4 5 A 塑料 制品液压机来制作防渗膜与织物的柔性层合织物, 上模温度为1 5 0 ,因为涤纶在1 5 0 时加热1h ,其 强度会下降6 0 ,为了使涤纶的性能受损较小,所 以塑料制品液压机的下模不加热,如图2 所示,压力 为1 0 一1 2M P a ,压膜时间为38 ,压膜时间较短是为 了防止高温损伤涤纶织物的性能。压膜结束后,在 室温下冷却至可以安全脱离膜具。在现场施工,是 将压膜后的织物送人待修管道前浸入树脂,然后施 加温度、压力固化成管状刚性复合材料。树脂灌浸 在纺织内衬管里的过程,操作简单,精度要求不高
15、, 因此实验中采用手糊方法浸渍树脂完全可以模拟实 际工艺,树脂采用环氧树脂8 3 0 ,其黏结力强,机械 强度高,耐热、耐腐蚀性好等优点,固化剂为二缩水 甘油醚P G 2 0 7 ,与树脂的质量比为1 0 0 :2 1 。 p X X I 产1 5 0 户0 图2 试样模拟压膜示意图 F i g 2 s k e t c h “t l l es 锄p l et os i I n I l l 8 t et op r e 鹊t l l e 甸m 2 拉伸性能测试 2 1 试样准备 管状纺织复合材料在储存与运输过程中有折 痕,因此在做拉伸实验时,试样在轴向和环向剪切取 样,见图3 。拉伸长度一般取1
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