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一种利用 碳 纤维布 真空灌注技术加固修复金属管道的方法

阅读：115发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种利用碳纤维布真空灌注技术加固修复金属管道的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种利用碳纤维布真空灌注工艺加固修复金属管道的方法，包括将玻璃纤维布缠绕在待加固修复的金属管道表面；在该玻璃纤维布表面缠绕碳纤维布；③利用真空灌注技术，将浸渍树脂导入金属管道并浸渍纤维布；④在室温或升温条件下，使浸渍树脂固化；⑤对固化后碳纤维布表面进行涂层处理。本发明具有施工强度低，施工质量高，可以采用高面密度碳纤维布等优势，促进碳纤维复合材料在金属管道修复加固中的应用。，下面是一种利用碳纤维布真空灌注技术加固修复金属管道的方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种利用碳纤维布真空灌注技术加固修复金属管道的方法，其特征在于：包括如下步骤：
①将玻璃纤维布缠绕在待加固修复的金属管道表面；
②在该玻璃纤维布表面缠绕碳纤维布；
③利用真空灌注技术，将浸渍树脂导入金属管道并浸渍纤维布和玻璃纤维布；
④在室温或升温条件下，使浸渍树脂固化；
⑤对固化后碳纤维布表面进行涂层处理。
2.根据权利要求1所述的利用碳纤维布真空灌注工艺加固修复金属管道的方法，其特征在于：在步骤①前，还包括预处理步骤，即对待加固修复的金属管道表面凹陷和蚀坑进行填埋找平，通过用能够与浸渍树脂相容的胶黏剂填充待加固修复的金属管道的凹陷或蚀坑，使处理后待加固修复的金属管道的表面没有凹陷或凸起。
3.根据权利要求1或2所述的利用碳纤维布真空灌注工艺加固修复金属管道的方法，其特征在于：所述的玻璃纤维布用于阻隔外层碳纤维与金属管道的接触，避免电化学腐蚀，玻璃纤维布的面密度小于150g/m2。
4.根据权利要求1或2所述的利用碳纤维布真空灌注工艺加固修复金属管道的方法，其特征在于：所述的碳纤维布为连续3～48k的碳纤维束编织而成，纤维束取向为单向、±45度或0/90；碳纤维布的面密度为300g/m2至900g/m2。
5.根据权利要求1或2所述的利用碳纤维布真空灌注工艺加固修复金属管道的方法，其特征在于：所述的真空灌注技术是指，在碳纤维表层依次缠绕脱模布、导流网和真空薄膜，真空薄膜搭接处及与金属管道间用胶黏剂密封；在缠绕碳纤维布两端(真空薄膜内)植入导流管，并利用密封胶条连接两个注胶座；注胶座分别连接真空泵与胶槽，抽真空，将浸渍树脂吸入纤维层，实现纤维布的浸渍，并在室温或高温下，保持真空度，直至树脂固化。
6.根据权利要求1或2所述的利用碳纤维布真空灌注工艺加固修复金属管道的方法，其特征在于：所述的浸渍树脂为环氧树脂，在施工温度下，环氧树脂粘度低于20000MPa.S，固化时间小于8小时。
7.根据权利要求6所述的利用碳纤维布真空灌注工艺加固修复金属管道的方法，其特征在于：所述的浸渍树脂在室温下慢速固化，或者利用加热带缠绕在加固区域，提高固化温度，降低固化时间。
8.根据权利要求1或2所述的利用碳纤维布真空灌注工艺加固修复金属管道的方法，其特征在于：所述的涂层处理是指，固化后的碳纤维布表面通过涂覆或喷涂方式，在表面涂覆一层涂层树脂，用于保护碳纤维层。
9.根据权利要求8所述的利用碳纤维布真空灌注工艺加固修复金属管道的方法，其特征在于：所述的涂层树脂固化后与碳纤维层的粘结强度大于14MPa，在环境温度下的指凝时间小于4小时。

说明书全文

一种利用碳 纤维布 真空灌注技术加固修复金属管道的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及碳纤维复合材料技术领域，具体是一种利用碳纤维复合材料加固修复金属管道的方法。

背景技术

[0002] 随着城市基础设施的老化,对石化管道的加固修复需求越来越多，即需要对泄漏、破损的油气、化工等各种管道进行加固修复，使其恢复正常使用功能。1991年，美国管道安全机构变更其条例，批准可采用复合材料技术修复输油管线；1997年4月，加拿大国家能源局(NEB)也颁布条例，允许各油气输送管道公司采用复合材料补强套袖修复和加固含缺陷管道；同年，国外成功地将碳纤维复合材料修复技术应用到埋地钢质管道上。据统计，到2010年，采用碳纤维复合材料加固修复缺陷管道已达80000多例，加固修复效果理想。

[0003] 碳纤维复合材料修复加固技术主要是利用碳纤维复合材料的高强度特性，采用粘结树脂在缺陷管道上包覆一定厚度的纤维层，树脂固化后与管道结成一体，从而恢复缺陷管道的强度。作为一种高效快捷的新型管道修复技术，纤维复合材料修复加固技术的优点是免焊不动火，可在管道带压运行状态下操作；施工简便快捷，操作时间短；可用于腐蚀、机械损伤和裂纹等缺陷的修复加固，也可用于对整个管段的提压增强处理。碳纤维复合材料修复加固技术的综合性价比最好，对同样的一个加固修复管道，其费用在焊接修复和夹具修复之间，该技术已经被管道行业普遍接受。

[0004] 为实现碳纤维复合材料的加固修复效果，需要保证碳纤维与树脂基体能够充分浸渍，管道的内应力通过树脂传递给纤维单丝，使纤维的高力学性能得以发挥。传统的碳纤维复合材料加固修补方法是利用湿法浸渍技术(即手糊方法)，过压辊等工具手工将浸渍树脂挤压入纤维布内，实现纤维与树脂的均匀混合。该方法具有施工简易的优点，但同时带来如下问题；1)劳动强度高、效率低：为将树脂基体挤入纤维布内，工人需要利用人力多次刮、刷等；2)施工环境差，树脂浪费多：由于手工操作，大量的浸渍树脂会被挤出，并容易粘在工具及周围的结构；4)施工质量不能保证：由于手动操作，无法保证纤维的浸渍程度，大量的气泡无法通过手工挤出；4)纤维布内树脂含量高，分布不均匀：手工操作，树脂在纤维布内的含量高，且分布不均匀。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于克服上述现有技术不足，提供一种利用碳纤维布真空灌注工艺加固修复金属管道的方法。

[0006] 本发明的技术解决方案如下：

[0007] 一种利用碳纤维布真空灌注工艺加固修复金属管道的方法，包括如下步骤：

[0008] ①将玻璃纤维布缠绕在待加固修复的金属管道表面；

[0009] ②在该玻璃纤维布表面缠绕碳纤维布；

[0010] ③利用真空灌注技术，将浸渍树脂导入金属管道并浸渍纤维布和玻璃纤维布；

[0011] ④在室温或升温条件下，使浸渍树脂固化；

[0012] ⑤对固化后碳纤维布表面进行涂层处理。

[0013] 在步骤①前，还包括预处理步骤，即用能够与浸渍树脂相容的胶黏剂填充待加固修复的金属管道的凹陷或蚀坑，使处理后待加固修复的金属管道的表面没有凹陷或凸起。

[0014] 所述的玻璃纤维布用于阻隔外层碳纤维与金属管道的接触，避免电化学腐蚀，玻璃纤维布的面密度小于150g/m2。

[0015] 所述的碳纤维布为连续3～48k的碳纤维束编织而成，纤维束取向为单向、±45度2 2
或0/90；碳纤维布的面密度为300g/m至900g/m。

[0016] 所述的真空灌注技术是指，在碳纤维表层依次缠绕脱模布、导流网和真空薄膜，真空薄膜搭接处及与金属管道间用胶黏剂密封；在缠绕碳纤维布两端(真空薄膜内)植入导流管，并利用密封胶条连接两个注胶座；注胶座分别连接真空泵与胶槽，抽真空，将浸渍树脂吸入纤维层，实现纤维布的浸渍，并在室温或高温下，保持真空度，直至树脂固化。

[0017] 所述的浸渍树脂为环氧树脂，在施工温度下，环氧树脂粘度低于20000MPa.S，固化时间小于8小时。

[0018] 所述的浸渍树脂在室温下慢速固化，或者利用加热带缠绕在加固区域，提高固化温度，降低固化时间。

[0019] 所述的涂层处理是指，固化后的碳纤维布表面通过涂覆或喷涂方式，在表面涂覆一层涂层树脂，用于保护碳纤维层。

[0020] 所述的涂层树脂固化后与碳纤维层的粘结强度大于14MPa，在环境温度下的指凝时间小于4小时。

[0021] 与现有技术相比，本发明的有益效果是

[0022] 1)一方面，通过真空灌注方法，树脂对纤维的浸渍通过抽真空负压实现，而避免手糊工艺中得人力；同时，真空灌注可以将纤维间的气泡抽出，提高纤维布的浸渍质量；真空抽出的树脂可以回收利用，对环境的污染降低，施工环境大幅度改善。

[0023] 2)采用手糊法修复加固时，为保证纤维的浸渍程度，纤维布的厚度有限制，纤维布的面密度一般不超过300g/m2；由于树脂浸渍来自于抽真空形成的负压力，可以采用更高面密度的碳纤维布，即可以采用900g/m2面密度的碳纤维布，这样施工效率可以大幅度提高。

[0024] 3)促进碳纤维复合材料在金属管道修复加固领域的广泛与可靠地应用，开拓碳纤维复合材料的应用市场，提高金属管道的服役性能与寿命。附图说明

[0025] 图1本发明的一种利用碳纤维布真空灌注工艺加固修复金属管道的方法的流程图。

具体实施方式

[0026] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

[0027] 实施例1：针对一表面具有蚀坑的金属管道的修复加固，利用本专利提出的利用碳纤维布真空灌注工艺加固修复金属管道的方法进行加固，步骤如下：

[0028] 1)金属管道表面处理：利用丙酮等清洗管道表面，干燥后，利用胶黏剂填充管道表面的蚀坑。胶黏剂采用山东大工复合材料有限公司生产的T1结构胶黏剂。

[0029] 2)玻璃纤维布缠绕：在填充蚀坑的胶黏剂固化前，将一层玻璃纤维布均匀缠绕到管道加固区域。玻璃纤维布采用重庆国际复合材料有限公司生产的细纱工业布(规格106，25g/m2)；

[0030] 3)碳纤维布缠绕：在玻璃纤维布表面缠绕碳纤维布，碳纤维布在被加固金属管道的缠绕长度小于玻璃纤维布，避免碳纤维布接触金属管道。碳纤维布采用中石化上海石化有限公司生产的单向碳纤维布(300g/m2)；

[0031] 4)碳纤维布表面缠绕脱模布、导流网和真空薄膜：真空薄膜相互搭接，搭接处用真空密封胶密封，并在碳纤维布两端植入导流管，并连接注胶座。所有材料均可以购自上海国适新材料科技有限公司。

[0032] 5)浸渍树脂真空灌注：注胶座分别连接胶槽与真空泵，抽真空，配制的浸渍树脂导入并浸渍纤维布；保持真空压力，直至树脂室温下固化(室温25℃，固化时间约4小时)。浸渍树脂采用山东大工复合材料有限公司生产的TS浸渍胶。

[0033] 6)碳纤维表面处理：将固化后碳纤维表面的脱模布、导流网及真空薄膜等去掉，表面涂覆树脂保护涂层。保护涂层可以采用山东大工复合材料有限公司生产的TC树脂。

[0034] 实施例2：针对一表面具有蚀坑的金属管道的修复加固，利用本专利提出的利用碳纤维布真空灌注工艺加固修复金属管道的方法进行加固，为提高效率，可以高温固化，具体步骤如下：

[0035] 1)金属管道表面处理：利用丙酮等清洗管道表面，干燥后，利用胶黏剂填充管道表面的蚀坑。胶黏剂采用山东大工复合材料有限公司生产的T1结构胶黏剂。

[0036] 2)玻璃纤维布缠绕：在填充蚀坑的胶黏剂固化前，将一层玻璃纤维布均匀缠绕到管道加固区域。玻璃纤维布采用重庆国际复合材料有限公司生产的细纱工业布(规格106，25g/m2)；

[0037] 3)碳纤维布缠绕：在玻璃纤维布表面缠绕碳纤维布，碳纤维布在被加固金属管道的缠绕长度小于玻璃纤维布，避免碳纤维布接触金属管道。碳纤维布采用中石化上海石化有限公司生产的单向碳纤维布(300g/m2)；

[0038] 4)碳纤维布表面缠绕脱模布、导流网和真空薄膜：真空薄膜相互搭接，搭接处用真空密封胶密封，并在碳纤维布两端植入导流管，并连接注胶座。所有材料均可以购自上海国适新材料科技有限公司。

[0039] 5)真空薄膜表面缠绕玻璃纤维加热带：在密封好的真空薄膜表面，缠绕玻璃纤维加热带，并测量加热带与真空薄膜接触处温度，用于温度控制。玻璃纤维加热带为江苏兴化市骏辉电热电器厂(3厘米宽，100W/m)。

[0040] 6)浸渍树脂真空灌注：注胶座分别连接胶槽与真空泵，抽真空，配制的浸渍树脂导入并完全浸渍纤维布；保持真空压力。浸渍树脂采用山东大工复合材料有限公司生产的TS浸渍胶。

[0041] 7)加热带加热：在纤维不完全浸渍后，对加热带通电升温，并控制加热带与真空薄膜接触处温度为60±5℃，直至树脂室温下固化(升温温度60℃，固化时间约1小时)。

[0042] 6)碳纤维表面处理：将固化后碳纤维表面的脱模布、导流网及真空薄膜等去掉，表面涂覆树脂保护涂层。保护涂层可以采用山东大工复合材料有限公司生产的TC树脂。

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