一种碳纤维复合材料缠绕管及其制备方法

摘要

本发明涉及一种碳纤维复合材料缠绕管及其制备方法，属于复合材料管技术领域。本发明将环氧基硅烷偶联剂与长链脂肪胺反应得到长链改性的硅烷偶联剂，碳纤维纱经过硫酸溶液浸泡后，再经过长链改性的硅烷偶联剂进行表面改性得到表面改性的碳纤维纱，将表面改性的碳纤维纱通过十字机头被熔融的聚四氟乙烯树脂包覆得到复合碳纤维丝，将聚四氟乙烯粉料冷压、切削为聚四氟乙烯薄带，然后在模具上先缠绕一层聚四氟乙烯薄带、再左右交叉缠绕复合碳纤维丝，最后再缠绕一层聚四氟乙烯薄带，进行烧结、冷却、脱模，得到碳纤维复合材料缠绕管。该缠绕管具备较低的表面能、较强的耐腐蚀性能和较高的力学性能。

权利要求

1.一种碳纤维复合材料缠绕管，其特征在于，所述碳纤维复合材料缠 绕管由聚四氟乙烯内层，复合碳纤维丝左右交叉缠绕在内层外面构成的纤 维层，以及纤维层外面的聚四氟乙烯外层构成；

所述复合碳纤维丝的制备方法包括以下步骤：

（1）环氧基硅烷偶联剂与长链脂肪胺在加热条件下反应得到长链改 性的硅烷偶联剂；

（2）碳纤维纱经过硫酸溶液浸泡后，水洗至pH 值为6‑8，然后加入 至长链改性的硅烷偶联剂水解液中，超声处理后取出、干燥，得到表面改 性的碳纤维纱；

（3）将表面改性的碳纤维纱通过十字机头被熔融的聚四氟乙烯树脂 包覆、冷却，得到复合碳纤维丝；

步骤（1）所述长链脂肪胺是指碳链长度为C10‑C20范围内的有机胺 化合物；所述环氧基硅烷偶联剂中环氧基与长链脂肪胺中氨基的摩尔比为1:1.1‑1.5；所述加热是指加热至

80‑100℃；

所述复合碳纤维丝中芯层的碳纤维半径与外层的聚四氟乙烯树脂的 厚度之比为1:

0.8‑1.3；

所述聚四氟乙烯内层厚度、复合碳纤维丝直径和聚四氟乙烯外层厚度 的比例为1:

0.5‑0.8:0.8‑1.5。

2.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合材料缠绕管，其特征在于， 步骤（2）所述硫酸溶液浓度为7‑12mol/L，所述浸泡时间为30‑50min； 所述长链改性的硅烷偶联剂水解液是将长链改性的硅烷偶联剂与去离子 水按照质量比 1:2‑4 混合得到，所述水洗后的碳纤维纱与长链改性的硅烷 偶联剂水解液的质量比为 1:200‑500；所述超声频率为 50‑100Hz，所述超 声时间为 1‑2h。

3.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合材料缠绕管，其特征在于，步骤（3）所述熔融的聚四氟乙烯树脂由100重量份聚四氟乙烯、3‑6 重量 份高分子增容剂、0.06‑0.1 重量份成核剂组成；所述高分子增容剂为三元 乙丙橡胶、乙烯‑辛烯共聚物、乙烯‑丙烯橡胶中的至少一种；所述成核剂 为苯甲酸钠、对苯酚磺酸钠、苯甲酸、己二酸中的至少一种；所述十字机 头的温度为 330‑350℃。

4.一种如权利要求1‑3任一项所述的碳纤维复合材料缠绕管的制备方 法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

1）将聚四氟乙烯粉料冷压成坯料，用车床切削成厚度为1‑10mm的 聚四氟乙烯薄带；

2）在模具上缠绕一层聚四氟乙烯薄带，然后左右交叉缠绕两层复合 碳纤维丝，最后再缠绕一层聚四氟乙烯薄带，得到待处理缠绕管；

3）将待处理缠绕管进行烧结、冷却成型、脱模，得到碳纤维复合材 料缠绕管。

5.根据权利要求4所述的一种碳纤维复合材料缠绕管的制备方法，其 特征在于，步骤 

2）所述左右交叉缠绕两层复合碳纤维丝中两层复合碳纤 维丝的编织角度分别为52‑53°和

50‑51°。

6.根据权利要求4所述的一种碳纤维复合材料缠绕管的制备方法，其 特征在于，步骤

3）所述烧结温度为360‑400℃，所述冷却为室温冷却后 再进行水冷。

说明书

一种碳纤维复合材料缠绕管及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于复合材料管技术领域，涉及一种碳纤维复合材料缠绕管及其制备方法。

背景技术

[0002] 传统管材主要有金属管和塑料管两大类，由于材料自身的特点，金属管易腐蚀，塑料管抗冲击性能差、易变形。塑料基金属复合管集金属管和塑料管的优点于一体，同时又克服了两者的缺点，具有承载能力强、耐腐蚀性好、耐磨性优良及性能价格比高等优势，是普通塑料管或金属管的较理想替代产品，钢丝缠绕增强塑料复合管是一种性能优良的新型复合管。

[0003] 在油田注水以及原油输送过程中，由于压力、温度等环境条件的变化以及流体介质与管材表面吸附作用，输送介质中的蜡质以及无机盐会沉积在管壁上，形成结蜡结垢层，减小了过流面积，增大了输送阻力。结蜡结垢使管道流通面积减小、摩阻增大，降低了管道输送能力，严重时甚至会使管道堵塞，造成重大的经济损失。此外，北方采暖主要为集中供暖，而北方的水质较差，运行一段时间后就会在管道内壁结垢，从而会导致水阻增加并影响采暖效果，一般3‑5年就需要清洗一次，费时费力费金钱，严重影响用户体验感。固液界面理论认为，材料的表面能的高低是引发结蜡、结垢的重要因素。降低管道材料的表面能能够减少管道内壁结垢的程度。

[0004] 低表面能的高分子材料就成为首要考虑的对象，而含氟材料例如聚四氟乙烯的表面能在聚合物材料中是最低的。对于金属丝，其抗疲劳性能有待提升，相对于金属材料，碳纤维的抗疲劳性能较高，且具有较好的力学性能，因此，聚四氟乙烯结合碳纤维制备复合材料管，其表性能和力学性能以及抗疲劳性能均较为优越，但是，碳纤维与聚四氟乙烯的相容性较差，导致其结合力较差，进一步影响其力学性能的提升。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种碳纤维复合材料缠绕管及其制备方法，属于复合材料管技术领域。本发明将环氧基硅烷偶联剂与长链脂肪胺反应得到长链改性的硅烷偶联剂，碳纤维纱经过硫酸溶液浸泡后，再经过长链改性的硅烷偶联剂进行表面改性得到表面改性的碳纤维纱，将表面改性的碳纤维纱通过十字机头被熔融的聚四氟乙烯树脂包覆得到复合碳纤维丝，将聚四氟乙烯粉料冷压、切削为聚四氟乙烯薄带，然后在模具上先缠绕一层聚四氟乙烯薄带、再左右交叉缠绕复合碳纤维丝，最后再缠绕一层聚四氟乙烯薄带，进行烧结、冷却、脱模，得到碳纤维复合材料缠绕管。该缠绕管具备较低的表面能、较强的耐腐蚀性能和较高的力学性能。

[0006] 本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

[0007] 一种碳纤维复合材料缠绕管，所述碳纤维复合材料缠绕管由聚四氟乙烯内层，复合碳纤维丝左右交叉缠绕在内层外面构成的纤维层，以及纤维层外面的聚四氟乙烯外层构成。

[0008] 作为本发明的一种优选技术方案，所述复合碳纤维丝的制备方法包括以下步骤：

[0009] （1）环氧基硅烷偶联剂与长链脂肪胺在加热条件下反应得到长链改性的硅烷偶联剂；

[0010] （2）碳纤维纱经过硫酸溶液浸泡后，水洗至pH值为6‑8，然后加入至长链改性的硅烷偶联剂水解液中，超声处理后取出、干燥，得到表面改性的碳纤维纱；

[0011] （3）将表面改性的碳纤维纱通过十字机头被熔融的聚四氟乙烯树脂包覆、冷却，得到复合碳纤维丝。

[0012] 作为本发明的一种优选技术方案，步骤（1）所述长链脂肪胺是指碳链长度为C10‑C20范围内的有机胺化合物；所述环氧基硅烷偶联剂中环氧基与长链脂肪胺中氨基的摩尔比为1:1.1‑1.5；所述加热是指加热至80‑100℃。

[0013] 作为本发明的一种优选技术方案，步骤（2）所述硫酸溶液浓度为7‑12mol/L，所述浸泡时间为30‑50min；所述长链改性的硅烷偶联剂水解液是将长链改性的硅烷偶联剂与去离子水按照质量比1:2‑4混合得到，所述水洗后的碳纤维纱与长链改性的硅烷偶联剂水解液的质量比为1:200‑500；所述超声频率为50‑100Hz，所述超声时间为1‑2h。

[0014] 作为本发明的一种优选技术方案，步骤（3）所述熔融的聚四氟乙烯树脂由100重量份聚四氟乙烯、3‑6重量份高分子增容剂、0.06‑0.1重量份成核剂组成；所述高分子增容剂为三元乙丙橡胶、乙烯‑辛烯共聚物、乙烯‑丙烯橡胶中的至少一种；所述成核剂为苯甲酸钠、对苯酚磺酸钠、苯甲酸、己二酸中的至少一种；所述十字机头的温度为330‑350℃。

[0015] 作为本发明的一种优选技术方案，所述复合碳纤维丝中芯层的碳纤维半径与外层的聚四氟乙烯树脂的厚度之比为1:0.8‑1.3。

[0016] 作为本发明的一种优选技术方案，所述聚四氟乙烯内层厚度、复合碳纤维丝直径和聚四氟乙烯外层厚度的比例为1:0.5‑0.8:0.8‑1.5。

[0017] 进一步地，上述的碳纤维复合材料缠绕管的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

[0018] 1）将聚四氟乙烯粉料冷压成坯料，用车床切削成厚度为1‑10mm的聚四氟乙烯薄带；

[0019] 2）在模具上缠绕一层聚四氟乙烯薄带，然后左右交叉缠绕两层复合碳纤维丝，最后再缠绕一层聚四氟乙烯薄带，得到待处理缠绕管；

[0020] 3）将待处理缠绕管进行烧结、冷却成型、脱模，得到碳纤维复合材料缠绕管。

[0021] 进一步地，步骤2）所述第一层复合碳纤维丝的编织角度为52‑53°，所述第二层复合碳纤维丝的编织角度为50‑51°。

[0022] 进一步地，步骤3）所述烧结温度为360‑400℃，所述冷却为室温冷却后再进行水冷。

[0023] 本发明的有益效果：

[0024] （1）本发明选用聚四氟乙烯树脂作为缠绕管的内层和外层材料，聚四氟乙烯材料具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的特点，几乎不溶于所有的溶剂；同时，聚四氟乙烯具有耐热、耐寒性、耐老化、电绝缘的特点，可在‑180～260ºC长期使用，它的摩擦系数极低，具有较低的表面能，因此具有吸水性小、自润滑性能优异，减少管道内部的结垢问题；

[0025] （2）本发明选用碳纤维代替传统的钢丝作为复合管的骨架层，碳纤维具备更优的抗疲劳性能，且具有耐高温、耐腐蚀、柔韧性等性能，进一步具备较高的力学性能；

[0026] （3）本发明将碳纤维纱经过硫酸溶液进行刻蚀，使其表面与硅烷偶联剂的相互作用增强，采用长链脂肪胺和环氧基硅烷偶联剂反应得到长链改性的硅烷偶联，碳纤维纱经过长链改性的硅烷偶联剂进行改性后，表面带有长链结构，且长链结构中带有氨基和羟基，长链结构与聚四氟乙烯树脂的长链结构互相缠绕，同时长链结构中的氨基和羟基与聚四氟乙烯树脂中的氟形成氢键作用力，结合高温熔融聚四氟乙烯挤出与烧结工艺，增强碳纤维与聚四氟乙烯相容性，进一步增强缠绕管的力学性能。

具体实施方式

[0027] 为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。

[0028] 实施例一。

[0029] 一种碳纤维复合材料缠绕管，所述碳纤维复合材料缠绕管由聚四氟乙烯内层，复合碳纤维丝左右交叉缠绕在内层外面构成的纤维层，以及纤维层外面的聚四氟乙烯外层构成。

[0030] 所述复合碳纤维丝的制备方法包括以下步骤：

[0031] （1）环氧基硅烷偶联剂与碳链长度为C10‑C13的长链脂肪胺按照摩尔比1:1.1在85℃加热条件下反应得到长链改性的硅烷偶联剂；

[0032] （2）碳纤维纱经过浓度为8mol/L的硫酸溶液浸泡45min后，水洗至pH值为6‑8，将长链改性的硅烷偶联剂与去离子水按照质量比1:2混合得到长链改性的硅烷偶联剂水解液，然后将水洗后的碳纤维纱加入至长链改性的硅烷偶联剂水解液中，控制水洗后的碳纤维纱与长链改性的硅烷偶联剂水解液的质量比为1:250，80Hz超声处理1.5h后取出、干燥，得到表面改性的碳纤维纱；

[0033] （3）将表面改性的碳纤维纱通过340℃的十字机头被熔融的聚四氟乙烯树脂包覆、冷却，得到复合碳纤维丝；所述熔融的聚四氟乙烯树脂由100重量份聚四氟乙烯、3.2重量份乙烯‑辛烯共聚物、0.07重量份对苯酚磺酸钠组成。

[0034] 所述复合碳纤维丝中芯层的碳纤维半径与外层的聚四氟乙烯树脂的厚度之比为1:0.8。

[0035] 所述聚四氟乙烯内层厚度、复合碳纤维丝直径和聚四氟乙烯外层厚度的比例为1:0.6:0.9。

[0036] 上述的碳纤维复合材料缠绕管的制备方法包括以下步骤：

[0037] 1）将聚四氟乙烯粉料冷压成坯料，用车床切削成厚度为2‑5mm的聚四氟乙烯薄带；

[0038] 2）在模具上缠绕一层聚四氟乙烯薄带，然后左右交叉缠绕两层复合碳纤维丝，控制第一层复合碳纤维丝的编织角度为52‑53°，所述第二层复合碳纤维丝的编织角度为50‑51°，最后再缠绕一层聚四氟乙烯薄带，得到待处理缠绕管；

[0039] 3）将待处理缠绕管在380℃温度下进行烧结、室温冷却后进行水冷成型、脱模，得到碳纤维复合材料缠绕管。

[0040] 实施例二。

[0041] 一种碳纤维复合材料缠绕管，所述碳纤维复合材料缠绕管由聚四氟乙烯内层，复合碳纤维丝左右交叉缠绕在内层外面构成的纤维层，以及纤维层外面的聚四氟乙烯外层构成。

[0042] 所述复合碳纤维丝的制备方法包括以下步骤：

[0043] （1）环氧基硅烷偶联剂与碳链长度为C12‑C15的长链脂肪胺按照摩尔比1:1.3在95℃加热条件下反应得到长链改性的硅烷偶联剂；

[0044] （2）碳纤维纱经过浓度为7mol/L的硫酸溶液浸泡35min后，水洗至pH值为6‑8，将长链改性的硅烷偶联剂与去离子水按照质量比1:3混合得到长链改性的硅烷偶联剂水解液，然后将水洗后的碳纤维纱加入至长链改性的硅烷偶联剂水解液中，控制水洗后的碳纤维纱与长链改性的硅烷偶联剂水解液的质量比为1:400，60Hz超声处理2h后取出、干燥，得到表面改性的碳纤维纱；

[0045] （3）将表面改性的碳纤维纱通过350℃的十字机头被熔融的聚四氟乙烯树脂包覆、冷却，得到复合碳纤维丝；所述熔融的聚四氟乙烯树脂由100重量份聚四氟乙烯、5重量份三元乙丙橡胶、0.09重量份苯甲酸组成。

[0046] 所述复合碳纤维丝中芯层的碳纤维半径与外层的聚四氟乙烯树脂的厚度之比为1:1。

[0047] 所述聚四氟乙烯内层厚度、复合碳纤维丝直径和聚四氟乙烯外层厚度的比例为1:0.7:0.8。

[0048] 上述的碳纤维复合材料缠绕管的制备方法包括以下步骤：

[0049] 1）将聚四氟乙烯粉料冷压成坯料，用车床切削成厚度为4‑7mm的聚四氟乙烯薄带；

[0050] 2）在模具上缠绕一层聚四氟乙烯薄带，然后左右交叉缠绕两层复合碳纤维丝，控制第一层复合碳纤维丝的编织角度为52‑53°，所述第二层复合碳纤维丝的编织角度为50‑51°，最后再缠绕一层聚四氟乙烯薄带，得到待处理缠绕管；

[0051] 3）将待处理缠绕管在390℃温度下进行烧结、室温冷却后进行水冷成型、脱模，得到碳纤维复合材料缠绕管。

[0052] 实施例三。

[0053] 一种碳纤维复合材料缠绕管，所述碳纤维复合材料缠绕管由聚四氟乙烯内层，复合碳纤维丝左右交叉缠绕在内层外面构成的纤维层，以及纤维层外面的聚四氟乙烯外层构成。

[0054] 所述复合碳纤维丝的制备方法包括以下步骤：

[0055] （1）环氧基硅烷偶联剂与碳链长度为C17‑C20的长链脂肪胺按照摩尔比1:1.5在80℃加热条件下反应得到长链改性的硅烷偶联剂；

[0056] （2）碳纤维纱经过浓度为12mol/L的硫酸溶液浸泡50min后，水洗至pH值为6‑8，将长链改性的硅烷偶联剂与去离子水按照质量比1:4混合得到长链改性的硅烷偶联剂水解液，然后将水洗后的碳纤维纱加入至长链改性的硅烷偶联剂水解液中，控制水洗后的碳纤维纱与长链改性的硅烷偶联剂水解液的质量比为1:200，100Hz超声处理1h后取出、干燥，得到表面改性的碳纤维纱；

[0057] （3）将表面改性的碳纤维纱通过330℃的十字机头被熔融的聚四氟乙烯树脂包覆、冷却，得到复合碳纤维丝；所述熔融的聚四氟乙烯树脂由100重量份聚四氟乙烯、4重量份乙烯‑丙烯橡胶、0.1重量份苯甲酸钠组成。

[0058] 所述复合碳纤维丝中芯层的碳纤维半径与外层的聚四氟乙烯树脂的厚度之比为1:1.3。

[0059] 所述聚四氟乙烯内层厚度、复合碳纤维丝直径和聚四氟乙烯外层厚度的比例为1:0.5:1.3。

[0060] 上述的碳纤维复合材料缠绕管的制备方法包括以下步骤：

[0061] 1）将聚四氟乙烯粉料冷压成坯料，用车床切削成厚度为6‑9mm的聚四氟乙烯薄带；

[0062] 2）在模具上缠绕一层聚四氟乙烯薄带，然后左右交叉缠绕两层复合碳纤维丝，控制第一层复合碳纤维丝的编织角度为52‑53°，所述第二层复合碳纤维丝的编织角度为50‑51°，最后再缠绕一层聚四氟乙烯薄带，得到待处理缠绕管；

[0063] 3）将待处理缠绕管在400℃温度下进行烧结、室温冷却后进行水冷成型、脱模，得到碳纤维复合材料缠绕管。

[0064] 对比例1

[0065] 一种碳纤维复合材料缠绕管，所述碳纤维复合材料缠绕管由聚四氟乙烯内层，复合碳纤维丝左右交叉缠绕在内层外面构成的纤维层，以及纤维层外面的聚四氟乙烯外层构成。

[0066] 所述复合碳纤维丝的制备方法包括以下步骤：

[0067] （1）环氧基硅烷偶联剂与碳链长度为C7‑C9的长链脂肪胺按照摩尔比1:1.5在80℃加热条件下反应得到长链改性的硅烷偶联剂；

[0068] （2）碳纤维纱经过浓度为12mol/L的硫酸溶液浸泡50min后，水洗至pH值为6‑8，将长链改性的硅烷偶联剂与去离子水按照质量比1:4混合得到长链改性的硅烷偶联剂水解液，然后将水洗后的碳纤维纱加入至长链改性的硅烷偶联剂水解液中，控制水洗后的碳纤维纱与长链改性的硅烷偶联剂水解液的质量比为1:200，100Hz超声处理1h后取出、干燥，得到表面改性的碳纤维纱；

[0069] （3）将表面改性的碳纤维纱通过330℃的十字机头被熔融的聚四氟乙烯树脂包覆、冷却，得到复合碳纤维丝；所述熔融的聚四氟乙烯树脂由100重量份聚四氟乙烯、4重量份乙烯‑丙烯橡胶、0.1重量份苯甲酸钠组成。

[0070] 所述复合碳纤维丝中芯层的碳纤维半径与外层的聚四氟乙烯树脂的厚度之比为1:1.3。

[0071] 所述聚四氟乙烯内层厚度、复合碳纤维丝直径和聚四氟乙烯外层厚度的比例为1:0.5:1.3。

[0072] 上述的碳纤维复合材料缠绕管的制备方法包括以下步骤：

[0073] 1）将聚四氟乙烯粉料冷压成坯料，用车床切削成厚度为6‑9mm的聚四氟乙烯薄带；

[0074] 2）在模具上缠绕一层聚四氟乙烯薄带，然后左右交叉缠绕两层复合碳纤维丝，控制第一层复合碳纤维丝的编织角度为52‑53°，所述第二层复合碳纤维丝的编织角度为50‑51°，最后再缠绕一层聚四氟乙烯薄带，得到待处理缠绕管；

[0075] 3）将待处理缠绕管在400℃温度下进行烧结、室温冷却后进行水冷成型、脱模，得到碳纤维复合材料缠绕管。

[0076] 对比例2

[0077] 一种碳纤维复合材料缠绕管，所述碳纤维复合材料缠绕管由聚四氟乙烯内层，复合碳纤维丝左右交叉缠绕在内层外面构成的纤维层，以及纤维层外面的聚四氟乙烯外层构成。

[0078] 所述复合碳纤维丝的制备方法包括以下步骤：

[0079] （1）环氧基硅烷偶联剂与碳链长度为C21‑C22的长链脂肪胺按照摩尔比1:1.5在80℃加热条件下反应得到长链改性的硅烷偶联剂；

[0080] （2）碳纤维纱经过浓度为12mol/L的硫酸溶液浸泡50min后，水洗至pH值为6‑8，将长链改性的硅烷偶联剂与去离子水按照质量比1:4混合得到长链改性的硅烷偶联剂水解液，然后将水洗后的碳纤维纱加入至长链改性的硅烷偶联剂水解液中，控制水洗后的碳纤维纱与长链改性的硅烷偶联剂水解液的质量比为1:200，100Hz超声处理1h后取出、干燥，得到表面改性的碳纤维纱；

[0081] （3）将表面改性的碳纤维纱通过330℃的十字机头被熔融的聚四氟乙烯树脂包覆、冷却，得到复合碳纤维丝；所述熔融的聚四氟乙烯树脂由100重量份聚四氟乙烯、4重量份乙烯‑丙烯橡胶、0.1重量份苯甲酸钠组成。

[0082] 所述复合碳纤维丝中芯层的碳纤维半径与外层的聚四氟乙烯树脂的厚度之比为1:1.3。

[0083] 所述聚四氟乙烯内层厚度、复合碳纤维丝直径和聚四氟乙烯外层厚度的比例为1:0.5:1.3。

[0084] 上述的碳纤维复合材料缠绕管的制备方法包括以下步骤：

[0085] 1）将聚四氟乙烯粉料冷压成坯料，用车床切削成厚度为6‑9mm的聚四氟乙烯薄带；

[0086] 2）在模具上缠绕一层聚四氟乙烯薄带，然后左右交叉缠绕两层复合碳纤维丝，控制第一层复合碳纤维丝的编织角度为52‑53°，所述第二层复合碳纤维丝的编织角度为50‑51°，最后再缠绕一层聚四氟乙烯薄带，得到待处理缠绕管；

[0087] 3）将待处理缠绕管在400℃温度下进行烧结、室温冷却后进行水冷成型、脱模，得到碳纤维复合材料缠绕管。

[0088] 对比例3

[0089] 一种碳纤维复合材料缠绕管，所述碳纤维复合材料缠绕管由聚四氟乙烯内层，复合碳纤维丝左右交叉缠绕在内层外面构成的纤维层，以及纤维层外面的聚四氟乙烯外层构成。

[0090] 所述复合碳纤维丝的制备方法包括以下步骤：

[0091] 将碳纤维纱通过330℃的十字机头被熔融的聚四氟乙烯树脂包覆、冷却，得到复合碳纤维丝；所述熔融的聚四氟乙烯树脂由100重量份聚四氟乙烯、4重量份乙烯‑丙烯橡胶、0.1重量份苯甲酸钠组成。

[0092] 所述复合碳纤维丝中芯层的碳纤维半径与外层的聚四氟乙烯树脂的厚度之比为1:1.3。

[0093] 所述聚四氟乙烯内层厚度、复合碳纤维丝直径和聚四氟乙烯外层厚度的比例为1:0.5:1.3。

[0094] 上述的碳纤维复合材料缠绕管的制备方法包括以下步骤：

[0095] 1）将聚四氟乙烯粉料冷压成坯料，用车床切削成厚度为6‑9mm的聚四氟乙烯薄带；

[0096] 2）在模具上缠绕一层聚四氟乙烯薄带，然后左右交叉缠绕两层复合碳纤维丝，控制第一层复合碳纤维丝的编织角度为52‑53°，所述第二层复合碳纤维丝的编织角度为50‑51°，最后再缠绕一层聚四氟乙烯薄带，得到待处理缠绕管；

[0097] 3）将待处理缠绕管在400℃温度下进行烧结、室温冷却后进行水冷成型、脱模，得到碳纤维复合材料缠绕管。

[0098] 对比例4

[0099] 一种碳纤维复合材料缠绕管，所述碳纤维复合材料缠绕管由聚四氟乙烯内层，表面改性的碳纤维丝左右交叉缠绕在内层外面构成的纤维层，以及纤维层外面的聚四氟乙烯外层构成。

[0100] 所述表面改性的碳纤维丝的制备方法包括以下步骤：

[0101] （1）环氧基硅烷偶联剂与碳链长度为C17‑C20的长链脂肪胺按照摩尔比1:1.5在80℃加热条件下反应得到长链改性的硅烷偶联剂；

[0102] （2）碳纤维丝经过浓度为12mol/L的硫酸溶液浸泡50min后，水洗至pH值为6‑8，将长链改性的硅烷偶联剂与去离子水按照质量比1:4混合得到长链改性的硅烷偶联剂水解液，然后将水洗后的碳纤维丝加入至长链改性的硅烷偶联剂水解液中，控制水洗后的碳纤维丝与长链改性的硅烷偶联剂水解液的质量比为1:200，100Hz超声处理1h后取出、干燥，得到表面改性的碳纤维丝。

[0103] 所述聚四氟乙烯内层厚度、表面改性的碳纤维丝直径和聚四氟乙烯外层厚度的比例为1:0.5:1.3。

[0104] 上述的碳纤维复合材料缠绕管的制备方法包括以下步骤：

[0105] 1）将聚四氟乙烯粉料冷压成坯料，用车床切削成厚度为6‑9mm的聚四氟乙烯薄带；

[0106] 2）在模具上缠绕一层聚四氟乙烯薄带，然后左右交叉缠绕两层表面改性的碳纤维丝，控制第一层表面改性的碳纤维丝的编织角度为52‑53°，所述第二层表面改性的碳纤维丝的编织角度为50‑51°，最后再缠绕一层聚四氟乙烯薄带，得到待处理缠绕管；

[0107] 3）将待处理缠绕管在400℃温度下进行烧结、室温冷却后进行水冷成型、脱模，得到碳纤维复合材料缠绕管。

[0108] 性能测试

[0109] 将实施例1‑3和对比例1‑4制备得到的碳纤维复合材料缠绕管参照[0110]  GB11546《塑料拉伸蠕变测定方法》，沿芯管的轴向切取一段长为120±0.5mm的管段再将此管段横向切开以形成条状试样，并依据GB11546分别测试10MPa、12MPa、14MPa、16MPa压力下的变形率，测试结果如下表1所示：

[0111] 表1 碳纤维复合材料缠绕管力学性能测试结果

[0112]

[0113] 由表1测试结果可知，实施例1‑3中的碳纤维复合材料缠绕管在10MPa、12MPa、14MPa、16MPa压力下的变形率均较小，具备较高的力学性能。而对比例1在实施例3基础上将碳链长度为C17‑C20的长链脂肪胺更换为碳链长度为C7‑C9的长链脂肪胺，其碳纤维复合材料缠绕管在不同压力下的变形率均有所提高，其原因可能是碳链长度较低，与聚四氟乙烯的相互缠绕作用较弱，相互作用力较低，相容性降低，因此降低力学性能；对比例2在实施例
3基础上将碳链长度为C17‑C20的长链脂肪胺更换为碳链长度为C21‑C22的长链脂肪胺，其碳纤维复合材料缠绕管在不同压力下的变形率均有所提高，其原因可能是碳链长度太大，其形成的位阻效应明显，导致其与聚四氟乙烯长链的相互缠绕作用降低，相互作用力降低，形容性降低，因此降低了力学性能；对比例3在实施例3基础上不对碳纤维进行改性，直接在碳纤维纱表面包裹熔融的聚四氟乙烯制成复合碳纤维丝，其碳纤维复合材料缠绕管在不同压力下的变形率均明显提高，其原因可能是未经过改性的碳纤维与聚四氟乙烯的相容性较差，力学性能大大降低；对比例4在实施例3基础上，将表面改性的碳纤维丝直接作为缠绕管的骨架层，不包裹熔融聚四氟乙烯层，其碳纤维复合材料缠绕管在不同压力下的变形率均明显提高，其原因可能是未经过聚四氟乙烯包裹的改性碳纤维与内层聚四氟乙烯和外层聚四氟乙烯的接触面积减少，其稳定性降低，因此力学性能降低。

[0114] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。