CN102689441B - 一种复合管的制作方法、粘稠物质输送管和输送缸 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种复合管的制作方法，超高分子量聚乙烯管材置于外管中进行烧结，烧结完成后在所述外管的内壁复合形成超高分子量聚乙烯内管，所述外管和所述超高分子量聚乙烯内管形成复合管。本发明中的复合管的制作方法，不会对超高分子聚乙烯的分子量造成限制，有效地提高超高分子聚乙烯复合管的耐磨性。本发明还提供了一种粘稠物质输送管和一种粘稠物质输送缸。

Description

一种复合管的制作方法、粘稠物质输送管和输送缸

技术领域

本发明涉及超高分子量聚乙烯复合管制作技术领域，具体而言，涉及一种复合管的制作方法、一种粘稠物质输送管和输送缸。

背景技术

目前混凝土输送缸、输送管多为钢材制作，再增加高硬度的耐磨层，如电镀铬，其缺陷如下：重量大，成本高；金属的输送缸内壁与弹性体砼密封体之间的摩擦系数大，容易损坏砼密封体；金属输送管内壁与混凝土容易发生粘附，施工中断或未及时清洗则容易阻塞管道或影响输送效率；而且金属输送管太重，人工安装、运送十分不便。

而超高分子量聚乙烯是目前发现最耐磨的塑料，表面摩擦系数小，具有良好的自滑润性，广泛应用于人造关节耐磨层。其优点有：密度小，密度为0.9×1000kg/m³，仅仅为钢材的1/8，相对钢管可大幅减轻重量；表面摩擦系数小，将其应用于混凝土输送缸内管，可以降低砼密封体的磨损，应用于混凝土输送管，可提高输送效率；成本低，由于密度低，所以相对成本低，原料成本约为20～30元/公斤。但单纯的超高分子量聚乙烯内管不耐划伤，易剥落，用于混凝土输送等工况较为恶劣的环境时，耐磨性仍显不足，易发生犁沟式切除破坏。

因此，目前的内管超高分子量聚乙烯管的应用仍具有如下瓶颈：单纯的超高分子量聚乙烯耐磨性仍显不足，不耐划伤剥落，而且市场上的复合管内管使用传统螺杆挤出加工，黏均分子量高于300万则难以生产，更无法加入硬质填料，而且挤出过程中分子量下降严重，2006年TICONA将中国国内能收集到的所有超高分子量聚乙烯产品进行检测，结果平均分子量仅50万，远低于150万的最低标准，而目前超高分子量聚乙烯原料分子量最高的已经达1000万。

发明内容

基于上述背景技术，本发明所要解决的技术问题在于，提供一种新的复合管的制作方法，不会对超高分子聚乙烯的分子量造成限制，有效地提高超高分子聚乙烯复合管的耐磨性。

有鉴于此，本发明提供了一种复合管的制作方法，超高分子量聚乙烯管材置于外管中进行烧结，烧结完成后在所述外管的内壁复合形成超高分子量聚乙烯内管，所述外管和所述超高分子量聚乙烯内管形成复合管。采用烧结成型的方式生产复合管，消除了现有工艺中对其分子量的限制，任何分子量的超高分子量聚乙烯均可以进行生产，并且可以加入改性填料，从而可以使生产出的复合管更好地发挥出超高分子量聚乙烯的性能。

优选地，在烧结过程中，采用内模膨胀加压的方式对所述超高分子量聚乙烯管材加压。通过内模膨胀加压的方式可以方便对复合管施加均匀的压力，使超高分子量聚乙烯管材内管胀大并烧结结合在外管内壁上，从而有效地提高烧结成型所得到的内管的品质，提高生产效率，实现工业化的量产。

具体而言，所述的复合管的制作方法包括：步骤S106，将具有预设尺寸的超高分子量聚乙烯管材套入所述外管内，在所述超高分子量聚乙烯管材内置入膨胀内模；步骤S108，对所述外管和所述超高分子量聚乙烯管材加热，加热温度在超高分子量聚乙烯的熔点以上，同时对膨胀内模进行加压膨胀以对所述超高分子量聚乙烯管材施压，使所述超高分子量聚乙烯管材贴紧外管的内壁进行复合；步骤S110，烧结完成后，在所述外管的内壁复合形成超高分子量聚乙烯内管。

通过以上步骤，即可完成超高分子量聚乙烯复合管的制作。

优选地，在所述步骤S108中，所述膨胀内模的膨胀压强为5MPa～15MPa，且从所述超高分子量聚乙烯的温度达到熔点开始，保持加热和加压30～60分钟后完成烧结。根据实践中的经验总结，烧结的过程中膨胀内模采用5MPa～15MPa的压强并从所述超高分子量聚乙烯的温度达到熔点开始保持加热和加压30～60分钟后完成烧结，可以实现烧结出内管质量最佳。

优选地，超高分子量聚乙烯管材的长度大于所述外管的长度，在套入所述外管内时将所述超高分子量聚乙烯管材的两端分别露出所述外管的两端，烧结过程中，露出所述外管的部分通过内模膨胀加压的方式形成翻边，可以防止管材内部流体进入内管和外管的结合面，提高超高分子量聚乙烯内管和外管连接的可靠性。

优选地，在所述步骤S106之前，还包括步骤S102，将超高分子量聚乙烯与改性填料混合、或将截断的耐磨纤维与超高分子量聚乙烯混合、或将连续的耐磨纤维布与超高分子量聚乙烯原料分层铺垫，然后压制成超高分子量聚乙烯板材；步骤S104，将上述板材卷制成所述超高分子量聚乙烯管材。

优选地，在所述步骤S102中，在超高分子量聚乙烯与改性填料混合前，使用偶联剂对所述改性填料进行预处理；或者，在超高分子量聚乙烯与改性填料混合时加入偶联剂，可以进一步提高改性填料对超高分子量聚乙烯复合管的耐磨度的改善效果。

优选地，在所述步骤S106之前还包括在所述外管的内壁进行防滑处理。这样可以保证外管和内管的连接更加可靠，防止外管和内管连接后发生轴向的串动。

基于上述技术方案，本发明中的复合管的制作方法，实现了外管和超高分子量聚乙烯内管一次复合成型，而且可以同时完成烧结与口部翻边，减少了整个复合管生产过程的能量消耗，提高了生产效率。

本发明还提供了一种粘稠物质输送管，特别是混凝土的输送管，通过上述技术方案中任一项所述的复合管的制作方法制成。

本发明还提供了一种粘稠物质输送缸，特别是混凝土的输送缸，通过上述技术方案中任一项所述的复合管的制作方法制成。

由于混凝土输送时工况恶劣，对输送管和输送缸的复合管的耐磨度要求更高，而通过本发明的技术方案，实现了可以将任何分子量的超高分子量聚乙烯的加工成为复合管的内管，而且可以在制作复合管内管的原料中加入改性填料和偶联剂，有效地提高了超高分子量聚乙烯复合管的耐磨度，以使其可以更好地适应混凝土输送的恶劣工况；而且，使用超高分子量聚乙烯做混凝土输送管的内管，可以大幅减轻其重量，安装方便，同时还降低了成本，而且内管不会因为与混凝土发生粘附而导致施工中断等情况，超高分子量聚乙烯内管还不结垢，从而减小堵管的概率；另外，使用超高分子量聚乙烯做混凝土输送缸的内管，由于超高分子量聚乙烯自润滑的特性，使得工作中砼活塞可以不用打润滑油，节省了成本；还可以将本发明中的复合管的制作方法应用于尾矿输送管、河道疏浚管、煤渣输送管等管形结构的制作，无法穷举，不再赘述，但其均应在本发明的保护范围之内。

综上所述，通过本发明，采用烧结成型的方式，实现了可以将任何分子量的超高分子量聚乙烯加工成为复合管，而且可以在制作内管的原料中加入改性填料，有效地提高了复合管的耐磨度；而且使用该工艺加工混凝土输送管和混凝土输送缸，可以大幅减轻其重量，同时还降低了成本；另外，将内模膨胀工艺应用到制作复合管的制作中，可以方便对复合管施加压力，从而有效地提高烧结成型所得到的复合管的品质，提高生产效率，实现工业化的量产。

附图说明

图1是根据本发明实施例的复合管的制作方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的制作复合管过程中进行内模膨胀加压前的状态示意图；

图3是根据本发明实施例的制作复合管过程中进行内模膨胀加压后的状态示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图中所示，本实施例中，本发明提供的复合管的制作方法包括：

步骤S102，将超高分子量聚乙烯与改性填料、偶联剂混合，并利用混合后得到的原料压制超高分子量聚乙烯板材。

其中，改性填料可以为质量分数小于等于50％的Al2O3或质量分数小于等于50％的玻璃微珠或30～70目的石英砂，或者还可以为高岭土等，均可以提高超高分子量聚乙烯复合管的耐磨度。

偶联剂的选择也有多种，例如有机铬络合物、硅烷类、钛酸酯类或铝酸化合物等，其中以占改性填料质量0.1～2％的有机硅烷为最佳。例如实践中优选采用硅烷偶联剂A-151，其名称为乙烯基三乙氧基硅烷，分子式为CH2＝CHSi(OC2H5)3，采用该种偶联剂，可以有效地提高改性填料和聚乙烯树脂之间的亲和力，以及提高填料在树脂中的分散力和结合力，改善工艺性能有效地提高聚乙烯树脂的机械性能和耐磨性。

具体地，可以预先将所述偶联剂喷洒在改性填料上，再将改性填料与超高分子量聚乙烯混合。也可以在超高分子量聚乙烯和改性填料的混合原料中直接加入偶联剂。

在以上步骤中，加入改性填料可以有效地提高超高分子量聚乙烯复合管的耐磨度，而采用偶联剂则可以进一步提高改性填料对超高分子量聚乙烯复合管的耐磨度改善效果。当然，加入偶联剂是一种优选的方案，仅加入改性填料也可以实现提高超高分子量聚乙烯复合管的耐磨度目的。

压制超高分子量聚乙烯板材的方法还可以为：将连续的耐磨纤维布与超高分子量聚乙烯原料分层铺垫，将连续的耐磨纤维布与超高分子量聚乙烯原料分层铺垫，可以提高超高分子量聚乙烯复合管的耐磨度。或者，将截断的耐磨纤维与超高分子量聚乙烯混合，并压制成超高分子量聚乙烯板材。将截断的耐磨纤维与超高分子量聚乙烯原料混合，同样可以提高超高分子量聚乙烯复合管的耐磨度。其中，所述的耐磨纤维可以是涤纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、碳纤维或碳纳米管等。

具体地，本实施例中压制超高分子量聚乙烯板材的工艺采用可以冷压加工，使用的机床为压机，加工前将混合好的原料放入或者将连续的耐磨纤维布与原料分层铺垫，加工过程使用的模具内置有加热与温度控制装置，可以保证加工温度。所谓的冷压，是指低于超高分子量聚乙烯熔点温度的条件下，以20～120MPa的压力进行加工，这些均是现有技术中已有的工艺，不再赘述。

步骤S104，将压制好的超高分子量聚乙烯板材卷制为预定尺寸超高分子量聚乙烯管材1。其中，由于本方法的主题是制作复合管，所以本领域技术人员应当明白，所谓的“预定尺寸”是指超高分子量聚乙烯管材1的外径要略小于外管2的内径，从而使超高分子量聚乙烯管材1可以套入到的外管2内，但两者之间的间隙又不会过大。

步骤S106，将具有预设尺寸的超高分子量聚乙烯管材1套入外管2内，在超高分子量聚乙烯管材1内置入膨胀内模3，并将外管2的两端与模具4组装，组装后如图2所示。

其中，膨胀内模3可以由橡胶带或硅橡胶袋等制成，内部则可以充气或使用液体加压等方式；而外管2可以是由钢材制作，也可以是碳纤维增强复合管材、钢丝缠绕增强管等。

作为优选的实施方式，采用长度大于所述外管2的超高分子量聚乙烯管材1制作所述内管，在套入外管2内时将超高分子量聚乙烯管材1的两端分别露出外管2的两端，烧结过程中，露出外管2的部分通过内模膨胀加压的方式形成翻边，可以防止管材内部流体进入内管和外管的结合面，提高超高分子量聚乙烯内管和外管连接的可靠性。

另外，作为优选的实施方式，在加工外管2时，可以在外管2的内壁做防滑处理，可以保证外管和内管的连接更加可靠，防止外管和内管连接后发生轴向的串动。其中，做防滑处理的方式可以有很多中，总的来说就是在外管的内部上加工一些凹槽或凸起，这样的加工工艺有很多中，在此不一一列举。作为以中优选实施方式，在外管的内壁上进行滚花处理，该种工艺简单通用，易于实现，效果也好。

具体地，可以利用连接法兰5和卡环6对外管2和模具4进行组装，而当需要翻边时，则需要将模具4的内壁与外管2的外壁对齐，不需要翻边时则将模具4的内壁与外管2的内壁对齐，这些均是现有技术中制作翻边时的方法，不再赘述。

步骤S108，如图3所示，对组装后的模具、外管2和内管1加热，加热温度在超高分子量聚乙烯的熔点以上，同时对膨胀内模3进行膨胀以对超高分子量聚乙烯管材1施压，使超高分子量聚乙烯管材1贴紧外管2的内壁，使用内模膨胀加压的方式方便对复合管施加压力，使内管胀大并烧结结合在外管内壁上，从而有效地提高烧结成型所得到的复合管的品质；在烧结过程中，在内模膨胀加压的作用下，完成超高分子量聚乙烯管材1的卷口对接，以及超高分子量聚乙烯管材1与外管2内壁的复合。

膨胀内模3的膨胀压强为5MPa～15MPa，且从超高分子量聚乙烯的温度达到熔点开始，保持加热和加压30～60分钟后完成烧结。根据实践中的经验总结，烧结的过程中膨胀内模采用5MPa～15MPa的压强并从超高分子量聚乙烯的温度达到熔点开始保持加热和加压30～60分钟后完成烧结，可以实现烧结出内管质量最佳。

步骤S110，烧结完成后，在外管2的内壁复合形成超高分子量聚乙烯内管。

通过以上步骤，即可完成超高分子量聚乙烯复合管的制作。

基于本实施例中的上述技术方案，可见，本发明中的制作复合管的方法，采用烧结成型的方式生产复合管，消除了现有工艺中对其分子量的限制，任何分子量的超高分子量聚乙烯均可以进行生产，并且可以加入改性填料，从而可以使生产出的复合管更好地发挥出超高分子量聚乙烯的性能；而且实现了外管2和超高分子量聚乙烯内管一次复合成型，而且可以同时完成烧结与口部翻边，减少了整个复合管生产过程的能量消耗，提高了生产效率。

另外，需要说明的是，本发明中的管形结构中所谓的“管”均应指广义的管，而非限于通常所说的管件，本发明中的技术方案显然适用于所有管形结构的制作，而非限于管件，还可以是其它柱形的空心结构等，例如混凝土输送缸。

将本发明中所述的复合管的制作方法应用于制作粘稠物质输送管和粘稠物质输送缸中，即可获得本发明中提供的粘稠物质输送管和粘稠物质输送缸的实施例。尤其是在混凝土输送管和混凝土输送缸中，由于混凝土输送时工况恶劣，对输送管和输送缸的复合管的耐磨度要求更高，而通过本发明的技术方案，实现了可以将任何分子量的超高分子量聚乙烯的加工成为复合管的内管，而且可以在制作内管的原料中加入改性填料和偶联剂，有效地提高了复合管的耐磨度，以使其可以更好地适应混凝土输送的恶劣工况；而且，使用超高分子量聚乙烯做混凝土输送管的内管，可以大幅减轻其重量，安装方便，同时还降低了成本，而且内管不会因为与混凝土发生粘附而导致施工中断等情况，超高分子量聚乙烯内管还不结垢，从而减小堵管的概率；另外，使用超高分子量聚乙烯做混凝土输送缸的内管，由于超高分子量聚乙烯自润滑的特性，使工作中的砼活塞可以不用打润滑油，节省了成本。

综上所述，通过本发明，采用烧结成型的方式，实现了可以将任何分子量的超高分子量聚乙烯加工成为复合管，而且可以在制作内管的原料中加入改性填料，有效地提高了复合管的耐磨度；而且使用该工艺加工混凝土输送管和混凝土输送缸，可以大幅减轻其重量，同时还降低了成本；另外，将内模膨胀工艺应用到制作复合管的制作中，可以方便对复合管施加压力，从而有效地提高烧结成型所得到的复合管的品质，提高生产效率，

实现工业化的量产。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种复合管的制作方法，其特征在于，将超高分子量聚乙烯管材置于外管中进行烧结，烧结完成后在所述外管的内壁复合形成超高分子量聚乙烯内管，所述外管和所述超高分子量聚乙烯内管形成复合管；

烧结过程中，采用内模膨胀加压方式对所述超高分子量聚乙烯管材施压，具体包括：

步骤S106，将具有预设尺寸的超高分子量聚乙烯管材套入所述外管内，在所述超高分子量聚乙烯管材内置入膨胀内模；

步骤S108，对所述外管和所述超高分子量聚乙烯管材加热，加热温度在超高分子量聚乙烯的熔点以上，同时对膨胀内模进行加压膨胀以对所述超高分子量聚乙烯管材施压，使所述超高分子量聚乙烯管材贴紧所述外管的内壁进行复合；

步骤S110，烧结完成后，在所述外管的内壁复合形成超高分子量聚乙烯内管；

其中，超高分子量聚乙烯管材的长度大于所述外管的长度，在套入所述外管内时将所述超高分子量聚乙烯管材的两端分别露出所述外管的两端，烧结过程中，露出所述外管的部分通过内模膨胀加压的方式形成翻边。

2.根据权利要求1所述的复合管的制作方法，其特征在于，在所述步骤S108中，所述膨胀内模的膨胀压强为5MPa～15MPa，且从所述超高分子量聚乙烯的温度达到熔点开始，保持加热和加压30～60分钟后完成烧结。

3.根据权利要求1或2所述的复合管的制作方法，其特征在于，在所述步骤S106之前还包括：

步骤S102，将超高分子量聚乙烯与改性填料混合、或将截断的耐磨纤维与超高分子量聚乙烯混合、或将连续的耐磨纤维布与超高分子量聚乙烯原料分层铺垫，然后压制成超高分子量聚乙烯板材；

步骤S104，将上述板材卷制成所述超高分子量聚乙烯管材。

4.根据权利要求3所述的复合管的制作方法，其特征在于，在所述步骤S102中，在超高分子量聚乙烯与改性填料混合前，使用偶联剂对所述改性填料进行预处理；或者，在超高分子量聚乙烯与改性填料混合时加入偶联剂。

5.根据权利要求1或2所述的复合管的制作方法，其特征在于，在进行烧结之前还包括对所述外管的内壁进行防滑处理的步骤。

6.一种粘稠物质输送管，其特征在于，通过权利要求1至5中任一项所述的复合管的制作方法制成。

7.一种粘稠物质输送缸，其特征在于，通过权利要求1至5中任一项所述的复合管的制作方法制成。