CN103016857A

CN103016857A - 一种物料输送管及其制备方法

Info

Publication number: CN103016857A
Application number: CN2012105487452A
Authority: CN
Inventors: 李晓超; 王佳茜; 李庶
Original assignee: Zoomlion Heavy Industry Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Zoomlion Heavy Industry Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2012-12-17
Filing date: 2012-12-17
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2032-12-17
Also published as: CN103016857B

Abstract

本发明公开了一种物料输送管及其制备方法。该物料输送管包括纤维复合外管以及设置于纤维复合外管的内表面上的聚氨酯内衬层。通过上述方式，由于纤维复合外管具有质量轻和强度高的特点，可以实现将物料输送到更高更远的地方，而聚氨酯内衬层具有较好的耐磨性和抗腐蚀性，可以有效减缓被输送的物料对物料输送管的磨损和腐蚀，提升物料输送管的使用寿命。进一步，在聚氨酯内衬层被磨损后，可以在纤维复合外管的内表面上重新涂覆新的聚氨酯内衬层，而不是直接更换物料输送管，可以大大节省物料输送管的使用成本。

Description

一种物料输送管及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑工程机械领域，特别是涉及一种物料输送管及其制备方法。

背景技术

随着城市建设、道路桥梁等各种工程建设的机械化施工的普及，用于混凝土输送的混凝土泵车成为混凝土机械技术的重要设备。随着混凝土机械技术的高速发展，混凝土泵车需要将混凝土输送到更高更远的地方。

混凝土泵车包括臂架和混凝土输送管，其中，臂架为可伸缩或屈折的布料臂，混凝土输送管固定在臂架上。在施工过程中，布料臂展开，固定在布料臂上的混凝土输送管将混凝土输送到一定的高度和距离。为了实现将混凝土输送到更高更远的地方，需要混凝土输送管具有轻质的特点。同时，为了减缓被输送的混凝土对混凝土输送管的内壁的磨损和腐蚀，需要混凝土输送管具有较好的耐磨性和抗腐蚀性。进一步地，为了节省混凝土输送管的使用成本，需要混凝土输送管具有可修复性，可以对内壁磨损后的混凝土输送管进行修复而不是直接更换。

传统的混凝土输送管为单层管，材质为金属材质，例如：钢、合金钢等。因为金属材质的密度较大，单层混凝土输送管一般质量偏重。同时，因为金属材质容易被腐蚀，单层混凝土输送管的抗腐蚀性较差。单层混凝土输送管在提升管道内壁耐磨性的同时，会降低管道的整体韧性，使管道容易折断或开裂，因此在兼顾韧性和耐磨性的条件下，单层混凝土输送管无法实现较好的耐磨性。同时，单层混凝土输送管不具有可修复性，当内壁出现一定程度的的磨损便需要进行更换，难以修复后重新投入使用。进一步，用于输送煤炭等其他物料的物料输送管同样存在类似的问题。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种轻质、耐磨、抗腐蚀以及使用成本低的物料输送管以及制备该物料输送管的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种物料输送管，该物料输送管包括纤维复合外管以及设置于纤维复合外管的内表面上的聚氨酯内衬层。

其中，纤维复合外管包括基体树脂以及绕纤维复合外管的轴向缠绕设置且由基体树脂粘结在一起的纤维。

其中，纤维为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维和超高分子量聚乙烯纤维中的至少一种，基体树脂为不饱和聚酯、环氧树脂、乙烯基树脂和酚醛树脂中的至少一种。

其中，纤维分层设置，其中相邻两层纤维中的一层纤维的缠绕方向与平行纤维复合外管的轴向的第一方向的角度大于等于50度小于90度，而另一层纤维的缠绕方向与平行纤维复合外管的轴向的第一方向的角度大于90度小于等于130度。

其中，聚氨酯内衬层的厚度为2至4毫米。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种物料输送管的制备方法，该方法包括步骤：提供一纤维复合外管；于纤维复合外管的内表面上涂覆聚氨酯内衬层。

其中，提供一纤维复合外管的步骤包括：以缠绕成型工艺形成纤维复合外管。

其中，以缠绕成型工艺形成纤维复合外管的步骤包括：将浸渍有基体树脂的纤维按照预定的缠绕规律缠绕在模具的外表面；对缠绕纤维的模具进行固化处理，以利用基体树脂将纤维粘结在一起；将模具进行脱模处理，以形成纤维复合外管。

其中，预定的缠绕规律为使得纤维分层设置，其中相邻两层纤维中的一层纤维的缠绕方向与平行纤维复合外管的轴向的第一方向的角度大于等于50度小于90度，而另一层纤维的缠绕方向与平行纤维复合外管的轴向的第一方向的角度大于90度小于等于130度。

其中，制备方法进一步包括：在聚氨酯内衬层磨损后，于纤维复合外管的内表面上重新涂覆新的聚氨酯内衬层。

其中，于所述纤维复合外管的内表面上涂覆聚氨酯内衬层的步骤具体包括：于纤维复合外管的内表面均匀涂覆2至4毫米的第一聚氨酯内衬层；于纤维复合外管的内表面的端部位置，加厚涂覆0.5至1毫米的第二聚氨酯内衬层。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明的物料输送管包括纤维复合外管以及设置于纤维复合外管的内表面上的聚氨酯内衬层。由于纤维复合外管具有质量轻和强度高的特点，可以实现将物料输送到更高更远的地方，而聚氨酯内衬层具有较好的耐磨性和抗腐蚀性，可以有效减缓被输送的物料对物料输送管的磨损和腐蚀，提升物料输送管的使用寿命。进一步，在聚氨酯内衬层被磨损后，可以在纤维复合外管的内表面上重新涂覆新的聚氨酯内衬层，而不是直接更换物料输送管，可以节省物料输送管的使用成本。

附图说明

图1是本发明物料输送管一实施例的结构示意图；

图2是图1中纤维复合外管的纤维缠绕方向示意图；

图3是本发明物料输送管制备方法一实施例的流程图；

图4是图3中以缠绕成型工艺形成纤维复合外管的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

图1是本发明物料输送管一实施例的结构示意图。如图1所示，物料输送管包括纤维复合外管1和聚氨酯内衬层2。

其中，纤维复合外管1包括基体树脂和纤维。基体树脂为不饱和聚酯、环氧树脂、乙烯基树脂和酚醛树脂中的至少一种。本实施例中，基体树脂选择工艺性好、强度高、韧性好的环氧树脂。纤维为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维和超高分子量聚乙烯纤维中的至少一种。本实施例中，纤维选择碳纤维，特别是强度在3.5Gpa（吉帕）以上的高强碳纤维。

碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，具有比重小、强度高的特性。碳纤维与环氧树脂复合而成的碳纤维环氧树脂复合材料，相比其他复合材料，比重小、强度高的优势更加明显。本实施例中的纤维复合外管1主要由碳纤维和环氧树脂组成，所以也就具有质量轻、强度高的特点。具体来说，本实施例中的物料输送管在输送混凝土时，相对于现有的金属材质的混凝土输送管，在保证物料输送管的高强度的同时，物料输送管的重量降低50%以上，可以实现将混凝土输送到更高更远的地方。

请一并参照图2，图2是图1中纤维复合外管的纤维缠绕方向示意图。纤维复合外管1通过纤维缠绕成型，基体树脂用于将纤维粘结在一起。纤维分层设置，纤维的缠绕方向21与平行纤维复合外管1的轴线11的第一方向X的角度θ可以根据物料输送管需承受的环向应力来选择。具体来说，相邻两层纤维中的一层纤维的缠绕方向21与平行纤维复合外管1的轴向11的第一方向X的角度θ大于等于50度小于90度，而另一层纤维的缠绕方向21与平行纤维复合外管1的轴向11的第一方向X的角度θ大于90度小于等于130度。

在物料的运送过程中，物料输送管在物料的作用下向外膨胀而产生环向和轴向的应力，其中环向应力的作用方向是沿纤维复合外管1的圆周方向，轴向应力的作用方向是沿纤维复合外管1的轴线11方向，环向应力与轴向应力相垂直且环向应力远远大于轴向应力。

纤维沿纤维轴方向有很高的强度，且纤维轴方向与纤维的缠绕方向21一致，也就是说，纤维轴方向与平行纤维复合外管1的轴线11的第一方向X的角度为θ。此时，可以将纤维可承受的强度分解为沿环向应力方向可承受的强度和沿轴向应力方向可承受的强度，其中，纤维复合外管沿环向应力方向上可承受强度为纤维沿纤维轴方向可承受强度与sinθ的乘积，沿环向应力方向上可承受强度为纤维沿纤维轴方向可承受强度与cosθ的乘积。实际应用中纤维复合外管需要承受较大的环向应力，也就是说，纤维复合外管需要沿环向应力方向上承受的较大的强度。当纤维的缠绕方向21与平行纤维复合外管1的轴线11的第一方向的角度θ为大于等于50度小于90度或者大于90度小于等于130度之间的任意角度时，sinθ的绝对值大于cosθ的绝对值，纤维复合外管沿环向应力方向上可承受强度大于纤维复合外管沿轴向应力方向上可承受强度，满足实际应用的需求。优选地，角度θ为大于等于70度小于90度或者大于90度小于等于110度之间的任意角度，此时sinθ的绝对值远远大于cosθ的绝对值，可以更好地满足实际应用的需求。

聚氨酯内衬层2设置于纤维复合外管1的内表面10，具体来说，聚氨酯内衬层2涂覆在纤维复合外管1的内表面10。在本实施例中，聚氨酯内衬层2的厚度为2至4毫米，这是因为聚氨酯内衬层2的厚度越大，物料输送管的耐磨性越好。

聚氨酯内衬层2具有很强的粘连性，与纤维复合外管1的内表面10之间结合紧密，不易脱落，可以有效地防止聚氨酯内衬层2和纤维复合外管1出现分层而导致纤维复合外管1需承受的环向应力直接施加在聚氨酯内衬层2上，从而使聚氨酯内衬层2被损坏甚至断裂的现象发生。

聚氨酯内衬层2具有良好的耐磨性，为了进一步提高聚氨酯内衬层2的耐磨性，提升物料输送管的使用寿命，在实际应用中，还可以在聚氨酯内衬层2中添加炭黑等耐磨材料。

本实施例中的物料输送管中的纤维复合外管1和聚氨酯内衬层2具有良好的耐腐蚀性和减震性能，可以进一步提升物料输送管的使用寿命。

实际应用中，物料输送管不仅可以应用于混凝土输送设备例如：混凝土泵车上，还可应用与其他类型的物料输送设备上，例如煤炭输送设备等等。

图3是本发明物料输送管制备方法一实施例的流程图。如图3所示，本方法具体包括如下步骤：

步骤S10：提供一纤维复合外管；

在本实施例中，纤维复合外管以缠绕成型工艺形成，缠绕成型可以为湿法缠绕，也可以为干法缠绕。湿法缠绕是将纤维浸渍基体树脂后直接缠绕至模具上。干法缠绕是将预先浸渍了基体树脂的纤维经加热软化至粘流状态后缠绕至模具上。

请一并参考图4，图4是图3中以缠绕成型工艺形成纤维复合外管的流程图。如图4所示，以缠绕成型工艺形成纤维复合外管具体包括如下步骤：

步骤S101：将浸渍有基体树脂的纤维按照预定的缠绕规律缠绕在模具的外表面；

在本实施例中，模具为一管型模具，管型模具的外径与物料输送管的内径相同。将纤维缠绕至模具的外表面之前，首先对模具的外表面进行抛光处理，然后在模具的外表面均匀涂覆一层脱模剂，以保证顺利脱模。

将浸渍有基体树脂的纤维按照预定的缠绕规律一层层缠绕在模具上。其中，预定的缠绕规律为使得纤维分层设置，其中相邻两层纤维中的一层纤维的缠绕方向与平行纤维复合外管的轴向的第一方向的角度大于等于50度小于90度，而另一层纤维的缠绕方向与平行纤维复合外管的轴向的第一方向的角度大于90度小于等于130度。

具体来说，例如，可以选择纤维的第一层的缠绕方向为与平行纤维复合外管的轴向的第一方向的角度为大于等于50度小于90度之间的任意角度，例如，60度。为使得第二层的纤维与第一层的纤维以纤维复合外管的轴向为中心线对称设置，选择第二层的缠绕方向与平行纤维复合外管的轴向的第一方向的角度为120度。然后可以选择纤维的第三层的缠绕方向为异于60度的其他角度，例如，70度，对应地，相邻的第四层的缠绕方向选择为110度，依此缠绕规律缠绕，直至达到预定的设计厚度。

在其他实施例中，相邻两层纤维中的一层纤维可以包括至少一层，例如，二层、三层、四层，缠绕方向与平行纤维复合外管的轴向的第一方向的角度大于等于50度小于90度的纤维，另一层纤维可以包括至少一层，例如，二层、三层、四层，缠绕方向与平行纤维复合外管的轴向的第一方向的角度大于90度小于等于130度的纤维。

步骤S102：对缠绕纤维的模具进行固化处理，以利用基体树脂将纤维粘结在一起；

将缠绕纤维的模具放入烘箱中加热固化。此时，基体树脂的粘度可以通过温度在很大范围内调节，以实现纤维相互紧密粘结。

步骤S103：将模具进行脱模处理，以形成纤维复合外管；

待固化的模具自然冷却后，对模具进行脱模处理，得到纤维复合外管。

步骤S20：于纤维复合外管的内表面上涂覆聚氨酯内衬层；

在纤维复合外管的内表面上涂覆聚氨酯内衬层之前，先对纤维复合外管的内表面进行喷砂处理以提高纤维复合外管的内表面的粗糙度，提升其与聚氨酯内衬层的结合能力。

在纤维复合外管的内表面均匀涂覆上第一聚氨酯内衬层，直至第一聚氨酯内衬层的厚度达到2至4毫米。在实际应用中，可以使用喷枪进行喷涂，也可以使用其他的涂覆方式，在此不做限制。

在物料输送管使用过程中，纤维复合外管的端部更易磨损，所以在均匀涂覆完成后，优选地，在纤维复合外管的端部位置的内表面，加厚涂覆0.5至1毫米的第二聚氨酯内衬层。

步骤S30：在聚氨酯内衬层磨损后，于纤维复合外管的内表面上重新涂覆新的聚氨酯内衬层。

当物料输送管使用一段时间后，测量聚氨酯内衬层的磨损情况，例如：用厚度测量仪测量，当聚氨酯内衬层即将被磨损完，可将物料输送管拆卸后在纤维复合外管的内表面上重新涂覆新的聚氨酯内衬层，然后投入使用，这样可以大大节省物料输送管的使用成本。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的物料输送管包括纤维复合外管以及设置于纤维复合外管的内表面上的聚氨酯内衬层。由于纤维复合外管具有质量轻和强度高的特点，可以实现将物料输送到更高更远的地方，而聚氨酯内衬层具有较好的耐磨性和抗腐蚀性，可以有效减缓被输送的物料对物料输送管的磨损和腐蚀，提升物料输送管的使用寿命。进一步，在聚氨酯内衬层被磨损后，可以在纤维复合外管的内表面上重新涂覆新的聚氨酯内衬层，而不是直接更换物料输送管，可以节省物料输送管的使用成本。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种物料输送管，其特征在于，所述物料输送管包括纤维复合外管以及设置于所述纤维复合外管的内表面上的聚氨酯内衬层。

2.根据权利要求1所述的物料输送管，其特征在于，所述纤维复合外管包括基体树脂以及绕所述纤维复合外管的轴向缠绕设置且由所述基体树脂粘结在一起的纤维。

3.根据权利要求2所述的物料输送管，其特征在于，所述纤维为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维和超高分子量聚乙烯纤维中的至少一种，所述基体树脂为不饱和聚酯、环氧树脂、乙烯基树脂和酚醛树脂中的至少一种。

4.根据权利要求2所述的物料输送管，其特征在于，所述纤维分层设置，其中相邻两层所述纤维中的一层所述纤维的缠绕方向与平行所述纤维复合外管的轴向的第一方向的角度大于等于50度小于90度，而另一层所述纤维的所述缠绕方向与平行所述纤维复合外管的所述轴向的所述第一方向的角度大于90度小于等于130度。

5.根据权利要求1所述的物料输送管，其特征在于，所述聚氨酯内衬层的厚度为2至4毫米。

6.一种物料输送管的制备方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

提供一纤维复合外管；

于所述纤维复合外管的内表面上涂覆聚氨酯内衬层。

7.根据权利要求6所述的物料输送管的制备方法，其特征在于，所述提供一纤维复合外管的步骤包括：以缠绕成型工艺形成所述纤维复合外管。

8.根据权利要求7所述的物料输送管的制备方法，其特征在于，所述以缠绕成型工艺形成所述纤维复合外管的步骤包括：

将浸渍有基体树脂的纤维按照预定的缠绕规律缠绕在模具的外表面；

对缠绕所述纤维的所述模具进行固化处理，以利用所述基体树脂将所述纤维粘结在一起；

将所述模具进行脱模处理，以形成所述纤维复合外管。

9.根据权利要求8所述的物料输送管的制备方法，其特征在于，所述预定的缠绕规律为使得所述纤维分层设置，其中相邻两层所述纤维中的一层所述纤维的缠绕方向与平行所述纤维复合外管的轴向的第一方向的角度大于等于50度小于90度，而另一层所述纤维的所述缠绕方向与平行所述纤维复合外管的所述轴向的所述第一方向的角度大于90度小于等于130度。

10.根据权利要求6所述的物料输送管的制备方法，其特征在于，所述制备方法进一步包括：

在所述聚氨酯内衬层磨损后，于所述纤维复合外管的内表面上重新涂覆新的聚氨酯内衬层。

11.根据权利要求6所述的物料输送管的制备方法，其特征在于，所述于所述纤维复合外管的内表面上涂覆聚氨酯内衬层的步骤具体包括：

于所述纤维复合外管的所述内表面均匀涂覆2至4毫米的第一聚氨酯内衬层；

于所述纤维复合外管的所述内表面的端部位置，加厚涂覆0.5至1毫米的第二聚氨酯内衬层。