CN103256436A - 一种用于输送混凝土的碳纤维输送管道及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于输送混凝土的碳纤维输送管道及其制作方法。一种用于输送混凝土的碳纤维输送管道，其配料组成中碳纤维材料的含量为100%，标准型直管的管壁厚度为4mm以上，加厚型直管的管壁厚度为7mm以上；弯管管壁的最薄处为7mm以上，最厚处为14mm以上。一种用于输送混凝土的碳纤维输送管道的制作方法，主要包括以下步骤：S1.氧化处理，得到预氧化碳纤丝；S2.炭化处理，包括中温炭化和高温炭化先后两个阶段，得到石墨化的碳纤丝；S3.编网，得到成块的碳纤维布；S4.粘固成型，得到碳纤维管道制品。采用本制作方法制成的碳纤维输送管道，具有质量轻、使用寿命长、冲击小、压力损失小等突出优点，而且输送管道的管径可以增大，有利于提高生产率。

Description

一种用于输送混凝土的碳纤维输送管道及其制作方法

技术领域

   本发明涉及混凝土泵送机械设备技术领域，特别是涉及一种用于输送混凝土的碳纤维输送管道。

本发明还涉及一种用于输送混凝土的碳纤维输送管道的制作方法。 

背景技术

   混凝土泵送机械设备是用来近距离输送新鲜混凝土的大型成套自动化设备，能将坍落度在一定范围之内的混凝土输送到一定高度或者进行一定距离的水平输送，广泛应用于城市商砼、铁路、道路、桥梁、大坝、机场、码头等大中型基础设施的现场施工中，而混凝土输送管道是混凝土泵送机械设备中混凝土管路系统的关键部件。

在现有技术中，现有的混凝土输送管道主要存在如下3个缺陷：

第一，现有的混凝土输送管道的使用寿命普遍较短，影响泵送能力，设备使用率降低；

第二，现有的混凝土输送管道整体质量太重，在臂架上安装之后增加臂架重力载荷，降低臂架的疲劳极限，而且造成臂架振动幅度较大，导致混凝土在泵送状态时整车失稳，直接影响整车工作效率，而且还存在一定的使用安全隐患；

第三，现有的混凝土输送管道的管径有限，不能满足与混凝土输送缸大缸径大排量匹配的输送能力要求，造成混凝土方量受限制，直接影响生产效率。 

发明内容

   本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种用于输送混凝土的碳纤维输送管道及其制作方法，采用该制作方法制成的碳纤维输送管道应用在混凝土泵送机械设备中，可以大大减轻混凝土泵送机械设备中混凝土管路系统的质量，增强混凝土输送管路的耐磨性，提高输送管路的使用寿命，满足混凝土泵送机械设备高泵送能力、臂架更轻量化的要求。

本发明的发明目的通过以下技术方案来实现：一种用于输送混凝土的碳纤维输送管道，其配料组成中碳纤维材料的含量是100%，所述的碳纤维输送管道中的标准型直管的管壁厚度为4mm以上，加厚型直管的管壁厚度为7mm以上。所述的碳纤维输送管道中的弯管的管壁最薄处厚度为7mm以上，管壁最厚处厚度为所述管壁最薄处厚度的2～3倍。

上述的一种用于输送混凝土的碳纤维输送管道的制作方法，主要包括以下步骤：S1.氧化处理，得到预氧化碳纤丝；S2.炭化处理，包括中温炭化和高温炭化先后两个阶段，得到石墨化的碳纤丝；S3.编网，得到成块的碳纤维布；S4.粘固成型，得到碳纤维管道制品。其中，所述的步骤S1氧化处理，是将碳纤维原料放在预氧化炉或者氧化气体中加热，在200～300℃的温度下加热十至数百分钟，得到预氧化碳纤丝。所述的步骤S2中的中温炭化是先在中温炭化炉300～800℃的温度范围内分段升温20分钟，在保护气体高纯度氮气（纯度在99.999%以上）中炭化；其中的高温炭化是后在高温炭化炉1000～1600℃的温度范围内分段升温20分钟，在保护气体高纯度氮气（纯度在99.999%以上）中高温炭化；最后在高纯度氩气（纯度在99.999%以上）中加热至2000～3000℃，并维持数秒至数十秒钟，得到石墨化的碳纤丝。石墨化的碳纤丝经过编网之后就得到成块的碳纤维布，再将编网后的碳纤维布对角交错地一层一层放置在输送管道预制模具的内外表面，然后采用酚醛树脂涂满碳纤维布后再胶合一起加压加热使之粘固，在得到管道制品之后，最后经过喷涂制成最终使用的碳纤维输送管道成品。

与现有技术相比，本发明一种用于输送混凝土的碳纤维输送管道，由于全部采用碳纤维材料制成，碳纤维材料的轻质特性使得该碳纤维输送管道的质量大大减轻，有效降低了混凝土泵送机械设备中臂架的重力载荷，同时，由于碳纤维材料本身具有耐磨性、高强度、刚度性好、柔韧性强等突出优点，因而使得该碳纤维输送管道的使用寿命延长，而且还可以增大输送管道的管径，使单位时间内管道排出的混凝土量大大增加，从而有利于提高生产效率。

附图说明

图1为本发明一种用于输送混凝土的碳纤维输送管道的直管的剖视图。

图2为本发明一种用于输送混凝土的碳纤维输送管道的弯管的剖视图。

图3为图2所示弯管的A-A向截面的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

一种用于输送混凝土的碳纤维输送管道，其配料组成中碳纤维材料的含量是100%。

如图1所示，对于所述的碳纤维输送管道中的标准型直管，其管壁厚度为4mm以上，加厚型直管的管壁厚度为7mm以上。

如图2、图3所示，对于所述的碳纤维输送管道中的弯管，其管壁最薄处厚度为7mm以上，管壁最厚处厚度为所述管壁最薄处厚度的2～3倍。

所述的一种用于输送混凝土的碳纤维输送管道的制作方法，主要包括以下步骤：S1.氧化处理，得到预氧化碳纤丝；S2.炭化处理，包括中温炭化和高温炭化先后两个阶段，得到石墨化的碳纤丝；S3.编网，得到成块的碳纤维布；S4.粘固成型，得到碳纤维管道制品。具体而言：

所述的步骤S1氧化处理过程，是将碳纤维原料放在预氧化炉或者氧化气体中加热，在200～300℃的温度下加热十至数百分钟，得到预氧化碳纤丝。该氧化处理过程是碳纤维炭化的预备阶段，是保证碳纤维在后续的纤维炭化高温加热过程中能保持稳定并不被熔化的关键工艺。

所述的步骤S2中，炭化处理包括中温炭化和高温炭化先后两个阶段，其中，中温炭化是先在中温炭化炉中分段升温20分钟，中温炭化炉中分段升温的温度范围是300～800℃，然后在纯度为99.999%以上的保护性气体高纯度氮气中炭化；紧接着进入高温炭化阶段，该高温炭化是在高温炭化炉中分段升温20分钟，高温炭化炉中分段升温的温度范围是1000～1600℃，然后在纯度为99.999%以上的保护性气体高纯度氮气中进一步炭化；最后，在纯度为99.999%以上的高纯度惰性气体氩气中加热至2000～3000℃，并维持数秒至数十秒钟，得到石墨化的碳纤丝。

在所述的步骤S3编网过程中，将上述制得的石墨化的碳纤丝像织布一样纵横交错编织成网状图案，即可得到一块块的碳纤维布。根据对管道产品形状、壁厚等的实际需求，按照产品尺寸制作出相应的管道模具之后，再将编网后制成的碳纤维布对角交错的一层一层放置在模具内外表面，形成管道雏形。

最后，在所述的步骤S4粘固成型阶段，将一定量的酚醛树脂涂满碳纤维布上使之胶合在一起，经过加压加热使得碳纤维布相互粘固，得到一定形状和壁厚的碳纤维管道制品。碳纤维管道制品经过喷涂之后，就最终得到了所需的碳纤维输送管道成品。

采用本发明一种用于输送混凝土的碳纤维输送管道的制作方法所制得的碳纤维输送管道，具有如下突出的优点：

1、质量更轻。由于完全采用了碳纤维材料，并且由于碳纤维的密度只有1.6克/立方厘米，而钢材的密度达到7.85克/立方厘米，两者之间的密度相差接近5倍。因此，在同等体积条件下，本发明的碳纤维输送管道质量更轻。

2、使用寿命更长。由于碳纤维材料本身具有耐磨性、高强度、刚度性好、柔韧性强，符合流体运动规律，因此，本发明的碳纤维输送管道具有更长的使用寿命，满足建筑领域对输送管道使用寿命的特殊要求。

3、受整车系统冲击小。由于本发明的碳纤维输送管道质量更轻，而且碳纤维也具有吸震功能和良好的柔韧性，因此，使得该碳纤维输送管道在使用中受整车系统冲击小得多。

4、管径可增大，提高生产效率。在需要满足大排量泵送时，泵车除了增大主油泵的排量和输送缸缸径外，采用本发明的碳纤维输送管道，就可以通过增大输送管路的通径（目前市场上为Φ125mm）的方式，使泵车在单位时间内排出的混凝土量大大增加，从而有利于提高生产效率。

5、整车系统输出功率损失小。由于管道通径可以增加，减少了管路系统频繁变径给混凝土输送带来的管道通行阻力，同时，通过在输送管道设计上尽量减少不规则弯管的使用，从而大大增加整车系统有效功率的输出，取得一定的节能效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1. 一种用于输送混凝土的碳纤维输送管道，含有碳纤维材料，其特征在于：所述的碳纤维输送管道的配料组成中碳纤维材料的含量是100%。

2. 根据权利要求1所述的一种用于输送混凝土的碳纤维输送管道，其特征在于：所述的碳纤维输送管道中的标准型直管的管壁厚度为4mm以上，加厚型直管的管壁厚度为7mm以上。

3. 根据权利要求1所述的一种用于输送混凝土的碳纤维输送管道，其特征在于：所述的碳纤维输送管道中的弯管的管壁最薄处厚度为7mm以上，管壁最厚处厚度为所述管壁最薄处厚度的2～3倍。

4. 一种权利要求1所述的用于输送混凝土的碳纤维输送管道的制作方法，其特征在于：

所述的制作方法主要包括以下步骤：

S1.氧化处理，得到预氧化碳纤丝；

S2.炭化处理，包括中温炭化和高温炭化先后两个阶段，得到石墨化的碳纤丝；

S3.编网，得到成块的碳纤维布；

S4.粘固成型，得到碳纤维管道制品。

5. 根据权利要求4所述的用于输送混凝土的碳纤维输送管道的制作方法，其特征在于：所述的步骤S1氧化处理，是将碳纤维原料放在预氧化炉或者氧化气体中加热，在200～300℃的温度下加热十至数百分钟，得到预氧化碳纤丝。

6. 根据权利要求4所述的用于输送混凝土的碳纤维输送管道的制作方法，其特征在于：所述的步骤S2中，首先是在中温炭化炉中分段升温20分钟后在保护气体中炭化；然后是在高温炭化炉中分段升温20分钟，再在保护气体中高温炭化；最后在惰性气体中加热至2000～3000℃，并维持数秒至数十秒钟，得到石墨化的碳纤丝。

7. 根据权利要求6所述的用于输送混凝土的碳纤维输送管道的制作方法，其特征在于：所述的中温炭化炉中分段升温的温度范围是300～800℃。

8. 根据权利要求6所述的用于输送混凝土的碳纤维输送管道的制作方法，其特征在于：所述的高温炭化炉中分段升温的温度范围是1000～1600℃。

9. 根据权利要求6所述的用于输送混凝土的碳纤维输送管道的制作方法，其特征在于：所述的保护气体为高纯度氮气，所述的惰性气体为高纯度氩气，其纯度在99.999%以上。

10. 根据权利要求4所述的用于输送混凝土的碳纤维输送管道的制作方法，其特征在于：所述的步骤S4中的粘固是采用酚醛树脂涂满碳纤维布后再胶合一起加压加热粘固。