CN103407227A - 一种新型复合钢带及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于钢塑复合管道技术领域，公开了一种新型复合钢带及其制备方法和应用。该复合钢带从内到外依次由钢带、树脂基反应性复合物固化层和包覆在外的聚烯烃粘接树脂组成。钢带的横截面为平直形、Ω形、U形或拱形形状，厚度为0.25～4mm，宽度为25～800mm；表面粗糙，锚纹深度为15～200μm；树脂基反应性复合物固化层的厚度为20～300μm；聚烯烃粘接树脂的厚度为100～2000μm。本发明的新型复合钢带的剥离强度高达284N/cm；50℃温水浸泡失效时间增加10～15倍；气候老化失效时间延长10～15倍；承受交变应力的能力大幅增强，同一位置经受20次弯折基本无破坏。

Description

一种新型复合钢带及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于钢塑复合管道技术领域，特别涉及一种新型复合钢带及其制备方法和应用。

背景技术

钢带增强聚乙烯螺旋波纹管具有质轻、环刚度高、耐腐蚀等优点，在市政排水、排污管道中应用越来越广泛，CJ/T225-2011《埋地排水用钢带增强聚乙烯(PE)螺旋波纹管》中规定了管体结构。

申请号为200410076972.7、200810236907.2、ZL200720080551.9、ZL200420058997.8的中国专利中公开了用于钢塑复合管的钢塑复合钢带的结构和制造方法。

在钢塑复合管中，钢塑之间粘接强度的高低以及粘接层耐热、耐水、耐候、耐交变应力等性能的好坏，直接影响管道的整体力学性能和使用寿命。

在现有技术中，钢带表面在挤出机中涂覆粘接树脂后用于生产钢带增强聚乙烯螺旋波纹管，通过粘接树脂实现钢带和聚乙烯的粘接。粘接树脂一般为马来酸酐、丙烯酸、甲基丙烯酸等单体与烯烃的共聚物，共聚方式包括接枝共聚、嵌段共聚或无规共聚。

实际应用表明，在挤出机中直接涂覆粘接树脂的复合钢带，粘接树脂与钢带的粘接效果极不理想。不仅粘接力偏小，而且在大气、水、交变应力的作用下失效的情况屡屡发生，严重影响了钢带增强聚乙烯螺旋波纹管的质量和寿命。

通过在钢带上打孔的方式，虽然钢带两侧的粘接树脂可通过孔口融合成一体，但大部分没有孔口的区域仍易发生失效。

造成这种严重缺陷的原因主要有三个方面：首先，粘接树脂与钢带表面为物理粘接，结合力小；其次，钢带表面光滑平整，粗糙度不够；最后，粘接树脂在钢带上涂覆的过程中没有施加外部压力。

只有解决这些问题，才能获得可靠性高、使用寿命长的钢带增强聚乙烯螺旋波纹管。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种新型复合钢带。该新型复合钢带层间结构粘接力强，耐热、耐水、耐候、耐交变应力等性能优异。

本发明另一目的在于提供一种上述复合钢带的制备方法。

本发明再一目的在于提供上述复合钢带在钢带增强聚乙烯螺旋波纹管（MRP）和增强热塑性塑料管（RTP）中的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种新型复合钢带，该复合钢带从内到外依次由钢带、树脂基反应性复合物固化层和包覆在外的聚烯烃粘接树脂组成。

所述钢带的材质为碳钢、合金钢、镀锌钢、镀铝钢或镀锡钢，横截面为平直形、Ω形、U形或拱形形状，厚度为0.25～4mm，宽度为25～800mm；钢带表面粗糙，锚纹深度为15～200μm。

所述的树脂基反应性复合物固化层的厚度为20～300μm，由树脂基反应性复合物固化得到。

所述的树脂基反应性复合物指聚酯类、聚氨酯类、有机硅树脂类、酚醛树脂类、氨基树脂类、丙烯酸酯类和醇酸树脂类中的至少一种；所述的树脂基反应性复合物的形态为粉末或液体。

聚烯烃粘接树脂指由马来酸酐、富马酸、丙烯酸及其酯类、甲基丙烯酸及其酯类、乙烯基硅烷、丙烯腈、丙烯酰胺、醋酸乙烯和缩水甘油酯中的至少一种与烯烃的共聚物，或上述共聚物与聚烯烃的共混物；所述共聚物的共聚方式指接枝共聚、嵌段共聚或无规共聚；所述聚烯烃粘接树脂的厚度为100～2000μm。

优选的，所述的聚烯烃粘接树脂指聚乙烯接枝马来酸酐的共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物与富马酸单体接枝的共聚物、POE接枝乙烯基硅烷的共聚物、聚乙烯接枝缩水甘油酯共聚物和线性低密度聚乙烯的2:1共混物、乙烯-丙烯酸共聚物、EPR接枝丙烯酰胺共聚物、聚乙烯接枝甲基丙烯酸共聚物与高密度聚乙烯的1:1共混物和聚乙烯接枝马来酸酐共聚物中的至少一种。

上述复合钢带的制备方法，具体包含以下步骤：

（1）清洗钢带表面，去除钢带表面的油污、氧化层、杂质、焊渣及毛刺，处理钢带表面，得到锚纹；

（2）加热钢带，在带锚纹的钢带面上喷涂、浸涂或刷涂树脂基反应性复合物；

（3）在树脂基反应性复合物固化过程中，使钢带通过挤出机进行聚烯烃粘接树脂的涂覆；冷却，绕制成卷。

步骤（1）所述的处理钢带表面指用喷砂机或起毛机对钢带表面进行处理。

步骤（2）所述的加热钢带指加热到温度为120～250℃。

每个步骤由单独的设备完成，全部设备依次串联成为生产线。钢带连续通过生产线，制造出复合钢带。对于断面形状不同的复合钢带，以上生产方法、设备基本不变，只需将挤出机涂覆口模、压辊等工装的形状作相应调整。

上述复合钢带在钢带增强聚乙烯螺旋波纹管（MRP）和增强热塑性塑料管（RTP）中的应用。既可用作钢带增强聚乙烯螺旋波纹管的加强钢肋，也可以在增强热塑性塑料管中作为增强层缠绕在内层塑料管道上，还可以作为加强钢带应用在聚乙烯塑钢缠绕排水管上。在其他钢材与聚烯烃塑料复合制品中，也能够得到应用。

本发明的机理为：

本发明使用的钢带表面有锚纹，提高了粗糙度，表面活性增加，大幅提高钢带与树脂基反应性复合物之间的附着力；树脂基反应性复合物中含有大量活性基团，在自身固化的过程中，不仅与钢带和聚烯烃粘接剂表面形成物理粘接，还能发生化学反应，生成化学键，因而粘接强度、耐热性、耐久性大大提高。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：

1、钢带表面有锚纹，提高了粗糙度，表面活性增加，大幅提高钢带与树脂基反应性复合物之间的附着力；

2、树脂基反应性复合物中含有大量活性基团，在自身固化的过程中，不仅与钢带和聚烯烃粘接剂表面形成物理粘接，还能发生化学反应，生成化学键，因而粘接强度、耐热性、耐久性大大提高；

3、本发明的复合钢带克服了现有钢带增强聚乙烯螺旋波纹管中钢带与粘接树脂之间粘接力小，容易失效的问题。与现有技术的复合钢带相比，本发明所述复合钢带的剥离强度提高了2～3倍，高达284N/cm；50℃温水浸泡失效时间增加10～15倍；气候老化失效时间延长10～15倍；承受交变应力的能力大幅增强，同一位置经受20次弯折基本无破坏。

4、所述钢带可用作钢带增强聚乙烯螺旋波纹管的加强钢肋，也可以在增强热塑性塑料管（RTP）中作为增强层缠绕在内层塑料管道上，还可以作为加强钢带应用在聚乙烯塑钢缠绕排水管上。在其他钢材与聚烯烃塑料复合制品中，也能够得到应用。

附图说明

图1是实施例1平直复合钢带的横截面构造图，其中1为钢带，2为树脂基反应性复合物固化层，3为聚烯烃粘接树脂。

图2是实施例3拱形复合钢带的横截面构造图，其中1为钢带，2为树脂基反应性复合物固化层，3为聚烯烃粘接树脂。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：一种新型复合钢带的制备

1）用药剂洗涤除去钢带1表面的油脂和污垢等附着物；2）用喷砂机对钢带1表面进行处理，去除钢带1表面的氧化层、杂质、焊渣及毛刺，处理完的钢带1表面锚纹深度为25μm，用压缩空气将钢带1表面附着的灰尘及磨料清扫干净；3）用电磁感应加热方式对钢带1预热至195℃；4）在钢带1表面喷涂聚酯类粉末涂料，厚度为35μm；5）在聚酯类粉末涂料固化过程中，使钢带通过挤出机进行聚烯烃粘接树脂3的涂敷；6）在聚酯类粉末涂料固化完成后，用水将复合钢带冷却至60℃以下，收卷。所得新型复合钢带的结构示意如图1。

上述制备得到的复合钢带从内到外依次是钢带1、聚酯固化层2和聚烯烃粘接树脂3，钢带1材质为碳钢，横截面为平直形，厚度为0.4mm，宽度为60mm，表面锚纹深度为25μm；聚酯固化层2是聚酯类粉末涂料（ZG5012，江都区志高涂装设备厂）固化所形成，厚度为35μm；聚烯烃粘接树脂3厚度为150μm，其化学成分是聚乙烯接枝马来酸酐的共聚物。

实施例2：一种新型复合钢带的制备

1）将钢带1断面轧制成U形；2）用高温处理方法除去钢带1表面的油脂和污垢等附着物；3）用喷砂机对钢带1表面进行处理，去除钢带1表面的氧化层、杂质、焊渣及毛刺，处理完的钢带1表面锚纹深度达到40μm，用压缩空气将钢带1表面附着的灰尘及磨料清扫干净；4）用烘箱加热方式对钢带1预热至150℃；5）在钢带1表面浸涂聚氨酯类液体涂料，厚度为65μm；6）在聚氨酯类液体涂料固化过程中，使钢带通过挤出机进行聚烯烃粘接树脂3的涂敷；7）在聚氨酯类液体涂料固化完成后，用水将复合钢带冷却至60℃以下，收卷。

上述制备得到的复合钢带从内到外依次是钢带1、聚氨酯固化层2和聚烯烃粘接树脂3，钢带1材质为合金钢，横截面为U形，厚度为0.7mm，宽度为150mm，表面锚纹深度为40μm；聚氨酯固化层2是聚氨酯类液体涂料（无溶剂液体聚氨酯涂料，上海仲钰新材料实业发展有限公司）固化所形成，厚度为65μm；聚烯烃粘接树脂3厚度为240μm，其化学成分是乙烯-醋酸乙烯共聚物与富马酸单体接枝的共聚物。

实施例3：一种新型复合钢带的制备

1）将钢带1断面轧制成Ω形；2）用药剂洗涤除去钢带1表面的油脂和污垢等附着物；3）用起毛机对钢带1表面进行处理，处理完的钢带1表面锚纹深度为65μm；4）用电磁感应加热方式对钢带1预热至250℃；5）在钢带1表面刷涂有机硅树脂类液体涂料，厚度为80μm；6）在有机硅树脂类液体涂料固化过程中，使钢带通过挤出机进行聚烯烃粘接树脂3的涂覆；7）在有机硅树脂类液体涂料固化完成后，用水将复合钢带冷却至50℃以下，收卷。所得新型复合钢带的结构示意如图2。

上述制备得到的复合钢带从内到外依次是钢带1、有机硅树脂固化层2和聚烯烃粘接树脂3，钢带1材质为镀锌钢，横截面为Ω形，厚度为1.2mm，宽度为200mm，表面锚纹深度为65μm；有机硅树脂固化层2是有机硅树脂类液体涂料（有机硅树脂耐高温漆，唐山市丰润区中和制漆厂）固化所形成，厚度为80μm；聚烯烃粘接树脂3厚度为750μm，其化学成分是POE接枝乙烯基硅烷的共聚物。

实施例4：一种新型复合钢带的制备

1）将钢带1断面轧制成拱形；2）用药剂洗涤的方法除去钢带1表面的油脂和污垢等附着物；3）用喷砂机对钢带1表面进行处理，去除钢带1表面的氧化层、杂质、焊渣及毛刺，处理完的钢带1表面锚纹深度为80μm，用压缩空气将钢带1表面附着的灰尘及磨料清扫干净；4）用烘箱加热方式对钢带1预热至200℃；5）在钢带1表面刷涂酚醛树脂类液体涂料，厚度为180μm；5）在酚醛树脂类液体涂料固化过程中，使钢带通过挤出机进行聚烯烃粘接树脂3的涂覆；6）在酚醛树脂类液体涂料固化完成后，用水将复合钢带冷却至55℃以下，收卷。

上述制备得到的复合钢带从内到外依次是钢带1、酚醛树脂固化层2和聚烯烃粘接树脂3，钢带1材质为碳钢，横截面为拱形，厚度为1.8mm，宽度为400mm，表面锚纹深度为80μm；酚醛树脂固化层2是酚醛树脂类液体涂料（H01-32环氧酚醛清漆，天津市康仕达化工涂料有限公司）固化所形成，厚度为180μm；聚烯烃粘接树脂3厚度为1000μm，其化学成分是聚乙烯接枝缩水甘油酯共聚物和线性低密度聚乙烯的2:1共混物。

实施例5：一种新型复合钢带的制备

1）将钢带1断面轧制成U形；2）用高温处理方法除去钢带1表面的油脂和污垢等附着物；3）用喷砂机对钢带1表面进行处理，去除钢带1表面的氧化层、杂质、焊渣及毛刺，处理完的钢带1表面锚纹深度为100μm，用压缩空气将钢带1表面附着的灰尘及磨料清扫干净；4）用电磁感应加热方式对钢带1预热至120℃；5）在钢带1表面喷涂丙烯酸酯类粉末涂料，厚度为240μm；6）在丙烯酸酯类粉末涂料固化过程中，使钢带通过挤出机进行聚烯烃粘接树脂3的涂敷；10）在丙烯酸酯类粉末涂料固化完成后，用水将复合钢带冷却至60℃以下，收卷。

上述制备得到的复合钢带从内到外依次是钢带1、丙烯酸酯固化层2和聚烯烃粘接树脂3，钢带1材质为合金钢，横截面为U形，厚度为2.0mm，宽度为500mm，表面锚纹深度为100μm；丙烯酸酯固化层2是丙烯酸酯类粉末涂料（丙烯酸型粉末涂料，杭州中拓塑粉材料有限公司）固化所形成，厚度为240μm；聚烯烃粘接树脂3厚度为1300μm，其化学成分是乙烯-丙烯酸共聚物。

实施例6：一种新型复合钢带的制备

1）将钢带1断面轧制成拱形；2）用药剂洗涤和高温处理等方法除去钢带1表面的油脂和污垢等附着物；3）用起毛机对钢带1表面进行处理，处理完的钢带1表面锚纹深度为120μm；4）用烘箱加热方式对钢带1预热至230℃；5）在钢带1表面浸涂氨基树脂类液体涂料，厚度为260μm；5）在氨基树脂类液体涂料固化过程中，使钢带通过挤出机进行聚烯烃粘接树脂3的涂覆；6）在氨基树脂类液体涂料固化完成后，用水将复合钢带冷却至50℃以下，收卷。

上述制备得到的复合钢带从内到外依次是钢带1、氨基树脂固化层2和聚烯烃粘接树脂3，钢带1材质为镀铝钢，横截面为拱形，厚度为3.0mm，宽度为600mm，表面锚纹深度为120μm；氨基树脂固化层2是氨基树脂类液体涂料（丁醚化氨基树脂582，上海力晶化工有限公司）固化所形成，厚度为260μm；聚烯烃粘接树脂3厚度为1500μm，其化学成分是EPR接枝丙烯酰胺共聚物。

实施例7：一种新型复合钢带的制备

1）用药剂洗涤和高温处理的方法除去钢带1表面的油脂和污垢等附着物；2）用起毛机对钢带1表面进行处理，处理完的钢带1表面锚纹深度为200μm；3）用电磁感应加热方式对钢带1预热至175℃；4）在钢带1表面浸涂醇酸树脂类液体涂料，厚度为300μm；5）在醇酸树脂类液体涂料固化过程中，使钢带通过挤出机进行聚烯烃粘接树脂3的涂覆；6）在醇酸树脂类液体涂料固化完成后，用水将复合钢带冷却至55℃以下，收卷。

上述制备得到的复合钢带从内到外依次是钢带1、醇酸树脂固化层2和聚烯烃粘接树脂3，钢带1材质为镀锡钢，横截面为平直形，厚度3.6mm，宽度为800mm，表面锚纹深度达到为200μm；醇酸树脂固化层2是醇酸树脂类液体涂料（醇酸防腐涂料867，常州市美邦涂料有限公司）固化所形成，厚度为300μm；聚烯烃粘接树脂3厚度为2000μm，其化学成分是聚乙烯接枝甲基丙烯酸共聚物与高密度聚乙烯的1:1共混物。

实施例8：对比实施例

一种复合钢带的制备：1）用药剂洗涤除去钢带表面的油脂和污垢等附着物；2）用电磁感应加热方式对钢带1预热至240℃；钢带通过挤出机进行聚烯烃粘接树脂3的涂覆；3）用水将复合钢带冷却至55℃以下，收卷。

上述制备得到的复合钢带从内到外依次是钢带和聚烯烃粘接树脂，钢带材质为碳钢，横截面为平直形，厚度为1.2mm，宽度为200mm，表面光滑；聚烯烃粘接树脂厚度为750μm，其化学成分是聚乙烯接枝马来酸酐共聚物。

实施例9：新型复合钢带的性能测试

对实施例1～8制备得到的复合钢带进行性能测试，测试性能包括剥离强度、耐温水浸泡性能、耐气候老化性能和耐弯折性能，剥离强度测试方法参照GB/T23257-2009，后三项测试是将复合钢带剪成70mm×宽度的样条，分别经受50℃温水浸泡、露天放置和反复弯折后观察钢带和涂层脱粘情况，结果见表1。

由表1可见，本发明制备得到的新型复合钢带剥离强度得到了普遍提高，达到200N/cm以上；50℃温水浸泡失效时间增加10～15倍；气候老化失效时间延长10～15倍；承受交变应力的能力大幅增强，同一位置经受20次弯折基本无破坏。以上性能的大幅提升，说明本发明制备得到的新型复合钢带各层间复合可靠，能够承受苛刻的使用条件。

表1复合钢带的性能指标

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新型复合钢带，其特征在于：该复合钢带从内到外依次由钢带、树脂基反应性复合物固化层和包覆在外的聚烯烃粘接树脂组成。

2.根据权利要求1所述的新型复合钢带，其特征在于：所述钢带的材质为碳钢、合金钢、镀锌钢、镀铝钢或镀锡钢，横截面为平直形、Ω形、U形或拱形形状，厚度为0.25～4mm，宽度为25～800mm；所述钢带的表面粗糙，锚纹深度为15～200μm。

3.根据权利要求1所述的新型复合钢带，其特征在于：所述的树脂基反应性复合物固化层的厚度为20～300μm，由树脂基反应性复合物固化得到。

4.根据权利要求3所述的新型复合钢带，其特征在于：所述的树脂基反应性复合物指聚酯类、聚氨酯类、有机硅树脂类、酚醛树脂类、氨基树脂类、丙烯酸酯类和醇酸树脂类中的至少一种；所述的树脂基反应性复合物的形态为粉末或液体。

5.根据权利要求1所述的新型复合钢带，其特征在于：所述的聚烯烃粘接树脂指由马来酸酐、富马酸、丙烯酸及其酯类、甲基丙烯酸及其酯类、乙烯基硅烷、丙烯腈、丙烯酰胺、醋酸乙烯和缩水甘油酯中的至少一种与烯烃的共聚物，或上述共聚物与聚烯烃的共混物；所述聚烯烃粘接树脂的厚度为100～2000μm。

6.根据权利要求5所述的新型复合钢带，其特征在于：所述共聚物的共聚方式指接枝共聚、嵌段共聚或无规共聚。

7.根据权利要求1所述的新型复合钢带，其特征在于：所述的聚烯烃粘接树脂指聚乙烯接枝马来酸酐的共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物与富马酸单体接枝的共聚物、POE接枝乙烯基硅烷的共聚物、聚乙烯接枝缩水甘油酯共聚物和线性低密度聚乙烯的2:1共混物、乙烯-丙烯酸共聚物、EPR接枝丙烯酰胺共聚物、聚乙烯接枝甲基丙烯酸共聚物与高密度聚乙烯的1:1共混物和聚乙烯接枝马来酸酐共聚物中的至少一种。

8.一种权利要求1～7任一项所述新型复合钢带的制备方法，其特征在于具体包含以下步骤：

（1）清洗钢带表面，去除钢带表面的油污、氧化层、杂质、焊渣及毛刺，处理钢带表面，得到锚纹；

（2）加热钢带，在带锚纹的钢带面上喷涂、浸涂或刷涂树脂基反应性复合物；

（3）在树脂基反应性复合物固化过程中，使钢带通过挤出机进行聚烯烃粘接树脂的涂覆；冷却，绕制成卷。

9.根据权利要求8所述的新型复合钢带的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的处理钢带表面指用喷砂机或起毛机对钢带表面进行处理；步骤（2）所述的加热钢带指加热到温度为120～250℃。

10.根据权利要求1～7任一项所述的新型复合钢带在钢带增强聚乙烯螺旋波纹管和增强热塑性塑料管中的应用。

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