CN103411071B - 一种大口径耐磨耐蚀三元复合管配件的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大口径耐磨耐蚀三元复合管所配套的管配件的制作方法。具体步骤为：1、制作二元金属陶瓷复合管管件，按要求将已进行自蔓延高温离心合成反应（SHS）的金属陶瓷复合钢管切割拼焊成所需管件；2、接缝之间使用耐磨材料填充，耐磨材料主要由耐磨无机粒子和改性树脂复合粘接剂组成；3、使用可分离的双层模具衬于支管内腔，结合真空离心浇注工艺进行内表面树脂层浇注成型。本发明解决了三元复合管部分管配件复合树脂层必须手工制作，无法机械成型的难题，使三元复合管管配件树脂层及密封面树脂可以一次成型。利用本发明制作的管配件，树脂层厚度均匀，成品质量稳定可靠，使用寿命延长，有效保证了耐磨耐蚀三元复合管管线工程的应用，具有重要的工程价值，而且生产效率也提高了。

Description

一种大口径耐磨耐蚀三元复合管配件的制作方法

技术领域

本发明涉及复合管道加工制作技术领域，具体涉及一种针对有腐蚀磨损的大口径输送管线所使用的三元复合管管配件如等径三通、异径三通、斜三通、四通、多通等的制作工艺及方法，解决了大口径管配件内表明树脂固化后模具无法脱模的难题。

背景技术

我国近十几年来经济发展迅速，一系列与能源、环保相关的重大建设工程项目如烟气脱硫、煤炭变油、川气东送、油气净化、海水淡化等均在实施中。由于材料涉及腐蚀磨损和冲蚀磨损等相互作用工况，设备和管道出现过早泄漏现象频繁。尤其是沿海地区的火电厂，由于受到含颗粒泥沙海水的冲蚀磨损作用，大量灰渣输送管、冷却水循环海水管及废液处理管等，泄漏情况更为严重。据统计，我国输送管道、工艺管道和公用管道累计长达数千公里。每年管道因腐蚀、磨损、冲蚀等引起的泄漏相当频繁，维修更换量大，直接经济损失几十亿元。当今可用的管道有三类: 金属类（不锈钢管、镍磷镀层管、高铬铸钢管、高铬稀土管、渗铝管、双金属管、碳钢管等）；聚合物类（橡胶衬里钢管、塑料衬里钢管、喷塑钢管、玻璃钢管、塑料衬钢复合管、纤维增强塑料管等）；陶瓷类（铸石衬里钢管、陶瓷复合钢管、搪玻璃钢管、水泥浇铸钢管等）。这些单质管道或二元复合管，由于性能单一，界面为物理粘接，结合力弱，仅适用单纯的磨损或腐蚀工况，在复杂工况下使用时寿命均很短，有的不到一个月就泄漏，对社会经济产生了很大的影响。这其中弯管、变径管的失效最快原因是其在输送介质过程中，其受到的磨损相对比直管高几倍至几十倍，在磨损腐蚀的交互作用下，失效也远快于直管。

三元复合管是由金属、陶瓷、聚合物等通过自蔓延高温离心合成技术（Self-propagating high-temperature synthesis简称SHS）、真空离心浸渍浇注等特种方法复合加工而成，同时将金属承载连接性、陶瓷抗磨耐蚀性和聚合物耐蚀性等单一优异性能复合于一体，实现三元材料复合后性能最优化、协同化和功能化，不仅可以实现新型复合管综合性能的预设计以适应不同的介质工况，而且异种材料界面为化学结合，存在过渡层，使界面不同材料的热膨胀系数相匹配，粘接力强，具有优异的防磨损耐腐蚀抗疲劳的综合性能。

三元复合管已经应用于十多条不同的管线工程中，使用寿命长，性价比高，因此得到了用户的好评和青睐。大口径耐磨耐蚀三元复合管也在海水输送管钱应用非常成功，例如应用于火力发电行业汽轮机热交换使用海水循环冷却、存在海水腐蚀和泥沙磨损的状况大口径凝汽器管道，但大口径的三元复合管线，大口径管配件的制作存在一定难度，原有模具在树脂固化后无法脱模，强行脱模会造成树脂层开裂和脱落，没有可行的模具，只能用原始的手工方法制造，存在原材料浪费大、人工耗费大、加工效率低、加工质量难控制的问题，大口径三元复合管管配件的制造成为了大口径三元复合管应用的瓶颈。

由本发明研制开发的双层模具结合离心浇注的方法能成功地对大口径三元复合管件内表明树脂一次成型，脱模容易、便捷，树脂层表面光滑、厚度均匀，此方法应用有效提高了成品质量和制造效率，解决了大口径三元复合管管配件制造的难题。

大口径三元复合管配件制作方法的应用扩大了三元复合管管线应用的范围，提升了大口径三元复合管管线的质量稳定性，因此具有非常重要的工程应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大口径高耐磨耐蚀三元复合管配件的制作方法，

本发明的提出的大口径高耐磨耐蚀三元复合管配件的制作方法，所述三元复合管配件为三通管件，具体步骤如下：

(1)、金属陶瓷复合管管件制作成型

按照要求将自蔓延高温离心合成反应（SHS）烧制好的陶瓷复合钢管切割、打磨、拼接成所需要的三元复合管配件形状，安装法兰并按要求焊接；

(2)、金属陶瓷复合管管件拼缝弥合

相邻的陶瓷复合钢管之间有拼缝，拼缝处用耐磨材料填充平整，耐磨材料由耐磨无机粒子和改性树脂复合粘接剂组成；

(3)、大口径三元复合管配件支管的双层模具制作

按照金属陶瓷复合管管件离心旋转段的选择，确定三元复合管配件的支管，根据所述支管直径和长度制作双层模具，所述双层模具里层是衬管，起支撑和定位作用，外层是胶管，采用橡胶或塑料制作，厚度为4.5-5.5mm，覆于衬管之外，连接处多用斜口、胶水粘结；

(4)、双层模具安装固定

将步骤(3)制作好的双层模具固定在所述支管内，使胶管与陶瓷复合钢管内表面陶瓷层间隙均匀，并控制在3～5mm，胶管外表涂脱模剂，以方便树脂固化后脱模；

(5)、大口径三元复合管配件离心旋转组件组装

固定大口径三元复合管配件旋转段两头接口，安装好夹具和跟三元复合管配件的支管对应的旋转配重，置于离心机上；

(6)、大口径三元复合管配件内表面进行真空离心树脂浇注

通过双层模具上接口用抽真空机将三元复合管配件内部抽真空- 0.1至- 0.3大气压之后，同时加入有机/无机拼混树脂，启动离心机旋转三元复合管配件，控制转速为60～240 r/min，待树脂初步凝胶（约一个小时，根据气温不同时间会有长短），关闭离心机停止旋转；

(7)、大口径三元复合管管件模具拆除

待12小时树脂固化后（根据气温不同时间会有长短）拆除双层模具，先抽出衬管，再拆下胶管，胶管与树脂结合面涂有脱模剂，所以取下很容易。

本发明中，步骤(2)中所述的耐磨材料为金刚砂、石英砂或氧化铝陶瓷中任一种，颗粒大小为710～250μm。

本发明中，使用的改性树脂复合粘接剂是环氧树脂与聚酯树脂类高强粘合剂组成。

本发明中，步骤(6)中所述有机/无机拼混树脂中的机树脂为环氧树脂、固化剂和改性剂，或者是不饱和聚酯树脂、引发剂和促进剂；无机填料为玻璃鳞片、二氧化硅、二氧化钛﹑滑石粉和石膏，它们的质量比是(1-2):(1-2):(0.2-0.5):(6-9):(4-6)。具体方法是：将有机树脂与无机填料按(2-4):(1-4) 质量比在拼混树脂溶剂中混合而成有机/无机拼混树脂，拼混树脂溶剂采用混合溶剂，它们是二甲苯﹑丁酮或乙酸丁酯任意两种混合溶剂，拼混树脂混合溶剂的使用量为有机树脂总重量的2-5%。

本发明中，有机树脂中环氧树脂为双酚A型环氧树脂，不饱和聚酯树脂为乙烯基酯树脂；固化剂为聚酰胺，改性剂为聚硫橡胶，引发剂为过氧化甲乙酮，促进剂为辛酸钴液。

本发明中，使用有机/无机拼混树脂反应浸渍技术将聚合物树脂固化于陶瓷基孔隙内，并再形成一聚合物树脂内壁层。

本发明的有益效果在于：

1、本发明提出了使用双层模具结合离心旋转浇铸大口径三元复合管管件的方法，可使树脂浇铸一次成型，包括管件法兰密封面也同时完成，解决了以往使用单层模具无法脱模，手工涂覆树脂耗工、耗时、耗料的问题。并且一次性浇铸使树脂层表面平整光滑、厚度均匀，所以质量得到可靠保证。

2、本发明提出的双层模具可根据管件支管形状定制，解决了大口径三元复合管配件内不易加工树脂层的难题，多种大口径三元复合管管配件都可以使用此方法。

3、本发明制作的大口径三元复合管配件质量稳定，管配件的使用寿命也得到有效保证，使大口径三元复合管应用于输送管线输送颗粒腐蚀介质的整条管线工程技术上趋于成熟。

附图说明

图1为三元复合直角三通结构示意图。

图2为图1中三元复合直角三通结构局部放大图。

图3为直角三通树脂离心浇注使用的双层模具示意图。

图4为图3中直角三通树脂离心浇注使用的双层模具局部放大图。

图5为三元复合直角三通树脂离心浇铸示意图。

图6为图5中三元复合直角三通树脂离心浇铸局部放大图。

图7为三元复合斜三通结构示意图。

图8为图7中三元复合斜三通结构局部放大图。

图9为三元复合斜三通树脂离心浇注使用的双层模具示意图。

图10为图9中三元复合斜三通树脂离心浇注使用的双层模具局部放大图。

图11为三元复合斜三通树脂离心浇铸示意图。

图中标号：1.钢管，2.法兰，3.陶瓷层，4.树脂层，5.加料阀，6.放气阀，7.衬管，8.胶管，9.胶板，10.定位封盖，11.筋板，12.堵板，13.三通，14.夹具，15.双层模具，16.端盖组合，17.配重。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1：对DN600等径直角三通管（见图1、图2）进行此方法制作（未注明单位均为mm，以下同）

a. 金属陶瓷复合管DN600等径直角三通管件制作

切割外径630、钢管壁厚12、陶瓷层厚度6的金属陶瓷复合钢管，打磨拼接成所需三通，电焊焊接成型，三端口安装法兰并电焊焊接。三通管件中心至三端口边长相同，均为a=b=c=500，a、b同在一直线上，所以进行树脂浇注时选用此直线段为轴进行旋转。

b. 管件拼缝弥合

陶瓷复合三通管件内部拼缝间用耐磨材料弥补，耐磨材料主要由耐磨无机粒子和改性树脂复合粘接剂组成，耐磨材料无机粒子选择高硬度金刚砂，粒度450μm。

c. 制作双层模具（见图3、图4）

双层模具主要是由衬管7、.胶管8、.胶板9、.定位封盖10、筋板11、堵板12等组成，衬管制作是用4～6的钢板卷成外径是576的圆筒，长度700，对接缝电焊焊接并打磨平整，内部根据需要可加支撑。在衬管510高处安装定位封盖，封盖和衬管7间点焊并加筋板支撑，衬管外覆盖一层厚5的橡胶板，斜口剪贴拼接形成胶管8，并与定位封盖处法兰面成型橡胶粘合牢固。

d. 双层模具安装固定

在陶瓷复合三通管件c管段安装双层模具，使胶管与金属陶瓷管内表面陶瓷层间隙均匀，并控制在3～5mm，胶管外表涂脱模剂，以方便树脂固化后脱模。

e. 三通管件离心旋转组件组装（见图5）

因为是以a、b管段为轴旋转，所以在a、b管段两端端口安装好旋转接管和旋转夹具，根据三通支管c安装跟支管对应的旋转配重（约290公斤）。

f. 三通管件内表面进行真空离心树脂浇注

将组装好的管件置于离心机上，抽真空机抽出管内空气，达到-0.02MPa，加入17.7kg经配混的拼混树脂（配混比例为：环氧树脂30%，聚酰胺10%，聚硫橡胶10%，玻璃鳞片6%，二氧化硅6%，二氧化钛1%，滑石粉20%，石膏粉13%，二甲苯2%，乙酸丁酯2%），启动离心机，旋转管件，转速为140 r/min，打开放气阀缓慢恢复管内压力到常压。

g. 三通管件模具拆除

一个小时后关闭离心机，停止旋转，待十二小时树脂固化后，拆除双层模具，先抽出衬管，再取出胶管，并拆除离心配件夹具和配重，完成制备，管内和法兰面树脂一次成型，树脂层厚度为3～5（见图6）。

实施例2：对DN1000－DN600异径60度斜三通管（见图7、图8）进行此方法制作（未注明单位均为mm，以下同）

a. 金属陶瓷复合管DN1000－DN600异径60度斜三通管件制作

切割外径1020、钢管壁厚14、陶瓷层厚度6的金属陶瓷复合钢管和外径630、钢管壁厚12、陶瓷层厚5的金属陶瓷复合钢管，打磨拼接成所需三通，电焊焊接成型，三端口安装法兰并电焊焊接，管件中心至三端口边长分别为a=400 b =950 c=950，a、b管段同在一直线上，所以进行树脂浇注时，选用此直线段为轴进行旋转。

b. 管件拼缝弥合

陶瓷复合斜三通管件内部拼缝间用耐磨材料弥补，耐磨材料主要由耐磨无机粒子和改性树脂复合粘接剂组成，耐磨材料无机粒子选择高硬度金刚砂，粒度450μm。

c. 制作双层模具（见图9、图10）

为DN1000－DN600异径60度斜三通c段630管制作双层模具，双层模具主要是由.衬管7、胶管8、胶板9、.定位封盖10、.筋板11和.堵板12等组成，衬管制作是用4～6的钢板卷成外径是574的圆筒，长度600，对接缝电焊焊接并打磨平整，内部根据需要可加支撑，在衬管450高处安装定位封盖，封盖和衬管间点焊并加筋板支撑，圆筒外覆盖一层厚5的橡胶板，斜口剪贴拼接形成胶管，并与定位封盖处法兰面成型橡胶粘合牢固。

d. 双层模具安装固定

在陶瓷复合斜三通管件c管段安装双层模具，使胶管与金属陶瓷管内表面陶瓷层间隙均匀，并控制在3～5mm，胶管外表涂脱模剂，以方便树脂固化后脱模。

e. 斜三通管件离心旋转组件组装（见图11）

因为是以a、b管段为轴旋转，所以在a、b管段两端端口安装好旋转接管和旋转夹具，根据三通支管c安装跟支管对应的旋转配重（约310公斤）。

f. 斜三通管件内表面进行真空离心树脂浇注

将组装好的管件置于离心机上，抽真空机抽出管内空气，达到-0.02MPa，加入44.6kg经配混的拼混树脂（配混比例为：乙烯基酯树脂60%，过氧化甲乙酮1.5%，辛酸钴液1.5%，玻璃鳞片4%，二氧化硅4%，二氧化钛1%，滑石粉15%，石膏粉10%，二甲苯2%，丁酮1%），启动离心机，旋转管件，转速为120 r/min，打开放气阀缓慢恢复管内压力到常压。

g. 斜三通管件模具拆除

一个小时后关闭离心机，停止旋转，待十二小时树脂固化后，拆除双层模具，先抽出衬管，再取出胶管，并拆除离心配件夹具和配重，完成制备，管内和法兰面树脂一次成型，树脂层厚度为3～5。

Claims (5)

1.一种大口径高耐磨耐蚀三元复合管配件的制作方法，所述三元复合管配件为三通管件，其特征在于具体步骤如下：

(1)、金属陶瓷复合管管件制作成型

按照要求将自蔓延高温离心合成反应（SHS）烧制好的陶瓷复合钢管切割、打磨、拼接成所需要的三元复合管配件形状，安装法兰并按要求焊接，得到金属陶瓷复合管管件；

(2)、金属陶瓷复合管管件拼缝弥合

相邻的陶瓷复合钢管之间有拼缝，拼缝处用耐磨材料填充平整，耐磨材料由耐磨无机粒子和改性树脂复合粘接剂组成；

(3)、大口径三元复合管配件支管的双层模具制作

按照金属陶瓷复合管管件离心旋转段的选择，确定三元复合管配件的支管，根据所述支管直径和长度制作双层模具，所述双层模具里层是衬管，起支撑和定位作用，外层是胶管，采用橡胶或塑料制作，厚度为4.5-5.5mm，覆于衬管之外，连接处均用斜口、胶水粘结；

(4)、双层模具安装固定

将步骤(3)制作好的双层模具固定在所述支管内，使胶管与陶瓷复合钢管内表面陶瓷层间隙均匀，并控制在3～5mm，胶管外表涂脱模剂，以方便树脂固化后脱模；

(5)、大口径三元复合管配件离心旋转组件组装

固定大口径三元复合管配件旋转段两头接口，安装好夹具和跟三元复合管配件的支管对应的旋转配重，置于离心机上；

(6)、大口径三元复合管配件内表面进行真空离心树脂浇注

通过双层模具上接口用抽真空机将三元复合管配件内部抽真空- 0.1至- 0.3大气压之后，加入有机/无机拼混树脂，启动离心机旋转三元复合管配件，控制转速为60～240 r/min，待树脂初步凝胶，关闭离心机停止旋转；

(7)、大口径三元复合管管件模具拆除

待12小时树脂固化后拆除双层模具，先抽出衬管，再拆下胶管，胶管与树脂结合面涂有脱模剂。

2.根据权利要求1所述的大口径高耐磨耐蚀三元复合管配件的制作方法，其特征在于步骤(2)中所述的耐磨无机粒子为金刚砂、石英砂或氧化铝陶瓷中任一种，颗粒大小为710～250μm。

3.根据权利要求1所述的大口径高耐磨耐蚀三元复合管配件的制作方法，其特征在于使用的改性树脂复合粘接剂是环氧树脂与聚酯树脂类高强粘合剂组成。

4.根据权利要求1所述的大口径高耐磨耐蚀三元复合管配件的制作方法，其特征在于步骤(6)中所述有机/无机拼混树脂中的有机树脂为环氧树脂、固化剂和改性剂，或者是不饱和聚酯树脂、引发剂和促进剂；无机填料为玻璃鳞片、二氧化硅、二氧化钛﹑滑石粉和石膏，它们的质量比是(1-2):(1-2):(0.2-0.5):(6-9):(4-6)；具体方法是：将有机树脂与无机填料按(2-4):(1-4) 质量比在拼混树脂溶剂中混合而成有机/无机拼混树脂，拼混树脂溶剂采用混合溶剂，它们是二甲苯﹑丁酮或乙酸丁酯任意两种混合溶剂，拼混树脂混合溶剂的使用量为有机树脂总重量的2-5%。

5.根据权利要求4所述的大口径高耐磨耐蚀三元复合管配件的制作方法，其特征在于有机树脂中环氧树脂为双酚A型环氧树脂，不饱和聚酯树脂为乙烯基酯树脂；固化剂为聚酰胺，改性剂为聚硫橡胶，引发剂为过氧化甲乙酮，促进剂为辛酸钴液。