CN103511764A

CN103511764A - 纤维增强阻燃抗静电薄壁钢塑复合管及其成型工艺

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Publication number: CN103511764A
Application number: CN201210573048.2A
Authority: CN
Inventors: 伦慧东
Original assignee: 伦慧东
Current assignee: TANGSHAN JIAJI COMPOSITE PIPE Corp.,Ltd.
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2032-12-26
Also published as: CN103511764B

Abstract

本发明公开了一种纤维增强阻燃抗静电薄壁钢塑复合管，其结构中包括金属管形骨架，所述金属管形骨架为薄壁金属管，薄壁金属管外壁借助于涂敷或缠绕工艺形成外过渡界面层，薄壁金属管内壁借助于喷涂工艺形成内过渡界面层，在外过渡界面层的外表面借助缠绕工艺形成纤维树脂增强层，在内过渡界面层的内表面借助喷涂工艺形成耐磨抗静电涂层。本发明的钢塑复合管具有重量轻、阻燃、抗静电、耐磨、耐蚀和界面结合强等优良的综合性能，其阻燃性能达到了MT181-88要求，表面电阻为低于1×10⁶欧姆，界面结合强度达到1级，重量是同规格普通钢塑复合管的约二分之一，大大降低了安装难度和劳动强度，而且抗弯、抗压、抗冲击能力强。

Description

纤维增强阻燃抗静电薄壁钢塑复合管及其成型工艺

技术领域

本发明涉及一种用于煤矿井下等易燃易爆场所的运输管道，尤其是一种纤维增强阻燃抗静电薄壁钢塑复合管结构设计的改进。

背景技术

煤矿、石油天然气开采及输送等很多领域均需要不同口径管道运输气体、液体和流态化固体颗粒。这些领域不仅要求管道具有常规的物理学性能指标（如抗弯、抗压、抗冲击、抗静电），还需要具有优良化学性能指标（抗腐蚀、阻燃、抗磨损）。在过去的十几年来，PVC和玻璃钢等非金属材料被广泛的应用于这些领域，也解决了阻燃和抗静电问题。但是随着国家对矿业等能源领域安全作业的更高重视，近年来很多非金属管道因其潜在安全隐患正在被逐步强化的技术指标而面临淘汰，金属管道又重返应用舞台。但金属在潮湿的环境中极易腐蚀而失去使用价值，而且普通金属管在保证压力等级条件下管壁较厚、重量较大，大大增加了安装的难度，使得大口径金属管道在煤矿井下的大量使用仍然处于十分困难的境地，金属资源的紧缺也需要改变目前的技术路线。

公开号为CN 1648508A的专利申请公开了一种钢塑复合管，其包括带有孔网结构的筒形金属骨架增强体，曾经大大改善了玻璃钢管的力学性能。借助金属骨架与玻璃钢外层和内层的结合，形成外层管壁表面复合有具有防静电性能的热塑性纤维层和内层管壁的防腐耐磨层，使玻璃钢的应用价值得到了提高。该结构兼具塑料管和金属管的优点，但是孔网结构的金属骨架增强体与金属管相比，其抗压、抗拉和抗爆裂整体指标相差甚远。必然会要求复合塑料外层和内层的厚度较大，使钢塑复合管的管壁增厚、重量增大，形成了相互制约的矛盾。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种纤维增强阻燃抗静电薄壁钢塑复合管及其成型工艺，其采用薄壁金属管代替金属网作为复合管的基础抗拉强度的支撑，并对管基的内、外表面分别进行处理，形成过渡界面层，在形成过渡界面层的内外表面分别复合上增强受力层和防腐耐磨层，实现整体力学结构改善。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：

一种纤维增强阻燃抗静电薄壁钢塑复合管及其成型工艺，其结构中包括金属管形骨架，所述金属管形骨架为薄壁金属管，薄壁金属管外壁借助于涂敷或缠绕工艺形成外过渡界面层，薄壁金属管内壁借助于喷涂工艺形成内过渡界面层，在外过渡界面层的外表面借助缠绕工艺形成纤维树脂增强层，在内过渡界面层的内表面借助喷涂工艺形成耐磨抗静电涂层。

形成外过渡界面层的涂敷涂料或纤维浸润涂料进行缠绕的工艺中，所采用的树脂加填料的涂料配比中，增加了硅烷偶联剂，加入硅烷偶联剂的重量占涂料中填料重量的0.5-2.6%。

所述形成内过渡界面层的涂敷工艺中，所采用的热固性树脂涂料的改性填料中，增加了钛酸酯偶联剂，加入钛酸酯偶联剂的重量占改性填料重量比的0.8-3%。

上述技术方案中采用薄壁金属管作复合管的基管，与设有孔网结构的金属骨架增强体相比，具有整体抗拉、抗压强度均衡的优点；所述薄壁金属管外壁设有阻燃、抗静电的纤维树脂增强层，一方面进一步增强了薄壁金属管的强度，另一方面可防止薄壁金属管在潮湿或化学环境下发生腐蚀；采用薄壁金属管和纤维树脂增强层，钢塑复合管的强度即可达到使用要求，内层的耐磨抗静电涂层只需起到抗静电、防止薄壁金属管在潮湿或化学环境下发生腐蚀的作用即可，进一步的改进是在内层涂料中加入了耐磨填料。钢塑复合管的自重较轻，便于井下安装。所述耐磨抗静电涂层的配方及原料已有市场专可供，也有公开的成熟配方，如授权号为CN100436910C的中国专利中涉及到的复合粘合固化剂。

采用本发明产生的有益效果在于：（1）本发明的钢塑复合管具有重量轻、阻燃、抗静电、耐磨、耐蚀和界面结合强等优良的综合性能，其阻燃性能达到了MT181-88要求，表面电阻为低于1×10⁶欧姆，界面结合强度达到1级，重量是同规格普通钢塑复合管的约二分之一，大大降低了安装难度和劳动强度。（2）本发明的钢塑复合管兼具抗弯、抗压、抗冲击能力强，其能够广泛用于煤矿、石油天然气的开采及输送等诸多领域。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

其中，1、薄壁金属管，2、纤维树脂增强层，3、耐磨抗静电涂层，4、外界面过渡层，5、内界面过渡层。

具体实施方式

实施例1

本发明涉及一种纤维增强阻燃抗静电薄壁钢塑复合管及其成型工艺，其结构中包括金属管形骨架，所述金属管形骨架为薄壁金属管1，薄壁金属管1外壁借助于涂敷或缠绕工艺形成外过渡界面层4，薄壁金属管1内壁借助于喷涂工艺形成内过渡界面层5，在外过渡界面层4的外表面借助缠绕工艺形成纤维树脂增强层2，在内过渡界面层5的内表面借助喷涂工艺形成耐磨抗静电涂层3，参见图1。

本发明中为了增强薄壁金属管1与纤维树脂增强层2和耐磨抗静电涂层3的结合力，在薄壁金属管1与纤维树脂增强层2之间、以及薄壁金属管1与耐磨抗静电涂层3之间分别浸渍、涂刷或喷涂有外过渡界面层4和内过渡界面层5。

作为本发明的第一实施例，借助纤维浸润涂料进行缠绕形成外过渡界面层4的工艺中、或借助涂敷涂料形成外过渡界面层4的工艺中，所采用的涂料为树脂与填料，所述树脂为聚乙烯树脂、橡胶树脂、环氧树脂、阻燃不饱和树脂、乙烯基树脂等；所述填料为阻燃剂、固化剂、导电剂等，为煤矿井下用钢骨架纤维增强树脂管中常用的阻燃抗静电涂料，其中填料中增加了硅烷偶联剂，加入硅烷偶联剂的重量占涂料中填料重量的0.5-2.6%。硅烷偶联剂一端为亲薄壁金属管的官能团，一端为亲树脂的官能团，从而将薄壁金属管与树脂粘结起来，在界面上形成共价键结合。所述外过渡界面层4可喷涂多遍而形成，在界面处硅烷偶联剂的重量占涂料中填料重量的2~2.6%，在中间位置处硅烷偶联剂的重量占涂料中填料重量的0.5~1.0%。

所述形成内过渡界面层5的涂敷工艺中，所采用的树脂涂料的改性填料中，增加了钛酸酯偶联剂，加入钛酸酯偶联剂的重量占改性填料重量比的0.8-3%。钛酸酯偶联剂有利于薄壁金属管1与耐磨抗静电涂层3的融合。

薄壁金属管1的壁厚为0.8-6 mm、配套外径为48-1527 mm。薄壁金属管1的厚度较薄，重量轻，有利于安装。

纤维树脂增强层2厚度为薄壁金属管1的壁厚1-5倍，有利于增强复合管的抗拉强度。本发明中所述纤维为玻璃纤维、锦纶纤维、丙纶纤维、预氧化聚丙烯腈纤维或碳纤维。

所述纤维树脂增强层2为纤维或纤维织物与加入阻燃剂、抗静电剂和填充料的热固性树脂借助缠绕工艺形成，在缠绕纤维树脂增强层2设定厚度的 ~

处后、在填充料中增加占填充料重量0.6~4.0%的增塑剂。即在纤维树脂增强层2外表面起至树脂增强层2厚度的

~

处，填料中增加了增塑剂，增强复合管的弹性模量；当复合管受到外力的压力时，管的外壁形变是最大的，较大的弹性模量有利于降低复合管外壁上产生龟裂的概率。

耐磨抗静电涂层3厚0.2-2.5mm，其主要作用是耐磨、防渗、抗静电。在耐磨抗静电涂层3的主要成分是增加了耐磨剂、阻燃剂、抗静电剂的树脂。

薄壁金属管1为低碳钢或低合金钢的直缝焊管、或螺旋缝焊管。

在薄壁金属管1内、外壁进入加工工序之前，内壁和外壁首先进行清污、除油处理。

实施例2~4

作为本发明的第二实施例，将硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂分别按下述重量百分比配置成外界面渗透剂和内界面渗透剂：

偶联剂 15-20%，

树脂 8-15%

乙醇 55-68%

水余量，

将外界面渗透剂和内界面渗透剂分别在薄壁金属管1的外壁和内壁喷涂3-5遍、形成外界面渗透层和内界面渗透层；晾干后再加工外过渡界面层4和内过渡界面层5。

具体的，各实施例中外界面渗透剂和内界面渗透剂的组分及重量百分比参见表1和表2。

表1 外界面渗透剂的成分（重量百分比，%）

	硅烷偶联剂	树脂	乙醇	水
					实施例2	15	10	55	20
实施例3	20	15	60	5
					实施例4	15	8	68	9

表2 内界面渗透剂的成分（重量百分比，%）

	钛酸酯偶联剂	树脂	乙醇	水
					实施例2	15	8	55	22
实施例3	20	15	60	5
					实施例4	18	10	68	8

具体地，采用实施例2~4时、钢塑复合管的成型工艺为：

步骤一、制备薄壁金属管，并将薄壁金属管的内壁和外壁进行除锈、除油处理。

步骤二、将薄壁金属管的内、外表面分别喷涂或涂刷3-5遍内界面渗透剂、外界面渗透剂，形成内界面渗透层和外界面渗透层，晾干；再分别浸渍、涂刷或喷涂内过渡界面层4；和外过渡界面层5。

步骤三、以纤维或纤维织物为增强材料，以热固性树脂为粘合剂，加配阻燃剂、抗静电剂、固化剂、促进剂和填充料组成基体材料，在薄壁金属管上边缠绕纤维或纤维织物边涂覆基体材料，最终固化成型，形成纤维树脂增强层2。纤维树脂增强层2的厚度为薄壁金属管厚度1~5倍。其中，阻燃剂、抗静电剂、固化剂和促进剂是玻璃钢产品制造业常用的工业原料。热固性树脂粘合剂的具体实施参见表3。

表3 热固性树脂粘合剂的配比

实施例	树脂胶	阻燃剂	固化剂	促进剂	填充剂	无机导电材料	有机导电材料
								1	100	20	0.5	0.5	3	5	10
2	100	40	1.5	1	5	10	8
								3	100	80	2.5	3	8	25	4
4	100	150	4	4	10	40	0.5

所述填充剂为纳米碳酸钙或纳米白炭黑或硫酸钙晶须，所述无机导电材料为碳黑或导电云母或短切碳纤维，所述有机导电材料为有机阳离子表面活性剂。纤维树脂增强层2作为增强层，能够加强复合后钢管的强度。

步骤四、采用液体的阻燃、防静电、耐磨涂料对薄壁金属管内壁进行涂覆，形成耐磨抗静电涂层3。起到防止薄壁金属管在潮湿或化学环境下发生腐蚀的作用。

综上，本发明采用薄壁金属管作为管基体、并用纤维树脂增强层2作为增强层，具有重量轻、阻燃、抗静电、耐磨、耐蚀和界面结合强等优良的综合性能，兼具抗弯、抗压、抗冲击能力强，界面结合强度达到1级。能够广泛用于煤矿、石油天然气的开采及输送等诸多领域。

Claims

1.一种纤维增强阻燃抗静电薄壁钢塑复合管及其成型工艺，其结构中包括金属管形骨架，其特征在于所述金属管形骨架为薄壁金属管（1），薄壁金属管（1）外壁借助于涂敷或缠绕工艺形成外过渡界面层（4），薄壁金属管（1）内壁借助于喷涂工艺形成内过渡界面层（5），在外过渡界面层（4）的外表面借助缠绕工艺形成纤维树脂增强层（2），在内过渡界面层（5）的内表面借助喷涂工艺形成耐磨抗静电涂层（3）。

2.根据权利要求1所述的纤维增强阻燃抗静电薄壁钢塑复合管及其成型工艺，其特征在于形成外过渡界面层（4）的涂敷涂料或纤维浸润涂料进行缠绕的工艺中，所采用的树脂加填料的涂料配比中，增加了硅烷偶联剂，加入硅烷偶联剂的重量占涂料中填料重量的0.5-2.6%。

3.根据权利要求1所述的纤维增强阻燃抗静电薄壁钢塑复合管及其成型工艺，其特征在于所述形成内过渡界面层（5）的涂敷工艺中，所采用的热固性树脂涂料的改性填料中，增加了钛酸酯偶联剂，加入钛酸酯偶联剂的重量占改性填料重量比的0.8-3%。

4.根据权利要求1所述的纤维增强阻燃抗静电薄壁钢塑复合管及其成型工艺，其特征在于将硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂分别按下述重量百分比配制成外界面渗透剂和内界面渗透剂：

偶联剂 15-20%，

树脂 8-15%

乙醇 55-68%

水余量，

将外界面渗透剂和内界面渗透剂分别在薄壁金属管（1）的外壁和内壁喷涂3-5遍、形成外界面渗透层和内界面渗透层，晾干后再加工外过渡界面层（4）和内过渡界面层（5）。

5.根据权利要求2或3所述的纤维增强阻燃抗静电薄壁钢塑复合管及其成型工艺，其特征在于所述薄壁金属管（1）的壁厚为0.8-6 mm、配套外径为48-1527 mm。

6.根据权利要求1所述的纤维增强阻燃抗静电薄壁钢塑复合管及其成型工艺，其特征在于纤维树脂增强层（2）厚度为薄壁金属管（1）的壁厚1-5倍。

7.根据权利要求6所述的纤维增强阻燃抗静电薄壁钢塑复合管及其成型工艺，其特征在于所述纤维树脂增强层（2）为纤维或纤维织物与加入阻燃剂、抗静电剂和填充料的树脂借助缠绕工艺形成，在缠绕纤维树脂增强层（2）设定厚度的

~处后、在填充料中增加占填充料重量0.6~4.0%的增塑剂。

8.根据权利要求1所述的纤维增强阻燃抗静电薄壁钢塑复合管及其成型工艺，其特征在于耐磨抗静电涂层（3）厚0.2-2.5mm。

9.根据权利要求1所述的纤维增强阻燃抗静电薄壁钢塑复合管及其成型工艺，其特征在于薄壁金属管（1）为低碳钢或低合金钢的直缝焊管、或螺旋缝焊管。

10.根据权利要求1所述的纤维增强阻燃抗静电薄壁钢塑复合管及其成型工艺，其特征在于在薄壁金属管（1）内、外壁进入加工工序之前，内壁和外壁首先进行清污、除油处理。