CN104260422B - 木基复合管及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是木基复合管及制备方法，其结构是沿直径方向，由内到外依次为内衬层、内层间界面粘接层、木基增强层、外层间界面粘接层、外保护层，其中内衬层、木基增强层、外防护层是通过粘合剂形成坚固一体。其制备方法，包括1）内衬层的制备；2）木基增强材料处理；3）木基增强层的制备；4）外防护层的制备。优点：采用人工速生林木材作为管道增强材料，具有资源丰富、成本低、强重比大、刚度好；采用纤维方向纵横交错的二合板缠绕成管道，可满足不同使用场合的技术要求；缠绕同时采用加热加压，使管道边缠绕边加热，缠绕与固化同步完成，提高胶合质量和生产效率；二合板铣斜面、搭接组坯、胶合接长后缠绕整合成一体，强度高、效率高、表面平整。

Description

木基复合管及制备方法
技术领域
本发明涉及的是一种应用于农业灌溉、给排水工程以及石油化工防腐场合中的木基复合管及制备方法，属于管道技术领域。
背景技术
目前在给排水工程及石油化工防腐场合中，所用的管道普遍采用聚氯乙烯管、聚乙烯管、玻璃钢管、玻璃钢夹砂管等有机塑料管道，或者水泥管道等无机非金属管道，或者钢管、不锈钢管等金属管道。塑料管道质轻、光滑且耐腐蚀，但刚度和强度方面有所不足，且大量消耗石油制品；玻璃钢管及玻璃钢夹砂管等需要采用大量高能耗的玻璃纤维，其所用的树脂完全依赖于石油，产品及废料不可回收、不环保。钢管或不锈钢管重量大、运输和安装不便，且需要消耗大量的矿产资源和能源。因此使用上述管道产品，消耗了大量宝贵的石油资源且导致了环境污染。
发明内容
本发明提出的是一种木基复合管及制备方法，其目的旨在克服现有技术所存在的上述缺陷，制得的木基复合管在保证强度和刚度的前提下，节省石油资源，降低成本，具备可再生性，减少环境污染，并具有其它管道所不具备的优异的各向强度可设计性，可充分发挥材料特性。
本发明的技术解决方案：木基复合管，其结构是沿直径方向，由内到外依次为内衬层、内层间界面粘接层、木基增强层、外层间界面粘接层、外保护层，其中内衬层、木基增强层、外防护层是通过内、外层间界面粘接层中的粘合剂形成坚固一体。
木基复合管的制备方法，包括以下步骤：
（1）内衬层的制备：在直管模具上用树脂和毡类织物或者纤维制品制作成内衬，形成防渗且内壁光滑的内衬层；
（2）木基增强材料处理分以下三个工序：
1）将木材即木段旋切成木单板；
2）按照制造木质胶合板的方法，将木单板纹理纵横交错组坯，采用耐水胶粘剂胶合成结构不对称的木质二合板；
3）将木质二合板锯切成定宽的板条，再用铣斜面机将其端头铣成斜面并涂胶，采用斜面搭接胶合接长方式接成缠绕工艺所需的长度，收卷备用；
（3）木基增强层的制备：将成卷的二合板条引到缠绕机上，通过胶槽的胶辊涂胶并经热风干燥至含水率8～10%，然后再一圈圈地缠绕在直管模具的内衬层上，缠绕层数在一层或一层以上，根据缠绕工艺设计而定，经固化后形成木基增强层；
（4）外防护层的制备：在木基增强层外涂一层防腐防水的材料，形成外防护层。
本发明的优点：
1）采用人工速生林木材作为管道增强材料，具有资源丰富、环境友好、成本低、强重比大、刚度好等特点；
2）采用纤维方向纵横交错的木质二合板缠绕成管道，可以满足不同使用场合的技术要求；
3）在缠绕的同时采用加热加压技术，使管道边缠绕边加热，缠绕与固化同步完成，极大提高胶合质量和生产效率，适合于大批量工业化生产；
4）将木质二合板铣斜面、搭接组坯、胶合接长后缠绕整合成一体，发挥强度高、效率高、表面平整的整体优势；
5）与聚氯乙烯管、聚乙烯管相比，具有更高的强度、刚度，节约了石油资源；与玻璃钢管及玻璃钢夹砂管相比，具有类似的强度和刚度，重量更轻，成本更低；增强材料为环保、低能耗的可再生的木质资源，扩大了林业资源的开发利用。
附图说明
附图1为本发明制得的产品的结构示意图。
附图2是木质二合板结构示意图。
附图3是成卷二合板条示意图。
附图4-1缠绕示意图。
附图4-2是附图4-1的侧视图。
图中的1是内衬层、2是内层间界面粘接、3是木基增强层、4是外层间界面粘接、5是外防护层、6是纵向纤维木单板、7是横向纤维木单板、8是斜面搭接胶合接长、9是右向缠绕层、10是左向缠绕层、11是模具、12是涂布树脂、13是二合板卷材、14是加热压辊、15是热风机。
具体实施方式
对照图1，木基复合管，其结构是沿直径方向，由内到外依次为内衬层1、内层间界面粘接层2、增强层3、外层间界面粘接层4、外保护层5，其中内衬层1、木质增强层3、外防护层5是通过内层间界面粘接层2、外层间界面粘接层4中的粘合剂形成坚固一体。
木基复合管的制备方法，包括以下步骤：
（1）内衬层的制备：在直管模具上用树脂和毡类织物或者纤维制品制作成内衬，形成防渗且内壁光滑的内衬层；
（2）木基增强材料处理分以下三个工序：
1）把木材（木段）旋切成木单板；
2）按照制造木质胶合板的方法，将木单板纹理纵横交错，采用耐水胶粘剂胶合成结构不对称的木质二合板；
3）将木质二合板锯切成定宽的板条，再用铣斜面机将其端头铣成斜面，采用斜面搭接胶合接长的方式接成缠绕工艺所需的长度，收卷备用；
（3）木基增强层的制备：将成卷的二合板条引到缠绕机上，通过胶槽的胶辊涂胶并经热风干燥后再一圈圈地缠绕在直管模具的内衬层上，缠绕层数在一层或一层以上，根据缠绕工艺设计而定，经固化后形成增强层；
（4）外防护层的制备：在增强层外涂一层防腐防水的材料，形成外防护层。
所述制作内衬层的树脂选用防腐树脂、或食品级树脂。
所述步骤2）所述的胶粘剂包括酚醛（含改性）树脂、改性脲醛或聚氨酯树脂，涂布量根据胶黏剂种类不同有差别，约为250～450g/m2。
所述步骤（1）所用的树脂为脲醛（含改性）树脂、或不饱和聚酯树脂、或环氧树脂、或酚醛（含改性）树脂、或聚氨酯树脂，固化温度为20－120℃。
所述木质二合板缠绕管道的同时进行加热（100～200℃）加压（1.0～2.5MPa），使管道边缠绕边加热，缠绕与固化同步完成。
所述的结构不对称的木质二合板在横纤维方向呈自然弯曲状，与管道缠绕成型所需要的弯曲方向一致，使缠绕更方便、结构更紧密，二合板由2层木单板组成，其2层木单板可以等厚，也可不等厚。
本方法同样也适用一边接长一边缠绕的流水线生产方式，在接长后马上进入缠绕机，形成任意长度的定宽二合板，适合于工业化的大批量生产。
实施例1
以制作直径为200mm的木基复合管为例，具体步骤如下：
1)木基增强材料处理：
a)将木材旋切并加工、干燥至含水率8%～10%，制成2m（顺纤维方向）×1m（横纤维方向）×1.0mm（厚度）和2m（横纤维方向）×1m（顺纤维方向）×1.0mm（厚度）两种规格尺寸的木单板；
b)将2种木单板纤维方向成90度组坯，用酚醛胶粘剂胶合成2m×1m×1.8mm(压缩率约20%)的二合板；
c)将二合板定宽，锯切成长×宽×厚为2m×100mm×1.8mm尺寸的板条；
d)将板条长度方向的2个端面各铣出7mm长的斜面，前后斜面搭接胶合成40m×100mm×1.8mm的长条卷材。
2)内衬层的制备：
在外径为200mm长5000mm的经抛光的钢制直管模具上包覆一层0.029mm厚的聚酯薄膜，用食品级的191不饱和聚酯树脂和玻璃纤维表面毡（30g/m2）在直管模具上制作厚度达2mm的内衬层。
3)缠绕工序（木基增强层的制备）：
待内衬层固化后，将成卷的二合板卷装在缠绕机上，退卷后通过胶槽的胶辊12涂胶并经热风机15提供的70℃热风初步干燥后再环向缠绕，平整地缠绕在直管模具上，前后圈不得重叠和脱开，进行左向和右向交替缠绕，逐渐形成右向缠绕层9、左向缠绕层10，经过8个单趟，达到14mm的设计厚度；缠绕时用2个加热压辊14对卷绕部位加热到110℃并加压，酚醛粘合剂快速交联固化，卷绕完成后，压辊14继续在模具长度方向来回滚压数趟完成固化，成为坚硬一体的热固性复合材料。
4)外防护层的制备：
在管道外面涂刷一层防水防腐较好的197不饱和聚酯树脂，厚约0.5-1mm。
实施例1生产的管道经水压测试，短时失效压力达到4.0MPa，实测总厚度16.5mm，刚度达到39580N/m2，环向抗拉强力达到580KN/m，轴向抗拉强力达到310KN/m，高于玻璃钢管道的技术指标。实管体材质比重为0.75，低于玻璃钢管的1.8～2.1。
实施例2
以制作直径为300mm的复合管为例，具体步骤如下：
1)木基增强材料处理：
a)将木材旋切并加工、干燥至含水率8～10%，制成2m（顺纤维方向）×1m（横纤维方向）×1.5mm（厚度）和2m（横纤维方向）×1m（顺纤维方向）×1.2mm的2种规格尺寸的木单板；
b)将2种单板纤维方向成90度组坯，其中1.2mm单板的木纤维横向配置，用酚醛粘合剂胶合成2m×1m×2.1mm的二层合板，；
c)将二合板定宽，锯切成长×宽×厚为2m×200mm×2.1mm尺寸的板条；
d)将板条的长度方向的2个端面各铣出8mm长的斜面。
2)内衬层的制备：
在外径为300mm长5000mm的经抛光的钢制直管模具上包覆一层0.029mm厚的聚酯薄膜，用防腐性能优异的乙烯基酯树脂和玻璃纤维表面毡（30g/m2）在直管模具上制作厚度达2mm的内衬层。
3)缠绕工序（即木基增强层的制备）：
待内衬层固化后，将已经铣好斜面的板条，依次送入搭接机，前后斜面搭接胶接成40m×200mm×2.1mm的长板条；搭接好的长板条送入缠绕机，通过胶槽的胶辊12涂胶并经热风机15提供的70℃热风初步干燥；把长板条平整地缠绕在直管模具上，前后圈不得重叠和脱开，进行左向和右向交替缠绕，经过10个单趟，达到23mm设计厚度；缠绕时用2个加热压辊14对卷绕部位加热到110℃并加压，酚醛粘合剂快速交联固化，卷绕完成后，压辊14继续在模具长度方向来回滚压数趟完成固化，成为坚硬一体的热固性复合材料。
4)外防护层的制备：
在管道外面涂刷一层防水防腐较好的改性酚醛树脂，厚约0.5mm。
实施例2生产的管道经水压测试，短时失效压力达到5.8MPa，实测总厚度23.5mm，实测刚度达到87650N/m2，环向抗拉强力达到870KN/m，轴向抗拉强力达到420KN/m，高于玻璃钢管道的技术指标。实测管体材质比重为0.78，低于玻璃钢管的1.8～2.1。
实施例3
以制作直径为100mm的木基复合管为例，具体步骤如下：
1)木基增强材料处理：
a)将木材旋切厚度为1mm的木单板，干燥至含水率8%-10%；加工成长（顺纤维方向）×宽（横纤维方向）为2m×1m规格尺寸的单板，
b)将单板定宽，锯切成长×宽×厚为2m×100mm×1.0mm尺寸的单板条；
c)将单板条在纤维长度方向的2个端面各铣出斜面，背衬网格布后，前后胶接成80m×100mm×1.0mm的成卷增强单板条，备用。
2)内衬层的制备：
在外径为100mm长5000mm的经抛光的钢制直管模具上包覆一层0.029mm厚的聚酯薄膜，用食品级的191不饱和聚酯树脂和玻璃纤维表面毡（30g/m2）在直管模具上制作厚度达2mm的内衬层。
3)缠绕工序（木基增强层的制备）：
待内衬层固化后，将成卷增强单板条装在缠绕机上，退卷后通过胶槽的胶辊12涂胶并经热风机15提供的60℃热风初步干燥后再环向缠绕，平整地缠绕在直管模具上，前后圈不得重叠和脱开，左向和右向交替缠绕，8个单趟后，达到10mm的设计厚度；缠绕时用2个加热压辊14对卷绕部位加热到110℃并加压，酚醛粘合剂快速交联固化，卷绕完成后，压辊14继续在模具长度方向来回滚压一趟完成固化，成为坚硬一体的热固性复合材料。
4)外防护层的制备：
在管道外面涂刷一层防水防腐较好的197不饱和聚酯树脂，厚约0.5-1mm。
实施例3生产的管道经水压测试，短时失效压力达到4.9MPa，实测总厚度10.5mm，刚度达到54600N/m2，环向抗拉强力达到760KN/m，轴向抗拉强力达到420KN/m，高于玻璃钢管道的技术指标。实管体材质比重为0.73，低于玻璃钢管的1.8～2.1。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术方案作任何形式上的限制。凡是依据本发明的实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.木基复合管，其特征是沿直径方向，由内到外依次为内衬层、内层间界面粘接层、木基增强层、外层间界面粘接层、外保护层，其中内衬层、木基增强层、外防护层是通过内层间界面粘接层、外层间界面粘接层中的粘合剂形成坚固一体；其制备方法，包括以下步骤：
（1）内衬层的制备：在直管模具上用树脂和纤维制品制作成内衬，形成防渗且内壁光滑的内衬层；
（2）木基增强材料处理分以下三个工序：
1）将木材即木段旋切成木单板；
2）按照制造木质胶合板的方法，将木单板纹理纵横交错，采用耐水胶粘剂胶合成结构不对称的木质二合板；
3）将木质二合板锯切成定宽的板条，再用铣斜面机将其端头铣成斜面并涂胶，采用斜面搭接胶合接长方式接成缠绕工艺所需的长度，收卷备用；
（3）木基增强层的制备：将成卷的二合板条引到缠绕机上，通过胶槽的胶辊涂胶并经热风干燥至含水率8～10%，然后再一圈圈地缠绕在直管模具的内衬层上，缠绕层数在一层以上，根据缠绕工艺设计而定，经固化后形成增强层；
（4）外防护层的制备：在木基增强层外涂一层防腐防水的材料，形成外防护层。
2.根据权利要求1所述的木基复合管，其特征在于：制作内衬层的树脂选用防腐树脂或食品级树脂。
3.根据权利要求1所述的木基复合管，其特征是步骤2）所述的耐水胶粘剂包括酚醛、改性脲醛或聚氨酯树脂，涂布量根据胶黏剂种类不同而有差别，为250～450g/m2。
4.根据权利要求1所述的木基复合管，其特征是步骤（1）所用的树脂为脲醛树脂、或不饱和聚酯树脂、或环氧树脂、或酚醛树脂、或聚氨酯树脂，固化温度为20～120℃。
5.据权利要求1所述的木基复合管，其特征在于：木质二合板缠绕管道的同时进行加热100～200℃，加压1.0～2.5MPa，使管道边缠绕边加热，缠绕与固化同步完成。
6.根据权利要求1所述的木基复合管，其特征在于：所述的结构不对称的二合板在横纤维方向呈自然弯曲状，与管道缠绕成型所需要的弯曲方向一致，二合板由2层木单板组成，其2层木单板可以等厚，也可不等厚。
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Assignee: HUANGSHAN HUIZHOU BAMBOO ART ENGRAVING Co.,Ltd.

Assignor: NANJING FORESTRY University

Contract record no.: X2022320000003

Denomination of invention: Wood based composite pipe and its preparation method

Granted publication date: 20160622

License type: Common License

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