CN104455791A - 长纤维带状内包裹式玻纤缠绕三层复合聚乙烯管及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种长纤维带状内包裹式玻纤缠绕三层复合聚乙烯管，由外层功能材料层、中间层长玻纤带状聚乙烯挤出缠绕层和内层功能材料层三层组成，三层由内至外依次同轴包裹而成。本发明提供的复合聚乙烯管利用玻璃纤维高拉伸强度特性、聚乙烯高强度高柔韧性和自融合特性，使用专用设备定长加工，克服了现有设备无法同时成型直管挤出和螺旋缠绕同时成型复合管道的缺陷，既满足了内外层材料耐磨、耐腐蚀、阻燃、抗静电、超润滑等特殊工况下的使用，又通过连续长玻纤圆周向成型，提高管道的耐压等级，最大可实现20兆帕压力的输水要求。

Description

长纤维带状内包裹式玻纤缠绕三层复合聚乙烯管及制备方法

技术领域

本发明涉及聚乙烯管材，是一种高承压、高耐磨、高抗冲击、抗静电阻然的长纤维带状内包裹式玻纤缠绕三层复合聚乙烯管。

背景技术

目前，聚乙烯管材已成为继PVC之后，世界上消费量第二大的塑料管道品种，广泛用于给水、农业灌溉、燃气输送、排污、矿山砂浆输送等工程及油田、化工及邮电通讯等领域。随着技术进步，很多场合对聚乙烯管道的性能要求增加，例如：化工管道对防腐蚀性能要求逐渐增加，对管道压力也要求逐渐增大；煤矿管道对管道的耐压等级要求增加，对输送介质复杂性的要求以及对安全性能要求增加；石油管道对原油管道寿命的要求、对管道耐腐蚀性的要求以及对管道摩擦系数要求等都提出了更高的要求,迫切需要一种性能更加有益的管道。

长玻纤具有良好的耐腐蚀性好、拉伸强度高、弹性模量大、抗老化性强、耐热性能好，其强度可以与高级合金钢相比更硬等性能优势。在航空、火箭、宇宙飞行器、高压容器以及在其他需要减轻自重的制品应用中，都具有卓越成效。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高承压、高耐磨、高抗冲击、抗静电阻然的长纤维带状内包裹式玻纤缠绕三层复合聚乙烯管。

本发明要解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种长纤维带状内包裹式玻纤缠绕三层复合聚乙烯管，由外层功能材料层、中间层长玻纤带状聚乙烯挤出缠绕层和内层功能材料层三层组成，三层由内至外依次同轴包裹而成。

而且，所述中间层为长玻纤和聚乙烯层经过缠绕形共同挤出形成。

而且，所述长玻纤的形式是单根平铺水平分布、束状平铺水平分布、网状编织长玻纤带、长玻纤布中的一种或多种复合使用。

而且，所述外层功能材料层为超高分子量聚乙烯层、高分子量聚乙烯层、阻燃抗静电聚乙烯层、阻燃抗静电超高分子量聚乙烯层中的一层或多层共挤。

而且，所述内层功能材料层为超高分子量聚乙烯层、高分子量聚乙烯层、阻燃抗静电聚乙烯层、阻燃抗静电超高分子量聚乙烯层中的一层或多层共挤。

本发明的有益效果是：

1、本发明提供的复合聚乙烯管一种高耐磨、高承压、抗冲击、抗静电阻燃的复合高分子量玻纤聚乙烯管材，可用于煤矿，供水，以及燃气输送等领域。其原理是利用玻璃纤维高拉伸强度特性、聚乙烯高强度高柔韧性和自融合特性，使用专用设备定长加工，克服了现有设备无法同时成型直管挤出和螺旋缠绕同时成型复合管道的缺陷，既满足了内外层材料耐磨、耐腐蚀、阻燃、抗静电、超润滑等特殊工况下的使用，又通过连续长玻纤圆周向成型，提高管道的耐压等级，最大可实现20兆帕压力的输水要求。

2、本发明提供的复合聚乙烯管将长玻纤和聚乙烯塑料进行复合使用，即可以提高聚乙烯的拉伸强度和弹性模量，又可以增加玻纤的适用范围，同时结合超高分子量聚乙烯以及阻燃抗静电材料，可以获得耐压等级高、适用性更广的功能管道。

3、本发明提供的含有长玻纤的复合聚乙烯管能够显著增加管材的耐拉力性，通过实验证实，长玻纤增加10-20个玻纤，短玻纤的增加1-2兆帕。

附图说明

图1为本发明的主视图，其中：1外层功能材料层，2中间长玻纤带状聚乙烯挤出缠绕层，3内层功能材料层。

图2为图1的轴向剖视图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

本申请所述的长玻纤的为现有的产品，为长丝状玻璃纤维，其长度从几米到几十米到任何所需长度，其生产企业很多，如：泰州奇新玻纤科技有限公司(http://www.cnqxbx.com/Ch/index.asp)，生产的长玻纤丝、长玻纤带、长玻纤布均可，该公司生产的无碱剥离纤维短切原丝毡、SMC纱、无碱玻璃纤维方格布、无碱玻璃纤维丝等，所需长玻纤均能从该公司产品目录中查到。

一种长纤维带状内包裹式玻纤缠绕三层复合聚乙烯管，由外层功能材料层1、中间层长玻纤带状聚乙烯挤出缠绕层2和内层功能材料层3内至外依次同轴包裹而成。所述中间层长玻纤带状聚乙烯挤出缠绕层为长玻纤和聚乙烯层经过共同挤出层形成增强层。本申请提供的管材主要应用于煤矿井下给排水、瓦斯抽放、正压通风、负压通风，泥浆，砂浆抽放，煤层气输送，高压供水等。

所述外层功能材料层为超高分子量聚乙烯层、高分子量聚乙烯层、阻燃抗静电聚乙烯层、阻燃抗静电超高分子量聚乙烯层中的一层或多层共挤。所述内层功能材料层为超高分子量聚乙烯层、高分子量聚乙烯层、阻燃抗静电聚乙烯层、阻燃抗静电超高分子量聚乙烯层中的一层或多层共挤。

长玻纤的形式是单根平铺水平分布、束状平铺水平分布、网状编织长玻纤带、长玻纤布中的一种或多种复合使用。长玻纤穿过挤出机机头与挤出的聚乙烯在机头高压力作用下均匀分布且融为一体，挤出的融为一体的长玻纤聚乙烯片层经过缠绕形成均匀的增强层。

本管材的制备方法，步骤如下：

⑴使用专用挤出机或通用挤出机挤出要求规格的管道，并截取成定长。

⑵内层功能材料层放置在设备上，由固定架支撑并沿轴向旋转，在设备上内层功能材料层能轴向平移。

⑶采用带有聚乙烯自动上料装置和长玻纤缠绕架挤出机，挤出时长玻纤的形式是单根平铺水平分布、束状平铺水平分布、网状编织长玻纤带、长玻纤布中的一种或多种，长玻纤经过共挤机头与聚乙烯片层融合为一体形成中间层长玻纤聚乙烯片层。

⑷长玻纤聚乙烯片层在加热装置加热后沿切线方向粘接在内层功能材料层上，通过调整内层功能材料层轴向旋转的速度和长玻纤聚乙烯片层轴向平移的速度调整螺距，使长玻纤聚乙烯片层均匀复合在内层功能材料层表面。

⑸再将内层功能材料层和中间层已经复合的管道经过挤出机，将外层功能材料层挤出在中间层的外表面，外层挤出时与中间层的接触面热熔在一起，形成一体的管道。上述装置可以采用克拉管的生产设备来辅助实现。

⑹将内、外层功能材料层和中间长玻纤带状聚乙烯挤出缠绕层的复合管使用专用挤出机或通用挤出机挤出要求规格的管道。

本管材的一种推荐结构为：包括下述重量份的原料：分子量为80-350万单位的聚乙烯40-80份，阻燃、抗静电材料及改性添加剂20-50份，长纤维玻纤带10-30份。采用超高分子量聚乙烯管材制造设备，以及玻纤挤出缠绕机，制造所述的聚乙烯管材，通过实验证实：管道最大承压20兆帕，可以实现深井作业，同时超高分子量聚乙烯可在80℃长期使用，有利于矿井深井开发。

本发明主要的三个应用方向为：

当内层和外层均是阻燃抗静电超高分子量聚乙烯层时，可以作为煤矿井下瓦斯抽放、给排水、通风以及煤层气输送的气液传送管道，保证管道的阻燃性和抗静电性能。

当内层和外层均采用普通高分子量聚乙烯时，可以做普通的给排水管道，成本低，重量轻，耐磨防磨性能好，承压高，适合固定建筑物或封闭空间的给排水管道使用。

当内层和外层均采用超高分子量聚乙烯层时，其管道耐磨性大增，适合建筑、采矿上运送砂浆等管道使用。

本发明提供的复合聚乙烯管还具有以下优点：1、中间层采用带状长纤维玻纤大大提高管材的强度和耐压能力；2、内层采用超高分子量、阻燃抗静聚乙烯，提高了矿井下水及砂浆对管材的磨损，提高管材寿命；减少瓦斯抽放产生的静电，避免瓦斯爆炸的风险；3、外层采用阻燃、抗静电聚乙烯，避免管道在矿井下碰撞出电火花，以及避免表面静电集聚，避免瓦斯爆炸的风险。

本申请中内、外层功能材料的介绍如下：

超高分子量聚乙烯英文名ultra-high molecular weight polyethylene(简称UHMWPE)，是分子量150万以上的聚乙烯。分子式：—(—CH2-CH2—)—n—，密度：0.920～0.964g/cm3。热变形温度(0.46MPa)85℃，熔点130～136℃。

高分子量聚乙烯的分子数量在50-500万分子量。在使用中高分子量聚乙烯的为耐磨性为主，耐磨损性比碳钢高6-8倍，同时抗冲击性能优良。

阻燃抗静电超高分子量聚乙烯是现有技术中的材料，例如由赵小平夏友林等公开发表的《防静电阻燃超高分子量聚乙烯材料的研究》，《安徽华工》1995年02期，中公开的的材料即可。

阻燃抗静电聚乙烯层也是现有技术中的材料，例如由刘罡等公开发表的《阻燃抗静电聚乙烯塑料的研究》，塑料工业2011年4月第39卷SI，116-119，中公开的材料即可。

Claims (9)

1.一种长纤维带状内包裹式玻纤缠绕三层复合聚乙烯管，其特征在于：由外层功能材料层、中间层长玻纤带状聚乙烯挤出缠绕层和内层功能材料层三层组成，三层由内至外依次同轴包裹而成。

2.根据权利要求1所述的长纤维带状内包裹式玻纤缠绕三层复合聚乙烯管，其特征在于：所述中间层为长玻纤和聚乙烯层经过共同挤出形成。

3.根据权利要求2所述的长纤维带状内包裹式玻纤缠绕三层复合聚乙烯管，其特征在于：所述长玻纤的形式是单根平铺水平分布、束状平铺水平分布、网状编织长玻纤带、长玻纤布中的一种或多种复合使用。

4.根据权利要求1所述的长纤维带状内包裹式玻纤缠绕三层复合聚乙烯管，其特征在于：所述外层功能材料层为超高分子量聚乙烯层、高分子量聚乙烯层、阻燃抗静电聚乙烯层、阻燃抗静电超高分子量聚乙烯层中的一层或多层共挤。

5.根据权利要求1所述的长纤维带状内包裹式玻纤缠绕三层复合聚乙烯管，其特征在于：所述内层功能材料层为超高分子量聚乙烯层、高分子量聚乙烯层、阻燃抗静电聚乙烯层、阻燃抗静电超高分子量聚乙烯层中的一层或多层共挤。

6.根据权利要求1所述的长纤维带状内包裹式玻纤缠绕三层复合聚乙烯管，其特征在于：所述外层功能材料层和内层功能材料层为超高分子量聚乙烯层。

7.根据权利要求1所述的长纤维带状内包裹式玻纤缠绕三层复合聚乙烯管，其特征在于：所述外层功能材料层和内层功能材料层为阻燃抗静电聚乙烯层。

8.根据权利要求1所述的长纤维带状内包裹式玻纤缠绕三层复合聚乙烯管，其特征在于：所述外层功能材料层和内层功能材料层为高分子量聚乙烯层。

9.一种权利要求1所述的长纤维带状内包裹式玻纤缠绕三层复合聚乙烯管的制备方法，其特征在于：步骤如下：

⑴使用专用挤出机或通用挤出机挤出要求规格的管道；

⑵内层功能材料层放置在设备上，由固定架支撑并沿轴向旋转，在设备上内层功能材料层能轴向平移；

⑶采用带有聚乙烯自动上料装置和长玻纤缠绕架挤出机，挤出时长玻纤的形式是单根平铺水平分布、束状平铺水平分布、网状编织长玻纤带、长玻纤布中的一种或多种，长玻纤经过共挤机头与聚乙烯片层融合为一体形成中间层长玻纤聚乙烯片层；

⑷长玻纤聚乙烯片层在加热装置加热后沿切线方向粘接在内层功能材料层上，通过调整内层功能材料层轴向旋转的速度和长玻纤聚乙烯片层轴向平移的速度调整螺距，使长玻纤聚乙烯片层均匀复合在内层功能材料层表面；

⑸再将内层功能材料层和中间层已经复合的管道经过挤出机，将外层功能材料层挤出在中间层的外表面，外层挤出时与中间层的接触面热熔在一起，形成一体的管道；

⑹将内、外层功能材料层和中间长玻纤带状聚乙烯挤出缠绕层的复合管使用专用挤出机或通用挤出机挤出要求规格的管道。