CN104943192A - 一种防静电玻璃钢管道及其连续制造方法 - Google Patents

一种防静电玻璃钢管道及其连续制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种防静电玻璃钢管道及其连续制造方法，包括如下步骤：(1)在芯棒的表面包裹上碳纤维布，然后使用导电树脂组合物对碳纤维布进行充分渗透，再使用碳纤维在短切毡表面进行纺织形成防漏层；(2)在步骤(1)得到的防漏层上缠绕玻纤再用导电树脂组合物浸润，并重复数次，得到导电层；(3)在步骤(2)得到的导电层上缠绕玻纤再用外层树脂组合物浸润，并重复数次，得到半成品；(4)对步骤(3)得到的半成品进行升温固化成型，然后脱模得到所述的防静电玻璃钢管道。该防静电玻璃钢管道具有较好的抗静电性能，而且强度高，耐压性好，能有效防止渗漏，非常适用于石油化工领域。

Description

一种防静电玻璃钢管道及其连续制造方法
技术领域
本发明属于防静电玻璃钢管道制造领域，具体涉及一种防静电玻璃钢管道及其连续制造方法。
背景技术
玻璃钢(FRP)亦称作SMC，即纤维强化塑料，一般指用玻璃纤维增强不饱和聚脂、环氧树脂与酚醛树脂基体。以玻璃纤维或其制品作增强材料的增强塑料，称谓为玻璃纤维增强塑料，或称谓玻璃钢。由于所使用的树脂品种不同，因此有聚酯玻璃钢、环氧玻璃钢、酚醛玻璃钢之称。质轻而硬，不导电，机械强度高，回收利用少，耐腐蚀。可以代替钢材制造机器零件和汽车、船舶外壳等。
玻璃钢管道是一种轻质、高强、耐腐蚀的非金属管道。它是具有树脂基体重的玻璃纤维按工艺要求逐层缠绕在旋转的芯模上，并在纤维之间远距离均匀地铺上石英砂作为夹砂层。其管壁结构合理先进，能充分发挥材料的作用，在满足使用强度的前提下，提高了钢度，保证了产品的稳定性和可靠性。玻璃钢夹砂管以其优异的耐化学腐蚀、轻质高强，不结垢，抗震性强，与普通钢管比较使用寿命长，综合造价低，安装快捷，安全可靠等优点，被广大用户所接受。
公开号为CN 101786366 A的中国专利申请公开了一种玻璃纤维增强塑料管道的生产工艺，包括如下流程：(1)生产模具采用内模和外模；(2)玻璃纤维经不饱和聚酯树脂浸渍后缠绕在内模的外表面，同时另一组玻璃纤维经不饱和聚酯树脂浸渍后缠绕在外模的内表面；(3)在内外模玻璃纤维表层之间形成的环形模腔内用注射法注入填料与不饱和聚酯树脂组成的混合物；(4)生产模具通电加热，使树脂固化；(5)用牵引装置将树脂固化后形成的管道牵引拉出，并根据需要的尺寸进行切割。该生产工艺可设计性强，然而采用浸渍玻纤缠绕的方式，生产过程间歇化，可控性差，并且污染环境。
随着复合材料应用领域的不断拓展，特种型玻璃钢中高压管道，越来越得到广泛的应用，尤其是化工行业，使用量连年增加，但在输送有机溶剂，易燃易爆物料的管道，物料在管道内高速流动、摩擦会产生静电，如果静电得不到有效的释放，会产生火花，导致物料自燃，其危害性极大，许多炼油、化工、医药生产企业的火灾、爆炸事故，很多都是静电引起的。所以在输送上述物料的玻璃钢管道，也需要有防静电的功能，而防静电最有效的方法就是把静电导出释放，但玻璃钢自身的导电性能极差。现有的玻璃钢管道生产工艺中，出现一种有导电内层的玻璃钢管道，采用在树脂中加入石墨的方法，在玻璃钢管道内壁形成一种导电层，使得管道内壁的静电不再积聚，再导出接地的方式，然而，采用分层铺层的方法不适合连续化工艺，导致其生产效率较低，并且该方法制得的玻璃钢管道强度有所下降。因此，开发出一种防静电玻璃钢管道的连续生产方法具有重要的意义。
发明内容
本发明提供了一种防静电玻璃钢管道及其连续制造方法，该防静电玻璃钢管道不仅导电性能良好，能够有效地防止静电聚集，而且具有较高的强度，耐压性好。
一种防静电玻璃钢管道的连续制造方法，包括如下步骤：
(1)在芯棒的表面包裹上碳纤维布，然后使用导电树脂组合物对碳纤维布进行充分渗透，再使用碳纤维在碳纤维布表面进行纺织形成防漏层；
所述的导电树脂组合物的重量份组成如下：
所述的导电介质由重量比为1：1～5的聚苯胺和碳纤维粉组成；
(2)在步骤(1)得到的防漏层上缠绕玻璃纤维，缠绕后再通过注胶装置将所述的导电树脂组合物涂布到玻璃纤维上，并重复数次形成导电层；
所述的导电层的厚度为1～2mm；
(3)在步骤(2)得到的导电层上缠绕玻璃纤维，缠绕后再通过注胶装置将外层树脂组合物涂布到玻璃纤维上，并重复数次，得到半成品；
所述的外层树脂组合物的重量份组成如下：
环氧乙烯基酯树脂                 100份
固化剂                           1～5份
固化促进剂                       0.1～0.3份
(4)对步骤(3)得到的半成品升温进行固化，然后脱模得到所述的防静电玻璃钢管道。
同现有技术的模压法相比，本发明的制造方法通过在芯棒上先形成一层特定厚度的导电层，然后再形成玻璃钢管道主体，实现了防静电玻璃钢管道的连续生产，提高了生产效率，采用该制造方法获得的防静电玻璃钢管道同时具有较好的强度和导电性能。
作为优选，步骤(1)～(2)中，所述的碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维，内径为0.1～0.5mm。
所述的环氧乙烯基酯树脂包括酚醛型环氧乙烯基酯树脂或者双酚A型环氧乙烯基酯树脂，作为优选，所述的环氧乙烯基酯树脂为酚醛型环氧乙烯基酯树脂，此时采用本发明的操作方式，得到的玻璃钢的强度更高。
作为优选，步骤(1)～(3)中，所述的导电树脂组合物的重量份组成如下：
所述的外层树脂组合物的重量份组成如下：
D470-300树脂                         100份
过氧化环己酮                         1～5份
4～10％环烷酸钴水溶液                0.1～0.3份。
作为优选，步骤(1)中，所述的碳纤维布的规格为200～300g/m2。此时，能够使得到的玻璃钢管道在具有良好的防静电性能的同时，具有较高的强度。
作为优选，步骤(1)中，渗透的温度为30～35℃，渗透时间为8～10分钟。此时，能够使导电树脂对碳纤维较好地进行渗透，便于后续操作的顺利进行。
作为优选，步骤(2)中，所述的碳纤维粉的目数为300目～500目。
作为优选，步骤(2)中，涂布导电树脂组合物时，所述注胶装置固定不动，所述芯棒相对所述注胶装置沿轴向匀速前进；
所述芯棒移动的速率为15～25cm/min，所述导电树脂组合物注入的速度为0.4～0.7L/min，注入的温度为40～50度。此时，能够保证导电树脂组合物均匀涂布，有利于提高玻璃钢管道的导电率。
作为优选，步骤(3)中，缠绕玻璃纤维时，先进行直向铺设，再进行捆扎；
“直向铺设”指的是每根玻纤绳的沿着芯棒的轴向方向延伸，多根之间在周向上平行排布并布满整个外壁；
“捆扎”指玻纤沿着芯棒的周向进行环向缠绕，用于稳定直向铺设的纱线。
作为优选，步骤(3)中，涂布外层树脂组合物时，所述注胶装置固定不动，所述芯棒相对所述注胶装置沿轴向匀速前进；
所述芯棒移动的速率为30～35cm/min，所述外层树脂组合物注入的速度为0.5～1L/min，注入的温度为40～50度。此时，能够保证外层树脂组合物均匀涂布，有利于提高玻璃钢管道的强度。
步骤(3)中，加热固化的温度为205-210℃。
本发明还提供了由所述的制造方法得到防静电玻璃钢管道。该防静电玻璃钢管道的各项强度较高，静水试压数据高达25mpa，爆破试验数据高达30mpa，环向拉伸强度高达10MPa；同时，其电荷密度在25μC/m3以下，能够有效地防止静电的累积，可以用于石油化工领域。
同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
(1)本发明克服了传统模压法生产过程间歇化、固化时间长、可控性差和环境污染严重的缺点，整个生产过程连续化，生产效率高，并且提高了材料利用率，对环境污染小。
(2)本发明得到的防静电玻璃钢管道强度高，耐压强度较高，管道中介质电荷密度低，有效地防止了静电的积累。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明做进一步的描述。
实施例1
(1)在芯棒(规格为DN2.5cm*5M)的表面包裹上一层碳纤维布(规格为200g/m2)，然后将包裹有碳纤维布的芯棒放入盛有导电树脂组合物的树脂槽中，控制温度为30℃，使导电树脂组合物向碳纤维布中进行渗透，10分钟后取出，然后使用聚丙烯腈基碳纤维T500在碳纤维布的表面编织形成一层防漏层，碳纤维布和防漏层共同构成内模；
其中，所用的导电树脂组合物的配比如下：
(2)采用牵引装置使带有内模的芯棒以20公分/分钟匀速前进，同时在步骤(1)得到的内模的表面上，使用直向纱装置将玻纤D2400进行直向铺设，然后再使用缠绕装置将玻纤D2400进行单线缠绕，缠绕完成后，再通过注胶装置向玻纤表面注入与步骤(1)相同的导电树脂组合物，导电树脂组合物的注入速率为0.5L/min，注入温度为45℃，使玻纤充分浸润；然后重复上述操作一次，得到导电层，厚度为1.5mm；
其中，“直向铺设”指玻纤的沿着芯棒的轴向方向延伸，直向铺设所用的纱线的根数为28根，“单线缠绕”指玻纤沿着芯棒的周向进行环向缠绕，用于稳定直向铺设的纱线；
(3)采用牵引装置使带有内模的芯棒以35公分/分钟匀速前进，同时在步骤(2)得到的导电层的表面上，使用直向纱装置将玻纤D2400进行直向铺设，然后再使用缠绕装置将玻纤D2400进行单线缠绕，缠绕完成后，再通过注胶装置向玻纤表面注入外层树脂组合物使玻纤充分浸润；然后重复上述操作一次，得到半成品；
所述芯棒移动的速率为30～35cm/min，所述外层树脂组合物注入的速度为0.5～1L/min，注入的温度为40～50度。
其中，所用的树脂组合物的配比如下：
D470-300树脂                                1000g
过氧化环己酮                                10g
6％环烷酸钴水溶液                           2g
组合物的注入速度为0.5L/min，树脂涂布的温度为45度；
(4)步骤(3)得到的半成品进入加热模腔后，升温至205-210℃进行固化成型，脱模得到防静电玻璃钢管道，经过检测，静水试压数据为26mpa，爆破试验数据30mpa、环向拉伸强度11MPa，电荷密度为23μC/m3(ACL-284型法拉第筒)。
实施例2
(1)在芯棒(规格为DN2.5cm*5M)的表面包裹上一层碳纤维布(规格为300g/m2)，然后将包裹有碳纤维布的芯棒放入盛有导电树脂组合物的树脂槽中，控制温度为35℃，使导电树脂组合物向碳纤维布中进行渗透，8分钟后取出，然后使用聚丙烯腈基碳纤维T300在碳纤维布的表面编织形成一层防漏层，碳纤维布和防漏层共同构成内模；
其中，所用的导电树脂组合物的配比如下：
(2)采用牵引装置使带有内模的芯棒以20公分/分钟匀速前进，同时在步骤(1)得到的内模的表面上，使用直向纱装置将玻纤D4800进行直向铺设，然后再使用缠绕装置将玻纤D4800进行单线缠绕，缠绕完成后，再通过注胶装置向玻纤表面注入导电树脂组合物(成分与步骤(1)相同)，导电树脂组合物的注入速率为0.5L/min，注入温度为45℃，使玻纤充分浸润；然后重复上述操作一次，得到导电层，厚度为1.3mm；
其中，“直向铺设”指玻纤的沿着芯棒的轴向方向延伸，直向铺设所用的纱线的根数为28根，“单线缠绕”指玻纤沿着芯棒的周向进行环向缠绕，用于稳定直向铺设的纱线；
(3)采用牵引装置使带有内模的芯棒以30公分/分钟匀速前进，同时在步骤(2)得到的导电层的表面上，使用直向纱装置将玻纤D4800进行直向铺设，然后再使用缠绕装置将玻纤D4800进行单线缠绕，缠绕完成后，再通过注胶装置向玻纤表面注入树脂组合物使玻纤充分浸润；然后重复上述操作一次，得到半成品；
其中，所用的树脂组合物的配比如下：
D470-300树脂                                1000g
过氧化环己酮                                10g
6％环烷酸钴水溶液                           2g
组合物的注入速度为0.5L/min，树脂涂布的温度为45度；
(4)步骤(3)得到的半成品进入加热模腔后，升温至205-210℃进行固化成型，脱模得到防静电玻璃钢管道，经过检测，经过检测，静水试压数据为23mpa，爆破试验数据28mpa、环向拉伸强度9MPa，电荷密度为22μC/m3(ACL-284型法拉第筒)
实施例3
(1)在芯棒(规格为DN2.5cm*5M)的表面包裹上一层碳纤维布(规格为200g/m2)，然后将包裹有碳纤维布的芯棒放入盛有导电树脂组合物的树脂槽中，控制温度为30℃，使导电树脂组合物向碳纤维布中进行渗透，9分钟后取出，然后使用聚丙烯腈基碳纤维T300在碳纤维布的表面编织形成一层防漏层，碳纤维布和防漏层共同构成内模；
其中，所用的导电树脂组合物的配比如下：
(2)采用牵引装置使带有内模的芯棒以20公分/分钟匀速前进，同时在步骤(1)得到的内模的表面上，使用直向纱装置将玻纤D4800进行直向铺设，然后再使用缠绕装置将玻纤D4800进行单线缠绕，缠绕完成后，再通过注胶装置向玻纤表面注入导电树脂组合物(成分与步骤(1)相同)，导电树脂组合物的注入速率为0.5L/min，注入温度为45℃，使玻纤充分浸润；然后重复上述操作一次，得到导电层，厚度为1.3mm；
其中，“直向铺设”指玻纤的沿着芯棒的轴向方向延伸，直向铺设所用的纱线的根数为28根，“单线缠绕”指玻纤沿着芯棒的周向进行环向缠绕，用于稳定直向铺设的纱线；
(3)采用牵引装置使带有内模的芯棒以30～35公分/分钟匀速前进，同时在步骤(2)得到的导电层的表面上，使用直向纱装置将玻纤D2400进行直向铺设，然后再使用缠绕装置将玻纤D2400进行单线缠绕，缠绕完成后，再通过注胶装置向玻纤表面注入外层树脂组合物使玻纤充分浸润；然后重复上述操作一次，得到半成品；
其中，所用的外层树脂组合物的配比如下：
D470-300树脂                                 1000g
过氧化环己酮                                 10g
6％环烷酸钴水溶液                            2g
组合物的注入速度为0.3L/min，树脂涂布的温度为45度；
(4)步骤(3)得到的半成品进入加热模腔后，升温至205-210℃进行固化成型，脱模得到防静电玻璃钢管道，经过检测，静水试压数据为23mpa，爆破试验数据29mpa、环向拉伸强度9MPa，电荷密度为20μC/m3(ACL-284型法拉第筒)。
实施例4
(1)在芯棒(规格为DN2.5cm*5M)的表面包裹上一层碳纤维布(规格为300g/m2)，然后将包裹有碳纤维布的芯棒放入盛有导电树脂组合物的树脂槽中，控制温度为30℃，使导电树脂组合物向碳纤维布中进行渗透，8分钟后取出，然后使用聚丙烯腈基碳纤维T500在碳纤维布的表面编织形成一层防漏层，碳纤维布和防漏层共同构成内模；
其中，所用的导电树脂组合物的配比如下：
(2)采用牵引装置使带有内模的芯棒以20公分/分钟匀速前进，同时在步骤(1)得到的内模的表面上，使用直向纱装置将玻纤D4800进行直向铺设，然后再使用缠绕装置将玻纤D4800进行单线缠绕，缠绕完成后，再通过注胶装置向玻纤表面注入导电树脂组合物(成分与步骤(1)相同)，导电树脂组合物的注入速率为0.5L/min，注入温度为45℃，使玻纤充分浸润；然后重复上述操作一次，得到导电层，厚度为1.3mm；
其中，“直向铺设”指玻纤的沿着芯棒的轴向方向延伸，直向铺设所用的纱线的根数为28根，“单线缠绕”指玻纤沿着芯棒的周向进行环向缠绕，用于稳定直向铺设的纱线；
(3)采用牵引装置使带有内模的芯棒以30～35公分/分钟匀速前进，同时在步骤(2)得到的导电层的表面上，使用直向纱装置将玻纤D2400进行直向铺设，然后再使用缠绕装置将玻纤D2400进行单线缠绕，缠绕完成后，再通过注胶装置向玻纤表面注入外层树脂组合物使玻纤充分浸润；然后重复上述操作一次，得到半成品；
其中，所用的外层树脂组合物的配比如下：
D411-350树脂                             1000g
过氧化环己酮                             10g
6％环烷酸钴水溶液                        2g
组合物的注入速度为0.5L/min，树脂涂布的温度为45度；
(4)步骤(3)得到的半成品进入加热模腔后，升温至205-210℃进行固化成型，脱模得到防静电玻璃钢管道，经过检测，静水试压数据为19mpa，爆破试验数据22mpa、环向拉伸强度7MPa；电荷密度为27μC/m3(ACL-284型法拉第筒)。
对比例1
(1)在芯棒(规格为DN2.5cm*5M)的表面包裹上一层短切毡(规格为600g/m2)，然后将包裹有短切毡的芯棒放入盛有树脂组合物的树脂槽中，控制温度为室温，使第一树脂组合物向短切毡中进行渗透，2分钟后取出，然后使用玻纤D2400在短切毡的表面编织形成一层防漏层，短切毡和防漏层共同构成内模；
其中，所用的第一树脂组合物的配比如下：
(2)采用牵引装置使带有内模的芯棒以30～35公分/分钟匀速前进，同时在步骤(1)得到的内模的表面上，使用直向纱装置将玻纤D2400进行直向铺设，然后再使用缠绕装置将玻纤D2400进行单线缠绕，缠绕完成后，再通过注胶装置向玻纤表面注入外层树脂组合物使玻纤充分浸润；然后重复上述操作一次，得到半成品；
其中，“直向铺设”指玻纤的沿着芯棒的轴向方向延伸，直向铺设所用的纱线的根数为28根，“单线缠绕”指玻纤沿着芯棒的周向进行环向缠绕，用于稳定直向铺设的纱线；
其中，所用的树脂组合物的配比如下：
D470-300树脂                            1000g
过氧化环己酮                            10g
6％环烷酸钴水溶液                       2g
组合物的注入速度为0.5L/min，树脂涂布的温度为45度；
(3)步骤(2)得到的半成品进入加热模腔后，升温至205-210℃进行固化成型，脱模得到防静电玻璃钢管道，经过检测，静水试压数据为25mpa，爆破试验数据30mpa、环向拉伸强度10MPa，电荷密度为87μC/m3(ACL-284型法拉第筒)。

Claims (10)

1.一种防静电玻璃钢管道的连续制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在芯棒的表面包裹上碳纤维布，然后使用导电树脂组合物对碳纤维布进行充分渗透，再使用碳纤维在碳纤维布表面进行纺织形成防漏层；
所述的导电树脂组合物的重量份组成如下：
所述的导电介质由重量比为1：1～5的聚苯胺和碳纤维粉组成；
(2)在步骤(1)得到的防漏层上缠绕玻璃纤维，缠绕后再通过注胶装置将所述的导电树脂组合物涂布到玻璃纤维上，并重复数次形成导电层；
所述的导电层的厚度为1～2mm；
(3)在步骤(2)得到的导电层上缠绕玻璃纤维，缠绕后再通过注胶装置将外层树脂组合物涂布到玻璃纤维上，并重复数次，得到半成品；
所述的外层树脂组合物的重量份组成如下：
环氧乙烯基酯树脂     100份
固化剂              1～5份
固化促进剂      0.1～0.3份
(4)对步骤(3)得到的半成品升温进行固化，然后脱模得到所述的防静电玻璃钢管道。
2.根据权利要求1所述的防静电玻璃钢管道的连续制造方法，其特征在于，步骤(1)～(2)中，所述的碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维，内径为0.1～0.5mm。
3.根据权利要求1所述的防静电玻璃钢管道的连续制造方法，其特征在于，步骤(1)～(3)中，所述的导电树脂组合物的重量份组成如下：
所述的外层树脂组合物的重量份组成如下：
D470-300树脂            100份
过氧化环己酮            1～5份
4～10％环烷酸钴水溶液    0.1～0.3份。
4.根据权利要求1所述的防静电玻璃钢管道的连续制造方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的碳纤维布的规格为200～300g/m2。
5.根据权利要求1所述的防静电玻璃钢管道的连续制造方法，其特征在于，步骤(1)中，渗透的温度为30～35℃，渗透时间为8～10分钟。
6.根据权利要求1所述的防静电玻璃钢管道的连续制造方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的碳纤维粉的目数为300目～500目。
7.根据权利要求1所述的防静电玻璃钢管道的连续制造方法，其特征在于，步骤(2)中，涂布导电树脂组合物时，所述注胶装置固定不动，所述芯棒相对所述注胶装置沿轴向匀速前进；
所述芯棒移动的速率为15～25cm/min，所述导电树脂组合物注入的速度为0.4～0.7L/min，注入的温度为40～50度。
8.根据权利要求1所述的防静电玻璃钢管道的连续制造方法，其特征在于，步骤(2)和(3)中，缠绕玻璃纤维时，先进行直向铺设，再进行捆扎。
9.根据权利要求1所述的防静电玻璃钢管道的连续制造方法，其特征在于，步骤(3)中，涂布外层树脂组合物时，所述注胶装置固定不动，所述芯棒相对所述注胶装置沿轴向匀速前进；
所述芯棒移动的速率为30～35cm/min，所述外层树脂组合物注入的速度为0.5～1L/min，注入的温度为40～50度。
10.一种防静电玻璃钢管道，其特征在于，由权利要求1～9任一项所述的制造方法得到。
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