CN105443885A - 以混杂纤维为骨架的天然气胶管材料 - Google Patents
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Abstract
一种以混杂纤维为骨架的天然气胶管材料,它涉及橡胶改性混杂纤维燃气胶管用复合材料。本发明解决了传统燃气胶管抗腐蚀性差，不耐老化，耐曲饶性差，以及使用过程中易于断裂的技术问题。本发明由用偶联剂KH590处理过的混杂纤维、甲基乙烯基硅橡胶以及配合剂制成；其中配合剂由白炭黑、硫化促进剂、防老剂D、硫化剂和铁红组成。本发明的以混杂纤维为骨架的天然气胶管材料的抗拉强度为7~13MPa、断裂伸长率为194%~311%、氧指数32~34、邵氏A型硬度为68~76。可用作制备燃气胶管的复合材料。
Description
技术领域
本发明涉及橡胶改性混杂纤维燃气胶管用复合材料。
背景技术
目前国内外燃气胶管主要有PVC煤气管、铝塑复合管、40铬无缝钢管、天然气专用螺旋管以及金属软管等，作为运输天然气的管材,必须具有一定的机械强度、优良的抗腐蚀性能、抗震性、柔软性、耐热耐油、比较高的阻燃性、气密性以及便于连接等特点。对于PVC煤气管来说,具有质轻、抗腐蚀、摩擦阻力小、接口严密、抗拉强度高以及方便连接等一系列优点，但其耐热性差，在中低温条件下容易老化，且容易燃烧，在使用过程中不仅释放出氯化氢等对人体有害的气体，而且极易发生火灾等安全问题；而铝塑复合管是以焊接铝管为中间层，内外层均为聚乙烯塑料，铝层内外用热熔胶黏接，通过专用加工方法复合而成的燃气管道，其使用卫生，施工简单，寿命长，但其由于内外层为聚乙烯层，耐曲饶性差，长期使用表面易断裂，一旦漏气容易引发安全事故；对于金属软管来说，其具有一定的强度、耐腐蚀性、耐热性可弯曲性等，在室内天然气管道安装中使用广泛，由于其不仅美观，而且具有良好的密封性、抗震性、阻燃性以及抗腐蚀性，安装技术简单，接口少，使用寿命较长，但其必须有防损伤保护措施，长度受限、口径和使用压力受限、成本昂贵，所以使用范围较窄。因此，国内外科学家正在寻找一种新的材料来取代传统的燃气胶管材料。
专利CN204505965U公开了一种玻璃纤维胶管,由内到外依次包括硅橡胶内衬管、无碱玻璃纤维层、硅烷粘合层,所述硅橡胶内衬管和无碱玻璃纤维层通过高温融合固定。虽然该发明的胶管绝缘性能好，且耐腐蚀性较好，但其较硬，耐曲绕性差，长期使用耐热性能较差，并且生产工艺复杂。
专利CN102514197A公开了一种以碳纤维为增强层的硅橡胶包布胶管制造工艺,包括以下步骤：对碳纤维布进行表面处理,提高其表面极性基团的含，并在要求尺寸的模芯上缠绕内胶层，再将经过表面处理的碳纤维布作为增强层包覆在内胶层上，在碳纤维布表面包覆缠绕外胶层,成型胶，最后将胶管硫化,获得成品,其中所述内胶层和外胶层包括硅橡胶。虽然该发明解决了现有硅橡胶胶管强度低,耐压能力差的问题,但碳纤维昂贵,生产成本高,且其阻燃性较差。
专利CN202125681U公开了一种具有双层增强纤维的燃气胶管,由内而外依次包括内胶层、第一增强纤维层、中胶层、第二增强纤维层和外胶层。虽然该发明使得胶管的整体强度有很大提高,相互间隔的三层胶层也使耐压胶管保持了良好的柔韧性，但其容易热老化，耐腐蚀性也较差。
武卫莉于2014年第12期《橡胶工业》中发表的文章《玄武岩短纤维/硅橡胶复合材料性能研究》中报导了采用了玄武岩短纤维来增强硅橡胶复合材料，提高了材料的综合物理性能和耐老化性能，但这种复合材料是以硅橡胶作为基相，玄武岩短纤维作增强相的，对硅橡胶用量较大，成本高，而且该复合材料要在175℃、10MPa的条件下固化成型，能耗较大，生产工艺较复杂。
发明内容
本发明要解决现有的PVC煤气管、铝塑复合管、40铬无缝钢管、天然气专用螺旋管以及金属软管等传统燃气胶管抗腐蚀性差，不耐老化，耐曲饶性差，以及使用过程中易于断裂的技术问题，提供一种以混杂纤维为骨架的天然气胶管材料。
本发明的以混杂纤维为骨架的天然气胶管材料由玄武岩短纤维增强硅橡胶为硬质内胶层作为胶管的软芯和按一定配比编织成纤维布进行包覆作为外层，其中各层的质量份数配比不同，内胶层由100份的甲基乙烯基硅橡胶、20份的玄武岩短纤维和37.5份配合剂（硫化剂、白炭黑、硫化促进剂、防老剂D和铁红按质量配比为15:20:1:0.5:1)所组成；外层由60~70份的混杂纤维、30~40份的甲基乙烯基硅橡胶和一定配比的配合剂制成，其中相对于100份硅橡胶配合剂由白炭黑、硫化促进剂、防老剂D、硫化剂和铁红按质量配比为20:1.5:2:2.5:1所组成。
本发明的以混杂纤维为骨架的天然气胶管材料提高了耐长期热老化和拉伸强度性能，以混杂纤维为骨架的天然气胶管材料的抗拉强度为7~13MPa、断裂伸长率为194%~311%、氧指数32~34、邵氏A型硬度为68~76。
本发明的以混杂纤维为骨架的天然气胶管材料具有以下优点：
（1）采用玻璃纤维、玄武岩纤维为复合材料的基相，硅橡胶作增韧相改性混杂纤维。在此配方中不需要加入氢氧化铝和氢氧化镁用作阻燃剂，耐热性、耐燃性以及抗拉强度都较高。
（2）本发明以武岩短纤维增强硅橡胶为硬质内胶层作为胶管的软芯，以玄武岩纤维和玻璃纤维按一定配比编织成纤维布进行包覆作为外层,既减少了用缠绕法时的过多设备的投入且加工工艺简单,又极大地提高了胶管的耐热耐压性。
（3)本发明的燃气胶管所用原料全部来自国产，原料来源比较丰富。
（4）本发明是以混杂纤维为骨架的天然气胶管材料，内层采用玄武岩短纤维增强硅橡胶为硬质内胶层作为胶管的软芯，外层采用甲基乙烯基硅橡胶增韧纤维，以硅烷偶联剂KH590作为相容剂，克服了直接填加混杂纤维与硅橡胶基体相容性差的问题。本发明制备的以混杂纤维为骨架的天然气胶管复合材料可用于制备天然气胶管。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的以混杂纤维为骨架的天然气胶管材料其内胶层由100份的甲基乙烯基硅橡胶、20份的玄武岩短纤维和37.5份配合剂（硫化剂、白炭黑、硫化促进剂、防老剂D和铁红按质量配比为15:20:1:0.5:1)所组成；外层按质量份数比由70份的混杂纤维（其中玻璃纤维与玄武岩纤维的质量份数比为1:1）、30份的甲基乙烯基硅橡胶和一定配比的配合剂制成；其中相对于100份硅橡胶配合剂由白炭黑、硫化促进剂、防老剂D、硫化剂和铁红按质量配比为20:1.5:2:2.5:1所组成。
本实施方式所述的甲基乙烯基硅橡胶、玄武岩短纤维、玻璃纤维和玄武岩纤维均为工业级。所述的玄武岩短纤维长度为9mm，直径为12um。所述的硫化促进剂为2-巯基苯并噻唑。所述的硫化剂为过氧化二异丙苯。所述的防老剂D为N-苯基-2-萘胺。所述的硅烷偶联剂KH590为γ-巯丙基三甲氧基硅烷。填加的玄武岩短纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、白炭黑、硫化促进剂、硫化剂、防老剂D、铁红以及硅烷偶联剂KH590均为市售商品。
本实施方式的以混杂纤维为骨架的天然气胶管材料的制备方法按以下步骤进行：
1、按质量份数取100份的甲基乙烯基硅橡胶、20份的玄武岩短纤维和37.5份配合剂；其中配合剂由硫化剂、白炭黑、硫化促进剂、防老剂D和铁红按质量配比为15:20:1:0.5:1所组成；
2、按步骤1将称取的甲基乙烯基硅橡胶在辊温为50~55℃、辊距为1~1.5mm的双辊开炼机上加入配合剂和玄武岩短纤维(用偶联剂KH590处理)进行混炼10~15分钟，得到混炼胶；然后将得到的混炼胶加入到橡胶压出机中,压出内层胶作为软芯，其中压出机机头温度为60~70℃；
3、按质量份数称取70份的混杂纤维纺织布（其中玻璃纤维与玄武岩纤维的质量份数比为1:1）、30份的硅橡胶和配合剂（其中硅橡胶:白炭黑:硫化促进剂:防老剂D:硫化剂:铁红＝100:20:1.5:2:2.5:1）；先将混杂纤维布用偶联剂KH590处理，然后将处理过的纤维布浸入到胶浆中（硅橡胶与配合剂制成的）；再将浸过胶浆的纤维布包覆在步骤2制得的软芯内胶层上；最后将半成品胶管在165~175℃、1~1.2MPa的硫化罐中硫化30分钟，制得以混杂纤维为骨架的天然气胶管材料。
具体实施方式二~十一的制备方法与实施方式一相同，原料组成分别如下：
具体实施方式二：外层配方变为70份混杂纤维（其中玻璃纤维与玄武岩纤维的质量份数比为1:2）和30份硅橡胶。
具体实施方式三：外层配方变为70份混杂纤维（其中玻璃纤维与玄武岩纤维的质量份数比为1:3）和30份硅橡胶。
具体实施方式四：外层配方变为70份混杂纤维（其中玻璃纤维与玄武岩纤维的质量份数比为2:1）和30份硅橡胶。
具体实施方式五：外层配方变为70份玄武岩纤维和30份的硅橡胶。
具体实施方式六：外层配方变为70份混杂纤维（其中玻璃纤维与玄武岩纤维的质量份数比为3:1）和30份硅橡胶。
具体实施方式七：外层配方变为70份混杂纤维（其中玻璃纤维与玄武岩纤维的质量份数比为3:2）和30份硅橡胶。
具体实施方式八：外层配方变为70份混杂纤维（其中玻璃纤维与玄武岩纤维的质量份数比为4:1）和30份硅橡胶。
具体实施方式九：外层配方变为70份混杂纤维（其中玻璃纤维与玄武岩纤维的质量份数比为1:4）和30份硅橡胶。
具体实施方式十：外层配方变为65份混杂纤维（其中玻璃纤维与玄武岩纤维的质量份数比为1:4）和35份硅橡胶。
具体实施方式十一：外层配方变为60份混杂纤维（其中玻璃纤维与玄武岩纤维的质量份数比为1:4）和40份硅橡胶。
根据国标测定,实施例7－11的部分性能数据与对照例(实施例0)比较如表1所示。从表1可看出，本发明制备的胶管机械强度高、阻燃性好、韧性好。
表1实施例7－11
具体实施方式七至具体实施方式十一的以混杂纤维为骨架的天然气胶管材料采用玻璃纤维、玄武岩纤维和甲基乙烯基硅橡胶为主要原料，硅橡胶的耐热性能较好，混杂纤维的增强效果明显。在此配方中不需要加入氢氧化铝和氢氧化镁用作阻燃剂，耐热性、耐燃性以及抗拉强度都较高。以混杂纤维为骨架的天然气胶管材料提高了耐长期热老化和拉伸强度性能，耐曲绕性强，安全系数高，使用寿命长。以混杂纤维为骨架的天然气胶管材料的生产原料全部来自国产，原料来源丰富，可用软芯法进行工业生产，然后再在硫化罐里固化成型，加工工艺简单，从而简化了其生产工艺，降低了生产成本。
Claims (9)
1.一种以混杂纤维为骨架的天然气胶管材料，其特征在于一种以混杂纤维为骨架的天然气胶管材料由玄武岩短纤维增强硅橡胶为硬质内胶层作为胶管的软芯、按一定配比编织成纤维布进行包覆作为外层，其中各层的质量份数配比不同，内胶层由100份的甲基乙烯基硅橡胶、20份的玄武岩短纤维和37.5份配合剂（硫化剂、白炭黑、硫化促进剂、防老剂D和铁红按质量配比为15:20:1:0.5:1)所组成；外层由60~70份的混杂纤维、30~40份的甲基乙烯基硅橡胶和一定配比的配合剂制成，其中相对于100份硅橡胶配合剂由白炭黑、硫化促进剂、防老剂D、硫化剂和铁红按质量配比为20:1.5:2:2.5:1所组成。
2.根据权利要求1所述的一种以混杂纤维为骨架的天然气胶管材料，其特征在于所述的玄武岩短纤维长度为9mm，直径为12um。
3.根据权利要求1所述的一种以混杂纤维为骨架的天然气胶管材料，其特征在于所述的硫化促进剂为2-巯基苯并噻唑。
4.根据权利要求1所述的一种以混杂纤维为骨架的天然气胶管材料，其特征在于所述的硫化剂为过氧化二异丙苯。
5.根据权利要求1所述的一种以混杂纤维为骨架的天然气胶管材料，其特征在于所述的防老剂D为N-苯基-2-萘胺。
6.根据权利要求1所述的一种以混杂纤维为骨架的天然气胶管材料，其特征在于所述的铁红为氧化铁，其被用作热稳定剂。
7.根据权利要求1所述的一种以混杂纤维为骨架的天然气胶管复合材料，其特征在于所述的一种以混杂纤维为骨架的天然气胶管材料其外层按质量份数比由70份的混杂纤维纺织布（其中玻璃纤维与玄武岩纤维的质量份数比为1:1）、30份的甲基乙烯基硅橡胶和一定配比的配合剂制成。
8.根据权利要求1所述的一种以混杂纤维为骨架的天然气胶管材料，其特征在于所述的一种以混杂纤维为骨架的天然气胶管材料其外层按质量份数比由70份的混杂纤维纺织布（其中玻璃纤维与玄武岩纤维的质量份数比为1:2）、30份的甲基乙烯基硅橡胶和一定配比的配合剂制成。
9.根据权利要求1所述的一种以混杂纤维为骨架的天然气胶管材料，其特征在于所述的一种以混杂纤维为骨架的天然气胶管材料外层按质量份数比由70份的混杂纤维纺织布（其中玻璃纤维与玄武岩纤维的质量份数比为1:4）、30份的甲基乙烯基硅橡胶和一定配比的配合剂制成。
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