CN106496722A - 复合管道及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种复合管道，该复合管道包括高分子内衬管和无缝钢管外管，所述高分子内衬管的原料配比的重量百分比为：超高分子量聚乙烯70%～92%，液晶高分子8%～28%，抗氧化剂0.8%～3.0%，润滑剂1.0%～4.0%，以及其他添加剂0.2%～1.0%。本发明复合管道耐磨、流动性高、抗冲击、耐腐蚀、耐低温、轻质。本发明还公开了一种上述复合管道的制备工艺。

Description

复合管道及其制备工艺
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种复合管道及其制备工艺。
背景技术
充填采矿法是在矿产资源的地下开采过程中，随着矿石在采出，井下采空区用具有一定物理力学性能的材料进行及时充填，从而一方面对采空区周围的围岩提供支撑，另一方面为相邻矿体的开采提供条件的一类采矿方法。是矿山开采必不可少的主要生产环节之一。
目前在矿山充填中采用铸铁、双金属内衬、陶瓷内衬等材质的管道输送填充物料，填充物料包括：粉煤灰、尾砂、块石、高炉矿渣等的膏体，泵送至管道，输送到填充目的地。
超高分子量聚乙烯管材作为一种有着特别优异性能的新材料而逐渐被市场认可。但是目前，国内生产的聚乙烯塑料管道，多用于燃气、化工、自来及电厂、铝厂等领域的输气和输水工程。而在金矿、铜矿、煤矿、盐湖化工、油气化工等输送粉粒型物料的领域，由于粉粒型物料对管材的摩擦性较大，导致管材损耗严重，因此上述领域中一般还是采用金属管材输送，而金属管道内壁容易因摩擦、腐蚀等问题而使管道内表面变得粗糙，导致输送效率变低并逐步形成堵塞。一旦形成堵塞只能通过人工去垢或者更换管材，耗费人力物力，且降低了生产效率。
目前使用的管道材料有：
(1)自蔓延陶瓷复合管：该管道是将铁氧化物和铝粉混合的原料直接装入管道内，置于离心机上，通过离心作用，将物料均布在背衬的钢管内壁，通过高温燃烧反应，将熔融后的陶瓷内衬材料固化复合在背衬钢管内形成陶瓷-钢管双层复合材料。
(2)双金属复合耐磨管道：主要采用消失模、真空吸铸或离心铸造工艺，制作成外层为普通钢管，内层为高合金耐磨材料的复合管道，达到韧性与耐磨性的最佳配合，解决耐磨性与可焊性的矛盾。
(3)高分子钢衬复合管：高分子钢衬复合管是由无缝钢管与内衬高分子材料，通过化学粘结复合而成的钢-塑复合管道，具有优异的耐磨性、防腐蚀性及质量轻等特点，可以应用于钢管内衬的高分子材料主要有丁晴橡胶、超高分子量聚乙烯和浇注型聚氨酯。通过添加增强剂、耐磨剂和润滑剂等，提高内衬材料的加工性能及摩擦性能。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种高耐磨性、高流动性、高抗冲击性、抗腐蚀性、耐低温、轻质的复合管道及其制备工艺。
具体地，本发明的实施例提供一种复合管道，该复合管道包括高分子内衬管和无缝钢管外管，所述高分子内衬管的原料配比的重量百分比为：超高分子量聚乙烯70％～92％，液晶高分子8％～28％，抗氧化剂0.8％～3.0％，润滑剂1.0％～4.0％，以及其他添加剂0.2％～1.0％。
优选地，所述抗氧化剂为巴斯夫抗氧化剂1076、科莱恩抗氧化剂1010或三嗪阻碍酚抗氧化剂STA-1。
优选地，所述润滑剂为石墨、氟化石墨、聚酰亚胺、氧化聚乙烯蜡、硬脂酸锌和/或硬脂酸铅。
优选地，所述其他添加剂为聚四氟乙烯。
优选地，所述高分子内衬管的外径与所述无缝钢管外管的内径尺寸过盈1.5～3％。
本发明还提供一种复合管道的制备工艺，包括高分子内衬管的制备工艺及复合工艺，所述高分子内衬管的制备工艺包括以下步骤：
(1)将制备高分子内衬管的各种原料混合后加入混料机中混合4～6小时，然后将原料混合物在80℃～120℃下干燥3～6小时；
(2)将上述干燥后的原料混合物进行挤管；
(3)将混合好的原料送入螺旋角为40°～45°的单螺杆挤出机中，直接将粉末物料快速压缩成一定密度的物料，进行熔融塑化后直接挤出管材，再依次经模具形成管型，再由水箱冷却、牵引机牵引，最后由切割机定长切割，实现超高分子量聚乙烯内衬管的生产。
优选地，所述复合工艺为：所述高分子内衬管存放于低温至-100℃～-120℃的温度范围内，将所述高分子内衬管从低温箱中快速取出后推压在预先清洁干净、涂覆过粘接胶的无缝钢管外管管道中。
优选地，所述挤管的挤出温度参数为：加料段100～210℃；压缩段250～285℃；均化段260～290℃，出口温度240～265℃；融体压力≤10Mpa。
优选地，所述粘接胶为罗门哈斯422。
本发明的实施例所提供的复合管道及其制备工艺，内衬管道与无缝钢管外管管道过盈配合并带胶粘接，实现了内衬管与无缝钢管外管的无缝隙紧密复合，保证了内衬管的尺寸稳定性，防止内衬管在无缝钢管外管管道中的滑动，当内衬管道被磨破之后，有效防止管内输送介质流入夹层，挤压内衬管道进入管道内部，造成输送线路的堵塞；另外，超高分子量聚乙烯的抗冲击性和吸收冲击能居塑料之首，无论是外力强冲击，还是内部压力波动都难以使其开裂，特别是在低温环境，其冲击强度反而达到更高值，超高分子量聚乙烯的这种柔韧性为输送系统提供了安全可靠的保障。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，详细说明如下。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的复合管道及其制备工艺及其具体实施方式、方法、步骤、特征及功效，详细说明如后。
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下的较佳实施例的详细说明中将可清楚的呈现。通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所述实施例仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。
实施例一
本发明实施例提供一种复合管道，该复合管道包括高分子内衬管和无缝钢管外管，所述高分子内衬管的原料配比的重量百分比为：超高分子量聚乙烯80％，液晶高分子15.5％，科莱恩抗氧化剂1010 1.0％，氧化聚乙烯蜡3.0％，以及聚四氟乙烯0.5％。在本实施例中，所述高分子内衬管的外径与所述无缝钢管外管的内径尺寸过盈1.5～3％。
本发明实施例还提供一种复合管道的制备工艺，包括以下步骤：
(1)将制备高分子内衬管的各种原料混合后加入混料机中混合4～6小时，然后将原料混合物在80℃～120℃下干燥3～6小时；
(2)将上述干燥后的原料混合物进行挤管，所述挤管的挤出温度参数为：加料段100～210℃；压缩段250～285℃；均化段260～290℃，出口温度240～265℃；融体压力≤10Mpa；
(3)将混合好的原料送入螺旋角为40°～45°的单螺杆挤出机中，直接将粉末物料快速压缩成一定密度的物料，进行熔融塑化后直接挤出管材，再依次经模具形成管型，再由水箱冷却、牵引机牵引，最后由切割机定长切割，实现超高分子量聚乙烯内衬管的生产；
(4)内衬管低温至-100℃～-120℃的温度范围内，从低温箱中快速取出后推压在预先清洁干净、涂覆过粘接胶的无缝钢管外管管道中。优选地，该粘接胶为罗门哈斯(THIXON)422，生产厂家为罗门哈斯公司。在本实施例中，该超高分子聚乙烯内衬管恢复到常温后会有所膨胀，加上无缝钢管外管内侧涂覆有粘接胶，从而使高分子内衬管与无缝钢管外管复合的更加紧密。
实施例二
本发明实施例提供一种复合管道，该复合管道包括高分子内衬管和无缝钢管外管，所述高分子内衬管的原料配比的重量百分比为：超高分子量聚乙烯90％，液晶高分子8％，三嗪阻碍酚抗氧化剂STA-1 0.8％，硬脂酸锌和硬脂酸铅混合物1.0％，以及聚四氟乙烯0.2％。在本实施例中，所述高分子内衬管的外径与所述无缝钢管外管的内径尺寸过盈1.5～3％。
本发明实施例提供一种复合管道的制备工艺，该制备工艺与实施例一的制备工艺类似。
实施例三
本发明实施例提供一种复合管道，该复合管道包括高分子内衬管和无缝钢管外管，所述高分子内衬管的原料配比的重量百分比为：超高分子量聚乙烯70％，液晶高分子11.4％，巴斯夫抗氧化剂1076 0.8％，石墨、氟化石墨或聚酰亚胺4.6％，以及聚四氟乙烯1.0％。在本实施例中，所述高分子内衬管的外径与所述无缝钢管外管的内径尺寸过盈1.5～3％。
本发明实施例提供一种复合管道的制备工艺，该制备工艺与实施例一的制备工艺类似。
实施例四
本发明实施例提供一种复合管道，该复合管道包括高分子内衬管和无缝钢管外管，该无缝钢管外管采用Φ133mm×5mm×2000mm标准无缝管，该高分子内衬采用超高分子量聚乙烯管道Φ125mm×10mm×2000mm，低温温度范围为-110℃～-140℃，冷冻时间为1h。
某国内知名大型矿山企业将此复合管道安装在介质输入口以下500m处的水平巷道内，输送介质为水泥，散装P·O 32.5硅酸盐水泥，参考GB/T175-1999的规定；干粉煤灰，参考GB/T 1596-1991和JGJ63-1989的规定；棒磨砂，参考Q/YSJC-ZB01-2001的规定；天然砂，质量指标参照棒磨砂技术标准执行。制浆水质量符合JGJ63-1989的规定。
充填料配灰沙比例为1:4，其中天然砂添加量不超过棒磨砂用量的20％。干粉煤灰的添加量不超过水泥量的30％。
使用结果：经过4个月15万立方体积的介质磨损，没发现有内衬没穿的现象。
由于本发明采用了内衬管道与无缝钢管外管管道过盈配合并带胶粘接，实现了内衬管与无缝钢管外管的无缝隙紧密复合，保证了内衬管的尺寸稳定性，防止内衬管在无缝钢管外管管道中的滑动。最主要的效果是当内衬管道被磨破之后，有效防止管内输送介质流入夹层，挤压内衬管道进入管道内部，造成输送线路的堵塞。
另外，超高分子量聚乙烯的抗冲击性和吸收冲击能居塑料之首，无论是外力强冲击，还是内部压力波动都难以使其开裂。其冲击力强度为尼龙66的10倍，聚氯乙烯的20倍，聚乙烯的4倍。特别是在低温环境，其冲击强度反而达到更高值。超高分子量聚乙烯的这种柔韧性为输送系统提供了安全可靠的保障。
以上所述，仅是发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种复合管道，包括高分子内衬管和无缝钢管外管，其特征在于：所述高分子内衬管的原料配比的重量百分比为：超高分子量聚乙烯70％～92％，液晶高分子8％～28％，抗氧化剂0.8％～3.0％，润滑剂1.0％～4.0％，以及其他添加剂0.2％～1.0％。
2.根据权利要求1所述的复合管道，其特征在于，所述抗氧化剂为巴斯夫抗氧化剂1076、科莱恩抗氧化剂1010或三嗪阻碍酚抗氧化剂STA-1。
3.根据权利要求1所述的复合管道，其特征在于，所述润滑剂为石墨、氟化石墨、聚酰亚胺、氧化聚乙烯蜡、硬脂酸锌和/或硬脂酸铅。
4.根据权利要求1所述的复合管道，其特征在于，所述其他添加剂为聚四氟乙烯。
5.根据权利要求1所述的复合管道，其特征在于，所述高分子内衬管的外径与所述无缝钢管外管的内径尺寸过盈1.5～3％。
6.根据权利要求1所述的一种复合管道的制备工艺，其特征在于，包括高分子内衬管的制备工艺及复合工艺，所述高分子内衬管的制备工艺包括以下步骤：
(1)将制备高分子内衬管的各种原料混合后加入混料机中混合4～6小时，然后将原料混合物在80℃～120℃下干燥3～6小时；
(2)将上述干燥后的原料混合物进行挤管；
(3)将混合好的原料送入螺旋角为40°～45°的单螺杆挤出机中，直接将粉末物料快速压缩成一定密度的物料，进行熔融塑化后直接挤出管材，再依次经模具形成管型，再由水箱冷却、牵引机牵引，最后由切割机定长切割，实现超高分子量聚乙烯内衬管的生产。
7.根据权利要求6所述的复合管道的制备工艺，其特征在于，所述复合工艺为：所述高分子内衬管存放于低温至-100℃～-120℃的温度范围内，将所述高分子内衬管从低温箱中快速取出后推压在预先清洁干净、涂覆过粘接胶的无缝钢管外管管道中。
8.根据权利要求6所述的复合管道的制备工艺，其特征在于，所述挤管的挤出温度参数为：加料段100～210℃；压缩段250～285℃；均化段260～290℃，出口温度240～265℃；融体压力≤10Mpa。
9.根据权利要求7所述的复合管道的制备工艺，其特征在于，所述粘接胶为罗门哈斯422。
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