CN107339519B - 一种新型耐磨耐蚀复合管道及其制备方法 - Google Patents

一种新型耐磨耐蚀复合管道及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于管道输运领域中的特殊管道领域，具体涉及一种新型耐磨耐蚀复合管道及其制备方法。该复合管道从内至外依次包括耐磨耐蚀陶瓷层、复合粘接层和碳钢管道本体。首先，将酚醛树脂、微米级碳化硅颗粒、固化剂等混合均匀配制树脂料浆。将浸涂树脂料浆的聚氨酯泡沫模压定型，经后续浸涂制成耐磨耐蚀陶瓷层预制体；或者，控制料浆粘度直接模压成型制成耐磨耐蚀陶瓷层预制体。然后，采用高温热解和反应烧结的方法制成所需形状和尺寸的碳化硅构件；最后，耐磨耐蚀陶瓷层与碳钢管道本体之间通过复合粘接剂粘接，固化成型得到耐磨耐蚀复合管道。从而，解决工业设备和工程机械用输送管道磨损腐蚀问题，提高工业设备和工程机械的使用寿命。

Description

一种新型耐磨耐蚀复合管道及其制备方法
技术领域
本发明属于管道输运领域中的特殊管道领域，具体涉及一种新型耐磨耐蚀复合管道及其制备方法。
背景技术
目前，在火力发电行业脱硫系统内常用的管道包括衬胶管道、衬塑管道、不锈钢管道和陶瓷片管道等。此类管道中的弯头、大小头等部件，由于橡胶、塑料和陶瓷片的剥落，使用寿命普遍不足半年。脱硫管道磨损腐蚀破坏将导致管道的泄漏和系统的失稳，严重影响火力发电机组的正常、连续、稳定运行，造成巨大的经济损失和重大的环境污染。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型耐磨耐蚀复合管道及其制备方法，该复合管道耐磨耐蚀，具有高粘接强度内衬。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种新型耐磨耐蚀复合管道，该复合管道从内至外依次包括耐磨耐蚀陶瓷层、复合粘接层和管道本体；其中，耐磨耐蚀陶瓷层为高温烧结的碳化硅，拥有与管道形状一致的整体构型；在耐磨耐蚀陶瓷层外侧为由陶瓷颗粒和环氧树脂制成的复合粘接层，在复合粘接层外侧为碳钢管道本体。
所述的新型耐磨耐蚀复合管道，碳化硅耐磨耐蚀层的硬度HRA>90、耐压强度达到300MPa。
所述的新型耐磨耐蚀复合管道，复合粘接层中陶瓷颗粒与环氧树脂的质量比为(5～7)：1。
所述的新型耐磨耐蚀复合管道的制备方法，包括如下步骤：
第一步，耐磨耐蚀陶瓷层预制体的制备
将酚醛树脂、微米级碳化硅粉、粒状固化剂和乙醇按照100：(130～140)：(10～15)：(30～40)的重量比例配制成树脂料浆；或者，将酚醛树脂、微米级碳化硅粉、液态固化剂按照100：(200～300)：(10～15)的重量比例配制成树脂料浆；
将浸涂树脂料浆的聚氨酯泡沫模压定型，经后续浸涂制成耐磨耐蚀陶瓷层预制体；或者，控制料浆粘度直接模压成型制成耐磨耐蚀陶瓷层预制体；
第二步，碳化硅陶瓷层的制备
采用高温热解和反应烧结的方法，制成所需形状和尺寸的碳化硅构件；
第三步，耐磨耐蚀复合管道的复合装配
将环氧树脂、陶瓷颗粒和固化剂按照100：(500～700)：(10～30)的重量比例配制复合粘接剂，耐磨耐蚀陶瓷层与碳钢管道本体之间通过复合粘接剂粘接，最终固化成型得到耐磨耐蚀复合管道。
所述的新型耐磨耐蚀复合管道的制备方法，第一步中，制备耐磨耐蚀陶瓷层所需的酚醛树脂为热固性酚醛树脂。
所述的新型耐磨耐蚀复合管道的制备方法，第一步中，制备耐磨耐蚀陶瓷层预制体的聚氨酯泡沫网孔尺寸为0.3～0.6mm。
所述的新型耐磨耐蚀复合管道的制备方法，第二步中，高温热解的工艺参数：氩气保护气氛，升温速率为每分钟1～5℃，升温至800～1200℃，保温0.5～2小时；反应烧结的工艺参数：真空环境下，升温速率为每分钟1～5℃，升温至1400～1750℃，保温0.5～8小时。
本发明提高的耐磨耐蚀管道及其制备方法，同现有技术相比具有以下优点及有益效果：
其一，复合管道陶瓷层的硬度高HRA>90，其具有优异的耐磨性能，且其内层致密结构提高了管道的抗渗漏能力，保证了复合管道的长寿命运行；其二，利用酚醛树脂室温凝胶变粘的特点，快速模压成型固化，实现高效、精确成型，可以高效制备耐磨耐蚀陶瓷构件的预制体，提高了复合管道的制备效率。
附图说明
图1为本发明耐磨耐蚀复合管道的截面结构示意图；
图2-图4为本发明实施例1-3耐磨耐蚀复合管道的制备流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明耐磨耐蚀复合管道，从内至外依次包括耐磨耐蚀陶瓷层1、复合粘接层2和管道本体3。其中，耐磨耐蚀陶瓷层1材质为高温烧结的碳化硅，拥有与管道形状一致的整体构型，碳化硅耐磨耐蚀层具有高硬度(HRA>90)、高强度(耐压强度可达300MPa)的性能特点。在耐磨耐蚀陶瓷层1外侧为由陶瓷颗粒和环氧树脂制成的复合粘接层2，复合粘接层中陶瓷颗粒与环氧树脂的质量比为(5～7)：1，在复合粘接层2外侧为碳钢管道本体3。
下面结合附图和实施例对本发明所提出的耐磨耐蚀复合管道及其制备方法做进一步说明。
实施例1
如图2所示，本实施例耐磨耐蚀复合管道的生产方法，该方法包括以下步骤：
(1)选择网孔尺寸为0.5mm的聚氨酯泡沫，根据需要裁剪成所需尺寸；将热固性酚醛树脂、微米级碳化硅粉、粒状固化剂(对甲苯磺酸)和乙醇按照100：135：12：35的重量比例配制成树脂料浆；
(2)将裁剪成型的聚氨酯泡沫浸入树脂料浆一次，并模压定型，厚度减薄为原来1/3(减薄后为所需尺寸)，再经后续2次浸涂料浆，固化后制成预制体；
(3)将固化后的预制体修型，并经过高温热解和反应烧结的方法(高温热解的工艺参数：氩气保护气氛，升温速率为每分钟2℃，升温至1000℃，保温1小时；反应烧结的工艺参数：真空环境下，升温速率为每分钟2℃，升温至1750℃，保温4小时)，制成所需形状和尺寸的碳化硅构件；
(4)将环氧树脂、陶瓷颗粒(碳化硅颗粒，粒度60目)和固化剂(与环氧树脂配套的改性胺类固化剂)按照100：600：20的重量比例配制复合粘接剂，耐磨耐蚀陶瓷层与碳钢管道本体(碳钢管经喷砂除锈、除油)之间通过复合粘接剂粘接，最终固化成型得到高性能的耐磨耐蚀复合管道。
本实施例中，该耐磨耐蚀复合管道的技术指标如下：
耐磨耐蚀陶瓷层硬度HRA＞90，耐压强度可达300MPa，耐磨耐蚀陶瓷层与管道本体的粘接强度达到20MPa以上。
实施例2
如图3所示，本实施例耐磨耐蚀复合管道的生产方法，该方法包括以下步骤：
(1)选择网孔尺寸为0.5mm的聚氨酯泡沫，根据需要裁剪成所需尺寸；将热固性酚醛树脂、微米级碳化硅粉、液态固化剂(与热固性酚醛树脂配套的NL固化剂)按照100：230：15的重量比例配制成树脂料浆；
(2)将裁剪成型的聚氨酯泡沫浸入树脂料浆一次，并模压定型，再经后续1次振荡浸涂料浆，固化后制成预制体；
(3)将固化后的预制体修型，并经过高温热解或反应烧结的方法(高温热解的工艺参数：氩气保护气氛，升温速率为每分钟2℃，升温至1000℃，保温1小时；反应烧结的工艺参数：真空环境下，升温速率为每分钟2℃，升温至1750℃，保温4小时)，制成所需形状和尺寸的碳化硅构件；
(4)将环氧树脂、陶瓷颗粒(碳化硅颗粒，粒度60目)和固化剂(与环氧树脂配套的改性胺类固化剂)按照100：600：20的重量比例配制复合粘接剂，耐磨耐蚀陶瓷层与碳钢管道本体(碳钢管经喷砂除锈、除油)之间通过复合粘接剂粘接，最终固化成型得到高性能的耐磨耐蚀复合管道。
本实施例中，该耐磨耐蚀复合管道的技术指标如下：
耐磨耐蚀陶瓷层硬度HRA＞90，耐压强度可达300MPa，耐磨耐蚀陶瓷层与管道本体的粘接强度达到20MPa以上。
实施例3
如图4所示，本实施例耐磨耐蚀复合管道的生产方法，该方法包括以下步骤：
(1)将热固性酚醛树脂、微米级碳化硅粉、液态固化剂(与热固性酚醛树脂配套的NL固化剂)按照100：230：15的重量比例配制成树脂料浆；
(2)控制料浆粘度，待粘度达到180cP，模压定型，固化后制成预制体；
(3)将固化后的预制体修型，并经过高温热解或反应烧结的方法(高温热解的工艺参数：氩气保护气氛，升温速率为每分钟2℃，升温至1000℃，保温1小时；反应烧结的工艺参数：真空环境下，升温速率为每分钟2℃，升温至1750℃，保温4小时)，制成所需形状和尺寸的碳化硅构件；
(4)将环氧树脂、陶瓷颗粒(碳化硅颗粒，粒度60目)和固化剂(与环氧树脂配套的改性胺类固化剂)按照100：600：20的重量比例配制复合粘接剂，耐磨耐蚀陶瓷层与碳钢管道本体(碳钢管经喷砂除锈、除油)之间通过复合粘接剂粘接，最终固化成型得到高性能的耐磨耐蚀复合管道。
本实施例中，该耐磨耐蚀复合管道的技术指标如下：
耐磨耐蚀陶瓷层硬度HRA＞90，耐压强度可达300MPa，耐磨耐蚀陶瓷层与管道本体的粘接强度达到20MPa以上。
实施例结果表明，与传统管道相比，本发明中的耐磨耐蚀陶瓷层硬度值高于HRA90，耐压强度可达300MPa，具有优异的耐酸碱(氢氟酸除外)腐蚀性能，从根本上解决了工业设备和工程机械用输送管道磨损腐蚀问题，提高了工业设备和工程机械的使用寿命，具有广泛的应用范围。本发明的保护范围不仅仅局限于上述实施例，只要管道材质、结构和制备方法与本发明相同，就落在本发明保护范围。

Claims (1)

1.一种耐磨耐蚀复合管道的制备方法，其特征在于：该复合管道从内至外依次包括耐磨耐蚀陶瓷层、复合粘接层和管道本体；其中，耐磨耐蚀陶瓷层为高温烧结的碳化硅，拥有与管道形状一致的整体构型；在耐磨耐蚀陶瓷层外侧为由陶瓷颗粒和环氧树脂制成的复合粘接层，在复合粘接层外侧为碳钢管道本体；
所述的耐磨耐蚀复合管道的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，耐磨耐蚀陶瓷层预制体的制备
将酚醛树脂、微米级碳化硅粉、粒状固化剂和乙醇按照100：（130～140）：（10～15）：（30～40）的重量比例配制成树脂料浆；或者，将酚醛树脂、微米级碳化硅粉、液态固化剂按照100：（200～300）：（10～15）的重量比例配制成树脂料浆；
将浸涂树脂料浆的聚氨酯泡沫模压定型，经后续浸涂制成耐磨耐蚀陶瓷层预制体；或者，控制料浆粘度直接模压成型制成耐磨耐蚀陶瓷层预制体；
第二步，碳化硅陶瓷层的制备
采用高温热解和反应烧结的方法，制成所需形状和尺寸的碳化硅构件；
第三步，耐磨耐蚀复合管道的复合装配
将环氧树脂、陶瓷颗粒和固化剂按照100：（500～700）：（10～30）的重量比例配制复合粘接剂，耐磨耐蚀陶瓷层与碳钢管道本体之间通过复合粘接剂粘接，最终固化成型得到耐磨耐蚀复合管道；
第一步中，制备耐磨耐蚀陶瓷层所需的酚醛树脂为热固性酚醛树脂；
第一步中，制备耐磨耐蚀陶瓷层预制体的聚氨酯泡沫网孔尺寸为0.3～0.6mm；
碳化硅耐磨耐蚀层的硬度HRA>90、耐压强度达到300MPa；
复合粘接层中陶瓷颗粒与环氧树脂的质量比为（5～7）：1。
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