CN108548020A - 一种高强度耐高温的碳纤维橡胶管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强度耐高温的碳纤维橡胶管,包括橡胶层、内胶层、加强层、外胶层以及包覆层,所述内胶层设于橡胶层内壁上,所述外胶层设于橡胶层的外壁上,所述加强层设于橡胶层与外胶层之间,所述包覆层设于外胶层的外壁上。本发明结构设计科学合理,不仅拥有质轻、强度高、耐高温的性能,还具有优异的耐酸碱、耐磨,能够广泛适用于耐高温强度要求高的特殊领域,具有良好的市场前景和经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种橡胶管加工设备,尤其是一种高强度耐高温的碳纤维橡胶管。
背景技术
随着科学技术的不断发展,我国的橡胶管行业经过50多年的发展,对我国的经济发展起到了不可或缺的配套作用。尤其随着我国机械水平的不断提高以及新材料的广泛应用,橡胶管行业不断与相关领域相互渗透,开拓了橡胶管的应用范围和领域。橡胶管产品广泛应用于煤炭、冶金、水泥、港口、矿山、石油、汽车、纺织、轻工工程机械、建筑、海洋、农业、航空、航天等领域。
现有技术中的橡胶管普遍存在耐高温能力低、强度低等问题,由于橡胶本身的拉伸强度差、定伸强度较低以及耐高温性能一般,使其在很多场合不能达到高强度耐高温的要求。另外现有技术中的橡胶支撑材料大多数使用聚酯纤维或玻璃纤维,但是其中聚酯纤维的耐热性能较低,耐压性能低,不耐浓度高的酸碱,玻璃纤维耐曲挠性较差,密度大,因此使得橡胶管的应用范围不能得到充分发挥,此外,聚酯纤维和玻璃纤维的强度性能低,只能使用在一般场合,针对强度要求高的特殊领域,聚酯纤维和玻璃纤维便会失去作用。
发明内容
为了克服现有技术中橡胶管在使用过程中强度低、耐高温性能差、耐压性能差以及耐磨耐腐蚀性能差等缺陷,本发明提供一种高强度耐高温的碳纤维橡胶管。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种高强度耐高温的碳纤维橡胶管,包括橡胶层、内胶层、加强层、外胶层以及包覆层,所述内胶层设于橡胶层的内壁上;所述外胶层设于橡胶层的外壁上;所述加强层设于橡胶层与外胶层之间;所述加强层包括增强层和功能层,所述功能层设于增强层的外部,所述增强层包括碳纤维层和石墨烯层,所述功能层包括碳纳米纤维与石墨烯复合气凝胶层和聚乙烯纤维层;所述包覆层设于外胶层的外壁上。
上述的一种高强度耐高温的碳纤维橡胶管,所述内胶层和外胶层均由聚四氟乙烯制备而成。
上述的一种高强度耐高温的碳纤维橡胶管,所述功能层中碳纤维与石墨烯复合气凝胶的制备方法为:将纤维素纳米纤维分散在水溶液中配制成1wt%的分散液,利用超声波粉碎机对分散液进行超声分散处理;然后向分散液中加入摩尔浓度为1~2mmol/L的氧化石墨烯溶液,机械搅拌10~20min,利用超声波粉碎机处理30~60min,得到均匀分散的纤维素纳米纤维与氧化石墨烯的分散液;再向得到的纤维素纳米纤维与氧化石墨烯的分散液中加入N2H4·H2O,搅拌分散均匀后,利用NH3·H2O调节体系的pH=10,搅拌5~10min,将反应体系密封,加热到85~90℃,反应60~120min,用蒸馏水冲洗至中性,冷冻干燥即得纤维素纳米纤维与石墨烯复合气凝胶;最后将得到的纤维素纳米纤维与石墨烯复合气凝胶材料置于管式炉中,通入保护气体,以5~10℃/min的升温速度升温至700~1000℃并保温1~2h,以5~10℃/min的降温速度降至室温,即得碳纤维与石墨烯复合气凝胶。
上述的一种高强度耐高温的碳纤维橡胶管,所述包覆层由聚酰胺与聚丙烯组成。
上述的一种高强度耐高温的碳纤维橡胶管,所述保护气体为氮气、氩气、氮氩混合气中的一种。
上述的一种高强度耐高温的碳纤维橡胶管,所述高强度耐高温的碳纤维橡胶管由以下方法制备而成:
步骤一,包覆层的制备:将包覆层的组成物料聚酰胺与聚丙烯倒入制管型模中,通过加热融化,冷却后即得管状包覆层;
步骤二,橡胶管组合:首先将橡胶层、内胶层、加强层以及外胶层的橡胶管半成品套在加热柱上,然后将步骤一制得的管状包覆层套在橡胶管半成品上,最后将加热柱加热到220~260℃;
步骤三,硫化:步骤二得到的产品置于蒸汽硫化罐内进行硫化处理,处理温度为140~180℃,处理压力为400~800KPa。
与现有技术相比本发明具有以下优点和突出性效果:
本发明的有益效果是,本发明高强度耐高温的碳纤维橡胶管设有内胶层、外胶层、加强层以及包覆层,内胶层和外胶层采用聚四氟乙烯结构,不仅具有耐高温、强度大的特点,还具有耐腐蚀、耐磨的优异性能;加强层采用碳纳米纤维、石墨烯以及碳纳米纤维与石墨烯复合气凝胶材料,具有质轻、强度高、耐高温、耐腐蚀、耐磨、耐冲击、保温效果好、化学稳定性好等优点;有效地消除了传统技术中橡胶管在使用过程中强度低、耐高温性能差、耐压性能差以及耐磨耐腐蚀性能差的缺陷。本发明结构设计科学合理,不仅拥有质轻、强度高、耐高温的性能,还具有优异的耐酸碱、耐磨,能够广泛适用于耐高温强度要求高的特殊领域,具有良好的市场前景和经济效益。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明示意图。
图中1.橡胶层,2.内胶层,3.加强层,4.外胶层,5.包覆层。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明的具体结构、工作原理的内容,下面结合附图对本发明做进一步的说明,但是以下实施例仅用于说明本发明,不用来限制本发明的范围。对于本领域的普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,根据此附图和实施例获得其他的实施例,都属于本发明的保护范围。
【实施例1】
一种高强度耐高温的碳纤维橡胶管,包括橡胶层1、内胶层2、加强层3、外胶层4以及包覆层5,所述内胶层2设于橡胶层1的内壁上;所述外胶层4设于橡胶层1的外壁上;所述加强层3设于橡胶层1与外胶层4之间;所述加强层3包括增强层和功能层,所述功能层设于增强层的外部,所述增强层包括碳纤维层和石墨烯层,所述功能层包括碳纳米纤维与石墨烯复合气凝胶层和聚乙烯纤维层;所述包覆层5设于外胶层的外壁上。
所述内胶层2和外胶层4均由聚四氟乙烯制备而成;所述功能层中碳纤维与石墨烯复合气凝胶的制备方法为:将纤维素纳米纤维分散在水溶液中配制成1wt%的分散液,利用超声波粉碎机对分散液进行超声分散处理;然后向分散液中加入摩尔浓度为1mmol/L的氧化石墨烯溶液,机械搅拌10min,利用超声波粉碎机处理30min,得到均匀分散的纤维素纳米纤维与氧化石墨烯的分散液;再向得到的纤维素纳米纤维与氧化石墨烯的分散液中加入N2H4·H2O,搅拌分散均匀后,利用NH3·H2O调节体系的pH=10,搅拌5min,将反应体系密封,加热到85℃,反应60min,用蒸馏水冲洗至中性,冷冻干燥即得纤维素纳米纤维与石墨烯复合气凝胶;最后将得到的纤维素纳米纤维与石墨烯复合气凝胶材料置于管式炉中,通入保护气体,以5℃/min的升温速度升温至700℃并保温2h,以5℃/min的降温速度降至室温,即得碳纤维与石墨烯复合气凝胶;所述包覆层5由聚酰胺与聚丙烯组成;所述保护气体为氮气;所述高强度耐高温的碳纤维橡胶管由以下方法制备而成:
步骤一,包覆层5的制备:将包覆层5的组成物料聚酰胺与聚丙烯倒入制管型模中,通过加热融化,冷却后即得管状包覆层;
步骤二,橡胶管组合:首先将橡胶层1、内胶层2、加强层3以及外胶层4的橡胶管半成品套在加热柱上,然后将步骤一制得的管状包覆层套在橡胶管半成品上,最后将加热柱加热到220℃;
步骤三,硫化:步骤二得到的产品置于蒸汽硫化罐内进行硫化处理,处理温度为140℃,处理压力为400KPa。
【实施例2】
一种高强度耐高温的碳纤维橡胶管,包括橡胶层1、内胶层2、加强层3、外胶层4以及包覆层5,所述内胶层2设于橡胶层1的内壁上;所述外胶层4设于橡胶层1的外壁上;所述加强层3设于橡胶层1与外胶层4之间;所述加强层3包括增强层和功能层,所述功能层设于增强层的外部,所述增强层包括碳纤维层和石墨烯层,所述功能层包括碳纳米纤维与石墨烯复合气凝胶层和聚乙烯纤维层;所述包覆层5设于外胶层的外壁上。
所述内胶层2和外胶层4均由聚四氟乙烯制备而成;所述功能层中碳纤维与石墨烯复合气凝胶的制备方法为:将纤维素纳米纤维分散在水溶液中配制成1wt%的分散液,利用超声波粉碎机对分散液进行超声分散处理;然后向分散液中加入摩尔浓度为2mmol/L的氧化石墨烯溶液,机械搅拌20min,利用超声波粉碎机处理60min,得到均匀分散的纤维素纳米纤维与氧化石墨烯的分散液;再向得到的纤维素纳米纤维与氧化石墨烯的分散液中加入N2H4·H2O,搅拌分散均匀后,利用NH3·H2O调节体系的pH=10,搅拌10min,将反应体系密封,加热到90℃,反应120min,用蒸馏水冲洗至中性,冷冻干燥即得纤维素纳米纤维与石墨烯复合气凝胶;最后将得到的纤维素纳米纤维与石墨烯复合气凝胶材料置于管式炉中,通入保护气体,以10℃/min的升温速度升温至1000℃并保温1h,以10℃/min的降温速度降至室温,即得碳纤维与石墨烯复合气凝胶;所述包覆层5由聚酰胺与聚丙烯组成;所述保护气体为氩气;所述高强度耐高温的碳纤维橡胶管由以下方法制备而成:
步骤一,包覆层5的制备:将包覆层5的组成物料聚酰胺与聚丙烯倒入制管型模中,通过加热融化,冷却后即得管状包覆层;
步骤二,橡胶管组合:首先将橡胶层1、内胶层2、加强层3以及外胶层4的橡胶管半成品套在加热柱上,然后将步骤一制得的管状包覆层套在橡胶管半成品上,最后将加热柱加热到260℃;
步骤三,硫化:步骤二得到的产品置于蒸汽硫化罐内进行硫化处理,处理温度为180℃,处理压力为800KPa。
【实施例3】
一种高强度耐高温的碳纤维橡胶管,包括橡胶层1、内胶层2、加强层3、外胶层4以及包覆层5,所述内胶层2设于橡胶层1的内壁上;所述外胶层4设于橡胶层1的外壁上;所述加强层3设于橡胶层1与外胶层4之间;所述加强层3包括增强层和功能层,所述功能层设于增强层的外部,所述增强层包括碳纤维层和石墨烯层,所述功能层包括碳纳米纤维与石墨烯复合气凝胶层和聚乙烯纤维层;所述包覆层5设于外胶层的外壁上。
所述内胶层2和外胶层4均由聚四氟乙烯制备而成;所述功能层中碳纤维与石墨烯复合气凝胶的制备方法为:将纤维素纳米纤维分散在水溶液中配制成1wt%的分散液,利用超声波粉碎机对分散液进行超声分散处理;然后向分散液中加入摩尔浓度为2mmol/L的氧化石墨烯溶液,机械搅拌20min,利用超声波粉碎机处理40min,得到均匀分散的纤维素纳米纤维与氧化石墨烯的分散液;再向得到的纤维素纳米纤维与氧化石墨烯的分散液中加入N2H4·H2O,搅拌分散均匀后,利用NH3·H2O调节体系的pH=10,搅拌10min,将反应体系密封,加热到90℃,反应80min,用蒸馏水冲洗至中性,冷冻干燥即得纤维素纳米纤维与石墨烯复合气凝胶;最后将得到的纤维素纳米纤维与石墨烯复合气凝胶材料置于管式炉中,通入保护气体,以10℃/min的升温速度升温至900℃并保温1h,以10℃/min的降温速度降至室温,即得碳纤维与石墨烯复合气凝胶;所述包覆层5由聚酰胺与聚丙烯组成;所述保护气体为氮氩混合气;所述高强度耐高温的碳纤维橡胶管由以下方法制备而成:
步骤一,包覆层5的制备:将包覆层5的组成物料聚酰胺与聚丙烯倒入制管型模中,通过加热融化,冷却后即得管状包覆层;
步骤二,橡胶管组合:首先将橡胶层1、内胶层2、加强层3以及外胶层4的橡胶管半成品套在加热柱上,然后将步骤一制得的管状包覆层套在橡胶管半成品上,最后将加热柱加热到240℃;
步骤三,硫化:步骤二得到的产品置于蒸汽硫化罐内进行硫化处理,处理温度为160℃,处理压力为600KPa。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例,不用于限制本发明,本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内,对本发明做出各种修改或等同替换,这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种高强度耐高温的碳纤维橡胶管,包括橡胶层(1)、内胶层(2)、加强层(3)、外胶层(4)以及包覆层(5),其特征在于:所述内胶层(2)设于橡胶层(1)的内壁上;所述外胶层(4)设于橡胶层(1)的外壁上;所述加强层(3)设于橡胶层(1)与外胶层(4)之间;所述加强层(3)包括增强层和功能层,所述功能层设于增强层的外部,所述增强层包括碳纤维层和石墨烯层,所述功能层包括碳纳米纤维与石墨烯复合气凝胶层和聚乙烯纤维层;所述包覆层(5)设于外胶层的外壁上。
2.根据权利要求1所述的一种高强度耐高温的碳纤维橡胶管,其特征在于,所述内胶层(2)和外胶层(4)均由聚四氟乙烯制备而成。
3.根据权利要求1所述的一种高强度耐高温的碳纤维橡胶管,其特征在于,所述功能层中碳纤维与石墨烯复合气凝胶的制备方法为:将纤维素纳米纤维分散在水溶液中配制成1wt%的分散液,利用超声波粉碎机对分散液进行超声分散处理;然后向分散液中加入摩尔浓度为1~2mmol/L的氧化石墨烯溶液,机械搅拌10~20min,利用超声波粉碎机处理30~60min,得到均匀分散的纤维素纳米纤维与氧化石墨烯的分散液;再向得到的纤维素纳米纤维与氧化石墨烯的分散液中加入N2H4·H2O,搅拌分散均匀后,利用NH3·H2O调节体系的pH=10,搅拌5~10min,将反应体系密封,加热到85~90℃,反应60~120min,用蒸馏水冲洗至中性,冷冻干燥即得纤维素纳米纤维与石墨烯复合气凝胶;最后将得到的纤维素纳米纤维与石墨烯复合气凝胶材料置于管式炉中,通入保护气体,以5~10℃/min的升温速度升温至700~1000℃并保温1~2h,以5~10℃/min的降温速度降至室温,即得碳纤维与石墨烯复合气凝胶。
4.根据权利要求1所述的一种高强度耐高温的碳纤维橡胶管,其特征在于,所述包覆层(5)由聚酰胺与聚丙烯组成。
5.根据权利要求3所述的一种高强度耐高温的碳纤维橡胶管,其特征在于,所述保护气体为氮气、氩气、氮氩混合气中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种高强度耐高温的碳纤维橡胶管,其特征在于,所述高强度耐高温的碳纤维橡胶管由以下方法制备而成:
步骤一,包覆层(5)的制备:将包覆层(5)的组成物料聚酰胺与聚丙烯倒入制管型模中,通过加热融化,冷却后即得管状包覆层;
步骤二,橡胶管组合:首先将橡胶层(1)、内胶层(2)、加强层(3)以及外胶层(4)的橡胶管半成品套在加热柱上,然后将步骤一制得的管状包覆层套在橡胶管半成品上,最后将加热柱加热到220~260℃;
步骤三,硫化:步骤二得到的产品置于蒸汽硫化罐内进行硫化处理,处理温度为140~180℃,处理压力为400~800KPa。
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