CN109280364B - 超高轴向剪切强度的预制直埋保温管道及复合保温组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种超高轴向剪切强度的预制直埋保温管道及复合保温组合物。本发明所提供聚氨酯硬质泡沫塑料复合保温组合物,包括聚氨酯复合乳液和聚合MDI,其中所述聚氨酯复合乳液包括1‑5质量份的改性水镁石和100质量份的聚氨酯乳液,所述改性水镁石包括如下质量份的各组分:水镁石100份、硅烷偶联剂0.1‑0.6份和分散剂0.1‑0.5份。本发明所制得的预制直埋保温管道具有较高的轴向剪切强度,有效降低了保温层与工作管或保温管之间发生相对位移的可能,保障保温管优异的保温效果,同时本发明制备预制直埋保温管道的方法具有操作简便、易于施工、安全且设备投资少等优点。
Description
技术领域
本发明涉及预制直埋保温管道领域,特别涉及一种聚氨酯硬质泡沫塑料复合保温组合物及具有超高轴向剪切强度的预制直埋保温管道。
背景技术
集中供热预制直埋保温管道是我国城镇集中供热管网的主要组成部分。其结构是工作内管(或简称工作管)、保温层、外护套管(或简称护套管)组成三位一体,内管用于输送高温高压的供热介质;中间层为硬质聚氨酯泡沫塑料,用于保温阻止热能耗散;外护套管用于保护整体管道不受外力及外来介质的损害。
在集中供热管网正常的运行中,高低温热水交替运行,工作管、保温层、外护套管之间由于热膨胀量不同而产生相对位移的力。长期运行后,工作管、保温层和外护套管之间界面会发生分离,产生相对位移,相互滑动,如果工作管有渗漏,保温层中会浸满水质,管道的保温效果即基本失效。
预制直埋保温管道的轴向剪切强度就是判断保温管结构是否紧密的最重要数据,该数据是保温管道能否正常保温到设计寿命(30年或50年)的重要依据。
传统的提高保温层与工作管、外护套管之间结合力的措施是对工作管外表面和外护套管内表面进行电晕处理,通过增加管材表面的极性来达到目的,但电晕处理有存在设备投资大、施工难度高及安全等方面的缺陷。
发明内容
为解决现有技术中存在缺陷,本发明提供一种聚氨酯硬质泡沫塑料复合保温组合物,还提供一种应用了该聚氨酯硬质泡沫塑料复合保温组合物的预制直埋保温管道及其制备方法。本发明所制得的预制直埋保温管道具有较高的轴向剪切强度,有效降低了保温层与工作管或保温管之间发生相对位移的可能,保障保温管优异的保温效果,同时本发明制备预制直埋保温管道的方法具有操作简便、易于施工、安全且设备投资少等优点。
本发明为达到其目的,采用的技术方案如下:
本发明第一方面提供一种聚氨酯硬质泡沫塑料复合保温组合物,包括聚氨酯复合乳液和聚合MDI,其中所述聚氨酯复合乳液包括1-5质量份的改性水镁石和100质量份的聚氨酯乳液,所述改性水镁石包括如下质量份的各组分:水镁石100份、硅烷偶联剂0.1-0.6份和分散剂0.1-0.5份。
本发明的聚氨酯硬质泡沫塑料复合保温组合物,其配制方法非常简单,例如,一些实施方式中,该保温组合物中的聚氨酯复合乳液的配制步骤包括:将水镁石、硅烷偶联剂和分散剂混合即获得改性水镁石;将改性水镁石和聚氨酯乳液混合静置即得聚氨酯复合乳液。在应用时,将聚氨酯复合乳液和聚合MDI浇筑于相应位置即可获得所需的保温层。
本发明一些优选的实施方案中,所述硅烷偶联剂选自KH550、KH560、KH570和KH792中的一种或多种。所述硅烷偶联剂均可从商业渠道获得,例如可来自广州龙凯化工有限公司等厂家等。
本发明一些具体实施方式中,所述分散剂选自但不局限于分散剂5040(日本诺普科助剂有限公司)、DH-5350(苏州青田化工有限公司)等中的一种或多种。所述分散剂均可从商业渠道获得。
本发明优选的一些实施方式中,所述聚氨酯硬质泡沫塑料复合保温组合物中,聚氨酯复合乳液和聚合MDI的质量比为1:1.05-1.1。聚合MDI,俗称黑料,可从商业渠道购买获得,例如上海盛居SJ-Q502中的A组分等等
优选的,所述聚氨酯乳液为聚氨酯硬泡组合聚醚,又称白料,可从商业渠道获得,例如上海盛居SJ-Q502中的B组分。聚氨酯黑白料,采用常规市面上用的就可以。
本发明第二方面提供一种具有超高轴向剪切强度的预制直埋保温管道,包括工作管、套于工作管外的护套管、及填充于工作管外壁和护套管内壁之间的保温层,所述保温层为上文所述的聚氨酯硬质泡沫塑料复合保温组合物浇筑于工作管外壁和护套管内壁之间而形成。
优选的一些实施方案中,护套管的内壁和工作管的外壁上分别形成有胶粘层;所述胶粘层为在护套管内壁或工作管外壁上先后涂覆胶粘剂和硅烷水解液而形成。在管壁涂覆胶粘剂起粘接作用,硅烷水解液起连接水镁石和聚烯烃管材的作用。所述胶粘剂可以采用具有粘结作用的试剂,优选采用聚乙烯醇缩甲醛和/或聚乙烯醇缩乙醛。所述胶粘剂的涂覆厚度优选为0.05mm~0.15mm;
优选的,所述硅烷水解液的组成包括硅烷偶联剂、乙醇和水,三者的质量比为(6~8):(2~1):(2~1),所述硅烷偶联剂优选为KH550、KH560、KH570和KH792中的一种或多种采用优选组成的硅烷水解液,硅烷水解后,可以起到很好的连接作用,一端可以连接无机的水镁石,一端可以连接聚烯烃管材。
一些具体实施方式中,所述工作管的外壁上安装有支架,所述支架用于避免工作管和护套管之间偏心。优选的,所述避免工作管和护套管之间偏心是指工作管和护套管之间的同轴度满足如下要求:当护套管外径≤160mm时,工作管和护套管之间的轴线偏心距≤3.0mm;当护套管外径>160mm时,工作管和护套管之间的轴线偏心距≤4.5mm。
本发明第三方面提供上文所述的具有超高轴向剪切强度的预制直埋保温管道的制备方法,包括如下步骤:
1)将工作管置于护套管内,并调节二者的同轴度以避免工作管和护套管之间偏心;
2)将上文所述聚氨酯硬质泡沫塑料复合保温组合物浇筑于护套管的内壁和工作管的外壁之间,以在护套管的内壁和工作管的外壁之间形成保温层。
优选的一些实施方案中,在步骤1)之前还包括如下步骤:在护套管的内壁和工作管的外壁上先后涂覆胶粘剂和硅烷水解液,以在护套管内壁和工作管外壁上形成胶粘层。
一些具体实施方式中,步骤1)中,在工作管上安装支架,之后将工作管置于护套管内,所述支架用于避免工作管和护套管之间偏心。优选的,所述避免工作管和护套管之间偏心是指工作管和护套管之间的同轴度满足如下要求:当护套管外径≤160mm时,工作管和护套管之间的轴线偏心距≤3.0mm;当护套管外径>160mm时,工作管和护套管之间的轴线偏心距≤4.5mm。
本发明的工作管、护套管均可以采用本领域常用的管材材质,例如护套管材质为HDPE(高密度聚乙烯)、HDPE/PS(高密度聚乙烯/聚苯乙烯)护套管,工作管为PEX(交联聚乙烯)、PERTⅡ、PRP管、钢管等。
本发明所提供的技术方案,具有如下有益效果:
本发明的聚氨酯硬质泡沫塑料复合保温组合物,其中各组分相互组合搭配所形成的组合物体系中,改性水镁石和聚氨酯乳液之间得以很好的相容,保温组合物形成的保温层具有较高的强度和硬度。本发明的保温组合物中,水镁石在聚氨酯中能均匀分布,由该保温组合物所形成的保温层,能阻碍热量的散失,提高保温性能。
本发明的聚氨酯硬质泡沫塑料复合保温组合物应用于预制直埋保温管的保温层,具有优异的耐高温性能,即使长期高低温热水交替运行,其结构形态不会发生变化,有效降低了保温层与工作管或护套管之间的位移,所制得的预制直埋保温管道具有超高的轴向剪切强度,确保了保温结构结合的高度紧密,有效保证了保温管优异的保温效果。
附图说明
图1为一种实施方式中,预制直埋保温管的局部剖面结构示意图;
图2为图1中A向的剖面示意图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的技术方案,下面结合实施例进一步阐述本发明的内容,但本发明的内容并不仅仅局限于以下实施例。以下实施例中所用原料如无特别说明,均为商业渠道获得。
实施例1:
制备聚氨酯硬质泡沫塑料复合保温组合物中的聚氨酯复合乳液:
1)将100质量份水镁石(息宽甸佳美贸易有限公司)、0.2质量份硅烷偶联剂KH792(广州龙凯化工有限公司),0.1质量份分散剂5040(日本诺克普助剂有限公司)混合,湿法处理水镁石,获得改性水镁石。
2)将3质量份改性水镁石和100质量份聚氨酯硬泡组合聚醚(牌号为:上海盛居SJ-Q502中的B组分)混合、静置,制得聚氨酯复合乳液;备用。
生产预制直埋保温管PUPE250*3.9-133*8.0(即:外护管外径250mm,壁厚3.9mm;工作管外径133,内径8.0mm),护套管材质为HDPE/PS,工作管材质为PEX。预制直埋保温管的结构示意图可参见图1-2。制备步骤如下:
1):将HDPE/PS护套管1的内壁表面和PEX工作管6的外壁表面,先涂敷一层0.1mm厚的聚乙烯醇缩甲醛(俗称107胶,江西海越有机硅有限公司),再喷涂KH792硅烷水解液,之后静置,形成胶粘层2、5;所述硅烷水解液的组成为:硅烷偶联剂(KH792)、乙醇和水三者的质量比为6.5:2:1.5。
2):通过V型槽或者夹管器固定护套管,工作管6捆绑支架4后进入护套管,工作管和护套管之间的轴线偏心距≤4.5mm。
3):将上述聚氨酯复合乳液和聚合MDI(俗称黑料。本例采用上海盛居SJ-Q502中的A组分)按质量比1:1.1高压(10MPa)浇注于护套管的内壁与工作管外壁之间,制得聚氨酯复合硬质泡沫塑料保温层3。
对比例1:
采用现有普通法生产预制直埋保温管(尺寸与实施例1相同):
第一步:通过V型槽或者夹管器固定HDPE/PS护套管,PEX工作管捆绑支架后进入护套管,调整工作管和护套管之间的轴线偏心距≤4.5mm。
第二步:将聚氨酯黑白料(上海盛居SJ-Q502)高压浇注于护套管与工作管之间,制得聚氨酯硬质泡沫塑料保温层。
比较实施例1和对比例1生产的预制直埋保温管保温结构结合的紧密性,测试结果如下表1:
表1
实施例2:
制备聚氨酯硬质泡沫塑料复合保温组合物中的聚氨酯复合乳液:
1)将100质量份水镁石、0.1质量份硅烷偶联剂KH792,0.2质量份分散剂5040混合,湿法处理水镁石,获得改性水镁石。
2)将2质量份改性水镁石和100质量份聚氨酯硬泡组合聚醚(牌号为:上海盛居SJ-Q502中的B组分)混合、静置,制得聚氨酯复合乳液;备用。
生产预制直埋保温管PUPE250*3.9-160(S5),护套管材质为HDPE/PS,工作管材质为PERTⅡ。制备步骤如下:
1):将护套管的内壁表面和工作管的外壁表面,先涂敷一层0.1mm厚的聚乙烯醇缩甲醛,再喷涂KH792硅烷水解液,之后静置;所述硅烷水解液的组成为:硅烷偶联剂KH792、乙醇和水三者的质量比为6.5:2:1.5。
2):通过V型槽或者夹管器固定护套管,工作管捆绑支架后进入护套管,工作管和护套管之间的轴线偏心距≤4.5mm。
3):将上述聚氨酯复合乳液和聚合MDI(上海盛居SJ-Q502中的A组分)按质量比1:1.05高压(10MPa)浇注于护套管的内壁与工作管外壁之间,制得聚氨酯复合硬质泡沫塑料保温层。
对比例2
采用与对比例1基本相同的步骤,不同在于,工作管的材质为PERTⅡ。
比较实施例2和对比例2生产的预制直埋保温管保温结构结合的紧密性,测试结果如下表2:
表2
实施例3:
制备聚氨酯硬质泡沫塑料复合保温组合物中的聚氨酯复合乳液:
1)将100质量份水镁石、0.2质量份硅烷偶联剂KH792,0.2质量份分散剂5040混合,湿法处理水镁石,获得改性水镁石。
2)将3质量份改性水镁石和100质量份聚氨酯硬泡组合聚醚(牌号为:上海盛居SJ-Q502中的B组分)混合、静置,制得聚氨酯复合乳液;备用。
生产预制直埋保温管PUPE250*3.9-160(S5)护套管材质为HDPE,工作管材质为PERTⅡ。制备步骤如下:
1):将护套管的内壁表面和工作管的外壁表面,先涂敷一层0.1mm厚的聚乙烯醇缩甲醛,再喷涂KH792硅烷水解液,之后静置;所述硅烷水解液的组成为:硅烷偶联剂KH792、乙醇和水三者的质量比为6.5:2:1.5。
2):通过V型槽或者夹管器固定护套管,工作管捆绑支架后进入护套管,工作管和护套管之间的轴线偏心距≤4.5mm。
3):将上述聚氨酯复合乳液和聚合MDI(上海盛居SJ-Q502中的A组分)按质量比1:1.1高压(10MPa)浇注于护套管的内壁与工作管外壁之间,制得聚氨酯复合硬质泡沫塑料保温层。
使用本发明生产的预制直埋保温塑料管保温结构结合的紧密性测试结果如下表3所示:
表3
本领域技术人员可以理解,在本说明书的教导之下,可对本发明做出一些修改或调整。这些修改或调整也应当在本发明权利要求所限定的范围之内。
Claims (9)
1.一种具有超高轴向剪切强度的预制直埋保温管道,其特征在于,包括工作管、套于工作管外的护套管、及填充于工作管外壁和护套管内壁之间的保温层,所述保温层为聚氨酯硬质泡沫塑料复合保温组合物浇筑于工作管外壁和护套管内壁之间而形成;
所述聚氨酯硬质泡沫塑料复合保温组合物包括聚氨酯复合乳液和聚合MDI,其中所述聚氨酯复合乳液包括1-5质量份的改性水镁石和100质量份的聚氨酯乳液,所述改性水镁石包括如下质量份的各组分:水镁石100份、硅烷偶联剂0.1-0.6份和分散剂0.1-0.5份;
所述聚氨酯硬质泡沫塑料复合保温组合物中,聚氨酯复合乳液和聚合MDI的质量比为:1:(1.05~1.1);
所述聚氨酯乳液为聚氨酯硬泡组合聚醚;
护套管的内壁和工作管的外壁上分别形成有胶粘层;所述胶粘层为在护套管内壁或工作管外壁上先后涂覆胶粘剂和硅烷水解液而形成;
所述胶粘剂选自聚乙烯醇缩甲醛和/或聚乙烯醇缩乙醛;
所述硅烷水解液的组成包括硅烷偶联剂、乙醇和水,三者的质量比为(6~8):(2~1):(2~1)。
2.根据权利要求1所述的预制直埋保温管道,其特征在于,所述分散剂选自分散剂5040、DH-5350、DH-5380中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的预制直埋保温管道,其特征在于,所述胶粘剂的涂覆厚度为0.05mm~0.15mm。
4.根据权利要求1所述的预制直埋保温管道,其特征在于,所述硅烷偶联剂为KH550、KH560、KH570和KH792中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的预制直埋保温管道,其特征在于,所述工作管的外壁上安装有支架,所述支架用于避免工作管和护套管之间偏心。
6.根据权利要求5所述的预制直埋保温管道,其特征在于,所述避免工作管和护套管之间偏心是指工作管和护套管之间的同轴度满足如下要求:当护套管外径≤160mm时,工作管和护套管之间的轴线偏心距≤3.0mm;当护套管外径>160mm时,工作管和护套管之间的轴线偏心距≤4.5mm。
7.如权利要求1-6任一项所述的具有超高轴向剪切强度的预制直埋保温管道的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
1)将工作管置于护套管内,并调节二者的同轴度以避免工作管和护套管之间偏心;
2)将所述聚氨酯硬质泡沫塑料复合保温组合物浇筑于护套管的内壁和工作管的外壁之间,以在护套管的内壁和工作管的外壁之间形成保温层。
8.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,在步骤1)之前还包括如下步骤:在护套管的内壁和工作管的外壁上均先后涂覆胶粘剂和硅烷水解液,以在护套管内壁和工作管外壁上形成胶粘层。
9.根据权利要求8所述的制备方法,其特征在于,步骤1)中,在工作管上安装支架,之后将工作管置于护套管内,所述支架用于避免工作管和护套管之间偏心。
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