CN110126367B - 一种含有柔性氟碳材料的缠包带及其制造和缠绕施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明含有柔性氟碳材料的缠包带及其制造和缠绕施工方法，两层经多次炼胶构成的橡胶材质胶片制品之间铺设纤维加强网，上方铺设柔性氟碳材料层后经硫化机进行硫化处理构成缠包带，主缆钢丝外缠绕一层镀锌钢丝层后，通过斜缠装置将缠包带斜拉缠绕叠压包覆在镀锌钢丝层外部，最后通过加热加压工艺使得缠包带与镀锌钢丝层热熔结合包裹在金属主缆的外侧，能够提高复合材料的耐候性能、抗紫外线老化性能和色牢度等参数指标，增强了防护材料的自清洁能力，即使长期暴露在潮湿的、有盐雾的、有污染的空气当中，也能持续承受疲劳腐蚀、金属腐蚀和应力腐蚀等恶劣使用环境，提高斜拉桥和悬索桥的防护效果和使用寿命，且无需喷涂施工。
Description
技术领域
本发明涉及钢缆斜拉桥和悬索桥主缆的防腐防护体系中的一种含有柔性氟碳材料的缠包带及其制造和缠绕施工方法。
背景技术
江、河以及海上交通设施主要依靠大型桥梁连接构成交通道路，其设计年限一般按100年左右考虑，桥梁的主要质量指标体现在可靠性、耐久性和环境适应性能方面，其中斜拉桥和悬索桥的关键质量指标为金属缆索的保护措施；金属主缆通常由数万根钢绞丝组合构成，长期暴露在潮湿的、有盐雾的、有污染的空气当中，持续承受疲劳腐蚀、金属腐蚀和应力腐蚀等恶劣使用环境，降低金属主缆的安全性能，影响桥梁使用寿命；现有技术中一般采用“金属钢丝缠绕防护+柔性复合材料防护”，虽然柔性复合材料具有强度高，耐候性能好的特点，但是长期曝晒雨淋仍然会降低外部材料的色牢度，加速复合材料的老化，外部防护层易开裂，使得空气中水分通过裂隙进入金属主缆内部形成腐蚀，影响金属主缆的防护效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够改善金属主缆防护体系中的外部复合材料性能，提高复合材料的耐候性能、抗紫外线老化性能等参数指标，延长金属主缆的安全使用寿命，含有柔性氟碳材料的缠包带及其制造和缠绕施工方法。
本发明含有柔性氟碳材料的缠包带，其特征在于：包括网格状纤维加强网层，纤维加强网层上方、下方分别设置有一上胶片层、下胶片层，上胶片层上方还设置有柔性氟碳材料层，柔性氟碳材料层、上胶片层、纤维加强网层、下胶片层通过硫化结合构成整体结构的缠包带；
所述胶片层材料为经多次炼胶构成的橡胶材料；
所述橡胶材料的原料为高分子聚乙烯橡胶与橡胶助剂按一定比例配伍的混合物；
所述纤维加强网层的网格规格为8mm×8mm；
所述柔性氟碳材料层、上胶片层、纤维加强网层、下胶片层总厚度为1mm～3mm；
一种用于上述含有柔性氟碳材料的缠包带的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步，高温密炼：将高分子聚乙烯橡胶制品与橡胶助剂材料按一定比例进行混合，设置炼胶温度为100~160℃、炼胶时间为14~30min，按照相应的顺序进行投料，再进行高温密炼处理后，得到初步密炼的橡胶制品；高分子聚乙烯橡胶制品为交联氯磺化聚乙烯，橡胶助剂为防焦剂和润滑剂混合物，橡胶助剂加入量为材料总量的5%～10%；
第二步，二次炼胶：将高温密炼的初步橡胶制品保持在一定温度下进行冷却处理，等到完全冷却后再进行第二次炼胶工艺，直到检测到胶片材料的拉伸强度大于50N/mm，邵氏A硬度达到82～86；
第三步，多辊压延：采用多辊式压延机进行压延处理，构成橡胶材质的胶片制品，在压延的过程中调节压延速度和进料量，根据所定制的材料厚度和宽度调节压延的速度和进料速度，确保材料的外观质量满足后期工艺加工的需要；
第四步，铺装处理：该铺装分四层，最底层为胶片制品，依次放置网络状纤维加强网，调整纤维加强网的经纬密度及厚度，再放置胶片制品，最上层铺装柔性氟碳材料层进行防护处理，将三者依次按照比例及相应顺序进行铺装整理；放置量的比例按照高分子橡胶：纤维加强网：高分子橡胶：氟碳材料为2:1:2:1进行，并按照此顺序进行铺装整理；
第五步，硫化工艺：将铺装完整的制品采用硫化机进行硫化处理，设置硫化温度为100~200℃，硫化时间为正硫化时间，对硫化后得到的产品进行硫化曲线分析，确保硫化后产品的物理性能最优，提升硫化效率；
所述第五步中通过硫化仪在硫化过程中进行实时、多次分析；常温常温23℃时，拉断力大于等于700N/mm，撕裂强度大于等于50 N/mm，人工老化试验进行检测时，250h时拉伸强度保持率和断裂伸长率大于等于80%；
一种应用于上述含有柔性氟碳材料的缠包带的缠绕施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
首先在主缆钢丝外缠绕一层镀锌钢丝层；再将斜缠装置平稳安装在主缆上，在斜缠装置上添加一卷缠包带卷，沿主缆钢丝依次斜拉叠压缠绕包覆；缠绕包覆至上一卷缠包带卷用完后，保持上一卷缠包带卷上的缠包带位置与张紧度，并摊平其末端，剪短下一卷缠包带的首端，将下一卷缠包带的首端叠压在上一卷缠包带末端上方，并固定粘结；以此类推，直至完全缠绕覆盖主缆钢丝，每道斜拉缠绕带间距相等；在24小时内加热、加压热熔，加热的初始温度设置为90℃，最高加热温度不超过130℃，进行2个周期加热，每个加热周期时间约为3分钟。加热套管的充气压力控制在20KPa至30KPa之间；
所述叠压覆盖率≥52%；
所述缠包带卷缠绕方向为逆时针方向，缠包带与两端主缆索夹之间缝隙通过主缆专用密封剂密封连接，密封剂为聚硫密封胶。
本发明含有柔性氟碳材料的缠包带及其制造和缠绕施工方法，两层经多次炼胶构成的橡胶材质胶片制品之间铺设纤维加强网，上层胶片制品上方再铺设柔性氟碳材料层后，经硫化机进行硫化处理构成整体结构的缠包带，主缆钢丝外缠绕一层镀锌钢丝层后，通过斜缠装置将缠包带斜拉缠绕叠压包覆在镀锌钢丝层外部，最后通过加热加压工艺使得缠包带与镀锌钢丝层热熔结合包裹在金属主缆的外侧，降低金属主缆的腐蚀速度，能够改善金属主缆防护体系中的外部复合材料性能，提高复合材料的耐候性能、抗紫外线老化性能和色牢度等参数指标，增强了防护材料的自清洁能力，即使长期暴露在潮湿的、有盐雾的、有污染的空气当中，也能持续承受疲劳腐蚀、金属腐蚀和应力腐蚀等恶劣使用环境，提高斜拉桥和悬索桥的防护效果和使用寿命，且无需喷涂施工。
附图说明
图1是本发明实施例含有柔性氟碳材料的缠包带立体结构示意图；
图2是本发明实施例含有柔性氟碳材料的缠包带平面结构示意图；
图3是本发明实施例含有柔性氟碳材料的缠包带缠绕施工时结构示意图；
图4是本发明实施例含有柔性氟碳材料的缠包带上一卷缠包带卷与下一卷缠包带卷连接部位结构示意图；
图中：1-柔性氟碳材料，2-聚乙烯复合材料，3-纤维加强网，4-主缆索夹，5-主缆专用密封剂，6-缠包带，7-外缠镀锌钢丝层，8-主缆钢丝，9-下一卷缠包带首端，10-上一卷缠包带末端。
具体实施方式
如图所示，一种含有柔性氟碳材料的缠包带，在网格状纤维加强网层3的上方、下方分别设置一上胶片层2、下胶片层21，上胶片层2上方还设置有柔性氟碳材料层1，柔性氟碳材料层1、上胶片层2、纤维加强网层3、下胶片21层通过硫化结合构成整体结构的缠包带，柔性氟碳材料有多种颜色可供选择，不褪色，提高了材料的防晒等级，色牢度效果高。
上胶片层2、下胶片层21材料为经多次炼胶构成的橡胶材料，橡胶材料的原料为高分子聚乙烯橡胶与橡胶助剂按一定比例配伍的混合物，拉伸强度、邵氏A硬度性能高。
纤维加强网层3的网格规格为8mm×8mm，柔性氟碳材料层、上胶片层、纤维加强网层、下胶片层总厚度为1mm～3mm，厚度适中，防护性能好。
无需喷涂施工进行保护，自身具有很好自清洁能力，色牢度等级为8级，抗撕裂能力＞45N，抗拉伸强度＞80N，拉断伸长率＞70%等性能。
用于制造上述含有柔性氟碳材料的缠包带的制造方法，制备工艺包括以下步骤：
第一步，高温密炼：将高分子聚乙烯橡胶制品与橡胶助剂材料按一定比例加入到密炼机内，进行混合，设置炼胶温度为100~160℃、炼胶时间为14~30min，按照相应的顺序进行投料，再进行高温密炼处理后，得到初步密炼的橡胶制品；
高分子聚乙烯材料为交联氯磺化聚乙烯，橡胶助剂主要是防焦剂和润滑剂，防焦剂是为了防止橡胶在连续加工过程中产生早期的硫化现象，润滑剂是为了改进橡胶在加工过程中的流动性能。助剂的加入量为辅助作用，根据主材的加入量而定，一般为5%～10%，本发明实施例中选择加入主材量的8%；对添加的交联氯磺化聚乙烯与助剂在密炼机内进行混合，密炼机内部结构复杂，主要是通过在密炼机内进行混合，其步骤简单分为：细分、混入、分散及均匀几个阶段。混合结束后进行加热炼胶。
第二步，二次炼胶：将高温密炼的初步橡胶制品保持在一定温度下进行冷却处理，等到完全冷却后再进行第二次炼胶工艺，直到检测到胶片材料的拉伸强度大于50N/mm，邵氏A硬度达到82～86，本例中选择85；
第三步，多辊压延：采用多辊式压延机进行压延处理，构成橡胶材质的胶片制品，在压延的过程中调节压延速度和进料量，根据所定制的材料厚度和宽度调节压延的速度和进料速度，确保材料的外观质量满足后期工艺加工的需要；
技术要求中的缠包带厚度在2.40mm，宽度为300mm；
实施例中生产的成品缠包带厚度在2.40±0.1mm，宽度为300±5mm，根据材料的厚度要求不断进行两到三次压延，滚筒的压延速度设置为70m/min，压延速度和进料速度采用等速压延，速比按照1:1进行。
第四步，铺装处理：该铺装分四层，最底层为胶片制品，依次放置网络状纤维加强网，调整纤维加强网的经纬密度及厚度，再放置胶片制品，最上层铺装氟碳材料进行防护处理，将三者依次按照比例及相应顺序进行铺装整理；放置量的比例按照高分子橡胶：纤维加强网：高分子橡胶：氟碳材料为2:1:2:1进行，并按照此顺序进行铺装整理，确保缠包带材料厚度满足要求；
第五步，硫化工艺：将铺装完整的制品采用硫化机进行硫化处理，设置硫化温度为100~200℃，硫化时间为正硫化时间，对硫化后得到的产品进行硫化曲线分析，确保硫化后产品的物理性能最优，提升硫化效率；
材料在常温23℃时，拉断力大于等于700N/mm，撕裂强度大于等于50 N/mm，不透水性良好，无渗漏现象，采用人工老化试验进行检测时，250h时其拉伸强度保持率和断裂伸长率保持在大于80%以上；
第五步中通过硫化仪在硫化过程中进行实时、多次分析；
通过将氟碳材料完好的制备在复合材料的外表面，在硫化工艺阶段，将产品不断通过硫化仪进行分析，得到硫化曲线，调整适合的硫化参数进行制备。通过对该复合材料的表面处理，提高了该材料的耐水性、耐气候老化性，耐化学腐蚀性能等，增强了自身的清洁能力，工艺简单。
用于实施上述含有柔性氟碳材料的缠包带的缠绕施工方法，包括以下步骤：
首先在主缆钢丝8外部缠绕一层镀锌钢丝层7；再将特别配套定制的专用斜缠装置平稳安装在主缆上，在斜缠装置上添加一卷缠包带卷，沿主缆钢丝依次斜拉叠压缠绕包覆；缠绕包覆至上一卷缠包带卷用完后，保持上一卷缠包带卷上的缠包带位置与张紧度，并摊平其末端，剪短下一卷缠包带的首端，当缠包带的连接口方向不是朝下时，剪短下一卷缠包带的首端，保证缠包带的连接口一致朝下，防止后期运营过程中雨水渗入；
将下一卷缠包带的首端叠压在上一卷缠包带末端上方，并固定粘结；以此类推，直至完全缠绕覆盖主缆钢丝，每道斜拉缠绕带间距相等，基本上每卷缠包带卷缠绕覆盖的距离也相等；
在24小时内加热、加压热熔，加热的初始温度设置为90℃，最高加热温度不超过130℃，进行2个周期加热，每个加热周期时间约为3分钟。加热套管的充气压力控制在20KPa至30KPa之间；
叠压覆盖率≥52%，缠绕方向为逆时针方向，使得下一卷缠包带卷的首端压在上一卷缠包带卷末端上方，操作方便；缠包带6与主缆两端的主缆索夹4之间缝隙通过主缆专用密封剂5密封连接，密封剂采用外购的聚硫密封胶进行施工，确保密封效果良好，进一步提高防护性能；。
本发明含有柔性氟碳材料的缠包带及其制造和缠绕施工方法，两层经多次炼胶构成的橡胶材质胶片制品之间铺设纤维加强网，上层胶片制品上方再铺设柔性氟碳材料层，经硫化机进行硫化处理构成整体结构的缠包带，主缆钢丝外缠绕一层镀锌钢丝层后，通过斜缠装置将缠包带斜拉缠绕叠压包覆在镀锌钢丝层外部，最后通过加热加压工艺使得缠包带与镀锌钢丝层热熔结合包裹在金属主缆的外侧，降低金属主缆的腐蚀速度，能够改善金属主缆防护体系中的外部复合材料性能，提高复合材料的耐候性能、抗紫外线老化性能和色牢度等参数指标，增强了防护材料的自清洁能力，即使长期暴露在潮湿的、有盐雾的、有污染的空气当中，也能持续承受疲劳腐蚀、金属腐蚀和应力腐蚀等恶劣使用环境，提高斜拉桥和悬索桥的防护效果和使用寿命，且无需喷涂施工。
本发明公开了一种含有柔性氟碳材料的缠包带产品及其施工工艺。该缠包带主要用于钢缆斜拉桥和悬索桥主缆的防腐体系中。本发明通过在原有缠包带的生产制备流程中添加一定量的柔性氟碳原料，再经过压延、硫化等制作工艺处理，使得柔性氟碳材料更好的包裹在缠包带的外侧。在外表面柔性氟碳材料的保护下，缠包带材料可以更好的提高自身的腐蚀性能、自清洁性能和超长的耐候性能等，可以更好的满足钢缆斜拉桥和悬索桥主缆的防腐保护效果。
主要是在缠包带的复合材料制作过程中添加氟碳材料，该制作方法简单，主要是将氟碳材料完好的制备在复合材料的外表面，在硫化工艺阶段，将产品不断通过硫化仪进行分析，得到硫化曲线，调整适合的硫化参数进行制备。通过对该复合材料的表面处理，提高了该材料的耐水性、耐气候老化性，耐化学腐蚀性能等，增强了自身的清洁能力。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：（1）通过合理的工艺参数制得含有氟碳材料的缠包带复合产品，即可以在有效的提高产品的力学性能和抗紫外线老化性能的同时，增强材料的耐水性能和自清洁性能。（2）提供多种颜色可供选择，不褪色，提高材料的防晒等级，使其色牢度效果更佳。
该缠包带的施工工艺是采用专有的斜缠装置进行缠绕施工，将斜缠装置平稳的安装在主缆上，装上一卷该新型缠包带，按叠压覆盖率为52%以上进行缠绕施工，当一卷缠包带缠绕即将结束时，使缠包带保持原位和张紧度并摊平其末端。然后采用拼接工艺进行拼装重叠下一卷缠包带，将下一卷缠包带的首端剪短，再将上一卷缠包带的末端和下一卷缠包带的首端按照叠合度要求固定并粘结在一起，保证每道斜拉缠绕带间距相等，基本上每卷缠包带卷缠绕覆盖的距离也相等，如图3所示。
缠包带完成缠绕后必须在24小时之内进行加热加压工艺。根据该新型缠包带材料粘合特性，加热的初始温度设置为90℃，最高加热温度不超过130℃，进行2个周期加热，每个加热周期时间约为3分钟。加热套管的充气压力控制在20KPa至30KPa之间。加热加压工艺结束后，仔细检查缠包带和主缆缠丝层的热熔效果。
Claims (9)
1.一种含有柔性氟碳材料的缠包带的制造方法，其特征在于：该含有柔性氟碳材料的缠包带，包括网格状纤维加强网层，纤维加强网层上方、下方分别设置有一上胶片层、下胶片层，上胶片层上方还设置有柔性氟碳材料层，柔性氟碳材料层、上胶片层、纤维加强网层、下胶片层通过硫化结合构成整体结构的缠包带；
该制造方法包括以下步骤：
第一步，高温密炼：将高分子聚乙烯橡胶制品与橡胶助剂，材料按一定比例进行混合，设置炼胶温度为100~160℃、炼胶时间为14~30min，按照相应的顺序进行投料，再进行高温密炼处理后，得到初步密炼的橡胶制品；高分子聚乙烯橡胶制品为交联氯磺化聚乙烯，橡胶助剂为防焦剂和润滑剂混合物，橡胶助剂加入量为材料总量的5%～10%；
第二步，二次炼胶：将高温密炼的初步橡胶制品保持在一定温度下进行冷却处理，等到完全冷却后再进行第二次炼胶工艺，直到检测到胶片材料的拉伸强度大于50N/mm，邵氏A硬度达到82～86；
第三步，多辊压延：采用多辊式压延机进行压延处理，构成橡胶材质的胶片制品，在压延的过程中调节压延速度和进料量，根据所定制的材料厚度和宽度调节压延的速度和进料速度，确保材料的外观质量满足后期工艺加工的需要；
第四步，铺装处理：该铺装分四层，最底层为胶片制品，依次放置网络状纤维加强网，调整纤维加强网的经纬密度及厚度，再放置胶片制品，最上层铺装氟碳材料进行防护处理，将三者依次按照比例及相应顺序进行铺装整理；放置量的比例按照高分子橡胶：纤维加强网：高分子橡胶：氟碳材料为2:1:2:1进行，并按照此顺序进行铺装整理；
第五步，硫化工艺：将铺装完整的制品采用硫化机进行硫化处理，设置硫化温度为100~200℃，硫化时间为正硫化时间，对硫化后得到的产品进行硫化曲线分析，确保硫化后产品的物理性能最优，提升硫化效率。
2.根据权利要求权利要求1所述含有柔性氟碳材料的缠包带的制造方法，其特征在于：所述第五步中通过硫化仪在硫化过程中进行实时、多次分析。
3.根据权利要求权利要求1所述含有柔性氟碳材料的缠包带的制造方法，其特征在于：所述上胶片层、下胶片层材料为经多次炼胶构成的橡胶材料。
4.根据权利要求3所述含有柔性氟碳材料的缠包带的制造方法，其特征在于：所述橡胶材料的原料为高分子聚乙烯橡胶与橡胶助剂按一定比例配伍的混合物。
5.根据权利要求1所述含有柔性氟碳材料的缠包带的制造方法，其特征在于：所述纤维加强网层的网格规格为8mm×8mm。
6.根据权利要求1所述含有柔性氟碳材料的缠包带的制造方法，其特征在于：所述柔性氟碳材料层、上胶片层、纤维加强网层、下胶片层总厚度为1mm～3mm。
7.一种应用于权利要求1～6任一项所述的含有柔性氟碳材料的缠包带的缠绕施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
首先在主缆钢丝外缠绕一层镀锌钢丝层；再将斜缠装置平稳安装在主缆上，在斜缠装置上添加一卷缠包带卷，沿主缆钢丝依次斜拉叠压缠绕包覆；缠绕包覆至上一卷缠包带卷用完后，保持上一卷缠包带卷上的缠包带位置与张紧度，并摊平其末端，剪短下一卷缠包带的首端，将下一卷缠包带的首端叠压在上一卷缠包带末端上方，并固定粘结；以此类推，直至完全缠绕覆盖主缆钢丝，每道斜拉缠绕带间距相等；在24小时内加热、加压热熔，加热的初始温度设置为90℃，最高加热温度不超过130℃，进行2个周期加热，每个加热周期时间为3分钟；加热套管的充气压力控制在20KPa至30KPa之间。
8.根据权利要求7所述含有柔性氟碳材料的缠包带的缠绕施工方法，其特征在于：所述叠压覆盖率≥52%。
9.根据权利要求7所述含有柔性氟碳材料的缠包带的缠绕施工方法，所述缠包带卷缠绕方向为逆时针方向，缠包带与两端主缆索夹之间缝隙通过主缆专用密封剂密封连接。
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