CN110594531B - 硬质聚氨酯喷涂聚乙烯缠绕预制直埋保温管及其制备方法 - Google Patents
硬质聚氨酯喷涂聚乙烯缠绕预制直埋保温管及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种硬质聚氨酯喷涂聚乙烯缠绕预制直埋保温管，由内至外依次包括钢管本体，聚氨酯保温层、稀土连接层和外防护层，上述保温管的制备方法，包括以下步骤：S1、聚氨酯发泡；S2、熟化；S3、向步骤S2得到的聚氨酯保温层表面涂覆纳米稀土混合粉，得到稀土连接层；S4、将高密度聚乙烯熔融塑化，挤出带状膜，连续包覆在步骤S3得到的稀土连接层表面，形成高密度聚乙烯外防护层；S5、胶辊碾压；S6、水冷，得到所述的预制直埋保温管。与现有技术相比，本发明的预制直埋保温管，长期耐温好、密度均匀，收缩率低，稳定性好。
Description
技术领域
本发明属于保温管技术领域，具体涉及一种硬质聚氨酯喷涂聚乙烯缠绕预制直埋保温管及其制备方法。
背景技术
保温管是绝热管道的简称，保温管用于液体、气体及其他介质的输送，在石油、化工、航天、军事、集中供热、中央空调、市政等管道的绝热保温以及保冷工程。
预制直埋保温管由工作钢管、硬质聚氨酯泡沫塑料保温层和高密度聚乙烯外护管组成。聚乙烯外护管采用高密度聚乙烯材料制成，它能保证管材在运输安装和使用过程中不受外界因素影响而引起的破坏，保温层材料为密度大于60kg/m3的硬质聚氨酯泡沫，泡沫充分填满钢管与外护管之间的间隙，并具有一定粘度，使钢管、外套及保温层三者形成一个牢固的整体。
相比传统的各类保温管材，直埋式预制保温管具有以下优点：
1)保温性能好，热损失仅为传统管材的25％，长期运行可节约大量能源，显著降低能源成本；
2)具有很强的防水和耐腐蚀能力,不需附设管沟，可直接埋入地下或水中，施工简便迅速，综合造价低；
3)在低温条件下也具有良好的耐腐蚀和耐冲击性，可直接埋入地下冻土；
4)使用寿命可达30年-50年，正确的安装和使用可使管网维修费用极低；
5)可设置报警系统，自动检测管网渗漏故障，准确指示故障位置并自动报警。
预制直埋保温管以其施工速度快，造价低，保温性能优异等众多优点，被广泛应用于城市集中供热和制冷工程中。近年来，人们对保温管的结构和性能进行了大量的研究。
CN108071895A公开了一种直埋式保温管，主要是由内到外依次设置的钢管、复合保温层、铝箔发射层、硅酸镁浆料层、改性聚氨酯保温层和防腐层组成，所述复合保温层主要是由泡沫玻璃、聚苯乙烯泡沫、硬泡聚氨酯保温板或酚醛树脂板中的一种或多种组成，该发明结构简单，保温效果好。
CN104075075A公开了一种保温管，所述内管(1)的外壁上对称设置有两条加热带(2)，所述加热带(2)为热电阻加热带，所述加热带(2)的外部依次包裹有纳米材料保温层(3)、硅酸钙保温层(4)、玻璃钢复合材料层(5)和保温层(6),所述保温层(6)的外部设有外管(7)，所述外管(7)的外部设有一层防腐蚀层；所述保温层(6)的厚度为5mm-10mm，所述保温层(6)由蛭石或硅藻土中的一种制成；所述防腐蚀层为聚氨基甲酸酯漆涂层；所述外管(7)由聚乙烯材料制成。该发明能够使保温管中运输的流体免于受到外界低温和腐蚀环境的影响，从而提高保温管的运输效率高。
为了保证管道的保温效果，上述现有技术中均采用多种保温材料，实际工作环境下，温度变化导致材料的热胀冷缩，由于不同材料各自发生相变，致使层间相互运动不一致，造成保温能耗增大，甚至降低了管网寿命。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种硬质聚氨酯喷涂聚乙烯缠绕预制直埋保温管及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种硬质聚氨酯喷涂聚乙烯缠绕预制直埋保温管，由内至外依次包括钢管本体，聚氨酯保温层和外防护层，所述聚氨酯保温层外部喷涂有稀土连接层。
优选地，所述钢管本体为无缝钢管、螺旋钢管或直缝钢管。
优选地，所述聚氨酯保温层的厚度为30-100mm。
优选地，所述稀土连接层由质量比为2-3:1的环状糊精和纳米稀土组成。
进一步优选地，所述稀土连接层的厚度为0.5-1μm；
优选地，所述高密度聚乙烯外防护层的厚度为4-9mm。
本发明还提供了上述硬质聚氨酯喷涂聚乙烯缠绕预制直埋保温管的制备方法，包括以下步骤：
S1、将白料和黑料混合均匀，在钢管本体上喷涂聚氨酯发泡，得到聚氨酯发泡层；
S2、将步骤S1得到的聚氨酯发泡层熟化，得到聚氨酯保温层；
S3、向步骤S2得到的聚氨酯保温层表面涂覆纳米稀土混合粉，得到稀土连接层；
S4、将高密度聚乙烯熔融塑化，挤出带状膜，连续包覆在步骤S3得到的稀土连接层表面，形成高密度聚乙烯外防护层；
S5、胶辊碾压，将步骤S2得到的聚氨酯保温层、步骤S3得到的稀土连接层和步骤S4得到的高密度聚乙烯外防护层压实紧密，得到包覆管道；
S6、将步骤S5得到的包覆管道水冷，得到所述的预制直埋保温管。
优选地，步骤S1中所述白料为质量比为100:1的聚醚多元醇和纳米氧化铈醇分散液，所述黑料为多异氰酸酯。
优选地，步骤S1中所述白料和黑料的质量比为1:0.75-0.8。
优选地，步骤S2中所述熟化的条件为：20-30℃下熟化8-10h。
优选地，步骤S3中所述的纳米稀土混合粉由质量比为2-3:1的环状糊精和纳米稀土组成。
优选地，步骤S3中所述稀土连接层的厚度为0.5-1μm。
优选地，步骤S6中所述水冷中冷却水的温度为20-35℃，硬度碳酸钙含量为300-500ppm。
本发明的有益效果为：
(1)与现有技术相比，本发明的预制直埋保温管，长期耐温好、密度均匀，收缩率低，稳定性好。
(2)本发明通过在聚氨酯保温层外侧设置厚度为0.5-1μm的稀土连接层，限定环状糊精和纳米稀土2-3:1，并利用高密度聚乙烯带状膜的高温缠绕，使聚氨酯保温层和高密度聚乙烯外防护层紧密的结合，并利用机械碾压和水冷，强化结合力度，形成了聚氨酯保温层、稀土连接层和高密度聚乙烯外防护层三位一体的结构，确保了聚氨酯保温层和高密度聚乙烯外防护层的同步变化，实现了保温效果的持续性，延长了管网的使用寿命。
(3)本发明由多异氰酸酯、聚醚多元醇和纳米氧化铈醇分散液组成的聚氨酯保温层，熟化时间短，导热系数低，保温性能优良。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
在进一步描述本发明具体实施方式之前，应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。
当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本文中使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同意义。
本发明对所采用原料的来源不作限定，如无特殊说明，本发明所采用的原料均为本技术领域普通市售品。纳米氧化铈醇分散液购买自杭州智钛净化科技有限公司，型号VK-CE01C。
基础实施例
一种硬质聚氨酯喷涂聚乙烯缠绕预制直埋保温管，由内至外依次包括钢管本体，30-100mm厚的聚氨酯保温层和4-9mm厚的高密度聚乙烯外防护层，所述聚氨酯保温层外部喷涂有0.5-1μm厚的稀土连接层。
优选地，所述钢管本体为无缝钢管、螺旋钢管或直缝钢管，所述钢管外径为Φ426-1620mm。
优选地，所述稀土连接层由质量比为2-3:1的环状糊精和纳米稀土氧化铈组成。
本发明还提供了上述硬质聚氨酯喷涂聚乙烯缠绕预制直埋保温管的制备方法，包括以下步骤：
S1、按质量比1:0.75-0.8，将质量比100:1的聚醚多元醇多和纳米氧化铈醇分散液白料和多异氰酸酯黑料混合均匀，在钢管本体上喷涂聚氨酯发泡，得到的聚氨酯发泡层；
S2、将步骤S1得到的聚氨酯发泡层在20-30℃下熟化8-10h，得到厚度为30-100mm的聚氨酯保温层；
S3、向步骤S2得到的聚氨酯保温层表面涂覆由质量比为2-3:1的环状糊精和纳米稀土组成的纳米稀土混合粉，得到厚度为0.5-1μm的稀土连接层；
S4、将高密度聚乙烯熔融塑化，挤出带状膜，连续包覆在步骤S3得到的稀土连接层表面，形成厚度为4-9mm的高密度聚乙烯外防护层；
S5、胶辊碾压，将步骤S2得到的聚氨酯保温层、步骤S3得到的稀土连接层和步骤S4得到的高密度聚乙烯外防护层压实紧密，得到包覆管道；
S6、将步骤S5得到的包覆管道用温度为20-35℃，硬度碳酸钙含量为300-500ppm的水，水冷至60℃，得到所述的预制直埋保温管。
实施例1硬质聚氨酯喷涂聚乙烯缠绕预制直埋保温管及其制备方法
一种硬质聚氨酯喷涂聚乙烯缠绕预制直埋保温管，由内至外依次包括钢管本体，30mm 厚的聚氨酯保温层、0.5μm厚的稀土连接层和4mm厚的高密度聚乙烯外防护层；
所述稀土连接层由质量比为2:1的环状糊精和纳米稀土氧化铈组成。
其制备方法，包括以下步骤：
S1、按质量比1:0.75，将质量比100:1的聚醚多元醇多和纳米氧化铈醇分散液白料和多异氰酸酯黑料混合均匀，在钢管本体上喷涂聚氨酯发泡，得到的聚氨酯发泡层；
S2、将步骤S1得到的聚氨酯发泡层在20℃下熟化10h，得到厚度为30mm的聚氨酯保温层；
S3、向步骤S2得到的聚氨酯保温层表面涂覆由质量比为2:1的环状糊精和纳米稀土氧化铈组成的纳米稀土混合粉，得到厚度为0.5μm的稀土连接层；
S4、将高密度聚乙烯熔融塑化，挤出带状膜，连续包覆在步骤S3得到的稀土连接层表面，形成厚度为4mm的高密度聚乙烯外防护层；
S5、胶辊碾压，将步骤S2得到的聚氨酯保温层、步骤S3得到的稀土连接层和步骤S4得到的高密度聚乙烯外防护层压实紧密，得到包覆管道；
S6、将步骤S5得到的包覆管道用温度为20℃，硬度碳酸钙含量为300ppm的水，水冷至 60℃，得到所述的预制直埋保温管。
实施例2硬质聚氨酯喷涂聚乙烯缠绕预制直埋保温管及其制备方法
一种硬质聚氨酯喷涂聚乙烯缠绕预制直埋保温管，由内至外依次包括钢管本体，100mm 厚的聚氨酯保温层、1μm厚的稀土连接层和9mm厚的高密度聚乙烯外防护层；
所述稀土连接层由质量比为3:1的环状糊精和纳米稀土氧化铈组成。
其制备方法，包括以下步骤：
S1、按质量比1:0.8，将质量比100:1的聚醚多元醇多和纳米氧化铈醇分散液白料和多异氰酸酯黑料混合均匀，在钢管本体上喷涂聚氨酯发泡，得到的聚氨酯发泡层；
S2、将步骤S1得到的聚氨酯发泡层在30℃下熟化8h，得到厚度为100mm的聚氨酯保温层；
S3、向步骤S2得到的聚氨酯保温层表面涂覆由质量比为3:1的环状糊精和纳米稀土氧化铈组成的纳米稀土混合粉，得到厚度为1μm的稀土连接层；
S4、将高密度聚乙烯熔融塑化，挤出带状膜，连续包覆在步骤S3得到的稀土连接层表面，形成厚度为9mm的高密度聚乙烯外防护层；
S5、胶辊碾压，将步骤S2得到的聚氨酯保温层、步骤S3得到的稀土连接层和步骤S4得到的高密度聚乙烯外防护层压实紧密，得到包覆管道；
S6、将步骤S5得到的包覆管道用温度为30℃，硬度碳酸钙含量为200ppm的水，水冷至 60℃，得到所述的预制直埋保温管。
实施例3硬质聚氨酯喷涂聚乙烯缠绕预制直埋保温管及其制备方法
一种硬质聚氨酯喷涂聚乙烯缠绕预制直埋保温管，由内至外依次包括钢管本体，60mm 厚的聚氨酯保温层、0.6μm厚的稀土连接层和6.5mm厚的高密度聚乙烯外防护层；
所述稀土连接层由质量比为2.5:1的环状糊精和纳米稀土氧化铈组成。
其制备方法，包括以下步骤：
S1、按质量比1:0.78，将质量比100:1的聚醚多元醇多和纳米氧化铈醇分散液白料和多异氰酸酯黑料混合均匀，在钢管本体上喷涂聚氨酯发泡，得到的聚氨酯发泡层；
S2、将步骤S1得到的聚氨酯发泡层在25℃下熟化9h，得到厚度为60mm的聚氨酯保温层；
S3、向步骤S2得到的聚氨酯保温层表面涂覆由质量比为2.5:1的环状糊精和纳米稀土氧化铈组成的纳米稀土混合粉，得到厚度为0.6μm的稀土连接层；
S4、将高密度聚乙烯熔融塑化，挤出带状膜，连续包覆在步骤S3得到的稀土连接层表面，形成厚度为6.5mm的高密度聚乙烯外防护层；
S5、胶辊碾压，将步骤S2得到的聚氨酯保温层、步骤S3得到的稀土连接层和步骤S4得到的高密度聚乙烯外防护层压实紧密，得到包覆管道；
S6、将步骤S5得到的包覆管道用温度为28℃，硬度碳酸钙含量为250ppm的水，水冷至 60℃，得到所述的预制直埋保温管。
实施例4硬质聚氨酯喷涂聚乙烯缠绕预制直埋保温管及其制备方法
一种硬质聚氨酯喷涂聚乙烯缠绕预制直埋保温管，由内至外依次包括钢管本体，80mm 厚的聚氨酯保温层、0.8μm厚的稀土连接层和8mm厚的高密度聚乙烯外防护层；
所述稀土连接层由质量比为2.5:1的环状糊精和纳米稀土氧化铈组成。
其制备方法，同实施例3。
对比例1硬质聚氨酯喷涂聚乙烯缠绕预制直埋保温管及其制备方法
本对比例与实施例4的区别仅在于，稀土连接层由纳米稀土氧化铈组成。
对比例2硬质聚氨酯喷涂聚乙烯缠绕预制直埋保温管及其制备方法
本对比例与实施例4的区别仅在于，稀土连接层由质量比为1:1的环状糊精和纳米稀土氧化镧组成。
对比例3硬质聚氨酯喷涂聚乙烯缠绕预制直埋保温管及其制备方法
本对比例与实施例4的区别仅在于，所述白料和黑料的质量比为1：0.9，所述白料为聚醚多元醇。
对比例4硬质聚氨酯喷涂聚乙烯缠绕预制直埋保温管及其制备方法
本对比例与实施例4的区别仅在于，所述白料和黑料的质量比为1：0.7，所述白料为质量比为50:1的聚醚多元醇和纳米氧化铈醇分散液。
对比例5硬质聚氨酯喷涂聚乙烯缠绕预制直埋保温管及其制备方法
本对比例与实施例4的区别仅在于，步骤S6中所述水冷中冷却水的温度为15℃，硬度碳酸钙含量为200ppm。
对比例6硬质聚氨酯喷涂聚乙烯缠绕预制直埋保温管及其制备方法
本对比例与实施例4的区别仅在于，步骤S6中所述水冷中冷却水的温度为38℃，硬度碳酸钙含量为550ppm。
依据GB/T34611-2017硬质聚氨酯喷涂聚乙烯缠绕预制直埋保温管中的相关要求，对成品管性能指标检测，以进一步验证本发明的技术效果。
(1)对本发明实施例1-4和对比例1-6制备的预制直埋保温管进行轴向剪切强度检测。其中，老化试验实验条件为：工作钢管温度为170℃，时间1450h。实验结果如表1所示。
表1
由表1可知，本发明制备的硬质聚氨酯喷涂聚乙烯缠绕预制直埋保温管长期耐温性好。
(2)密度检测点从制备的预制直埋保温管的左端头开始，每1米测一个点，共测5个点，分别标记为A1-A5。检测结果如表2所示。
表2
由表2可知，本发明制备的硬质聚氨酯喷涂聚乙烯缠绕预制直埋保温管的密度差较小，密度分布比较均匀，保证了管材的节能效果。
(3)硬质聚氨酯喷涂聚乙烯缠绕预制直埋保温管收缩率
检测实施例1-4和对比例1-6制备的硬质聚氨酯喷涂聚乙烯缠绕预制直埋保温管端头的收缩率，实验结果如表3所示。
表3
| 端头收缩率％ | |
| 实施例1 | 1.24 |
| 实施例2 | 1.22 |
| 实施例3 | 1.14 |
| 实施例4 | 1.10 |
| 对比例1 | 2.47 |
| 对比例2 | 2.46 |
| 对比例3 | 2.54 |
| 对比例4 | 2.50 |
| 对比例5 | 2.25 |
| 对比例6 | 2.33 |
由表3可知，本发明制备的硬质聚氨酯喷涂聚乙烯缠绕预制直埋保温管的收缩率较小，具有较好的稳定性。
(4)保温层导热系数测定
检测实施例1-4和对比例1-6制备的硬质聚氨酯喷涂聚乙烯缠绕预制直埋保温管的导热系统，实验结果如表4所示。
表4
由表4可知，本发明制备的硬质聚氨酯喷涂聚乙烯缠绕预制直埋保温管的导热系数较低，具有较好的保温效果。
以上是结合具体实施例对本发明进一步的描述，但这些实施例仅仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种硬质聚氨酯喷涂聚乙烯缠绕预制直埋保温管，由内至外依次包括钢管本体，聚氨酯保温层和高密度聚乙烯外防护层，其特征在于，所述聚氨酯保温层外部喷涂有稀土连接层；
所述稀土连接层由质量比为2-3:1的环状糊精和纳米稀土氧化铈组成；
所述稀土连接层的厚度为0.5-1μm；
所述的硬质聚氨酯喷涂聚乙烯缠绕预制直埋保温管的制备方法，包括以下步骤：
S1、将白料和黑料混合均匀，在钢管本体上喷涂聚氨酯发泡，得到聚氨酯发泡层；
S2、将步骤S1得到的聚氨酯发泡层熟化，得到聚氨酯保温层；
S3、向步骤S2得到的聚氨酯保温层表面涂覆纳米稀土混合粉，得到稀土连接层；
S4、将高密度聚乙烯熔融塑化，挤出带状膜，连续包覆在步骤S3得到的稀土连接层表面，形成高密度聚乙烯外防护层；
S5、胶辊碾压，将步骤S2得到的聚氨酯保温层、步骤S3得到的稀土连接层和步骤S4得到的高密度聚乙烯外防护层压实紧密，得到包覆管道；
S6、将步骤S5得到的包覆管道水冷，得到所述的预制直埋保温管；
步骤S1中所述白料为质量比为100:1的聚醚多元醇和纳米氧化铈醇分散液；所述黑料为多异氰酸酯；
步骤S6中所述水冷中冷却水的温度为20-35℃，硬度碳酸钙含量为300-500ppm。
2.根据权利要求1所述的硬质聚氨酯喷涂聚乙烯缠绕预制直埋保温管，其特征在于，所述白料和黑料的质量比为1:0.75-0.8。
3.根据权利要求1所述的硬质聚氨酯喷涂聚乙烯缠绕预制直埋保温管，其特征在于，步骤S2中所述熟化的条件为：20-30℃下熟化8-10h。
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