CN110953411A - 采矿用耐磨耐高压非金属复合柔性管及其制备方法与应用 - Google Patents

采矿用耐磨耐高压非金属复合柔性管及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种采矿用耐磨耐高压非金属复合柔性管及其制备方法与应用，所述的耐磨耐高压非金属复合柔性管具有多层管壁结构，包括热塑性聚氨酯内衬层、抗压纤维增强层和外保护层，其中抗压纤维增强层设置在热塑性聚氨酯内衬层与外保护层之间。本发明的柔性管可用于采矿领域尤其是深海采矿领域，用于对管道具有超高耐磨性能、耐冲击性能、耐高压要求的矿砂等采矿用液固、气固两相及多相流的输送。

Description

采矿用耐磨耐高压非金属复合柔性管及其制备方法与应用
技术领域
本发明是关于一种采矿用耐磨耐高压非金属复合柔性管及其制备方法与应用，所述管道可用作陆地及海洋各种液相或固液混合相及多相流的矿产的开采及输送管道。
背景技术
传统采矿用输送管大多采用金属材质和金属与高分子材料复合材质两种方案：金属材质管道其存在比重大、易腐蚀、易磨损、更换频率高等不足；金属与高分子材料复合管道一般是在金属内外表面敷设一层高分子耐磨材料，其仍存在比重大，不易存储、运输和施工等不足。相对于传统金属管材，非金属柔性管具有质轻、耐腐蚀、低成本等诸多优势，目前在化工、石油、汽车、采矿等领域已部分或完全取代了传统的金属管道。
随着非金属材料科学和加工技术的不断提高，非金属管道在向大口径、高压力、高性能等方向发展，但其综合性能仍有待更进一步提升。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种耐磨耐高压非金属复合柔性管道。
本发明的另一目的在于提供一种制备所述耐磨耐高压非金属复合柔性管道的方法。
本发明的另一目的在于提供所述耐磨耐高压非金属复合柔性管道的应用。
为达上述目的，本发明中主要是采用聚氨酯与纤维多层复合的技术，将热塑型聚氨酯的耐磨性能、耐冲击性能与纤维的高强度、高模量性能相结合，制备出一种复合管柔性管，其可用于对管道具有超高耐磨性能、耐冲击性能、耐高压要求的矿砂等采矿用液固、气固两相流及多相流的输送。
一方面，本发明提供了一种采矿用耐磨耐高压非金属复合柔性管，其具有多层管壁结构，包括热塑性聚氨酯内衬层、抗压纤维增强层和外保护层，其中抗压纤维增强层设置在热塑性聚氨酯内衬层与外保护层之间。
根据本发明的具体实施方案，本发明的热塑性聚氨酯内衬层的原料配方包括：聚氨酯基体89.5～99.4wt％，耐磨填料0.5～10wt％，抗氧剂0.1～0.5wt％。
根据本发明的具体实施方案，本发明的热塑性聚氨酯内衬层的原料配方中，所述聚氨酯基体为热塑性聚氨酯弹性体，其硬度70～98，拉伸强度≥20MPa，撕裂强度≥60N/mm。本发明中对热塑性聚氨酯弹性体的其他性能无特殊要求。适用于本发明的热塑性聚氨酯弹性体可以商购获得，例如可以购买万华生产的，牌号主要有8190，8290，8264和A890等。
根据本发明的具体实施方案，本发明的热塑性聚氨酯内衬层的原料配方中，所述耐磨填料可包括碳纳米管、二硫化钼、石墨烯和蒙脱土中的一种或几种。当采用多种混合时，对各组分的混合比例无特殊要求。本发明中对耐磨填料的性能无特殊要求。本发明的耐磨填料可以包括经过或未经过表面修饰处理的填料，其中，所述的经过表面修饰处理包括但不限于利用表面修饰剂如硅烷偶联剂、季铵盐表面活性剂、乙二胺、聚乙烯亚胺和聚氨酯预聚体中的至少一种对无机粒子(碳纳米管、二硫化钼、石墨烯或蒙脱土)进行改性处理，表面修饰剂与无机粒子的质量可比为1:100～1:10。
根据本发明的具体实施方案，本发明的抗压纤维增强层为纤维编织或者缠绕形成的结构，编织或缠绕层数为一层或多层；所采用的纤维选自聚酯纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、碳纤维等非金属纤维长丝中的一种或几种。本发明中，对纤维的其他性能无特殊要求，如果所用纤维较细，可以先进行加捻合股处理再进行编织或者缠绕，通常，加捻合股处理后的纤维束的直径可以为0.5～30mm，加捻捻度一般大于30捻，根据纤维实际粗细可对捻度进行适当调整。
根据本发明的具体实施方案，本发明的外保护层的形成材料为热塑性聚氨酯材料或热塑性工程塑料，其可以与热塑性聚氨酯内衬层的材质相同或不同。例如，所述外保护层使用的热塑性聚合物基体包括但不限于聚乙烯(PE)、尼龙(PA)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚酮(POK)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚偏氟乙烯(PVDF)、热塑性聚氨酯(TPU)、可熔聚四氟乙烯(PFA)和聚苯醚(PPO)等热塑性高分子材料中的一种或多种混合物。
根据本发明的具体实施方案，本发明的柔性管还包括辅助功能层，所述辅助功能层设置在热塑性聚氨酯内衬层与抗压纤维增强层之间。本发明中的辅助功能层主要起到辅助加工的作用，该层可以根据柔性管道的直径和壁厚以及具体加工情况选择使用也可以选择不使用，图1所示的结构是不使用辅助功能层的结构，图2所示的结构是使用辅助功能层的结构。
根据本发明的具体实施方案，本发明的辅助功能层的形成材料可以为热塑性工程塑料。所述辅助功能层中可以添加一些易于被检测的染色粒子或者其他无机粒子，在使用过程中，当热塑性聚氨酯内衬层被磨透后，矿砂或进一步磨损辅助功能层，当输送上的矿砂中检测到辅助功能层中易于被检测的染色粒子或者其他无机粒子时则可以判断热塑性聚氨酯内衬层已失效，该柔性管的寿命已到需更换新的柔性管。这辅助功能层有具备了管道耐磨失效预警的作用。
另一方面，本发明还提供了制备所述耐磨耐高压非金属复合柔性管的方法，该方法包括：
将热塑性聚氨酯内衬层的材料挤出形成内衬层；
在内衬层外表面编织或缠绕抗压纤维增强层；
在抗压纤维增强层外表面挤出包覆外保护层，制备得到所述的柔性管。
根据本发明的具体实施方案，当制备的柔性管还包括辅助功能层时，其制备方法包括：
将热塑性聚氨酯内衬层的材料和辅助功能层的材料分别共挤出内衬层和辅助功能层，辅助功能层包覆在内衬层的外表面上；
在辅助功能层的外表面上编织或缠绕抗压纤维增强层；
在抗压纤维增强层外表面挤出包覆外保护层，制备得到所述的柔性管。
根据本发明的具体实施方案，本发明中热塑性聚氨酯层的加工方法为：将按照本发明的配方制备的热塑性聚氨酯颗粒料通过熔融挤出，并在挤出过程中实施定型处理，比如在挤出机中通过加热和加压使颗粒料以熔体流动状态通过口模成型，然后再经过冷却定型，得到具有要求直径、壁厚和长度的热塑性聚氨酯内衬管，即为内衬层。
一般情况下，内衬管的管径可以4～400mm范围内，其管壁厚度可以控制在1～40mm的范围内，使其不仅具有良好的耐磨性能同时也有利于非金属柔性管的弯曲和盘卷。
本发明中如果采用辅助功能层，辅助功能层制备工艺是：将热塑性聚氨酯颗粒料和辅助功能层用的热塑性工程塑料粒料分别加入到两个挤出机中进行塑化，然后通过挤出机的螺杆将两种熔体分别送到共挤口模中成型，然后再经过冷却定型，得到热塑性聚氨酯内衬层和辅助功能层双层管。
一般情况下，辅助功能层的厚度控制在1～20mm范围内，使其不仅满足挤出加工中牵引机对管子刚度的要求，又不对管子的重量，运输以及安装等产生负面影响。
本发明中的抗压纤维增强层可以是将纤维长丝进行加捻合股处理，通过纤维编织机或纤维缠绕机将纤维编织或者缠绕到热塑性聚氨酯内衬层外表面或者辅助功能层外表面上。
一般情况下，缠绕或编织的层数为一层或多层，优选1～2层，厚度为1～30mm。根据不同管子的直径以及纤维担数分别采用采用24～512锭的编织机或缠绕机。
本发明中的外保护层的制备方法是将热塑性工程塑料颗粒料加入到挤出机中，通过熔融挤出牵引以及冷却定型，使其包覆在抗压纤维层的外表面。
本发明的柔性管，采用聚氨酯与纤维多层复合的技术，将热塑型聚氨酯的耐磨性能、耐冲击性能与纤维的高强度、高模量性能相结合，制备的复合管柔性管可用于对管道具有超高耐磨性能、耐冲击性能、耐高压要求的矿砂等采矿用液固、气固两相及多相流的输送。经检测，其耐磨性能优于普通橡胶材料10倍以上，优于普通聚氨酯材料2～3倍；耐冲蚀性能优于传统钢管的20倍，优于普通橡胶材料5～6倍，优于普通聚氨酯2～3倍。关于耐高压性能，目前国内非金属管的耐高压性能一般小于10Mpa，本发明的柔性管可以获得35Mpa以上的工作压力，通过特殊设计也可达到120Mpa以上的工作压力；相对于传统钢管，非金属管耐腐蚀，本发明的柔性管产品的设计使用寿命一般在20年左右，金属管一般在腐蚀和磨损的双重作用下寿命一般在1年左右。关于柔韧性，相比于金属材料，高分子材料具有超级优异的弹性和韧性，本发明中的柔性管的最小弯曲半径一般是管道直径的10倍左右，很容易弯曲，可实现大长度的生产，存储，运输和安装。
从而，另一方面，本发明还提供了所述耐磨耐高压非金属复合柔性管的应用，具体是其在作为可用作陆地或海洋各种液相、气固、液固混合相及多相流矿产的开采和/或输送管道的应用。
综上所述，本发明提供了一种采矿用耐磨耐高压非金属复合柔性管，其具有耐磨、耐高压、耐腐蚀、耐冲击、柔韧性好等特点，并且施工便捷、接头少、比重小，方便运输和存储，使用寿命长，性价比高，在采矿领域尤其是深海采矿领域具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明的不使用辅助功能层时柔性管的结构示意图，其中1为外保护层，2为抗压纤维增强层，3为热塑性聚氨酯内衬层；
图2为本发明的使用了辅助功能层的柔性管的结构示意图，其中10为热塑性聚氨酯内衬层，20为辅助功能层，30为抗压纤维增强层，40为外保护层。
具体实施方式
以下结合附图与实施例对本发明做进一步说明，这些实施例并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
各实施例中未详细说明的操作，按照领域中的常规操作方法进行。各实施例的耐磨耐高压非金属多层复合柔性管产品的设计使用寿命为20年。
请参见图1所示，为本发明一些具体实施方式的未使用辅助功能层的耐磨耐高压非金属多层复合柔性管的结构示意图。如图1所示，耐磨耐高压非金属多层复合柔性管所包括外保护层1、抗压纤维增强层2、热塑性聚氨酯内衬层3。抗压纤维增强层2在热塑性聚氨酯内衬层3和外保护层1之间，相邻两层之间为非刚性粘结。
本发明的图1所示的未使用辅助功能层的耐磨耐高压非金属多层复合柔性管的制作方法包括如下步骤：
1、热塑性聚氨酯内衬层的挤出：
将耐磨热塑性聚氨酯原料按配方要求分别计量，然后分别用高速热混机低速冷混机掺混在一起搅拌均匀，过筛后投入到双螺杆挤出机内，原料塑化呈熔融态，然后冷却、牵引和切粒，制备出耐磨热塑性聚氨酯改性颗粒料，并将其烘干密封储存。将改性颗粒料放入挤出机料斗中，通过挤出机加热加压使原料塑化成熔融态，并从成型口模中挤出成型管坯，再将管状由定径机定径，以达到工艺要求的热塑性聚氨酯内衬层的直径和厚度，经水冷箱定型后切割成所需的长度。
2、抗压纤维层缠绕/编织：
首先使用并线机将纤维长丝从大卷上并到缠绕机/编织机的锭子线轴上。将缠好线的锭子线轴安装到锭子上，并将锭子安装到缠绕机/编织机上。设定牵引速度和编织角度，后将纤维均匀的缠绕/编织到热塑性聚氨酯内衬层的外表面上。
3、外保护层挤出：
将热塑性工程塑料颗粒或热塑性聚氨酯或改性热塑性聚氨酯颗粒料放入挤出机料斗中，通过挤出机加热加压使原料塑化成熔融态，并从成型口模中挤出并覆盖到抗压编织层的外表面，再经过冷却定型后切割成所需的长度。
本发明中，优选地，所述耐磨热塑型聚氨酯内衬层配方按重量份记为：热塑性聚氨酯弹性体89.5～99.4份，耐磨填料0.5～10份，抗氧剂0.1～0.5份。
所述纤维增强层使用的纤维包括聚酯纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、碳纤维等非金属纤维长丝。
所述外保护层使用的热塑性聚合物基体包括但不限于聚乙烯(PE)、尼龙(PA)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚酮(POK)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚偏氟乙烯(PVDF)、热塑性聚氨酯(TPU)、可熔聚四氟乙烯(PFA)和聚苯醚(PPO)等热塑性高分子材料中的一种或多种混合物。
实施例1
本实施例的耐磨耐高压非金属多层复合柔性管中，耐磨热塑型聚氨酯的配方按重量份记为：热塑性聚氨酯弹性体100份，耐磨填料碳纳米管5份，抗氧剂0.2份。本实例中采用的热塑性聚氨酯弹性体是购买的万华生产,牌号8190。所采用的热塑性聚氨酯弹性体的基本性能要求：硬度：85～95，拉伸强度≥25MPa，撕裂强度≥70N/mm。
本实施例中纤维增强层采用的纤维为玻璃纤维，纤维直径为1mm。
本实施例中外保护层采用高密度聚乙烯(HDPE)，拉伸强度≥20MPa，断裂伸长率≥400％。
本实施例中，热塑性聚氨酯内衬层管道尺寸是：内径193.7mm，壁厚15mm，长度5m；纤维增强层采用一层纤维编织工艺，编织厚度为2mm；外保护层壁厚为5mm。
本实施例的耐磨耐高压非金属多层复合柔性管的制作方法包括如下步骤：
1、热塑性聚氨酯内衬层的挤出：
将耐磨热塑性聚氨酯原料按配方要求分别计量，然后分别用高速热混机低速冷混机掺混在一起搅拌均匀，过筛后投入到双螺杆挤出机内，原料塑化呈熔融态，然后冷却、牵引和切粒，制备出耐磨热塑性聚氨酯改性颗粒料，并将其烘干密封储存。将改性颗粒料放入挤出机料斗中，通过挤出机加热加压使原料塑化成熔融态，并从成型口模中挤出成型管坯，再将管状由定径机定径，以达到工艺要求的热塑性聚氨酯内衬层的直径和厚度，经水冷箱定型后切割成所需的长度。
2、抗压纤维层缠绕/编织：
首先使用并线机将纤维长丝从大卷上并到缠绕机/编织机的锭子线轴上。将缠好线的锭子线轴安装到锭子上，并将锭子安装到缠绕机/编织机上。设定牵引速度和编织角度，后将纤维均匀的缠绕/编织到热塑性聚氨酯内衬层的外表面上。
3、外保护层挤出：
将热塑性工程塑料颗粒或热塑性聚氨酯或改性热塑性聚氨酯颗粒料放入挤出机料斗中，通过挤出机加热加压使原料塑化成熔融态，并从成型口模中挤出并覆盖到抗压编织层的外表面，再经过冷却定型后切割成所需的长度。
实施例2
本实施例的耐磨耐高压非金属多层复合柔性管中，耐磨热塑型聚氨酯的配方按重量份记为：热塑性聚氨酯弹性体100份，耐磨填料二硫化钼5份，抗氧剂0.3份；本实例中采用的热塑性聚氨酯弹性体是购买的万华生产,牌号8290。所采用的热塑性聚氨酯弹性体的基本性能要求：硬度：85～95，拉伸强度≥25MPa，撕裂强度≥70N/mm。
本实施例中纤维增强层采用的纤维为芳纶纤维，纤维直径为1mm，捻度41，Z向。
本实施例中外保护层采用高密度聚乙烯(HDPE)，拉伸强度≥20MPa，断裂伸长率≥400％。
本实施例中，热塑性聚氨酯内衬层管道尺寸是：内径101.3mm，壁厚10mm，长度5m；纤维增强层采用一层纤维编织工艺，编织厚度为2mm；外保护层壁厚为5mm。
本实施例的耐磨耐高压非金属多层复合柔性管的制作方法与实施例1基本相同。
实施例3
本实施例的耐磨耐高压非金属多层复合柔性管中，耐磨热塑型聚氨酯的配方按重量份记为：热塑性聚氨酯弹性体100份，耐磨填料石墨烯2份、碳纳米管3份，抗氧剂0.3份；本实例中采用的热塑性聚氨酯弹性体是购买的万华生产,牌号主要有8190。所采用的热塑性聚氨酯弹性体的基本性能要求：硬度：85～95，拉伸强度≥25MPa，撕裂强度≥70N/mm。
本实施例中纤维增强层采用的纤维为芳纶纤维，纤维直径为2mm，捻度70，Z向。
本实施例中外保护层采用TPU8190纯料，拉伸强度≥25MPa，断裂伸长率≥400％。
本实施例中，热塑性聚氨酯内衬层管道尺寸是：内径193.7mm，壁厚15mm，长度5m；纤维增强层采用两层纤维缠绕工艺，缠绕总厚度为4mm；外保护层壁厚为5mm。
本实施例的耐磨耐高压非金属多层复合柔性管的制作方法与实施例1基本相同。
实施例4
本实施例的耐磨耐高压非金属多层复合柔性管中，耐磨热塑型聚氨酯的配方按重量份记为：热塑性聚氨酯弹性体100份，耐磨填料蒙脱土3份、硅烷偶联剂改性石墨烯1份、聚氨酯预聚体改性碳纳米管2份，抗氧剂0.3份；本实例中采用的热塑性聚氨酯弹性体是购买的万华生产,牌号A890。所采用的热塑性聚氨酯弹性体的基本性能要求：硬度：85～95，拉伸强度≥25MPa，撕裂强度≥70N/mm。
本实施例中纤维增强层采用的纤维为碳纤维，纤维直径为1mm。
本实施例中外保护层采用TPU8190纯料，拉伸强度≥25MPa，断裂伸长率≥400％。
本实施例中，热塑性聚氨酯内衬层管道尺寸是：内径193.7mm，壁厚15mm，长度5m；纤维增强层采用两层纤维编织工艺，编织总厚度为4mm；外保护层壁厚为5mm。
本实施例的耐磨耐高压非金属多层复合柔性管的制作方法与实施例1基本相同。
请参见图2所示，为本发明另一些具体实施方式的使用了辅助功能层的耐磨耐高压非金属多层复合柔性管的结构示意图。如图2所示，耐磨耐高压非金属多层复合柔性管所包括热塑性聚氨酯内衬层10、辅助功能层20、抗压纤维增强层30、外保护层40。辅助功能层20在热塑性聚氨酯内衬层10和抗压纤维增强层30之间，抗压纤维增强层30在辅助功能层20和外保护层40之间，相邻两层之间为非刚性粘结。
本发明的图2所示的使用了辅助功能层的耐磨耐高压非金属多层复合柔性管内衬管道的制作方法包括如下步骤：
1、热塑性聚氨酯内衬层和辅助功能层的共挤出：
将耐磨热塑性聚氨酯原料按配方要求分别计量，然后分别用高速热混机低速冷混机掺混在一起搅拌均匀，过筛后投入到双螺杆挤出机内，原料塑化呈熔融态，然后冷却、牵引和切粒，制备出耐磨热塑性聚氨酯改性颗粒料，并将其烘干密封储存。将改性聚氨酯颗粒料和辅助功能层颗粒放入相应的挤出机的料斗中，通过挤出机加热加压使原料塑化成熔融态，并从成型口模中共挤出成型管坯，再将管状由定径机定径，以达到工艺要求的热塑性聚氨酯内衬层和辅助功能层的直径和厚度，经水冷箱定型后切割成所需的长度。辅助功能层可以为热塑性聚氨酯内衬层挤出牵引提供足够的抗压刚度，并且在使用过程中可以起到监测管子耐磨寿命的作用。
2、抗压纤维层缠绕/编织：
首先使用并线机将纤维长丝从大卷上并到缠绕机/编织机的锭子线轴上。将缠好线的锭子线轴安装到锭子上，并将锭子安装到缠绕机/编织机上。设定牵引速度和编织角度，后将纤维均匀的缠绕/编织到辅助功能层的外表面上。
3、外保护层挤出：
将热塑性工程塑料颗粒或热塑性聚氨酯或改性热塑性聚氨酯颗粒料放入挤出机料斗中，通过挤出机加热加压使原料塑化成熔融态，并从成型口模中挤出并覆盖到抗压编织层的外表面，再经过冷却定型后切割成所需的长度。
本发明中，优选地，所述耐磨热塑型聚氨酯内衬层配方按重量份记为：热塑性聚氨酯弹性体89.5～99.4份，耐磨填料0.5～10份，抗氧剂0.1～0.5份。
所述纤维增强层使用的纤维包括聚酯纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、碳纤维等非金属纤维长丝。
所述外保护层使用的热塑性聚合物基体包括但不限于聚乙烯(PE)、尼龙(PA)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚酮(POK)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚偏氟乙烯(PVDF)、热塑性聚氨酯(TPU)、可熔聚四氟乙烯(PFA)和聚苯醚(PPO)等热塑性高分子材料中的一种或多种混合物。
实施例5
本实施例的耐磨耐高压非金属多层复合柔性管中，耐磨热塑型聚氨酯的配方按重量份记为：热塑性聚氨酯弹性体100份，耐磨填料碳纳米管5份，抗氧剂0.2份。本实例中采用的热塑性聚氨酯弹性体是购买的万华生产,牌号8190。所采用的热塑性聚氨酯弹性体的基本性能要求：硬度：85～95，拉伸强度≥25MPa，撕裂强度≥70N/mm。
本实施例的辅助功能层采用的高密度聚乙烯(HDPE)，拉伸强度≥20MPa，断裂伸长率≥400％，并在HDPE中增加了0.5％质量分数的氧化铁红染色粒子。
本实施例中纤维增强层采用的纤维为玻璃纤维，纤维直径为1mm。
本实施例中外保护层采用高密度聚乙烯(HDPE)，拉伸强度≥20MPa，断裂伸长率≥400％。
本实施例中，热塑性聚氨酯内衬层管道尺寸是：内径193.7mm，壁厚15mm，长度5m；辅助功能层厚度为8mm；纤维增强层采用一层纤维编织工艺，编织厚度为2mm；外保护层壁厚为5mm。
本实施例的耐磨耐高压非金属多层复合柔性管的制作方法包括如下步骤：
1、热塑性聚氨酯内衬层和辅助功能层的共挤出：
将耐磨热塑性聚氨酯原料按配方要求分别计量，然后分别用高速热混机低速冷混机掺混在一起搅拌均匀，过筛后投入到双螺杆挤出机内，原料塑化呈熔融态，然后冷却、牵引和切粒，制备出耐磨热塑性聚氨酯改性颗粒料，并将其烘干密封储存。
将改性聚氨酯颗粒料和辅助功能层颗粒放入相应的挤出机的料斗中，通过挤出机加热加压使原料塑化成熔融态，并从成型口模中共挤出成型管坯，再将管状由定径机定径，以达到工艺要求的热塑性聚氨酯内衬层和辅助功能层的直径和厚度，经水冷箱定型后切割成所需的长度。辅助功能层可以为热塑性聚氨酯内衬层挤出牵引提供足够的抗压刚度，并且在使用过程中可以起到监测管子耐磨寿命的作用。
2、抗压纤维层缠绕/编织：
首先使用并线机将纤维长丝从大卷上并到缠绕机/编织机的锭子线轴上。将缠好线的锭子线轴安装到锭子上，并将锭子安装到缠绕机/编织机上。设定牵引速度和编织角度，后将纤维均匀的缠绕/编织到辅助功能层的外表面上。
3、外保护层挤出：
将热塑性工程塑料颗粒或热塑性聚氨酯或改性热塑性聚氨酯颗粒料放入挤出机料斗中，通过挤出机加热加压使原料塑化成熔融态，并从成型口模中挤出并覆盖到抗压编织层的外表面，再经过冷却定型后切割成所需的长度。
实施例6
本实施例的耐磨耐高压非金属多层复合柔性管中，耐磨热塑型聚氨酯的配方按重量份记为：热塑性聚氨酯弹性体100份，耐磨填料二硫化钼5份，抗氧剂0.3份；本实例中采用的热塑性聚氨酯弹性体是购买的万华生产,牌号8290。所采用的热塑性聚氨酯弹性体的基本性能要求：硬度：85～95，拉伸强度≥25MPa，撕裂强度≥70N/mm。
本实施例的辅助功能层采用的高密度聚乙烯(HDPE)，拉伸强度≥20MPa，断裂伸长率≥400％，并在HDPE中增加了0.5％质量分数的氧化铁红染色粒子。。
本实施例中纤维增强层采用的纤维为芳纶纤维，纤维直径为1mm，捻度41，Z向。
本实施例中外保护层采用高密度聚乙烯(HDPE)，拉伸强度≥20MPa，断裂伸长率≥400％。
本实施例中，热塑性聚氨酯内衬层管道尺寸是：内径101.3mm，壁厚10mm，长度5m；辅助功能层厚度为5mm；纤维增强层采用一层纤维编织工艺，编织厚度为2mm；外保护层壁厚为5mm。
本实施例的耐磨耐高压非金属多层复合柔性管的制作方法与实施例5基本相同。
实施例7
本实施例的耐磨耐高压非金属多层复合柔性管中，耐磨热塑型聚氨酯的配方按重量份记为：热塑性聚氨酯弹性体100份，耐磨填料石墨烯2份、碳纳米管3份，抗氧剂0.3份；本实例中采用的热塑性聚氨酯弹性体是购买的万华生产,牌号8190。所采用的热塑性聚氨酯弹性体的基本性能要求：硬度：85～95，拉伸强度≥25MPa，撕裂强度≥70N/mm。
本实施例的辅助功能层采用的高密度聚乙烯(HDPE)，拉伸强度≥20MPa，断裂伸长率≥400％，并在HDPE中增加了0.5％质量分数的氧化铁红染色粒子。
本实施例中纤维增强层采用的纤维为芳纶纤维，纤维直径为2mm，捻度70，Z向。
本实施例中外保护层采用TPU8190纯料，拉伸强度≥25MPa，断裂伸长率≥400％。
本实施例中，热塑性聚氨酯内衬层管道尺寸是：内径193.7mm，壁厚15mm，长度5m；辅助功能层厚度为8mm；纤维增强层采用两层纤维缠绕工艺，缠绕总厚度为4mm；外保护层壁厚为5mm。
本实施例的耐磨耐高压非金属多层复合柔性管的制作方法与实施例5基本相同。
实施例8
本实施例的耐磨耐高压非金属多层复合柔性管中，耐磨热塑型聚氨酯的配方按重量份记为：热塑性聚氨酯弹性体100份，耐磨填料蒙脱土3份、硅烷偶联剂改性石墨烯1份、聚氨酯预聚体改性碳纳米管2份，抗氧剂0.3份；本实例中采用的热塑性聚氨酯弹性体是购买的万华生产,牌号A890。所采用的热塑性聚氨酯弹性体的基本性能要求：硬度：85～95，拉伸强度≥25MPa，撕裂强度≥70N/mm。
本实施例的辅助功能层采用的高密度聚乙烯(HDPE)，拉伸强度≥20MPa，断裂伸长率≥400％，并在HDPE中增加了0.5％质量分数的氧化铁红染色粒子。
本实施例中纤维增强层采用的纤维为碳纤维，纤维直径为1mm。
本实施例中外保护层采用TPU8190纯料，拉伸强度≥25MPa，断裂伸长率≥400％。
本实施例中，热塑性聚氨酯内衬层管道尺寸是：内径193.7mm，壁厚15mm，长度5m；辅助功能层厚度为8mm；纤维增强层采用两层纤维编织工艺，编织总厚度为4mm；外保护层壁厚为5mm。
本实施例的耐磨耐高压非金属多层复合柔性管的制作方法与实施例5基本相同。
各实施例中的聚氨酯材料与几种常见管线用材料性能对比参见表1。
表1各实施例中的聚氨酯材料与几种常见管线用材料性能对比
Figure BDA0002317085330000131
由表1可以看出，本发明的耐磨耐高压非金属多层复合柔性管具有良好的耐磨和耐水性能。
表2各实施例中的耐磨耐高压非金属多层复合柔性管爆破压力对比
Figure BDA0002317085330000132
由表2可以看出，本发明的耐磨耐高压非金属多层复合柔性管具有良好抗内压能力。
此外，各实施例的耐磨耐高压非金属多层复合柔性管，最小弯曲半径为管道直径的10倍左右，很容易弯曲，可实现大长度的生产，存储，运输和安装。

Claims (10)

1.一种采矿用耐磨耐高压非金属复合柔性管，其具有多层管壁结构，包括热塑性聚氨酯内衬层、抗压纤维增强层和外保护层，其中抗压纤维增强层设置在热塑性聚氨酯内衬层与外保护层之间。
2.根据权利要求1所述的柔性管，其中，所述热塑性聚氨酯内衬层的原料配方包括：聚氨酯基体89.5～99.4wt％，耐磨填料0.5～10wt％，抗氧剂0.1～0.5wt％。
3.根据权利要求2所述的柔性管，其中，所述聚氨酯基体的硬度70～98，拉伸强度≥20MPa，撕裂强度≥60N/mm；
所述耐磨填料包括经过改性处理或未经改性处理的碳纳米管、二硫化钼、石墨烯和蒙脱土中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的柔性管，其中，所述抗压纤维增强层为纤维编织或者缠绕形成的结构，编织或缠绕层数为一层或多层；所采用的纤维选自聚酯纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、碳纤维等非金属纤维长丝中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的柔性管，其中，所述外保护层的形成材料为热塑性聚氨酯材料或热塑性工程塑料，其与热塑性聚氨酯内衬层的材质相同或不同。
6.根据权利要求1所述的柔性管，其还包括辅助功能层，所述辅助功能层设置在热塑性聚氨酯内衬层与抗压纤维增强层之间。
7.根据权利要求6所述的柔性管，其中，所述辅助功能层的形成材料为热塑性工程塑料；
所述辅助功能层中可选择性添加能够被检测的染色粒子或者其他无机粒子。
8.一种制备权利要求1～7任一项所述的柔性管的方法，该方法包括：
将热塑性聚氨酯内衬层的材料挤出形成内衬层；
在内衬层外表面编织或缠绕抗压纤维增强层；
在抗压纤维增强层外表面挤出包覆外保护层，制备得到所述的柔性管。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所制备的柔性管还包括辅助功能层，该方法包括：
将热塑性聚氨酯内衬层的材料和辅助功能层的材料分别共挤出内衬层和辅助功能层，辅助功能层包覆在内衬层的外表面上；
在辅助功能层的外表面上编织或缠绕抗压纤维增强层；
在抗压纤维增强层外表面挤出包覆外保护层，制备得到所述的柔性管。
10.权利要求1～7任一项所述的柔性管在作为陆地或海洋的液相、气固、液固混合相及多相流的矿产的开采和/或输送管道中的应用。
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