CN111765300A - 一种阻隔复合管及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种阻隔复合管及其制备方法，包括由内衬层、阻隔层、铝层、增强层、外包覆层组成，内衬层与阻隔层、阻隔层与铝层、铝层与增强层之间有热熔胶层。所述内衬层由耐腐蚀的塑料层通过挤出而成；所述的热熔胶层与阻隔层是通过挤出构成；所述的铝层是铝片通过搭接焊在热熔胶外表面形成包覆层；所述增强层是增强材料通过轴向、环向、螺旋缠绕而成；所述外包覆层是热塑性树脂通过挤出而成。本发明采用了以上技术方案，各层之间粘结效果好，输送介质中的气体阻隔性能好，而且复合管刚性大，强度高。

Description

一种阻隔复合管及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合管及其制备技术领域，具体涉及一种阻隔复合管及其制备方法。
背景技术
油田集输油所采用的管道主要为金属钢管，由于石油成分复杂，含有较多腐蚀性物质，如二氧化碳，硫化氢等气体，会在钢管中发生渗透，易导致钢管发生腐蚀穿孔，从而导致石油泄漏，造成环境污染。研发人员采用了很多方法去防止或者减缓钢管的腐蚀问题，对金属管道是采用涂层的方式减少腐蚀，还采用非金属管道替代金属管道，非金属管道中的基体材料对石油的耐腐蚀性较好，但是对其中的气体的渗透性难阻止，需要在非金属管道中设计气体抗阻隔结构。
中国专利申请号为201710568571.9的发明专利申请公开了一种高阻隔低渗透柔性可盘绕式复合管，该高阻隔低渗透柔性可盘绕式复合管由内衬层、阻隔层、增强层及外护套构成；其中，所述的内衬层为以高密度聚乙烯为基体的高分子材料构成或由高密度聚乙烯、高分子阻隔材料及助剂共混而成；所述的阻隔层材料为高分子阻隔材料及助剂共混而成。其未在内衬层与阻隔层及阻隔层与增强层之间考虑用热熔胶相粘结，会导致层与层之间发生脱粘，经盘卷收集后脱粘分层现象表现更加明显，从而导致抗阻隔性能较差。
中国专利申请号为201910083243.9的发明专利申请公开了一种输气用柔性复合管及其制备方法，其技术方案是：由内层管、增强层及外层管组成，内层管处于复合管最内层，增强层处于内层管和外层管中间，外层管为柔性管的外防护层；所述内层管由内防腐层、外防腐层及气体阻隔层构成，气体阻隔层设在内防腐层及外防腐层中间；所述增强层为2-10层长纤维增强热塑性树脂基体预浸带先后以螺旋缠绕、环向缠绕的方式缠绕在内层管外表面而形成；所述外层管为聚乙烯或聚丙烯与助剂构成的塑料树脂层。层与层之间也没有通过热熔胶进行粘结，同样会导致盘卷收集时导致分层，从而使得气体渗透加强，其结构设计存在缺陷。
中国专利申请号为201910253797.9的发明专利申请公开了一种耐高压防渗透的保温复合管道及其制备方法，保温复合管道包括由内到外依次设置的内层工作层、中层保温层、外层防护层，所述内层工作层包括由内到外依次设置的防渗透阻隔层、聚乙烯材料层、改性增强层、热敏微发泡黏胶层、预浸带缠绕层，聚乙烯材料层为PERT-Ⅱ型高密度聚乙烯材料层，防渗透阻隔层采用尼龙MXD6或乙烯/乙烯醇共聚物制成，改性增强层为玻璃纤维增强尼龙MXD6层，预浸带缠绕层为玻璃纤维增强聚乙烯预浸带层，改性增强层由以下重量份的组分组成：尼龙MXD635～50份，玻璃纤维15～50份，硅烷偶联剂0.2～1份，抗氧剂1～2份，润滑剂0.5～1份，增韧剂5～15份。其阻隔层是直接与运输介质相接触，在有水存在的条件下，这样会使得阻隔层的阻隔性能降低，抗渗透性减弱，从而缩短了使用寿命。
中国专利申请号为201720995224.X的发明专利申请公开了一种酸性天然气集输用高阻隔柔性复合管，包括内层管，增强层和外层管，内层管由内层、中间层和外层组成，中间层为阻隔层，阻隔层与内外层之间未采用热熔胶粘结，结构设计比本发明结构设计简单，抗渗透性较差。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种阻隔复合管及其制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种阻隔复合管，其特征在于，包括内衬层、阻隔层、铝层、增强层及外包覆层，所述内衬层与阻隔层之间设有第一热熔胶层，所述阻隔层与铝层之间设有第二热熔胶层，所述铝层与增强层之间设有第三热熔胶层。
所述的一种阻隔复合管，其特征在于，所述内衬层采用耐腐蚀的塑料层通过挤出成型；所述第一热熔胶层与阻隔层是通过挤出成型；所述铝层是铝片通过搭接焊在第二热熔胶层外表面形成包覆层；所述增强层是增强材料通过轴向、环向、螺旋缠绕形成；所述外包覆层是热塑性树脂通过挤出成型。
所述的一种阻隔复合管，其特征在于，所述内衬层及外包覆层均为PVDF、PERT、PEX、PE、PP、PEX、UHMWPE、PEEK、POK、PA、PB中的一种。
所述的一种阻隔复合管，其特征在于，所述阻隔层为EVOH、PVDC、POK中的一种。
所述的一种阻隔复合管，其特征在于，所述铝层为铝片经过超声波或者激光进行搭接焊。
所述的一种阻隔复合管，其特征在于，所述增强层采用的增强材料为连续单向纤维预浸带、纤维干纱、钢丝或钢带，所述连续单向纤维预浸带及纤维干纱所用的纤维为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、涤纶纤维、玄武岩纤维、硼纤维、碳化硅纤维中的一种或者多种混合组成，所述增强材料的缠绕角度为0-90°。
所述的一种阻隔复合管，其特征在于，所述第一热熔胶层及第二热熔胶层是用内衬层材料接枝的马来酸酐，第三热熔胶层是用外包覆层材料接枝的马来酸酐。
所述的一种阻隔复合管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)内衬层的挤出：采用拉伸流变挤出机对内衬层进行挤出，机筒内壁开有1-2mm深，4-6mm宽沟槽，沟槽数量为3-6个，呈环形均匀分布于机筒内壁，转子采用偏心转子，机筒和模头加热区间共8个，加热温度设置范围为200-260℃，偏心转子挤出速度为20-50转/min；
2)真空定径：采用定径套对管材的内衬层进行真空定径，其真空度为0-6bar，并采用冷水循环冷却；
3)第一热熔胶层挤出包覆：采用包覆挤出机对第一热熔胶层进行挤出，其挤出温度设置为170-250℃；
4)阻隔层挤出包覆：采用层叠挤出机对阻隔层进行挤出，叠层数为4-20层，挤出工艺温度设置为120-300℃；
5)第二热熔胶层挤出包覆：采用包覆挤出机对热熔胶层进行挤出，其挤出温度设置为170-250℃；
6)铝层搭接焊：铝层采用连续铝箔进行搭接焊包覆，铝箔厚度为0.2-2mm，采用激光对焊缝进行加热；
7)第三热熔胶层挤出包覆；采用包覆挤出机对热熔胶层进行挤出，其挤出温度设置为170-250℃；
8)增强层缠绕：增强层采用正反螺旋交叉缠绕，缠绕角度满足如下关系：
Figure BDA0002542201960000051
其中：D为当前缠绕层内径，d为复合管内径，采用吹热风的形式对缠绕的当前层进行加热，温度设置为130-190℃，缠绕后的复合管通过一个短波红外加热烘箱，其温度设置为100-140℃，张紧力设置为30-300N；
9)外包覆层挤出包覆：外层采用包覆挤出机挤出包覆时，模头采用可抽真空模头，使大气压作用在外层表面上，真空度为0.02-0.1MPa；
10)牵引；采用三抓履带式牵引机进行牵引；
11)切割收集：采用管材切割机进行定长切割并进行收集。
通过采用上述技术，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：本发明采用了以上技术方案，各层之间粘结效果好，输送介质中的气体阻隔性能好，而且复合管刚性大，强度高。
附图说明
图1是本发明的阻隔复合管的截面示意图；
图中：1-内衬层；2-第一热熔胶，3-阻隔层，4-第二热熔胶，5-铝层，6-第三热熔胶，7-增强层，8-外包覆层。
具体实施方式
下面对本发明作进一步的补充说明，但本发明的保护范围并不仅限于此。
如图1所示的一种阻隔复合管，包括内衬层、阻隔层、铝层、增强层、外包覆层组成，内衬层与阻隔层之间设有第一热熔胶、阻隔层与铝层之间设有第二热熔胶、铝层与增强层之间设有第三热熔胶层。所述内衬层由耐腐蚀的塑料层通过挤出而成；所述的热熔胶层与阻隔层是通过挤出构成；所述的铝层是铝片通过搭接焊在热熔胶外表面形成包覆层；所述增强层是增强材料通过轴向、环向、螺旋缠绕而成；所述外包覆层是热塑性树脂通过挤出而成。
内衬层和外包覆层均为PERT，阻隔层为EVOH，铝层为铝片经过超声波进行搭接焊，增强层用的增强材料为聚酯纤维干纱，缠绕角度为45°，热熔胶层为PERT接枝的马来酸酐。
一种阻隔复合管的制备方法，具体实施步骤如下：
1)内衬层的挤出；内衬层挤出采用拉伸流变挤出技术，机筒内壁还开有1mm深，4mm宽沟槽，沟槽数量为4个，呈环形均匀分布于机筒内壁，转子采用偏心转子，机筒和模头加热区间共8个(机筒为4个加热区间，模头为4个加热区间)，加热温度设置范围为200/220/225/235/245/255/230/220℃(8个加热区间，每个区间对应一个温度)，偏心转子挤出速度为40转/min。
2)真空定径；真空定径的真空度为4bar，并采用冷水循环冷却。
3)第一热熔胶层挤出包覆：采用包覆挤出机对第一热熔胶层进行挤出，其挤出温度设置为170/180/180/185/180/180/175℃(挤出过程中分7个温度区间)。
4)阻隔层挤出包覆：阻隔层采用层叠技术进行挤出，叠层数为10层，挤出工艺温度设置为150/160/170/180/180/175/170℃(挤出过程中分7个温度区间)。
5)第二热熔胶层挤出包覆：采用包覆挤出机对热熔胶层进行挤出，其挤出温度设置为170/180/180/185/180/180/175℃(挤出过程中分7个温度区间)。
6)铝层搭接焊；铝层采用宽度比其缠绕当层内径大于0.5mm的连续铝箔进行搭接焊包覆，铝箔厚度为0.5mm，采用激光对焊缝进行加热。
7)第三热熔胶层挤出包覆；采用包覆挤出机对热熔胶层进行挤出，其挤出温度设置为170/180/180/185/180/180/175℃(挤出过程中分7个温度区间)。
8)增强层缠绕；增强层采用正反螺旋交叉缠绕形式，缠绕层数为4层，缠绕角度为+57/-57.3/+57.6/-58，采用吹热风的形式对缠绕的当前层进行加热，温度设置为180℃，缠绕后的复合管通过一个短波红外加热烘箱，其温度设置为130℃，缠绕的张紧力设置为200N。
9)外层挤出包覆；外层挤出包覆时，模头采用可抽真空模头，使得一定的大气压作用在外层表面上，真空度为0.05MPa。
10)牵引；采用三抓履带式牵引机进行牵引。
11)切割收集；采用管材切割机按照标准要求进行定长切割并进行收集。
采用本方法制备的复合管道对氧气的透过量为1cm3/m2.24h.23℃.atm.50％RH，二氧化碳透过量为1.6cm3/m2.24h.23℃.atm.50％RH，传统管道对氧气的透过量为200-500cm3/m2.24h.23℃.atm.50％RH，二氧化碳的透过量为2000-4000cm3/m2.24h.23℃.atm.50％RH；可以看出本发明的管材气体阻隔性能更好。
上面结合说明书附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不受上述实施例的限制，可以在权利要求的范围内改动，如果在本发明技术方案的启发下做的改变、替代、组合、简化，而并非实质性的改变，只要符合本发明的目的，不背离本发明的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种阻隔复合管，其特征在于，包括内衬层(1)、阻隔层(3)、铝层(5)、增强层(7)及外包覆层(8)，所述内衬层(1)与阻隔层(3)之间设有第一热熔胶层(2)，所述阻隔层(3)与铝层(5)之间设有第二热熔胶层(4)，所述铝层(5)与增强层(7)之间设有第三热熔胶层(6)。
2.根据权利要求1所述的一种阻隔复合管，其特征在于，所述内衬层(1)采用耐腐蚀的塑料层通过挤出成型；所述第一热熔胶层与阻隔层(3)是通过挤出成型；所述铝层(5)是铝片通过搭接焊在第二热熔胶层(4)外表面形成包覆层；所述增强层(7)是增强材料通过轴向、环向、螺旋缠绕形成；所述外包覆层(7)是热塑性树脂通过挤出成型。
3.根据权利要求1所述的一种阻隔复合管，其特征在于，所述内衬层(1)及外包覆层(7)均为PVDF、PERT、PEX、PE、PP、PEX、UHMWPE、PEEK、POK、PA、PB中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种阻隔复合管，其特征在于，所述阻隔层(3)为EVOH、PVDC、POK中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种阻隔复合管，其特征在于，所述铝层(5)为铝片经过超声波或者激光进行搭接焊。
6.根据权利要求1所述的一种阻隔复合管，其特征在于，所述增强层(7)采用的增强材料为连续单向纤维预浸带、纤维干纱、钢丝或钢带，所述连续单向纤维预浸带及纤维干纱所用的纤维为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、涤纶纤维、玄武岩纤维、硼纤维、碳化硅纤维中的一种或者多种混合组成，所述增强材料的缠绕角度为0-90°。
7.根据权利要求1所述的一种阻隔复合管，其特征在于，所述第一热熔胶层(2)及第二热熔胶层(4)是用内衬层材料接枝的马来酸酐，第三热熔胶层(6)是用外包覆层材料接枝的马来酸酐。
8.一种根据权利要求1-7中任一所述的一种阻隔复合管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)内衬层的挤出：采用拉伸流变挤出机对内衬层进行挤出，机筒内壁开有1-2mm深，4-6mm宽沟槽，沟槽数量为3-6个，呈环形均匀分布于机筒内壁，转子采用偏心转子，机筒和模头加热区间共8个，加热温度设置范围为200-260℃，偏心转子挤出速度为20-50转/min；
2)真空定径：采用定径套对管材的内衬层进行真空定径，其真空度为0-6bar，并采用冷水循环冷却；
3)第一热熔胶层挤出包覆：采用包覆挤出机对第一热熔胶层进行挤出，其挤出温度设置为170-250℃；
4)阻隔层挤出包覆：采用层叠挤出机对阻隔层进行挤出，叠层数为4-20层，挤出工艺温度设置为120-300℃；
5)第二热熔胶层挤出包覆：采用包覆挤出机对热熔胶层进行挤出，其挤出温度设置为170-250℃；
6)铝层搭接焊：铝层采用连续铝箔进行搭接焊包覆，铝箔厚度为0.2-2mm，采用激光对焊缝进行加热；
7)第三热熔胶层挤出包覆；采用包覆挤出机对热熔胶层进行挤出，其挤出温度设置为170-250℃；
8)增强层缠绕：增强层采用正反螺旋交叉缠绕，缠绕角度满足如下关系：
Figure FDA0002542201950000031
其中：D为当前缠绕层内径，d为复合管内径，采用吹热风的形式对缠绕的当前层进行加热，温度设置为130-190℃，缠绕后的复合管通过一个短波红外加热烘箱，其温度设置为100-140℃，张紧力设置为30-300N；
9)外包覆层挤出包覆：外层采用包覆挤出机挤出包覆时，模头采用可抽真空模头，使大气压作用在外层表面上，真空度为0.02-0.1MPa；
10)牵引；采用三抓履带式牵引机进行牵引；
11)切割收集：采用管材切割机进行定长切割并进行收集。
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