CN114103304A - 一种耐老化钢塑复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐老化钢塑复合材料及其制备方法，包括以下步骤：步骤一、制备基体薄壁管成品；步骤二、制备内衬管体半成品和第二复合层半成品，将内衬管体半成品和第二复合层半成品进行双层共挤，冷却后得到内衬管体成品和第二复合层成品共同组成的内衬件；步骤三、制备第一复合层半成品，然后将内衬件置于基体薄壁管成品内部，内衬件和基体薄壁管成品的两端圆心点重合，然后将第一复合层半成品注入基体薄壁管成品与内衬件之间的空腔内，得到钢塑复合材料半成品；本发明中的钢塑复合材料成品不容易出现内部断裂的问题，保证了整体的输送效果，而且在地震多发地带具有更好的使用表现。
Description
技术领域
本发明涉及钢化塑复合材料技术领域，具体涉及一种耐老化钢塑复合材料及其制备方法。
背景技术
钢塑复合管是近年来发展的一种新型管道材料，它以无缝钢管、焊接钢管、镀锌钢管为基体，与各种类型的塑料(如环氧树脂、聚乙烯等)经复合而成，一般市面上常见的复合管是由金属薄壁管内衬工程塑料管组合而成，其内衬管的材质为超高分子量聚乙烯，因其卫生无毒、耐低温性能优良、耐磨不结垢的优点被广泛应用于各类运输行业，但是在埋入地下使用以及产品转运过程中，无法减少工程塑料管受到的震荡，容易出现内部断裂的问题，一旦内部管材断裂，外部又难以发现断裂位置，会对整体的输送效果造成巨大影响，而且在地震多发地带使用时更为明显，基于此，本发明提出一种解决方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐老化钢塑复合材料及其制备方法，以期解决背景技术中提出的技术问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种耐老化钢塑复合材料，包括基体薄壁管和内衬管体，内衬管体位于基体薄壁管的内部，基体薄壁管与内衬管体之间连接有第一复合层，内衬管体的内壁上设置有第二复合层；基体薄壁管材料成份范围为：C％：0.25-1.0％，Mn％：18-32％，氮含量控制在0.08-0.16wt％，Al％：<0.8wt％,Si％<0.6wt％，S％<0.006％，P％<0.02％，余量是Fe。
作为本发明进一步的方案：一种耐老化钢塑复合材料的制备方法,包括以下步骤：
步骤一、制备基体薄壁管成品；
步骤二、制备内衬管体半成品和第二复合层半成品，将内衬管体半成品和第二复合层半成品进行双层共挤，冷却后得到内衬管体成品和第二复合层成品共同组成的内衬件；
步骤三、制备第一复合层半成品，然后将内衬件置于基体薄壁管成品内部，内衬件和基体薄壁管成品的两端圆心点重合，然后将第一复合层半成品注入基体薄壁管成品与内衬件之间的空腔内，得到钢塑复合材料半成品；
步骤四、将钢塑复合材料半成品充分冷却后，将超出基体薄壁管成品长度的内衬件切除，得到钢塑复合材料成品。
作为本发明进一步的方案：基体薄壁管成品通过以下步骤进行制备：
A1、采用电磁感应炉真空熔炼，充氩气保护，浇铸成管材胚体；
A2、对管材胚体依次进行热轧和冷轧，其中，热轧的加热温度1100-1200℃，保温30分钟-3小时后，在四辊热轧机上热轧，得到管壁厚度为3-4mm的热轧薄壁管，总变形量为80-90％，热轧的开轧温度为1100℃，终轧温度为760℃，终轧之后进行空冷，然后将其经酸洗后在五辊冷轧机上冷轧，冷轧压下率控制在40-60％，得到管壁厚度为2.25-3.25mm的冷轧薄壁管；
A3、将冷轧薄壁管在加热炉中在设定温度650-750℃保温20-60分钟后，以5℃/min-10℃/min的速度冷却至室温。
作为本发明进一步的方案：内衬管体半成品通过以下步骤进行制备：
B1、按重量份称取嵌段共聚聚丙烯100-120份、炭黑40-60份、活化剂一2-7份、增塑剂1-4份、硫化剂2-3份和促进剂3-5份；
B2、将嵌段共聚聚丙烯和炭黑外的所有助剂，采用密炼机混炼，使之混炼均匀，然后再加入嵌段共聚聚丙烯和炭黑继续混炼，炼制均匀即得内衬管体半成品。
作为本发明进一步的方案：第二复合层半成品通过以下步骤进行制备：
C1、按重量份称取耐热聚乙烯60-70份、炭黑20-50份、防老剂1-2份、增粘树脂2-5份和活化剂二4-6份；
C2、将C1中的所有材料与短玻璃纤维按照质量比20：1.3的比例加入密炼机中进行混炼，混炼均匀后得到第二复合层半成品。
作为本发明进一步的方案：第一复合层半成品通过以下方法制得：将CPVC树脂、弹性体橡胶型CPE和无碱玻璃纤维按照质量比15：20:1的比例加入密炼机中进行混炼，混合均匀后即得第一复合层半成品。
本发明的有益效果：
1、本发明中的第一复合层可以起到减震的效果，并且为内衬管体的受热膨胀提供一定的形变空间，避免内衬管体使用过程中出现裂纹，制备的钢塑复合材料成品不容易出现内部断裂的问题，保证了整体的输送效果，而且在地震多发地带具有更好的使用表现，具有更广阔的应用前景。
2、第二复合层作为损耗材料，使得内衬管体不直接与运输物质相接触，减少了内衬管体被腐蚀的可能性，延缓内衬管体的老化，从而延长了内衬管体的使用年限，使得本发明相对于市面上常见的一般的钢塑复合材料具有更好的使用质量。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
请参阅图1所示，本发明为一种耐老化钢塑复合材料，包括基体薄壁管和内衬管体，内衬管体位于基体薄壁管的内部，基体薄壁管与内衬管体之间连接有第一复合层，内衬管体的内壁上设置有第二复合层；基体薄壁管材料成份范围为：C％：0.25-1.0％，Mn％：18-32％，氮含量控制在0.08-0.16wt％，Al％：<0.8wt％,Si％<0.6wt％，S％<0.006％，P％<0.02％，余量是Fe，层错能控制在30-50mJ·mm2，进一步的，氮含量控制在0.10-0.16wt％，基体薄壁管的内径为15-65mm，管壁厚度为2.25-3.25mm，在结构上，一般的钢塑复合材料仅由金属薄壁管内衬工程塑料管组合而成，这样的结构一定程度上可以减少工程塑料管受到外界环境的影响，延长其使用寿命，但是在埋入地下使用以及产品转运过程中，无法减少工程塑料管受到的震荡，容易出现内部断裂的问题，一旦内部管材断裂，外部又难以发现断裂位置，会对整体的输送效果造成巨大影响，而且在地震多发地带使用时更为明显，本发明中的第一复合层可以起到减震的效果，并且为内衬管体的受热膨胀提供一定的形变空间，避免内衬管体使用过程中出现裂纹，第二复合层作为损耗材料，使得内衬管体不直接与运输物质相接触，减少了内衬管体被腐蚀的可能性，从而延长了内衬管体的使用年限，使得本发明相对于市面上常见的一般的钢塑复合材料具有更好的使用质量，基体薄壁管的内径为15-65mm，管壁厚度为2.25-3.25mm，优选为内径50mm，管壁厚度为2.75-3.2mm，具有更好的机械性能，承压能力超过正常的使用需求，可以适用于更恶劣的使用环境。
一种耐老化钢塑复合材料的制备方法,包括以下步骤：
步骤一、制备基体薄壁管成品；
步骤二、制备内衬管体半成品和第二复合层半成品，将内衬管体半成品和第二复合层半成品进行双层共挤，冷却后得到内衬管体成品和第二复合层成品共同组成的内衬件；
步骤三、制备第一复合层半成品，然后将内衬件置于基体薄壁管成品内部，内衬件和基体薄壁管成品的两端圆心点重合，然后将第一复合层半成品注入基体薄壁管成品与内衬件之间的空腔内，得到钢塑复合材料半成品；
步骤四、将钢塑复合材料半成品充分冷却后，将超出基体薄壁管成品长度的内衬件切除，得到钢塑复合材料成品。
其中，第一复合层半成品通过以下方法制得：将CPVC树脂、弹性体橡胶型CPE和无碱玻璃纤维按照质量比15：20:1的比例加入密炼机中进行混炼，混合均匀后即得第一复合层半成品，其中，无碱玻璃纤维需要预先进行切碎，使得其在弹性体橡胶型CPE的混匀效果更好，可以更好的起到提升第一复合层半成品整体的机械性能的作用，需要说明的是，本发明中所使用的短玻璃纤维在使用前需要进行预处理，需要将其先浸入在质量比浓度为1.5％的硅烷偶联剂的水溶液中，浸泡10min；将浸泡后的短玻璃纤维在温度为80-90℃的条件下烘干20min，再升温至115-125℃，继续烘干30min，得到表面处理过的短玻璃纤维。
实施例二
基体薄壁管成品通过以下步骤进行制备：
A1、采用电磁感应炉真空熔炼，充氩气保护，浇铸成管材胚体；
A2、对管材胚体依次进行热轧和冷轧，其中，热轧的加热温度1100-1200℃，保温30分钟后，在四辊热轧机上热轧，得到管壁厚度为3-4mm的热轧薄壁管，总变形量为80-90％，热轧的开轧温度为1100℃，终轧温度为760℃，终轧之后进行空冷，然后将其经酸洗后在五辊冷轧机上冷轧，冷轧压下率控制在40-60％，得到管壁厚度为2.25-3.25mm的冷轧薄壁管；
A3、将冷轧薄壁管在加热炉中在设定温度650-750℃保温20分钟后，以5℃/min的速度冷却至室温。
内衬管体半成品通过以下步骤进行制备：
B1、按重量份称取嵌段共聚聚丙烯100份、炭黑40份、活化剂一2份、增塑剂1份、硫化剂2份和促进剂3份；活化剂一为氧化锌、硬脂酸中的一种，增塑剂选自邻苯二甲酸二辛酯、己二酸二辛脂、癸二酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯中的一种或几种，硫化剂为二硫代氨基甲酸盐，促进剂为二硫化四甲基秋兰姆；
B2、将嵌段共聚聚丙烯和炭黑外的所有助剂，采用密炼机混炼，使之混炼均匀，然后再加入嵌段共聚聚丙烯和炭黑继续混炼，炼制均匀即得内衬管体半成品。
第二复合层半成品通过以下步骤进行制备：
C1、按重量份称取耐热聚乙烯60-70份、炭黑20-50份、防老剂1-2份、增粘树脂2-5份和活化剂二4-6份；活化剂二为氧化锌、硬脂酸按照质量比1:1的比例混合制得，防老剂为对苯二胺类防老剂；
C2、将C1中的所有材料与短玻璃纤维按照质量比20：1.3的比例加入密炼机中进行混炼，混炼均匀后得到第二复合层半成品。
实施例三
基体薄壁管成品通过以下步骤进行制备：
A1、采用电磁感应炉真空熔炼，充氩气保护，浇铸成管材胚体；
A2、对管材胚体依次进行热轧和冷轧，其中，热轧的加热温度1100-1200℃，保温3小时后，在四辊热轧机上热轧，得到管壁厚度为3-4mm的热轧薄壁管，总变形量为80-90％，热轧的开轧温度为1100℃，终轧温度为760℃，终轧之后进行空冷，然后将其经酸洗后在五辊冷轧机上冷轧，冷轧压下率控制在40-60％，得到管壁厚度为2.25-3.25mm的冷轧薄壁管；
A3、将冷轧薄壁管在加热炉中在设定温度650-750℃保温60分钟后，以10℃/min的速度冷却至室温。
内衬管体半成品通过以下步骤进行制备：
B1、按重量份称取嵌段共聚聚丙烯120份、炭黑60份、活化剂7份、增塑剂4份、硫化剂3份和促进剂5份；活化剂一为氧化锌、硬脂酸中的一种，增塑剂选自邻苯二甲酸二辛酯、己二酸二辛脂、癸二酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯中的一种或几种，硫化剂为二硫代氨基甲酸盐，促进剂为二硫化四甲基秋兰姆；
B2、将嵌段共聚聚丙烯和炭黑外的所有助剂，采用密炼机混炼，使之混炼均匀，然后再加入嵌段共聚聚丙烯和炭黑继续混炼，炼制均匀即得内衬管体半成品。
第二复合层半成品通过以下步骤进行制备：
C1、按重量份称取耐热聚乙烯70份、炭黑50份、防老剂2份、增粘树脂5份和活化剂二6份；活化剂二为氧化锌、硬脂酸按照质量比1:1的比例混合制得，防老剂为对苯二胺类防老剂；
C2、将C1中的所有材料与短玻璃纤维按照质量比20：1.3的比例加入密炼机中进行混炼，混炼均匀后得到第二复合层半成品。
其中，基体薄壁管和内衬管体保证了本发明具有足够的结构强度，第二复合层作为损耗材料，使得内衬管体不直接与运输物质相接触，减少了内衬管体被腐蚀的可能性，从而延长了内衬管体的使用年限，第一复合层可以起到弹性减震的效果，并且为内衬管体的受热膨胀提供一定的形变空间，避免内衬管体使用过程中出现裂纹，保证了本发明使用时具有良好的应用体验。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (8)
1.一种耐老化钢塑复合材料，其特征在于，包括基体薄壁管和内衬管体，所述内衬管体位于基体薄壁管的内部，所述基体薄壁管与内衬管体之间连接有第一复合层，所述内衬管体的内壁上设置有第二复合层；所述基体薄壁管材料成份范围为：C％：0.25-1.0％，Mn％：18-32％，氮含量控制在0.08-0.16wt％，Al％：<0.8wt％,Si％<0.6wt％，S％<0.006％，P％<0.02％，余量是Fe。
2.根据权利要求1所述的一种耐老化钢塑复合材料,其特征在于，氮含量控制在0.10-0.16wt％。
3.根据权利要求1所述的一种耐老化钢塑复合材料,其特征在于，所述基体薄壁管的内径为15-65mm，管壁厚度为2.25-3.25mm。
4.一种耐老化钢塑复合材料的制备方法,其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、制备基体薄壁管成品；
步骤二、制备内衬管体半成品和第二复合层半成品，将内衬管体半成品和第二复合层半成品进行双层共挤，冷却后得到内衬管体成品和第二复合层成品共同组成的内衬件；
步骤三、制备第一复合层半成品，然后将内衬件置于基体薄壁管成品内部，内衬件和基体薄壁管成品的两端圆心点重合，然后将第一复合层半成品注入基体薄壁管成品与内衬件之间的空腔内，得到钢塑复合材料半成品；
步骤四、将钢塑复合材料半成品充分冷却后，将超出基体薄壁管成品长度的内衬件切除，得到钢塑复合材料成品。
5.根据权利要求4所述的一种耐老化钢塑复合材料的制备方法,其特征在于，基体薄壁管成品通过以下步骤进行制备：
A1、采用电磁感应炉真空熔炼，充氩气保护，浇铸成管材胚体；
A2、对管材胚体依次进行热轧和冷轧，其中，热轧的加热温度1100-1200℃，保温30分钟-3小时后，在四辊热轧机上热轧，得到管壁厚度为3-4mm的热轧薄壁管，总变形量为80-90％，热轧的开轧温度为1100℃，终轧温度为760℃，终轧之后进行空冷，然后将其经酸洗后在五辊冷轧机上冷轧，冷轧压下率控制在40-60％，得到管壁厚度为2.25-3.25mm的冷轧薄壁管；
A3、将冷轧薄壁管在加热炉中在设定温度650-750℃保温20-60分钟后，以5℃/min-10℃/min的速度冷却至室温。
6.根据权利要求4所述的一种耐老化钢塑复合材料的制备方法,其特征在于，内衬管体半成品通过以下步骤进行制备：
B1、按重量份称取嵌段共聚聚丙烯100-120份、炭黑40-60份、活化剂一2-7份、增塑剂1-4份、硫化剂2-3份和促进剂3-5份；
B2、将嵌段共聚聚丙烯和炭黑外的所有助剂，采用密炼机混炼，使之混炼均匀，然后再加入嵌段共聚聚丙烯和炭黑继续混炼，炼制均匀即得内衬管体半成品。
7.根据权利要求4所述的一种耐老化钢塑复合材料的制备方法,其特征在于，第二复合层半成品通过以下步骤进行制备：
C1、按重量份称取耐热聚乙烯60-70份、炭黑20-50份、防老剂1-2份、增粘树脂2-5份和活化剂二4-6份；
C2、将C1中的所有材料与短玻璃纤维按照质量比20：1.3的比例加入密炼机中进行混炼，混炼均匀后得到第二复合层半成品。
8.根据权利要求4所述的一种耐老化钢塑复合材料的制备方法,其特征在于，第一复合层半成品通过以下方法制得：将CPVC树脂、弹性体橡胶型CPE和无碱玻璃纤维按照质量比15：20:1的比例加入密炼机中进行混炼，混合均匀后即得第一复合层半成品。
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