CN116376393A - 一种阻燃、抗静电的瓦斯管道及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于矿用瓦斯抽采管道技术领域，具体涉及一种阻燃、抗静电的瓦斯管道及其制备方法，所述瓦斯管道由涂层和金属管道组成；所述涂层为复合材料层；所述复合材料层按质量百分数计由如下物质组成：固体聚酯树脂10‑25％，石墨15‑35％，助剂1‑5％，余量为固体环氧E12树；所述涂层壁厚10‑15mm；本发明采用激光熔融法在金属管道内衬含石墨等物质的涂层，制成的瓦斯管道具有抗腐蚀性强、阻燃抗静电、导热性好、加工精度高、环保节能的优点。
Description
技术领域
本发明属于矿用瓦斯抽采管道技术领域，具体涉及一种阻燃、抗静电的瓦斯管道及其制备方法。
背景技术
传统的矿用瓦斯管道存在易燃、易爆、易腐蚀等问题，安全性能差，使用寿命短的问题，严重威胁煤矿生产安全。石墨材料在石油、化工等领域具有广泛的应用。然而，在石墨材料应用于瓦斯管道等领域时，往往需要具备阻燃抗静电功能，以确保管道运行的安全性。
公开号为CN102643605A的专利公开了一种用于煤矿瓦斯抽放管道的阻燃导静电有机硅纳米陶瓷涂料，其特征在于，它是以有机硅树脂为基料，配以防腐颜料、纳米陶瓷粉体、硅酸盐填料、碳系导电颗粒、助剂以及溶剂混合而成；所述碳系导电颗粒为石墨和/或导电碳黑；该涂料具有优异的防腐性能、机械性能、阻燃性能和防静电性能；但该材料的配方中需要使用纳米陶瓷粉体为碳化硅、三氧化二铝、氮化硅和二氧化硅中的至少一种，助剂为有机膨润土和/或气相二氧化硅，这提高了选料难度，增加了成本。
公开号为CN108384393A的专利公开了一种改进的管道用抗静电阻燃粉末涂料及制作、涂装方法，；所述涂装方法首先将管件预热至粉末涂料熔融温度，然后将流化床流化后的粉末涂料喷涂至管件上，随后进行固化，固化温度为160℃～200℃，固化时间为6～30min；所述管道用抗静电阻燃粉末涂料的制作方法,步骤如下：首先将质量百分比为30～60％的热固性树脂、4.5～30％的固化剂、30～40％的填料及2～12％的助剂，经过高速混合机进行预混合(混合时间控制在5～10min)，然后用熔融挤出机挤出(一区温度控制在40℃-50℃，二区温度控制在60℃-80℃，三区温度控制在95℃～105℃)，并通过冷却辊和冷却带设备冷却至室温，再用破碎设备粉碎成薄片，将薄片细粉碎，这些细粉碎物经过旋风分离器分离并筛选即得到粉末涂料产品，粉末涂料产品颗粒小于120目。但该方法温度控制精度要求高，不利于产业化。
公开号为CN104710908B的专利公开了一种竖井流化床浸涂专用防腐导电粉末涂料及制备方法和应用，其原料构成组分及其重量份数为：成膜树脂和固化剂：500～900份；玻璃鳞片：0～200份；填料：0～350份；助剂：15～50份；导电材料：5～100份；纳米氧化铝或纳米气相二氧化硅：1～5份。本发明粉末涂料具有高玻璃化温度、比重轻，一般≤1.1g/cm3，易于流化的特点，即便在20米深井中加入上百吨粉末，也能轻易地流化均匀，比重太大，难以流化，便不能用竖井浸涂之法；该粉末针对热浸涂施工工艺，涂料成漆膜后具有表面导电特性和耐高温水煮特性，适用于矿井开采防爆瓦斯管道、天然气管道、液化气管道等长线形工件的防腐涂装；适应竖井流化床深度可达20米，仍然具有较好的流化性能，这是一般粉末难以实现；但该方法先将成膜树脂和固化剂、玻璃鳞片、填料、助剂和导电材料投入搅拌器中，混合6—15分钟，放料至双螺杆式挤出机的料斗内，挤出机一区温度90—95度，二区温度100—105度，螺杆转速350—450转/分钟，挤出，冷却压片，得常温料片；然后将常温料片与纳米氧化铝或纳米气相二氧化硅混均匀，再进入粉碎机中进行超微粉碎、过筛、控制粒径范围在D50＝35-50，即得；制作过程中控制参数较多，加料顺序复杂。
因此，研究一种提高管道运行安全性和稳定性、低成本、易制作的瓦斯管道极为重要。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了一种阻燃、抗静电的瓦斯管道及其制备方法。
具体是通过以下技术方案来实现的：
一种阻燃、抗静电的瓦斯管道由涂层和金属管道组成；所述涂层为复合材料层；所述复合材料层按质量百分数计由如下物质组成：固体聚酯树脂10-25％，石墨15-35％，助剂1-5％，余量为固体环氧E12树；所述涂层壁厚为10-15mm。
所述助剂由增塑剂和硬化剂按任意质量比组成。
所述增塑剂和硬化剂均为本领域、本行业的市售试剂。
一种阻燃、抗静电的瓦斯管道的制备方法，包括如下步骤：
第一步金属管道预处理
取具有氧化功能的酸性溶液涂覆在金属管道内表面，使金属管道表面被预处理，形成金属盐类化合物，即得预处理后的金属管道；预处理中具有氧化功能的酸性溶液的使用量以全面去除管道铁锈为准，该预处理形成一层具有稳定的氧化层，增加管道与内衬的粘接力；
第二步复合材料层预混合
取固体环氧E12树脂、固体聚酯树脂、石墨、助剂混合均匀，得到混合粉末；
第三步激光熔融
将管道置于旋转工装上，对管道进行预热，开启旋转设备使管道转动将混合粉末置于预处理后的金属管道内表面上，使用激光熔融设备，逐行扫描或螺旋扫描任一方式扫描混合粉末，形成厚度为10-15mm的涂层，即得管道。
所述具有氧化功能的酸性溶液为硝酸、磷酸、硫酸中任一种。
所述具有氧化功能的酸性溶液的用量为金属管道浓度的5-10％。
所述激光熔融的工作参数为：激光功率2000-3000W，扫描速度为1-3m/min。
本发明的内层中使用聚酯树脂，其在热熔下提供初粘能力，从而形成初胚，而环氧树脂E12在受热后与助剂共同形成不可逆的化学反应，使所有物质交联，从而提高管道的整体强度。控制涂层大于10mm，与传统在金属表面涂附一层防腐涂层相比，该涂层除具有防腐、抗静电等作用外还具有高强度、轻重量的特点；考虑到涂层厚度要大于10mm，因此普通加热方式无法使厚度得到精确控制，或无法完全加热，造成局部过热现象等，因此本发明采用激光熔融技术，通过均匀加热，提高了涂层厚度的可控性、均匀度和强度，因此本发明方法具有高精度、高效率、无接触加工、环保和灵活性高等优点，并且实现了熔融聚酯树脂的同时对环氧树脂进行高效固化，节省了树脂固化工序和缩短了时间。
本发明在涂层配方中添加了石墨，使得涂层具有优异的抗静电性能，并且在燃烧时，石墨能够直接成碳，从而具有阻绝作用，因此实现了无须单独外加阻燃剂与抗静电剂，同时还具备自润滑功能。
有益效果：
本发明采用激光熔融法在金属管道内衬含石墨等物质的涂层，制成的瓦斯管道具有以下优点：
1)抗腐蚀性强：涂层含有石墨，改善了管道的耐腐蚀性能，能够有效抵御瓦斯管道内部的腐蚀介质(比如酸、碱、盐等)，从而延长管道的使用寿命。
2)阻燃抗静电：石墨材料本身具有阻燃和抗静电的特性，能够有效降低管道内部的火灾和爆炸风险。阻燃：采用酒精灯燃烧30S后离开火焰5S内自然熄灭，抗静电：表面电阻小于105Ω。
3)加工精度高：采用激光熔融法进行加工，可以精确地控制石墨层的厚度和形状，从而保证管道内部的通畅性和一致性；同时实现树脂固化，节省了固化工艺和成本。
4)环保节能：激光加工过程无需使用任何化学品和溶剂，具有环保节能的优势。
5)耐磨性：本发明的瓦斯管道能够承受管道内部介质的冲刷和摩擦，延长管道使用寿命。
6)导电性：石墨是一种良好的导电材料，能够保持管道内部的电导性能，有助于防止静电积聚和火灾爆炸。
7)不吸附性：本发明的瓦斯管道表面不易附着介质，能够保持管道内壁的光滑度和清洁度，有利于流体的运输和传递。
8)易于加工：石墨材料具有良好的可加工性和成型性，能够根据实际需求进行加工和制造，适用于各种形状和规格的管道内衬，因此在涂层配方中添加石墨，能够提高所有物料的可塑性，进而易于加工成型。
对实施例1-3和对比例1制得的瓦斯管道进行阻燃性能检测，具体如下：
检测方法：采用酒精灯对金属管道内壁进行燃烧30s后，撤离酒精灯；检测数据：
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或代替，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。
实施例1
一种阻燃、抗静电的瓦斯管道由涂层和金属管道组成；所述涂层为复合材料层；所述复合材料层按质量百分数计由如下物质组成：固体环氧E12树脂40％，固体聚酯树脂25％，石墨30％，助剂5％；所述助剂由增塑剂和硬化剂按等质量比组成；所述金属管道壁厚为4mm；
上述阻燃、抗静电的瓦斯管道的制备方法，包括如下步骤：
第一步金属管道预处理
取浓度5％的硝酸溶液涂覆于金属管道内表面，使金属管道表面被预处理，形成金属盐类化合物，即得预处理后的金属管道；预处理中具有氧化功能的酸性溶液的使用量以全面去除管道铁锈为准；
第二步复合材料层预混合
取固体环氧E12树脂、固体聚酯树脂、石墨助剂混合均匀，得到混合粉末；
第三步激光熔融
将混合粉末置于预处理后的金属管道内表面上，使用激光熔融设备，逐行扫描或螺旋扫描任一方式扫描混合粉末，形成厚度为10mm的涂层，即得管道；
所述激光熔融的工作参数为：激光功率2000W，扫描速度为1m/min。
实施例2
一种阻燃、抗静电的瓦斯管道由涂层和金属管道组成；所述涂层为复合材料层；所述复合材料层按质量百分数计由如下物质组成：固体环氧E12树脂40％，固体聚酯树脂30％，石墨25％，助剂5％；所述助剂由增塑剂和硬化剂按任意质量比组成；所述金属管道壁厚为4mm；
上述阻燃、抗静电的瓦斯管道的制备方法，包括如下步骤：
第一步金属管道预处理
取浓度10％的磷酸溶液涂覆于金属管道内表面，使金属管道表面被预处理，形成金属盐类化合物，即得预处理后的金属管道；预处理中具有氧化功能的酸性溶液的使用量以全面去除管道铁锈为准；
第二步复合材料层预混合
取固体环氧E12树脂、固体聚酯树脂、石墨、阻燃剂、抗静电剂、助剂混合均匀，得到混合粉末；
第三步激光熔融
将混合粉末置于预处理后的金属管道内表面上，使用激光熔融设备，逐行扫描或螺旋扫描任一方式扫描混合粉末，形成厚度为15mm的涂层，即得管道；
所述激光熔融的工作参数为：激光功率3000W，扫描速度为3m/min。
实施例3
一种阻燃、抗静电的瓦斯管道由涂层和金属管道组成；所述涂层为复合材料层；所述复合材料层按质量百分数计由如下物质组成：固体环氧E12树脂45％，固体聚酯树脂25％，石墨25％，助剂5％；所述助剂由增塑剂和硬化剂按任意质量比组成；所述金属管道壁厚为4mm；
上述阻燃、抗静电的瓦斯管道的制备方法，包括如下步骤：
第一步金属管道预处理
取浓度7％的硫酸溶液涂覆于金属管道内表面，使金属管道表面被预处理，形成金属盐类化合物，即得预处理后的金属管道；预处理中具有氧化功能的酸性溶液的使用量以全面去除管道铁锈为准；
第二步复合材料层预混合
取固体环氧E12树脂、固体聚酯树脂、石墨、阻燃剂、抗静电剂、助剂混合均匀，得到混合粉末；
第三步激光熔融
将混合粉末置于预处理后的金属管道内表面上，使用激光熔融设备，逐行扫描或螺旋扫描任一方式扫描混合粉末，形成厚度为12mm的涂层，即得管道；
所述激光熔融的工作参数为：激光功率2500W，扫描速度为2m/min。
对比例1
在实施例1的配方基础上，采用离心浇筑法制成瓦斯管道，具体是：
1)金属管道预处理：取浓度7％的硫酸溶液涂覆于金属管道内表面；
2)取固体环氧E12树脂、固体聚酯树脂、石墨、阻燃剂、抗静电剂、助剂混合均匀，得到混合粉末；
3)将预处理后的金属管定位在离心浇铸机上进行预热至160℃，将混合粉末离心浇注形成金属管道的复合内壁；
4)浇注后充入高压气体，将内壁压紧压实，待树脂固化后即得瓦斯管道。
对比例2
在在实施例1的配方和工艺基础上，不添加石墨。
Claims (6)
1.一种阻燃、抗静电的瓦斯管道；其特征在于，所述瓦斯管道由涂层和金属管道组成；所述涂层为复合材料层；所述复合材料层按质量百分数计由如下物质组成：固体聚酯树脂10-25％，石墨15-35％，助剂1-5％，余量为固体环氧E12树；所涂层厚度为10-15mm。
2.如权利要求1所述一种阻燃、抗静电的瓦斯管道，其特征在于，所述助剂由增塑剂和硬化剂按任意质量比组成。
3.如权利要求1所述一种阻燃、抗静电的瓦斯管道的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步金属管道预处理
取具有氧化功能的酸性溶液涂覆在金属管道内表面，使金属管道表面被预处理，形成金属盐类化合物，即得预处理后的金属管道；
第二步复合材料层预混合
取固体环氧E12树脂、固体聚酯树脂、石墨、助剂混合均匀，得到混合粉末；
第三步激光熔融
将管道置于旋转工装上，对管道进行预热至120℃，开启旋转设备使管道转动，混合粉末置于预处理后的金属管道内表面上，使用激光熔融设备，逐行扫描或螺旋扫描任一方式扫描混合粉末，形成厚度为10-15mm的涂层，即得管道。
4.如权利要求5所述一种阻燃、抗静电的瓦斯管道的制备方法，其特征在于，所述具有氧化功能的酸性溶液为硝酸、磷酸、硫酸中任一种。
5.如权利要求5所述一种阻燃、抗静电的瓦斯管道的制备方法，其特征在于，所述具有氧化功能的酸性溶液的浓度为5-10％。
6.如权利要求5所述一种阻燃、抗静电的瓦斯管道的制备方法，其特征在于，所述激光熔融的工作参数为：激光功率2000-3000W，扫描速度为1-3m/min。
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