CN117047973B - 一种电热熔多层钢丝缠绕骨架管件及制备方法 - Google Patents

一种电热熔多层钢丝缠绕骨架管件及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电热熔多层钢丝缠绕骨架管件及制备方法，属于复合管件技术领域。本发明中通过直接将处理过的钢丝缠绕在管件定径套上，固定钢丝，用注塑原料进行注塑一步成型，克服了传统的钢丝网骨架塑料复合管三层结构中各层间粘合不密实导致的应力开裂以及管壁过厚的问题，节约了成本；本发明中在钢丝浸入复合磷酸盐溶液中进行钢丝表面粗糙化处理，在电流中反应达到一定时间后亚稳态蚀孔转变为稳态蚀孔，形成对钢丝表面的保护；本发明中胶黏剂由氧化铝和氧化铜研磨后与聚酯多元醇和聚醚多元醇反应制成，该胶黏剂粘接强度高，耐久性好。本发明中胶黏剂中的氧化铝和氧化铜与表面处理后残留的磷酸盐反应，使得表面结合更加密切，粘附性能提升。

Description

一种电热熔多层钢丝缠绕骨架管件及制备方法
技术领域
本发明属于复合管件技术领域，具体地，涉及一种电热熔多层钢丝缠绕骨架管件及制备方法。
背景技术
钢丝缠绕骨架管件具有塑料管材的优点，同时又具有类似钢管的特性，具有很好的综合性能。但是由于钢丝缠绕骨架管件特殊的结构，使管材的应力分布极其复杂，且管材研制开发时间短，还没有形成完善的强度理论与实验体系。在管材的生产和使用过程中，钢骨架塑料复合管电热熔管件的性能出现慢速开裂问题，亟需一种能克服慢速开裂问题的管材管件。
发明内容
本发明涉及一种电热熔多层钢丝缠绕骨架管件及制备方法，属于复合管件技术领域。本发明中通过直接将处理过的钢丝缠绕在管件定径套上，固定钢丝，用注塑原料进行注塑一步成型，克服了传统的钢丝网骨架塑料复合管三层结构中各层间粘合不密实导致的应力开裂以及管壁过厚的问题，节约了成本；本发明中在钢丝浸入复合磷酸盐溶液中进行钢丝表面粗糙化处理，在电流中反应达到一定时间后亚稳态蚀孔转变为稳态蚀孔，形成对钢丝表面的保护；本发明中胶黏剂由氧化铝和氧化铜研磨后与聚酯多元醇和聚醚多元醇反应制成，该胶黏剂粘接强度高，耐久性好。本发明中胶黏剂中的氧化铝和氧化铜与表面处理后残留的磷酸盐反应，使得表面结合更加密切，粘附性能提升。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种电热熔多层钢丝缠绕骨架管件的制备方法，包括以下操作步骤：
(1)将钢丝缠绕在管件定径套上，然后固定钢丝；
(2)将固定后的钢丝送入注塑机，用注塑原料进行注塑成型；
所述钢丝在注塑成型后嵌入管件塑料层内部。
作为本发明的一种优选方案，(1)中所述钢丝需经过如下处理：
S1、将钢丝用砂纸打磨，去离子水清洗，用丙酮浸渍3-5min，干燥；
S2、将干燥后的钢丝浸入复合磷酸盐溶液中，加入电极开始反应进行钢丝表面粗糙化处理。
作为本发明的一种优选方案，S1中所述复合磷酸盐溶液由磷酸钠、磷酸二氢钾、硫酸钠、氯化钠和去离子水制成，其中，磷酸钠、磷酸二氢钾、硫酸钠和氯化钠在总体系中浓度分别为0.04-0.05mol/L、0.04-0.05mol/L、0.02-0.03mol/L和0.04-0.05mol/L。
作为本发明的一种优选方案，S2中所述反应中先设置电极在-600mV通电3-5min，待钢丝中电流稳定后开使以0.1mV/s从-110～-70mV进行动电位扫描。
作为本发明的一种优选方案，(1)中所述钢丝缠绕根据所需电热熔多层钢丝缠绕骨架管件的压力要求缠绕一层或多层。
作为本发明的一种优选方案，(2)中所述固定后的钢丝在表面涂覆胶黏剂后再送入注塑机；所述胶黏剂由粒径为130-180μm的氧化铝和粒径为10-15μm的氧化铜研磨后与聚酯多元醇和聚醚多元醇反应制成。
作为本发明的一种优选方案，所述胶黏剂由以下操作制得：
将聚酯多元醇、聚醚多元醇、氧化铝和氧化铜混合，加热至126-130℃搅拌均匀，于100-110℃减压蒸馏脱水60-90min，降温至60-80℃，再添加4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯，一边搅拌一边加热至140-150℃，抽真空脱除气泡，出料、密封保存，制得胶黏剂。
作为本发明的一种优选方案，(2)中所述注塑原料为超高分子量聚乙烯，所述超高分子量聚乙烯相对分子量为1×106-5×106。
作为本发明的一种优选方案，(2)中所述注塑成型中料筒温度为165-245℃，模具温度80-90℃，注塑压强5.5-6kPa。
上述制备方法制得的电热熔多层钢丝缠绕骨架管件。
本发明的有益效果：
1、本发明提供一种电热熔多层钢丝缠绕骨架管件的制备方法，通过直接将处理过的钢丝缠绕在管件定径套上，然后固定钢丝，然后将固定后的钢丝送入注塑机，用注塑原料进行注塑一步成型。克服了传统的钢丝网骨架塑料复合管三层结构中各层间粘合不密实导致的应力开裂以及管壁过厚的问题，节约了成本。
2、本发明中在钢丝浸入复合磷酸盐溶液中进行钢丝表面粗糙化处理，复合磷酸盐溶液中含有磷酸钠、磷酸二氢钾、硫酸钠和氯化钠，由于PO4 3-的存在，钢丝表面出现蚀孔，增大了钢丝表面的粗糙程度，同时，复合磷酸盐溶液中，而在电流中反应达到一定时间后亚稳态蚀孔转变为稳态蚀孔，PO4 3-表现出较强的孔蚀抑制作用，能够有效提高钢丝的孔蚀保护电位，形成对钢丝表面的保护。
3、本发明中胶黏剂由氧化铝和氧化铜研磨后与聚酯多元醇和聚醚多元醇反应制成，该胶黏剂粘接强度非常高，可以在短时间内将材料牢牢地粘合在一起，同时耐久性非常好，可以适用于各种环境。而胶黏剂中的氧化铝和氧化铜与表面处理后残留的磷酸盐反应，生成含有Cu2+的浆状液，与钢丝表面的铁发生反应，产生铜沉淀，使得表面结合更加密切，粘附性能提升。
4、本发明中注塑原料为超高分子量聚乙烯，超高分子量聚乙烯的冲击韧性在常温下具有良好性能，在-70℃时仍能保持很高的冲击吸收功，其摩擦性能和化学稳定性优异，能耐各种腐蚀性介质(酸、碱、盐)及有机溶剂的侵蚀，适用于耐压需求高、使用环境复杂的各种情况。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，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1
一种电热熔多层钢丝缠绕骨架管件，通过以下制备方法制得：
(1)将钢丝缠绕在管件定径套上，然后固定钢丝；
(2)将固定后的钢丝送入注塑机，用注塑原料进行注塑成型；
所述钢丝在注塑成型后嵌入管件塑料层内部。
(1)中所述钢丝需经过如下处理：
S1、将钢丝用砂纸打磨，去离子水清洗，用丙酮浸渍3min，干燥；
S2、将干燥后的钢丝浸入复合磷酸盐溶液中，加入电极开始反应进行钢丝表面粗糙化处理。
其中，S1中所述复合磷酸盐溶液由磷酸钠、磷酸二氢钾、硫酸钠、氯化钠和去离子水制成，其中，磷酸钠、磷酸二氢钾、硫酸钠和氯化钠在总体系中浓度分别为0.04mol/L、0.04mol/L、0.02mol/L和0.04mol/L。
S2中所述反应中先设置电极在-600mV通电3min，待钢丝中电流稳定后开使以0.1mV/s从-110～-70mV进行动电位扫描。
(1)中所述钢丝缠绕一层，钢丝直径选用Φ1.0mm，钢丝缠绕角度为58度，定径套设置公称直径DN为500，注塑成型的壁厚为12mm。
(2)中所述固定后的钢丝在表面涂覆胶黏剂后再送入注塑机；所述胶黏剂由粒径为130-180μm的氧化铝和粒径为10-15μm的氧化铜研磨后与聚酯多元醇和聚醚多元醇反应制成。
所述胶黏剂由以下操作制得：
将聚酯多元醇(由聚酯多元醇7360和聚酯多元醇7210构成，质量比为1:1.5)、聚醚多元醇N-204、氧化铝和氧化铜按质量比1:0.2:0.3:0.2混合，其中聚酯多元醇共5kg，加热至126℃搅拌均匀，于100℃减压蒸馏脱水60min，降温至60℃，再添加4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯，一边搅拌一边加热至140℃，抽真空脱除气泡45min，出料、密封保存，制得胶黏剂；
其中，4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯的添加量＝多元醇投加量×多元醇的羟值÷245。
(2)中所述注塑原料为超高分子量聚乙烯，所述超高分子量聚乙烯相对分子量为1×106-5×106。
(2)中所述注塑成型中料筒温度为165℃，模具温度80℃，注塑压强5.5kPa。
实施例2
一种电热熔多层钢丝缠绕骨架管件，通过以下制备方法制得：
(1)将钢丝缠绕在管件定径套上，然后固定钢丝；
(2)将固定后的钢丝送入注塑机，用注塑原料进行注塑成型；
所述钢丝在注塑成型后嵌入管件塑料层内部。
(1)中所述钢丝需经过如下处理：
S1、将钢丝用砂纸打磨，去离子水清洗，用丙酮浸渍4min，干燥；
S2、将干燥后的钢丝浸入复合磷酸盐溶液中，加入电极开始反应进行钢丝表面粗糙化处理。
其中，S1中所述复合磷酸盐溶液由磷酸钠、磷酸二氢钾、硫酸钠、氯化钠和去离子水制成，其中，磷酸钠、磷酸二氢钾、硫酸钠和氯化钠在总体系中浓度分别为0.045mol/L、0.045mol/L、0.025mol/L和0.045mol/L。
S2中所述反应中先设置电极在-600mV通电4min，待钢丝中电流稳定后开使以0.1mV/s从-110～-70mV进行动电位扫描。
(1)中所述钢丝缠绕一层，钢丝直径选用Φ1.0mm，钢丝缠绕角度为58度，定径套设置公称直径DN为500，注塑成型的壁厚为12mm。
(2)中所述固定后的钢丝在表面涂覆胶黏剂后再送入注塑机；所述胶黏剂由粒径为130-180μm的氧化铝和粒径为10-15μm的氧化铜研磨后与聚酯多元醇和聚醚多元醇反应制成。
所述胶黏剂由以下操作制得：
将聚酯多元醇(由聚酯多元醇7360和聚酯多元醇7210构成，质量比为1:1.8)、聚醚多元醇N-204、氧化铝和氧化铜按质量比1:0.3:0.4:0.25混合，其中聚酯多元醇共5kg，加热至128℃搅拌均匀，于105℃减压蒸馏脱水75min，降温至70℃，再添加4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯，一边搅拌一边加热至145℃，抽真空脱除气泡45min，出料、密封保存，制得胶黏剂；
其中，4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯的添加量＝多元醇投加量×多元醇的羟值÷245。
(2)中所述注塑原料为超高分子量聚乙烯，所述超高分子量聚乙烯相对分子量为1×106-5×106。
(2)中所述注塑成型中料筒温度为205℃，模具温度85℃，注塑压强5.8kPa。
实施例3
一种电热熔多层钢丝缠绕骨架管件，通过以下制备方法制得：
(1)将钢丝缠绕在管件定径套上，然后固定钢丝；
(2)将固定后的钢丝送入注塑机，用注塑原料进行注塑成型；
所述钢丝在注塑成型后嵌入管件塑料层内部。
(1)中所述钢丝需经过如下处理：
S1、将钢丝用砂纸打磨，去离子水清洗，用丙酮浸渍5min，干燥；
S2、将干燥后的钢丝浸入复合磷酸盐溶液中，加入电极开始反应进行钢丝表面粗糙化处理。
其中，S1中所述复合磷酸盐溶液由磷酸钠、磷酸二氢钾、硫酸钠、氯化钠和去离子水制成，其中，磷酸钠、磷酸二氢钾、硫酸钠和氯化钠在总体系中浓度分别为0.05mol/L、0.05mol/L、0.03mol/L和0.05mol/L。
S2中所述反应中先设置电极在-600mV通电5min，待钢丝中电流稳定后开使以0.1mV/s从-110～-70mV进行动电位扫描。
(1)中所述钢丝缠绕一层，钢丝直径选用Φ1.0mm，钢丝缠绕角度为58度，定径套设置公称直径DN为500，注塑成型的壁厚为12mm。
(2)中所述固定后的钢丝在表面涂覆胶黏剂后再送入注塑机；所述胶黏剂由粒径为130-180μm的氧化铝和粒径为10-15μm的氧化铜研磨后与聚酯多元醇和聚醚多元醇反应制成。
所述胶黏剂由以下操作制得：
将聚酯多元醇(由聚酯多元醇7360和聚酯多元醇7210构成，质量比为1:2)、聚醚多元醇N-204、氧化铝和氧化铜按质量比1:0.4:0.5:0.3混合，其中聚酯多元醇共5kg，加热至130℃搅拌均匀，于110℃减压蒸馏脱水90min，降温至80℃，再添加4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯，一边搅拌一边加热至150℃，抽真空脱除气泡45min，出料、密封保存，制得胶黏剂；
其中，4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯的添加量＝多元醇投加量×多元醇的羟值÷245。
(2)中所述注塑原料为超高分子量聚乙烯，所述超高分子量聚乙烯相对分子量为1×106-5×106。
(2)中所述注塑成型中料筒温度为245℃，模具温度90℃，注塑压强6kPa。
对比例1
一种电热熔多层钢丝缠绕骨架管件，与实施例3相比，其制备方法中不用复合磷酸盐溶液处理，其余均与实施例3相同。
对比例2
一种电热熔多层钢丝缠绕骨架管件，与实施例3相比，其制备方法中胶黏剂制备中不添加氧化铜，其余均与实施例3相同。
对比例3
一种电热熔多层钢丝缠绕骨架管件，与实施例3相比，其制备方法中胶黏剂制备中不添加氧化铝，其余均与实施例3相同。
对比例4
一种电热熔多层钢丝缠绕骨架管件，与实施例3相比，其制备方法中用聚乙烯(分子量20000-30000)代替超高分子量聚乙烯，其余均与实施例3相同。
对实施例1-3和对比例1-4制得的电热熔多层钢丝缠绕骨架管件进行如下测试：
试验例1高压釜测试
根据DIN EN ISO 527-2—2012《塑料拉伸性能的测定第2部分：模塑和挤塑塑料的试验条件》对实施例1-3和对比例1-4制得的电热熔多层钢丝缠绕骨架管件进行测试，所得结果见表1。
表1
由表1可得，本发明中，实施例1-3提供的电热熔多层钢丝缠绕骨架管件具有良好的断裂应力和断裂拉伸率，而对比例1-4制得的电热熔多层钢丝缠绕骨架管件在断裂应力和断裂拉伸率相对于实施例有不同程度的下降。
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种电热熔多层钢丝缠绕骨架管件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下操作步骤：
（1）先将钢丝经过如下处理：
S1、将钢丝用砂纸打磨，去离子水清洗，用丙酮浸渍3-5min，干燥；
S2、将干燥后的钢丝浸入复合磷酸盐溶液中，加入电极开始反应进行钢丝表面粗糙化处理；所述复合磷酸盐溶液由磷酸钠、磷酸二氢钾、硫酸钠、氯化钠和去离子水制成，其中，磷酸钠、磷酸二氢钾、硫酸钠和氯化钠在总体系中浓度分别为0.04-0.05mol/L、0.04-0.05mol/L、0.02-0.03mol/L和0.04-0.05mol/L；
再将钢丝缠绕在管件定径套上，然后固定钢丝；
（2）将固定后的钢丝送入注塑机，用注塑原料进行注塑成型；
所述固定后的钢丝在表面涂覆胶黏剂后再送入注塑机；
所述胶黏剂由以下操作制得：将聚酯多元醇、聚醚多元醇、氧化铝和氧化铜混合，加热至126-130℃搅拌均匀，于100-110℃减压蒸馏脱水60-90min，降温至60-80℃，再添加4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯，一边搅拌一边加热至140-150℃，抽真空脱除气泡，出料、密封保存，制得胶黏剂；所述聚酯多元醇、聚醚多元醇、氧化铝和氧化铜的质量比为1:0.2:0.3:0.2、1:0.3:0.4:0.25和1:0.4:0.5:0.3中的一种；
所述钢丝在注塑成型后嵌入管件塑料层内部。
2.根据权利要求1所述的一种电热熔多层钢丝缠绕骨架管件的制备方法，其特征在于，S2中所述反应中先设置电极在-600mV通电3-5min，待钢丝中电流稳定后开使以0.1mV/s从-110～-70mV进行动电位扫描。
3.根据权利要求1所述的一种电热熔多层钢丝缠绕骨架管件的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述钢丝缠绕根据所需电热熔多层钢丝缠绕骨架管件的压力要求缠绕一层或多层。
4.根据权利要求1所述的一种电热熔多层钢丝缠绕骨架管件的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述胶黏剂由粒径为130-180µm的氧化铝和粒径为10-15µm的氧化铜研磨后与聚酯多元醇和聚醚多元醇反应制成。
5.根据权利要求1所述的一种电热熔多层钢丝缠绕骨架管件的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述注塑原料为超高分子量聚乙烯，所述超高分子量聚乙烯相对分子量为1×106-5×106。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的制备方法制得的电热熔多层钢丝缠绕骨架管件。
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