CN1371796A - 抗静电阻燃玻璃钢复合管新工艺 - Google Patents

Abstract

本发明是对现有玻璃钢复合型管路结构和工艺的改进,特别是根据现在法兰连接式玻璃钢管道在物理化学性能的特殊要求所设计的加工新工艺。本工艺设计为四道工序完成,分别为基管成型、端部法兰连接加工、强力层成型和表面装饰,每道工序均对应特别的热固性树脂粘合剂配方使该工艺下的产品真正实现抗蚀、耐久、廉价的基础上达到抗静电和阻燃的效果。

Description

抗静电阻燃玻璃钢复合管新工艺

                 技术领域

本发明属于非金属物流输送管道的制作工艺技术，特别适应于石油、煤矿、冶金、电力、纺织工业中防爆、防火管道的加工。

                 技术背景

玻璃钢制品中的复合管自诞生以来就受到工业界的广泛重视，特别是该类型管道原料广泛而低廉，加工简易而质地坚固，强度高且耐腐蚀，特别是可以随意加工成型。在此类产品生产中多利用玻璃纤维束、纤维制成的布、毡与热固性树脂为主体的胶粘合固化成型。虽然其机械强度、物理特性和耐腐蚀等化学特性上都有很明显的优越性，但同时也存在着易燃、易因物流通过的摩擦产生高压静电产生跳火缺陷，使其无法在井下，特别是易燃、易爆场合下使用。当输送气流中有较大固含量场合缺陷则更加突出，因而严重地影响到玻璃钢复合管道的推广应用。本行业曾研究出多种工艺加工方案来改善此类产品的这一特性，但至今并没有理想的工艺及结构方案从根本上解决这一问题。

                 发明内容

本发明的目的在于提供一种抗静电阻燃玻璃钢复合管加工新工艺，其工艺目标不但要保证复合玻璃钢强度高、耐腐蚀、加工简便、成本低廉的传统特点，而且还要达到抗静电和阻燃的双重效果，并具有连接方便、施工便利的优点。

为以上发明目的的实现，关键在于要解决两个重大问题：一是要使在管道中流过的气体、液体或气固混合体在摩擦管壁时产生的静电荷能够迅速释放，从而避免静电高压的形成起到防止高压跳火，达到防爆的目的。同时要使形成的固化后管体改性，提高其抗燃能力，以适应于易爆、易燃的危险场合。这样就需要在加工工艺过程中特别调配固化粘合剂的组份，以适应其特性的需要。为此，本发明中将全部加工工艺过程设计为四道工序如下：

第一道工序是在管形模具上加工出具有导电特性的基管。基管是防静电阻燃玻璃钢复合管的最里层。它在应用时接触管内的流体。由输送物流与基管的高速摩擦产生的多余电荷不能尽快地释放就会产生电荷聚集，这是很危险的。所以，基管是个特殊的结构层，它不仅要适应磨损、抗燃，重要的是应具有良好的导电特性，所以在管形模具上利用缠绕玻璃纤维束，或用玻璃纤维制成的织物或毛毡同时涂敷热固性树脂胶粘合剂加工中，其关键要素自然是树脂粘合剂应具有良好的导电特性，这样在固化后形成的基管能够保持良好的导电特性。

第二道工序是借助法兰盘模具在基管端部加工出适应法兰连接的边缘和阶梯性茬口。法兰盘模具由凸形盘式底座、筒形抱砸和设在底座上的定位柱组成的。基管竖直定位在定位柱上，然后分层缠绕铺衬玻璃纤维束或玻璃纤维织物并涂敷热固性复合树脂胶，使其固化后在基管上形成阶梯形茬口的同时并产生与法兰连接的直角边缘。当然在成型固化时应垂直加压使边缘外表面形成规则的密封齿形圈。此时应套入金属法兰盘备用。在此道工艺中，可以直接加宽端部法兰边缘相应几何尺寸，将其直接加工成非金属法兰盘。在本道工序中特别重要的是在加工端缘的同时在基管上铺设一根泄漏金属线，该金属线沿基管外表面轴向铺设，从端部凸缘引出与法兰盘顺向引出。应用施工时将该金属线良好接地可有效地将基管上残存静电荷快速引泄至地下。

第三道工序是重新将加工好端部的基管水平设置在水平放置的管形模具上。用相同的玻璃纤维材料沿基管表面逐层缠绕并涂敷固性树脂粘合剂，直使两端缘内侧留下的阶梯性茬口逐层接铺平，最终形成基管外的完整的复合管主体强力层。本道工序中的主体强力层应体现出复合玻璃钢管的主要物理指标，它需要有足够的耐压和抗弯强度，所有这部分特性应当通过粘合剂配方来加以实现，并保证相应几何尺寸。

第四道工序是在强力层完成的基础上在外表面层的缺陷或不够平滑处，用玻璃纤维或织物做装饰性修补，并用装饰性粘合剂涂敷、抹平，待固化后再去除表面的毛刺、气泡及胶瘤，就形成最终产品。

                 附图说明

附图1为基体模具示意图。

附图2为端部加工法兰模具示意图。

附图3为端部法兰加工示意图。

附图4为活动金属法兰结构示意图。

附图5为非金属固定法兰端部加工示意图。

附图6为主体强力层及表面层加工示意图。

其中，1代表基管管形模具，1A代表玻璃纤维，2代表凸形端口法兰模具底盘，2A代表模具抱箍，2B代表定位柱，3代表基管，4代表法兰盘，5代表泄漏金属线，6代表端部阶梯性茬口，6A代表端口法兰密封边缘，7代表非金属固定法兰，7A代表法兰上的密封齿子口，8代表强力层，9代表表面层。

                 具体实施方式

实现第一道工序的目的的关键是使基管层具有良好的抗静电与阻燃特性，为此而使用的导电性树脂粘合剂需采取以下组份重量比组成：

组份		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
														实施例	1	100	15	80	5	30	50	10	2	1	8	5	5
2	100	20	60	8	50	40	20	5	3	6	9	8
													3		100	25	50	10	60	30	30	8	4	4	13	10
4	100	30	40	13	70	20	40	10	6	3	16	15
													5		100	40	30	15	80	10	50	15	8	1	20	20

组份中1号为商品树脂胶，可采用不饱和聚脂树脂、酚醛树脂、环氧树脂均可，2号为滑石粉，3号为石墨粉，4号为活性抗静剂，具体可采用山东济南化工研究所公开出售的商品，商品名称为“玻璃纤维高效抗静电剂”，或其他同类市场商品均可。5号为阻燃剂，具体可采用水合氢氧化铝、锑膏、溴化锂中的任一种均可。6号为铸石粉，7号为石英粉，8号为触变剂，具体可采用白碳黑或玻璃微珠，9号为固化剂，具体可采用过氧化甲酮、乙酮、过氧化甲酰、过氧化环乙酮中的任一种。10号为促进剂，具体可采用环烷酸钴或甲基苯胺，11号为稀释剂，具体可采用丙酮、苯乙烯或酒精中的任一种。12号为金属粉末，具体可采用铁粉或铝粉。

将以上组份按重量比配好，搅拌均匀成混合树脂胶即可随着玻璃纤维的缠绕和铺设而涂敷，力求均匀、浸透，固化后可实现良好的设计目的。

由于对基管层导电特性的要求其加工成本较高，且其物理强度较差，所以基管层只能加工为有限的厚度。这个厚度取决于设计管道的内径，可参考的尺寸为内径与基管层厚度比为60∶1-100∶1。为保证基管层的加工质量，在基管成型过程中应当边缠绕纤维或织物边涂敷导电粘合剂，边转动管形模具力求纤维着胶均匀，并使缠绕过程中纤维或织物受的力不低于10公斤/平方厘米。

在达到基管层厚度的最后一层时置入L型静电泄露导线，置入基管5表层的轴向长度约30厘米，沿端面向径向延伸长度不少于10厘米，此时已属于第二道工序的开始。所差的仅为在基管固化后按规定轴向尺寸两端切齐，并去除表面毛刺、气泡、胶瘤后准备做端面处理。

第二道工序主要是做复合管的端面处理，将端面切平的基管竖直定位在端面法兰模具上，将静电泄露导线铺设，然后按设计好的端面凸缘和轴向预留阶梯形茬口形状在基管端部铺填浸过混合树脂胶的纤维织物、毡片，铺填同时也伴随逐层缠绕玻璃纤维束，直至填充满模具，并形成沿基管轴向延伸的阶梯形茬口，每个阶梯间的轴向间距为5-10厘米，阶梯径向高度差为强度层厚度的1/6-1/3，阶梯数为3-6个，静电泄露金属线在加工过程中逐层穿出沿法盘凸缘边伸出。

第二道工序中所使用的树脂胶的配方，要根据其成型后与强力层的结合和端部法兰连接的物理强度需要，所以其组份配比需做相应的调整。下表中给出本道工序中树脂混合胶的实施例。

组份		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
														实施例	1	100	15	40	10	50	20	20	8	6	6	5	5
2	100	20	30	13	65	15	15	3	3	3	8	8
													3		100	30	20	15	80	10	10	2	1	1	10	10

其中各组份(1-12号)的解释同第一道工序配方中给出的实施例解释，所不同的是配比不同。

在本道工序加工中可以采用活动式金属法盘圈4结构(见图4所示)。此时在加工另一端面时应将配套加工好的法圈预套入基管3。在端部加工在缠绕与铺填基本成型并形成锥颈后，用套入的金属法兰盘圈4向下施加压力，以利于固化成型及后端部边

缘与法兰盘圈间的配合。所形成的边缘端面的密封齿形子口，以利于施工中的连接密封处理。如采取直接非金属固定法兰连接方式(如图5所示)，既是将基管5端面边缘加大、加厚，制成固定法兰盘圈7，此时在加工尾期时要用同样方法对形成的铺设填充纤维固化前加压成型，并借助样板模具加工出法兰盘的密封齿形子口7A和定位螺栓孔，以为施工连接做好准备。

端面加工处理好后，将半成品重新置于管形模具上，以进行第三道工序。

第三道工序的目标是制作强力层，以适应管道压力和抗弯强度的需要。具体的工序是做好两端面处理的基管重新置在管形模具之上，将玻璃纤维或其织物缠绕在基管3两端之间的阶梯形茬口6之间，强力层8与茬口6之间搭接长度也不能小于5厘米。边涂敷热固性树脂粘合剂，完成茬口对接铺平之后固化形成本复合管的主体强力层。所用的热固性树脂粘合剂，以阻燃和固化后的机械强度为主要的技术指标，所以其配比就与前者有了显著差异。下面给出本道工序中所用树脂粘合剂的配方实施例：

组份		1	2	5	6	9	10	11
									实施例	1	100	20	80	10	1	6	20
2	100	25	60	15	3	3	10
								3		100	30	30	20	6	1	5

按上表给出的材料代号顺序和以上给出的重量组份配比实施例配出的粘合剂，可以按照设计要制作完成抗静电阻燃复合玻璃钢管的主体强力层，该层的厚度取决于所承受的工作压力P的物流流量决定的内径D，即 $t=\frac{\mathrm{KP}\·D}{Z\·\mathrm{\δ}}$

其中P为工作压力(公斤/平方厘米)，D为直径(厘米)，K为安全系数，取1.5-3，δ为许可设计应力，一般取值为1000公斤/平方厘米。

主体强力层8加工开始头两层时可以在粘合剂中加入少量抗静电剂或石英粉，以促进和基管面层结合强度，防止分层而降低复合管整体的机械强度。在全部茬口搭接完成之后强力层的制作即告完成。待初步固化后改换具有装饰作用的表面粘合剂，即可进入第四道工序。

第四道工序主要是表现修整工序，将主体结构完成之后的管体上对可能加工中出现的凸凹不平处进行修补粘贴，基本完成平整光滑修饰后局部缺陷用粘合剂抹平，固化后去除毛刺、气泡、胶瘤后即形成光滑平整复合管外表面，表面层的修整厚度在1-2毫米之间。

为适应修补装饰工艺的需要，本工序所采用的树脂胶合剂重量组份比实施例如下：

组份		1	3	4	8	9	树脂色浆
								实施例	1	100	10	100	1	6	3
2	100	15	75	3	3	4
							3		100	20	50	6	1	5

以上实施例根据上面原料编号选取1、3、4、8、9号外还加入树脂色素浆，是为了在表层加入产品包装色彩。

经过以上四道工序的加工后具有优良抗蚀、抗静电、阻燃的树脂粘合剂成型玻璃钢复合管即宣告加工结束，它克服现有玻璃钢管制品的易燃、易静电打火的缺陷，为工业防腐管路，特别是在防火、防爆场合的应用打下了坚实的技术基础。

Claims (10)

1、抗静电阻燃玻璃钢复合管新工艺，由玻璃纤维或玻璃纤维织物为基料，以热固性树脂胶为粘合固化主剂，在模具上边缠绕基料边涂敷粘合固化剂，最终固化后形成法兰盘连接的管道，其特征在于该复合管新工艺由以下工序组成：

(1)在管形模具(1)上缠绕玻璃纤维或其织物(1A)，同时均匀涂敷具有导电特性的热固性树脂粘合剂，形成基管，

(2)借助法兰盘模具，在基管端部利用涂敷树脂混合胶加缠绕成型法制成基管端部与法盘连接的边缘(6A)及附着在基管上的阶梯形茬口(6)，同时在基管(3)及边缘(6A)部铺设防静电泄漏导线(5)，

(3)将加工好端部的基管(3)重置管形模具(1)上，将玻璃纤维或其织物逐层缠绕在基管(3)上从端部边缘(6A)内侧至预留的阶梯形茬口(6)之间，并逐层涂敷热固性树脂粘合固化剂，固化后形成承载本管受力的主体强力层(8)，

(4)在上道工序的基础上对全体强力层(8)表面的缺陷或不平滑处进行玻璃纤维缠绕或补缺并装饰性树脂粘合剂涂敷抹平，固化后消除表面毛刺、气泡和胶瘤形成表面层(9)。

2、根据权利要求1所说的玻璃钢复合管新工艺，其特征在于在基管加工工序中所用的具有导电特性的热固性树脂胶是按以下重量组份比配制而成的：

商品树脂胶：    100份，

滑石粉：              15-40份，

石墨粉：              30-80份，

抗静剂：              5-15份，

阻燃剂：              30-80份，

铸石粉：              10-50份，

石英粉：              10-50份，

触变剂：              2-15份，

固化剂：              1-8份，

稀释剂：              5-20份，

金属粉末：            5-20份。

3、根据权利要求1所说的玻璃钢复合管新工艺，其特征在于制造加工端部边缘(6A)时所用的固化树脂胶按以下组份重量比配制：

商品树脂胶：                 100份，

固化剂：                     1-6份，

滑石粉：                     15-30份，

石墨粉：                     20-40份，

抗静电剂：                   10-15份，

阻燃剂：                     50-80份，

铸石粉：                     10-20份，

石英粉：                     10-20份，

触变剂：                     2-8份，

稀释剂：                 5-10份，

金属粉末：               5-10份，

促进剂：                 1-6份。

4、根据权利要求1所说的玻璃钢复合管新工艺，其特征在于加工主体强力层(8)中所用的固化树脂胶采用以下重量组份比配制：

商品树脂胶：                 100份，

固化剂：                     1-6份，

滑石粉：                     20-30份，

阻燃剂：                     30-80份，

铸石粉：                     10-20份，

稀释剂：                     5-20份，

促进剂：                     1-6份。

5、根据权利要求1所说的玻璃钢复合管新工艺，其特征在于制作表面装饰层(9)使用的固化树脂胶采取以下组份重量比配制而成：

商品树脂胶：                   100份，

固化剂：                       1-6份，

阻燃剂：                       50-100份，

抗静电剂：                     10-20份，

促进剂：                       1-6份，

树脂色浆：                     3-5份。

6、根据权利要求1所说的玻璃钢复合管新工艺，其特征在于基管的厚度根据设计管道内径确定其取值范围为60∶1-100∶1。

7、根据权利要求1所说的玻璃钢复合管新工艺，其特征在于所制成的与基管(3)成一体的端部边缘(6A)与基管复合部分呈阶梯形茬口状(6A)，每个阶梯轴向间距为5-10厘米，设计有3-6个阶梯茬口。

8、根据权利要求1所说的玻璃钢复合管新工艺，其特征在于主体强力层(8)的厚度根据工作压力P、流量口径D和预置安全系数K确定，制作时主体强力层(8)与端部茬口的过渡搭接应不小于5厘米。

9、根据权利要求1所说的玻璃钢复合管新工艺，其特征在于表面层厚度为1-2毫米。

10、根据权利要求1或3所说的玻璃钢复合管新工艺，其特征在于端部边缘(6A)加工工序中，可预套装活动法兰盘(4)，也可将边缘(6A)几何尺寸加大强化制成直接法兰盘(7)式结构。

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