CN201053543Y

CN201053543Y - 抗静电阻燃纳米混杂纤维复合材料管道

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Publication number: CN201053543Y
Application number: CNU2007200243475U
Authority: CN
Inventors: 李茂国; 苏衍良
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-06-29
Filing date: 2007-06-29
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2017-06-29

Abstract

本实用新型涉及一种含纳米微粒的混杂纤维增强热固树脂复合材料管道。该管道的管壁为层合结构，由内向外依次为功能内衬层、次内层、混杂结构层和外表层。其特点是功能内衬层为含有导电纳米微粒的短纤维增强富树脂层；次内层含有无机纳米微粒和热塑性塑料粉；混杂结构层为连续玻璃纤维与钢丝或碳纤维夹芯混杂分层缠绕共同增强合成树脂；外表层为含抗静电、抗老化组分的玻璃纤维缠绕层。该管道的两端装有金属连接件，可根据管道的公称压力大小分别采用活套法兰、快速接头等连接方式。该复合材料管道具有重量轻、强度高、抗静电、阻燃、抗老化、耐腐蚀、耐磨损、输送效率高等优点，适用于液体、液固双向流体和颗粒、粉体输送，其推广应用前景广阔。

Description

抗静电阻燃纳米混杂纤维复合材料管道

一.技术领域

本实用新型属于流体、物料输送用复合材料管道技术领域，特别涉及一种含有纳米微粒的混杂纤维增强热固性树脂复合材料管道。

二.背景技术

随着流体、物料输送管道化的迅速发展，对兼具抗静电、阻燃、重量轻、强度高、耐腐蚀、耐磨损、不结垢、流阻小、节能降耗、输送效率高、使用寿命长，易运输安装等性能的综合技术经济效益良好的管道需求量急剧增加。由于所需管道的公称压力从低压(≤2.5Mpa)、中压(4.2-6.4Mpa)到高压(≥7Mpa)，管道直径从φ50-φ1000mm甚至突破φ3600mm，管道长度≤12m，因此，所需管道的规格尺寸和技术经济要求不仅使钢管、铸铁管、球墨铸铁管等传统的单质材料管无法兼顾实现，就连预应力混凝土管、塑料管、玻璃钢管、玻璃钢/塑料复合管、塑料/金属复合管等管道也难以兼顾实现。尤其是对内径大于φ600mm的管道，因一般钢管为螺旋焊管，塑料管为螺旋缠绕管，其轴向力学性能下降，管内壁流阻增大，连接部易出现缺陷等致使该管道及其复合管道的制造的技术难度增加，且直接影响着管道的综合技术经济效益。加之，塑料管、玻璃钢管易燃，易产生静电积聚，且弹性模量比钢铁低1-3个数量级，而钢铁管道存有耐腐蚀性较差，易结垢，重量大，运输安装费用高等不足，这些不利因素直接制约着现有管道的技术经济合理性，对于大口径管道其不利因素则更多。

三.发明内容

本实用新型的目的在于针对上述背景技术中现有管道的不足之处，根据管道的不同使用技术要求，充分发挥复合材料性能具有可合理设计优势，通过采用复合结构、纳米技术和混杂纤维增强等措施使各层分工合作，各组分材料相互扬长避短、优势互补，产生正混杂效应，为用户提供一种兼具抗静电、阻燃、耐腐蚀、耐磨损、不结垢、抗老化等性能的输送效率高，使用寿命长，综合技术经济效益良好的一种含纳米微粒混杂纤维增强热固树脂复合材料管道。

本实用新型的目的是这样实现的：该复合材料管道的管壁为层合结构，由内向外依次为功能内衬层、次内层、混杂结构层和外表层；其内衬层、外表层均含抗静电纳米微粒且与混杂结构层中所含导电纤维间有连通道；管道两端装有金属连接件。

本实用新型复合材料管的功能内衬层是用加有纳米金属或纳米无机导电微粒等抗静电添加剂的不饱和聚酯、环氧、酚醛等热固性树脂中的一种或两种浸渍粘接玻璃纤维表面毡或合成纤维无纺布制成的富树脂层。

本实用新型复合材料管的次内层是用玻璃纤维连续毡和连续玻璃纤维缠绕增强加有二氧化硅、三氧化二铝、碳酸钙等无机纳米微粒中的一种和热塑塑料粉的不饱和聚酯、环氧、酚醛等热固性树脂中的一种或两种制成的防腐蚀抗渗透层。

本实用新型复合材料管的混杂结构层是用连续玻璃纤维与钢丝或碳纤维等高弹性模量、高强度、导电纤维夹芯混杂分层缠绕共同增强同一种加有阻燃无机微粉填料的热固树脂，以保证管道所需要的强度、刚度和抗静电、阻燃性。

本实用新型复合材料管的外表层是用连续玻璃纤维缠绕增强同时加有抗静电纳米微粒和能屏蔽紫外线辐射的硫酸钡微粉的抗老化热固树脂层。

本实用新型与现有技术相比，由于加有抗静电组分的功能内衬层、外表层均与混杂结构层中的导电钢丝、碳纤维之间有连通道，可有效提高该管道的抗静电性能。由于外表层中加入可屏蔽紫外线等辐射线的硫酸钡微粉，可有效提高该管道的抗老化性能。

本实用新型的有益效果是根据不同使用技术要求，在与钢管相比其综合成本基本不变的前提下可使复合材料管道兼具重量轻、强度高、刚度较大、抗静电、阻燃、耐腐蚀、耐磨损、输送效率高、使用年限长、性价比高、实用性强，特别适合煤矿井下排水、注浆、抽瓦斯，油田注井、输水、油气输送，其潜在市场大，经济社会效益显著。

四.附图说明

图1为快速接头纳米混杂纤维复合管道示意图

图2为活套法兰纳米混杂纤维复合管道示意图

复合管道的管壁由内到外依次为功能内衬层1、次内层2、混杂结构层3和外表层4，管道端部为快速接头钢套5，或金属活套法兰盘6。

五.具体实施方式

下面结合实施例对实用新型作进一步详述。

实施例1

对一种公称压力4-6Mpa快速接头连接纳米混杂纤维酚醛环氧树脂复合材料管道，其操作步骤如下：(1)以重量比7∶3的酚醛环氧混溶树脂的总重为基准加入其重量份5-15％的纳米石墨微粒或纳米金属微粒和适量的固化剂配制成树脂胶粘剂后先将其均匀刷、刮涂覆在经脱模剂处理过的钢管芯模表面不低于0.2mm的一层，再将经树脂胶液浸渍过的两层玻璃纤维表面毡或合成纤维无纺布卷、缠在芯模上制作功能内衬层；(2)以重量比7∶3的酚醛环氧混溶树脂总重为基准加入其重量份约10％左右的二氧化硅或三氧化二铝或碳酸钙等无机纳米微粒和适量的热塑塑料粉末及固化剂配成树脂胶粘剂，将经该胶液浸渍过的连续玻璃纤维毡和玻璃纤维无捻粗纱缠绕均匀覆盖于功能内外层之外，制成厚度不小于2mm的次内层；(3)配制加入适量阻燃无机微粉填料和固化剂的酚醛树脂胶粘剂，在次内层之外夹芯混杂分层缠绕钢丝增强层或碳纤维增强层和玻璃纤维增强层，直至设计厚度，制成混杂纤维结构层；(4)经加温旋转固化后，脱模、修整管两端，并在其端部涂覆内衬层胶粘剂，再将金属快速接头插入、粘接安装于其上；(5)配制加入5-15％纳米金属微粒和适量硫酸钡微粉的酚醛树脂胶粘剂，在混杂纤维结构层之外缠绕玻璃纤维增强外表层，并将快速接头的筒体部分同时缠绕包覆加固，待其固化脱模便制得复合材料管成品。

实施例2

对于一种公称压力7-10Mpa活套法兰连接纳米混杂纤维不饱和聚酯复合材料管道，其操作步骤如下：(1)先将加入5-15％纳米石墨微粒或纳米金属微粒和适量固化剂、促进剂的乙烯酯型不饱和聚酯树脂刷、刮涂覆于已经过脱模剂处理的钢管芯模表面不小于0.2mm的一层，再将经该树脂液浸渍过的两层玻璃纤维表面毡或合成纤维无纺布卷缠在芯模上，制作功能内衬层；(2)用加有适量水合氧化铝阻燃剂微粉和热塑塑料粉、固化剂、促进剂的不饱和聚酯树脂浸渍缠绕连续玻璃纤维毡和无捻玻璃纤维于内衬层之外，制成厚度不小于2mm的次内层；(3)用加有不低于树脂重量份50％水合氧化铝微粉的通用不饱和聚酯树脂作为胶粘剂在次内层之外夹芯混杂分层缠绕钢丝增强层或碳纤维层和玻璃纤维增强层，直至设计厚度，制成混杂增强结构层；(4)经旋转固化脱模后修整管两端，再套入金属活套法兰盘，模制管端锥颈，并使其端部均具抗静电性能；(5)用加入5-15％纳米金属微粒和适量硫酸钡微粉的通用不饱和聚酯树脂在混杂结构层之外缠绕玻璃纤维增强外表层，待其固化脱模便为复合材料管成品。

Claims

1.抗静电阻燃纳米混杂纤维复合材料管道，其特征在于：管壁为层合结构，由内向外依次为功能内衬层、次内层、混杂结构层和外表层；其功能内衬层、外表层均含有抗静电纳米微粒且与结构层的混杂导电纤维之间存有连通道；并在管道两端装有金属连接件。

2.根据权利要求1所述的复合材料管道，其特征在于：功能内衬层为用加有纳米金属或纳米无机导电微粒的酚醛、不饱和聚酯、环氧等热固性树脂中的一种或两种浸渍粘接玻璃纤维表面毡或合成纤维无纺布的富树脂层。

3.根据权利要求1所述的复合材料管道，其特征在于：次表面层为玻璃纤维连续毡和连续玻璃纤维缠绕增强加有三氧化二铝、二氧化硅、碳酸钙等无机纳米微粒中的一种和热塑塑料粉末的防腐抗渗热固树脂层。

4.根据权利要求1所述的复合材料管道，其特征在于：混杂结构层为用连续玻璃纤维与钢丝或碳纤维夹芯混杂、分层缠绕成型共同增强同一种加有无机阻燃微粉填料热固树脂的强度层。

5.根据权利要求1所述的复合材料管道，其特征在于：外表层为用连续玻璃纤维缠绕增强加有纳米金属微粒和碳酸钡微粉的热固树脂抗老化层。

6.根据权利要求1所述的复合材料管道，其特征在于：管道两端装有金属活套法兰盘或快速接头。