CN202972230U - 一种钛纳米高分子合金涂层铝塑复合管及其加工设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种钛纳米高分子合金涂层铝塑复合管及其加工设备，一种钛纳米高分子合金涂层铝塑复合管，包括中空状的铝合金管，铝合金管的内壁和/或外壁覆盖有钛纳米高分子合金涂层，加工上述钛纳米高分子合金涂层铝塑复合管的设备，包括小口径管道内壁抛丸机组、细径管材自动涂装生产线、链轨式红外线加热隧道炉以及在线涂层缺陷检测系统，本实用新型制造出的铝管可以用于冷热水、制冷剂、含有酸碱盐成分等腐蚀介质(液体、气体)的输送，可长期在200℃温度内使用。

Description

一种钛纳米高分子合金涂层铝塑复合管及其加工设备

技术领域

本实用新型属于新材料应用技术与先进制造领域，它所涉及的是一种纳米有机钛高分子合金涂层新材料应用先进制造技术制备的涂层铝塑复合管材，主要用于替代铜制管材的制造工业(如代表性的家电行业)。

背景技术

我国是有色金属资源比较贫乏的国家，尤其是金属铜的产量与国民经济发展的步伐很不协调。由于改革开放三十多年的快速发展，国际制造业的重心移向中国，家电产业更是在全球独领风骚，全世界的每一个角落都充满着“中国制造”的商品。

然而，从另一个角度来观察我国的经济发展状况，也让我们看到资源对发展的桎梏。以有色金属为例，据中国有色金属工业协会的统计数据，2008年我国十种有色金属年产量为2519万吨，其中金属铜占378万吨，而实际使用了490万吨，为补充资源不足，进口了110万吨精铜。另据笔者市场调研情况来看，以家电产业为例，广东万和新电气股份有限公司是国内最大的家庭热水器制造商，在2011年共使用了5000吨铜管。据中国家电协会统计，2010年全国电冰箱产量为7300.8万台，广东为1457.8万台，空调器的全国产量为10899.6万台，广东为5477.8万台，据最新市场调查信息表明，全国未来五年中，每年仍需4500万台冰箱、5500万台空调器、4000万台热水器。依此来统计换算，仅家电行业每年用铜管量将超过1100万吨。由此可见，我国家电行业对金属铜的需求量接近于国内10种有色金属半年的总产量，需要进口大量的铜矿砂或精铜才能满足国内市场的需求。

钛纳米高分子合金是一种新型聚合物材料，它是用金属钛与高分子树脂在特殊的环境条件下，经高能球磨引发机械化学反应生成的纳米杂化聚合物。利用这种新型聚合物为基体材料加工制造的特种涂料产品，具有优异的耐高温、抗老化、防腐蚀性能。应用于油田油井管的内壁防护涂层，替代特种耐蚀合金钢管，可以大大节省油田的开发成本和维护费用；应用于家电行业以涂层铝塑复合管替代铜管，既可靠又经济，是降低材料和制造成本的最佳途径。目前，这项新材料已获得国家颁发的实用新型专利证书，依法受到国家的法律保护，这就形成了在市场上的绝对竞争优势。

纳米钛高分子合金涂层铝塑复合管是上述新材料应用与技术服务延伸的新产品。它是解决国家有色金属资源紧缺、价格高涨、以铝代铜的一种应用模式的创新。用铝管代替铜管，仅差价每吨即可节省4~5万元人民币。据广东万和新电气股份有限公司核算，由于铝的比重轻，用2000吨铝管可以替代5000吨铜管的年使用量，每年仅此节省的铜管用量，就可节省2.1亿元，节省铝代铜的差价0.8亿元，两项合计可为企业节省材料成本费用约3亿元人民币。以此推算，全国家电行业每年用铝管替代铜管，不仅可以缓解铜资源紧缺的局面，而且节省材料成本可以用千亿元做核算单位。

铝管替代铜管，关键的是解决铝不耐腐蚀的技术难题；采用钛纳米高分子合金涂层制备铝塑复合管，攻克铝管腐蚀的难题便可以迎刃而解；家电用纳米钛高分子合金涂层铝塑复合管的创新点是细径管内壁精密微喷涂技术。

管道内壁防护喷涂是近年来发展起来的一门新工艺技术，由于工业防腐蚀的技术需求，世界各国都相继开展了这方面的研究试验工作，国外的研究工作比较早，我国是通过管道喷涂设备的引进才开始这项研究开发工作。

然而，值得一提的是，国内外对细径管道内壁防护一直未有技术瓶颈的突破，找遍国内外市场，也未发现任何一家企业可以设计制造内径小于Ф6~12mm细径管内壁喷涂机械，这使目前本实用新型者正在开展的家电行业用铝管替代铜管要解决内壁防护的课题研究项目遇到了瓶颈制约，由此而引发了本实用新型的开发设计与研制。

发明内容

 本实用新型的目的之一是解决铝管替代铜管攻克铝不耐腐蚀的技术难题，从而为家电产业找到一条既节省资源、又节约材料费用、降低制造成本的新方案。

本实用新型的目的之一是以机器人喷涂原理的工作装置，依靠喷头的自动进给以及回退完成微型管内壁的喷涂工序。防腐涂层的喷涂过程依靠喷头的运动以及压力的协调控制，因此，合理设计运动控制器，利用涂料的雾化过程，精确控制喷涂过程中的涂料喷射的压力，对于节省涂料的用量，降低成本，控制喷涂的质量起着决定性的作用。涂料在管道内的气隙空间形成雾化，涂料压力控制器以及喷头运动滑车，如果不能协调控制将影响喷涂质量。

本实用新型设计了一种高效的微型喷涂器具，在喷头运动过程中，协调控制涂料的喷射压力，充分利用气隙空间的雾化氛围，最大程度地利用雾化的涂料完成涂装过程，这就需要一定的技术条件，只有满足了这种技术条件，才能最大限度地提高涂料的利用率，控制喷涂质量，使湿涂层表面具有很好的流平性、平整性，做到薄厚均匀，无漏涂、气泡、针孔和缩孔等缺陷。

本实用新型解决的技术问题所采用的技术方案是：一种钛纳米高分子合金涂层铝塑复合管，包括中空状的铝合金管，铝合金管的内壁和/或外壁覆盖有钛纳米高分子合金涂层。

本实用新型的铝合金管内外壁表面精密涂装钛纳米高分子合金涂层，使该管体具有高硬度、抗划伤、耐高温、耐腐蚀、不沾污、不结垢的功能特点。用钛纳米高分子合金涂层铝塑复合管替代铜管，试样经盐雾对比试验，防腐蚀性能远优于铜管，这种涂层铝塑复合管可以用于冷热水、制冷剂、含有酸碱盐成分等腐蚀介质(液体、气体)的输送，可以长期在200℃温度以内使用。

作为本实用新型的另一目的，一种加工所述钛纳米高分子合金涂层铝塑复合管的微喷涂系统设备，包括小口径管道内壁抛丸机组、细径管材内壁自动涂装生产线、链轨式红外线加热隧道炉以及在线涂层缺陷检测系统。

所述细径管材内壁自动涂装生产线，包括喷头运动滑车、固定夹具、活动夹具、直线导轨、空压机、压力控制器、喷涂油泵以及电控模块。

所述喷头运动滑车，安装在铝合金管内，喷头运动滑车包括混合管道、连接器、喷头以及叶片，连接器的上下两侧通过上转动轴、下转动轴连接有弹性支撑杆，弹性支臂末端安装有滑轮与铝合金管内壁相抵，喷头和混合管道连接在连接器前后端并通过连接管接通，喷头前端面开设有多个喷嘴，叶片通过转轴安装在喷头前端面。

所述活动夹具和固定夹具，分别压紧在铝合金管的前后端的开口上。

所述空压机与喷涂油泵接通，喷涂油泵上连接有硬质油管，硬质油管另一端穿过活动夹具与喷头接通并固接，直线导轨上的活动座与硬质油管连接，使喷头运动滑车跟随活动座沿直线导轨直线滑动。

所述空压机和压力控制器之间电性控制连接，压力控制器与混合管道之间通过软质气管接通。

所述电控模块分别与直线导轨、空压机、压力控制器、喷涂油泵电性控制连接。

所述弹性支撑杆的一端通过上转动轴或下转动轴与连接器弹性连接，同一侧的两弹性支撑杆呈交叉状设置；该结构使弹性支撑杆上的滑轮始终与铝合金管内壁压紧相抵，使喷头运动滑车可以顺滑地在铝合金管内壁来回滑动，其结构简单、合理。

本实用新型的加工设备，所述的喷头运动滑车，通过活动座与直线导轨滑动连接，铝合金管通过活动夹具和固定夹具固定，喷头运动滑车通过滑轮可以在铝合金管内壁滑动，通过电控模块的设定控制在直线导轨上运动，压力气体和涂料分别通过软质气管和硬质油管进入混合管道腔内混合后，最终由喷头前端面的喷嘴喷出，由于喷头上设有可转动叶片，从喷嘴射出的高压漆液冲击叶片高速旋转而被雾化，并在离心力的作用下使漆雾离散，均匀地涂敷在铝合金管的内壁表面形成涂层。喷涂过程是通过电控模块以及压力控制器协调控制，在喷头运动滑车由铝合金管的一端进入，运动到管的另一端，再向后匀速回退过程中完成喷涂作业。

本实用新型的涂层加工设备，使用高性能运动与压力协调控制器，充分利用工作间隙，发挥喷嘴与叶片的喷射雾化作用完成内壁涂装作业，从而提高了涂料利用效率和均匀度；通过自动控制做匀速运动，做到涂层厚度均匀一致性。

本实用新型的有益效果：（1）本实用新型的一种钛纳米高分子合金涂层铝塑复合管，用钛纳米高分子合金涂料铝管替代铜管，试样经盐雾对比试验，防腐蚀性能远优于铜管，这种铝管可以用于冷热水、制冷剂、含有酸碱盐成分等腐蚀介质(液体、气体)的输送。

（2）本实用新型的一种钛纳米高分子合金涂层铝塑复合管，钛纳米高分子合金涂料复合铝管的长期使用温度在200℃以内。

（3）本实用新型的一种钛纳米高分子合金涂层铝塑复合管的加工设备，采用高性能运动与压力的协调控制，充分利用工作间隙，发挥喷嘴的喷射与叶片高速旋转的雾化离散作用来完成内壁涂装作业，从而提高了涂料利用效率和均匀度；通过自动控制做匀速运动，做到涂层厚度均匀一致性。

附图说明

图1是本实用新型的钛纳米高分子合金涂层铝塑复合管结构示意图。

图2是本实用新型的加工设备的示意图。

图3是本实用新型的加工设备中细径管材自动涂装生产线的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

如图1所示，一种钛纳米高分子合金涂层铝塑复合管，包括中空状的铝合金管1，铝合金管1的内壁和/或外壁覆盖有钛纳米高分子合金涂层2。

本实用新型的铝合金管1内外壁表面精密涂装钛纳米高分子合金涂层2，使该管体距有高硬度、抗划伤、耐高温、耐腐蚀、不沾污、不结垢的特点，用钛纳米高分子合金涂塑铝合金管替代铜管，试样经盐雾对比试验，防腐蚀性能远优于铜管，这种铝塑管可以用于冷热水、制冷剂、含有酸碱盐成分等腐蚀介质(液体、气体)的输送，可以长期在200℃温度以内使用。

作为本实用新型的另一目的，一种所述加工钛纳米高分子合金涂层铝塑复合管的微喷涂系统设备，如图2至图3所示，包括小口径管道内壁抛丸机组、细径管材自动涂装生产线、链轨式红外线加热隧道炉以及在线涂层缺陷检测系统。

所述细径管材自动涂装生产线，包括喷头运动滑车、固定夹具3、活动夹具4、直线导轨5、空压机、压力控制器、喷涂油泵以及电控模块。

所述喷头运动滑车，安装在铝合金管1内，喷头运动滑车包括混合管道6、连接器7、喷头8以及叶片9，连接器7的上下两侧通过上转动轴701、下转动轴702连接有弹性支撑杆10，弹性支臂10末端安装有滑轮11与铝合金管1内壁相抵，喷头8和混合管道6连接在连接器7前后端并通过连接管12接通，喷头8前端面开设有多个喷嘴801，叶片9通过转轴13安装在喷头8前端面。

所述活动夹具4和固定夹具3，分别压紧在铝合金管1的前后端的端口上。

所述空压机，与喷涂油泵接通，喷涂油泵上连接有硬质油管14，硬质油管14另一端穿过活动夹具4与喷头8接通并固接，直线导轨5上的活动座501与硬质油管14连接，使喷头运动滑车跟随活动座501沿直线导轨5直线滑动。

所述空压机和压力控制器之间电性控制连接，压力控制器与混合管道之间通过软质气管15接通。

所述电控模块，分别与直线导轨5、空压机、压力控制器、喷涂油泵电性控制连接。

本实用新型的加工微喷涂系统设备，所述的喷头运动滑车，通过活动座501与直线导轨5滑动连接，铝合金管1通过活动夹具4和固定夹具3固定，喷头运动滑车通过滑轮11可以在铝合金管1内壁滑动，通过电控模块的设定控制在直线导轨5上运动，压力气体和涂料分别通过软质气管15和硬质油管14进入混合管道6内混合后，最终由喷头8前端面的喷嘴801喷出，由于喷头8上设有叶片9，带有一定压力的涂料液体喷出后撞击叶片9高速旋转，将喷嘴801喷出的涂料雾化，在离心力的作用下均匀地涂敷在铝合金管1内壁，通过电控模块以及压力控制器协调控制，在喷头运动滑车由铝合金管1的前端匀速回退到后端的过程中完成喷涂作业。

作为本实用新型的另一目的，一种通过上述加工设备加工钛纳米高分子合金涂层铝塑复合管的方法，包括如下步骤：

一、材料选择和准备

1.铝合金管1：内径为Ф7~12mm，长2~6m直管；

2.抛丸磨料：粒径为Ф0.5~0.8mm钢砂或玻璃珠；

3.钛纳米高分子合金涂料：按照申请人申请并获得授权的实用新型专利号:ZL 200810029936.1纳米有机钛聚合物及其涂料和制造方法，进行自制。

二、涂装工艺

1.基材表面处理

将铝合金管1置于小口径管道内壁抛丸机组内，将管内、外壁表面的污迹、氧化皮等通过抛丸除掉。

从铝合金管1一端插入小口径管道内壁抛丸枪头，移动至管口另一端，开启空压机组，当储气缓冲罐内压力达到6~8Mpa时，打开输送风料管阀门，自旋喷砂枪嘴开始抛丸工作，此时，自动牵引装置就会匀速牵引抛丸枪头运行。管壁外表面的抛丸处理方法与内表面基本相同，只是使用的工具是专用的管道外壁抛丸机。

抛丸处理的目的是将管壁表面的污迹、氧化皮等除掉，增加管壁表面的平整度和粗糙度，以利于涂层的流平性和提高附着力；同时，由于高压抛丸的冲击和挤压作用，也使基材表面的密度增强。

抛丸对基材表面处理的技术要求是，表面粗糙度不应过于粗糙，以ISO Ry＜25μm(＜F级)标准为佳。

2.管道内壁微喷涂工艺

首先，将待喷涂铝合金管1安装在细径管材自动涂装生产线上的固定夹具3和活动夹具4之间固定，调配好钛纳米高分子合金涂料置于喷涂油泵的料筒内。

然后，喷头运动滑车通过导轨牵引进入铝合金管1内，气体和涂料在混合管道6腔内混合后，喷头运动滑车在滑行时涂料由喷嘴801高压射出，冲击叶片9高速旋转而被雾化，在离心力的作用下均匀地涂敷在铝合金管1的内壁上，构成钛纳米高分子合金涂层2。湿涂层厚度控制在40~60μm。

在压力控制器的压力作用下，喷头8上的叶片9旋转，涂料自喷嘴801喷出后撞击叶片9高速旋转，将涂料均匀地雾化并涂敷在铝合金管1内壁上，同时活动座501牵引喷头运动滑车向后作匀速移动。喷涂量和涂层厚度成正比，与喷涂嘴的孔径也成正比；涂层厚度与移动速度成反比。涂层质量除与涂料本身的内在质量有直接关系外，与喷涂的雾化状态存在间接影响，即雾化程度越好，雾滴越细，涂层表面质量就越细腻和平滑。

本实用新型的微喷涂器具所使用的喷嘴孔径要求在0.1~0.3mm，喷涂量控制在20~30mL/min，干膜厚度在25~40μm。通过电控模块设定来控制喷头运动滑车在直线导轨上的移动速度，而移动速度是通过计算机的程序设置来自动控制。

3.烘干固化

将喷涂后铝合金管1的通过输送线送入链轨式红外线加热隧道炉内强制烘干固化，待冷却后进入铝合金管1外壁自动涂装生产线喷涂，再次进入烘干线内强制烘干固化。

为适应自动化生产线流水作业，涂层必须强制性烘干，以加速其固化成膜，烘干设备一般采用链轨式红外线加热隧道炉，隧道长度40m左右，运行速度可调，要求炉温达到180℃，阶梯式温度(即前、后段炉温在60℃，中段温度达到最高)，喷涂移动线速度0.25~0.35m/s。

铝合金管1外壁自动涂装生产线不同于内壁涂装生产线，外壁涂装生产线喷涂装置是自动卡具将细径管两端卡住后自动旋转，此时置于固定位上的喷涂嘴回自动喷涂。喷涂时，管道旋转4~5圈，喷涂自动停止，卡架在输送带上将涂装完后的管道自动移走，进入红外线加热隧道炉烘干。

4.涂层检测与补涂工序

通过在线涂层缺陷检测系统进行涂层漏点检测。凡是在线检测出存在涂层缺陷的涂层铝塑复合管会自动下线，重新补涂。

管道涂层检测与补涂是钛纳米高分子合金涂层铝塑复合管制备的最后一道工序。目的是检测涂塑复合管是否有漏涂之处，哪怕是有一个针孔大小的漏点，都存在安全隐患，因此，铝塑复合管在外壁涂装烘干下线时，就直接进入在线涂层检测装置。 涂层检测装置是由德国ELMED公司ISOTEST 4S针孔检测仪、火花探测仪、漏涂点检测仪等组成的防腐涂层检测系统，由计算机自动控制，凡是在线检测出存在涂层缺陷的铝塑管会自动下线，然后进入重新补涂工序。

制备合格的钛纳米高分子合金涂层铝塑复合管，在使用过程中为保护涂层无损伤，不可进行焊接作业，必须采用带有内丝扣的铝合金管箍(Coupling)进行接管。接管前，先用专用工具将铝管两端车出外螺纹，然后在管箍内丝扣和外螺纹上涂上一层用钛纳米高分子合金涂料调制的密封胶后再对接，对接后的管接，密封胶约在2小时固化，达到完全密封效果。

本实用新型的钛纳米高分子合金涂层铝塑复合管技术指标：

钛纳米高分子合金涂层铝塑复合管，作为新型管材制品，应符合以下各项技术要求和性能指标：

                                                 

以上所述的具体实施例，仅为本实用新型较佳的实施例而已，举凡依本实用新型申请专利范围所做的等同设计，均应为本实用新型的技术所涵盖。

Claims (4)

1.一种钛纳米高分子合金涂层铝塑复合管，包括中空状的铝合金管(1)，其特征是，所述铝合金管(1)的内壁和/或外壁覆盖有钛纳米高分子合金涂层(2)。

2.一种加工权利要求1所述钛纳米高分子合金涂层铝塑复合管的设备，其特征是，包括小口径管道内壁抛丸机组、细径管材内壁自动涂装生产线、链轨式红外线加热隧道炉以及在线涂层缺陷检测系统；

所述细径管材内壁自动涂装生产线包括喷头运动滑车、固定夹具(3)、活动夹具(4)、直线导轨(5)、空压机、压力控制器、喷涂油泵以及电控模块；

所述喷头运动滑车安装在铝合金管(1)内，喷头运动滑车包括混合管道(6)、连接器(7)、喷头(8)以及叶片(9)，连接器(7)的上下两侧通过上转动轴(701)、下转动轴(702)连接有弹性支撑杆(10)，弹性支臂(10)末端安装有滑轮(11)与铝合金管(1)内壁(101)相抵，喷头(8)和混合管道(6)连接在连接器(7)前后端并通过连接管(12)接通，喷头(8)前端面开设有多个喷嘴(801)，叶片(9)通过转轴(13)安装在喷头(8)前端面；

所述活动夹具(4)和固定夹具(3)分别压紧在铝合金管(1)的前后端的开口上；

所述空压机与喷涂油泵接通，喷涂油泵上连接有硬质油管(14)，硬质油管(14)另一端穿过活动夹具(4)与喷头(8)接通并固接，直线导轨(5)上的活动座(501)与硬质油管(14)连接，使喷头运动滑车跟随活动座(501)沿直线导轨(5)直线滑动；

所述空压机和压力控制器之间电性控制连接，压力控制器与混合管道之间通过软质气管(15)接通；

所述电控模块分别与直线导轨(5)、空压机、压力控制器、喷涂油泵电性控制连接。

3.根据权利要求2所述的一种加工钛纳米高分子合金涂层铝塑复合管的设备，其特征是，所述喷嘴孔径为0.1~0.3mm。

4.根据权利要求2所述一种加工钛纳米高分子合金涂层铝塑复合管的设备，其特征是，所述弹性支撑杆(10)的一端通过上转动轴(701)或下转动轴(702)与连接器(7)弹性连接，同一侧的两弹性支撑杆(10)呈交叉状设置。

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