CN217153326U - 一种可用于小分子气体输送的复合管 - Google Patents

一种可用于小分子气体输送的复合管 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及小分子气体输送技术领域，具体是一种可用于小分子气体输送的复合管，包括由内向外依次设置的内衬层、增强层、外保护层，所述内衬层包括阻隔层，所述阻隔层的材料为高气体阻隔树脂或高阻隔树脂合金。本实用新型的可用于小分子气体输送的复合管采用高气体阻隔树脂或高阻隔树脂合金作为小分子气体输送的通道，不会产生氢脆、氢鼓泡、脱碳等氢腐蚀问题，而且具有较高的气体阻隔、防渗透性能，能够有效防止小分子气体渗透逸散。

Description

一种可用于小分子气体输送的复合管
技术领域
本实用新型涉及小分子气体输送技术领域，具体是一种可用于小分子气体输送的复合管。
背景技术
在碳中和背景下，氢能被认为是推动传统石化能源清洁利用和支撑可再生能源大规模发展的理想互联媒介，逐渐受到世界主要国家的青睐。随着氢能应用规模逐渐扩大，小分子的氢气输送或掺氢输送管道里程将会呈指数增长趋势。
金属材质在氢气介质中长期使用时，由于吸氢或氢渗而造成机械性能严重退化，金属产生的氢脆、氢鼓泡、脱碳等一系氢腐蚀问题降低了金属管材的拉伸强度和延展性，加快了金属管材的疲劳裂纹的增长速率，导致管材性能过早脆断失效。故此，美国氢气管道标准Compressed Gas Association(简称CGA)G-5.4建议采用300系列(如TP316/316L)的奥氏体不锈钢材料用于氢气系统的管道、仪表、阀门及附件的制造，较高的材质要求造成了氢气输送管道建设投资成本一直居高不下，不利于氢能的大规模推广应用。
鉴于非金属材质在氢气介质中不会产生氢脆、氢鼓泡、脱碳等氢腐蚀问题，非金属管道也不会存在氢致开裂、氢应力开裂等安全隐患。所以用非金属管道输送氢气，不但可满足管道的“安、稳、长、满、优”高效运行，实现氢能的经济高效安全输送，还可达到降低管道建设成本的目的。
然而由于小分子氢气在传统塑料中可能存在气体渗透现象，若直接采用聚乙烯等非金属树脂制备氢气输送管道将可能产生气体渗透逸散问题，带来可燃气体聚集爆炸隐患事故。故此，如何设计一种针对小分子气体，尤其是氢气，具有较高气体阻隔、防渗透性能的非金属复合管，已成为工程技术人员研究的焦点之一。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了解决上述现有技术的不足，提供一种可用于小分子气体输送的复合管，采用高气体阻隔树脂或高阻隔树脂合金作为小分子气体输送的通道，不会产生氢脆、氢鼓泡、脱碳等氢腐蚀问题，而且具有较高的气体阻隔、防渗透性能，能够有效防止小分子气体渗透逸散。
所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种可用于小分子气体输送的复合管，包括由内向外依次设置的内衬层、增强层、外保护层，所述内衬层包括阻隔层，所述阻隔层的材料为高气体阻隔树脂或高阻隔树脂合金。
相对于现有技术，本实用新型的可用于小分子气体输送的复合管的有益效果为：位于最内部的内衬层是小分子气体输送的通道，内衬层包括阻隔层，阻隔层的材料为高气体阻隔树脂或高阻隔树脂合金，在氢气介质中不会产生氢脆、氢鼓泡、脱碳等氢腐蚀问题，而且具有较高的气体阻隔、防渗透性能，能够有效防止小分子气体渗透逸散；位于中间的增强层是复合管的承压主体，由于阻隔层能够有效防止小分子气体渗透逸散，因此其可采用金属或非金属材质，均不会出现氢致开裂、氢应力开裂等问题；位于最外部的外保护层用于保护增强层，起到耐磨、阻燃、导静电、耐刮擦、抗快速裂纹扩展、抗冲击等作用；综上，本实用新型的可用于小分子气体输送的复合管不但可满足管道的“安、稳、长、满、优”高效运行，实现氢能的经济高效安全输送，还可达到降低管道建设成本的目的。
本实用新型的技术方案还有，所述内衬层还包括加强层、胶粘层，所述阻隔层和加强层沿内外方向交替设置，所述阻隔层通过胶粘层与加强层连接；所述加强层的材料为聚乙烯、耐热聚乙烯、尼龙、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚醚醚酮中的一种。
本实用新型的技术方案还有，所述阻隔层的材料为乙烯-乙烯醇共聚物或聚偏二氯乙烯。
本实用新型的技术方案还有，所述外保护层的材料为聚乙烯。
本实用新型的技术方案还有，将高强度纤维绳浸渍树脂后或将钢帘线包裹树脂后缠绕在内衬层上，形成所述增强层。
本实用新型的技术方案还有，所述增强层包括第一增强层和第二增强层；将高强度纤维绳浸渍树脂或将钢帘线包裹树脂后，采用正反向加热缠绕在内衬层上，形成所述第一增强层；将高强度纤维绳采用正反向缠绕在第一增强层上，形成所述第二增强层。
本实用新型的技术方案还有，所述高强度纤维绳的材料为涤纶、玻璃纤维、碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、聚对苯撑苯并双噁唑纤维中的一种。
本实用新型的技术方案还有，还包括内保护层、环刚度层、抗冲击层，所述内衬层、增强层、内保护层、环刚度层、抗冲击层、外保护层由内向外依次设置。在本技术方案中，内衬层是气体输送通道，起到气体阻隔作用，尤其能够防止小分子气体逸散；增强层是复合管承压的主体，用于承载管道内压；内保护层用于保护增强层，具有防止增强层纤维剪断的功能；环刚度层是复合管外压承载的主体，具有较高的环刚度；抗冲击层是复合管抗外力冲击的主体，具有耐防刺、割功能；外保护层是复合管外防护的主体，具有耐快速裂纹扩展、防老化性能。
本实用新型的技术方案还有，将钢帘线缠绕在内保护层上，形成所述环刚度层；将三维编制结构的芳纶纤维带或超高分子量聚乙烯纤维带或POB纤维带缠绕在环刚度层上，形成所述抗冲击层。
本实用新型的技术方案还有，所述内保护层的材料为聚乙烯。
附图说明
图1为实施例1中可用于小分子气体输送的复合管的结构示意图。
图2为实施例1中内衬管的结构示意图。
图3为实施例1可用于小分子气体输送的复合管的加工系统的结构示意图。
图4为实施例4中可用于小分子气体输送的复合管的结构示意图。
图中：1、内衬层，2、增强层，3、外保护层，4、阻隔层，5、加强层，6、胶粘层，7、内保护层，8、环刚度层，9、抗冲击层，10、多层共挤复合机头，11、1号挤塑机，12、2号挤塑机，13、3号挤塑机，14、4号挤塑机，15、1号冷却牵引装置，16、增强层缠绕机，17、2号冷却牵引装置，18、激光打码装置，19、盘卷装置。
具体实施方式
为了使得本公开的技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚，下文中将结合本公开具体实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。附图中相同的附图标记代表相同的部件。需要说明的是，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
实施例1
图1、图2示出了本实用新型的实施例1。
如图1所示，本实施例提供了一种可用于小分子气体输送的复合管，包括由内向外依次设置的内衬层1、增强层2、外保护层3。
位于最内部的内衬层1是小分子气体输送的通道，所述内衬层1包括阻隔层4、加强层5、胶粘层6，所述阻隔层4和加强层5沿内外方向交替设置，所述阻隔层4通过胶粘层6与加强层5连接。具体的，如图2所示，本实施例中，所述内衬层1由五层组成，由内向外依次为加强层5、胶粘层6、阻隔层4、胶粘层6、加强层5。
所述阻隔层4的材料为高气体阻隔树脂，在氢气介质中不会产生氢脆、氢鼓泡、脱碳等氢腐蚀问题，而且具有较高的气体阻隔、防渗透性能，能够有效防止小分子气体渗透逸散。具体的，本实施例中的阻隔层4的材料为乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)，乙烯-乙烯醇共聚物为本领域技术人员知晓的材料，能够将乙烯聚合物的加工性和乙烯醇聚合物的阻隔作用相结合，乙烯-乙烯醇共聚物不仅表现出极好的加工性能，而且也对气体、气味、香料、溶剂等呈现出优异的阻断作用。
所述加强层5的材料为聚乙烯，聚乙烯为本领域技术人员知晓的材料，具有耐磨、阻燃、导静电、耐刮擦、抗快速裂纹扩展性能。
位于中间的增强层2是复合管的承压主体，由于阻隔层4能够有效防止小分子气体渗透逸散，因此其可采用金属或非金属材质，均不会出现氢致开裂、氢应力开裂等问题。具体的，在本实施例中，将高强度纤维绳浸渍树脂后或将钢帘线包裹树脂后缠绕在内衬层1上，缠绕角度与内衬管1轴心线呈55°±5°，形成所述增强层2。本领域技术人员能够理解的是，“绳”、“丝”、“带”具有基本相同的结构功能，高强度纤维绳等同于高强度纤维丝或高强度纤维带。
高强度纤维绳的材料为涤纶、玻璃纤维、碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、聚对苯撑苯并双噁唑纤维中的一种。本实施例中的高强度纤维绳的材料为涤纶工业长丝，浸渍的树脂为聚乙烯树脂。
位于最外部的外保护层3的材料为聚乙烯，优选为改性高密集度聚乙烯，用于保护增强层，起到耐磨、阻燃、导静电、耐刮擦、抗快速裂纹扩展、抗冲击等作用。
图3示出了本实用新型的可用于小分子气体输送的复合管的加工系统，包括多层共挤复合机头10、1号冷却牵引装置15、增强层缠绕机16、1号挤塑机11、2号挤塑机12、3号挤塑机13、4号挤塑机14、2号冷却牵引装置17、激光打码装置18、盘卷装置19。1号挤塑机11、2号挤塑机12、3号挤塑机13分别与多层共挤复合机头10连接，1号冷却牵引装置15、增强层缠绕机16、4号挤塑机14、2号冷却牵引装置17、激光打码装置18、盘卷装置19按照加工工序依次设置。1号挤塑机11挤出的聚乙烯、2号挤塑机12挤出的胶粘剂、3号挤塑机13挤出的乙烯-乙烯醇共聚物进入多层共挤复合机头10，复合形成内衬层1。经1号冷却和牵引设备15，再经增强层缠绕机16形成增强层2，然后通过4号挤出机14在增强层2外附着外保护层3，复合管经2号冷却和牵引设备17牵引至激光打码设备18打码后，经盘卷设备19盘卷打包入库。
本实施例的可用于小分子气体输送的复合管不但可满足管道的“安、稳、长、满、优”高效运行，实现氢能的经济高效安全输送，还可达到降低管道建设成本的目的。
实施例2
不同于实施例1之处在于，本实施例中的阻隔层4只有一层，材料为乙烯-乙烯醇共聚物。
实施例3
不同于实施例1之处在于，本实施例中的所述增强层2采用复合结构，包括第一增强层和第二增强层。将涤纶纤维带浸渍聚乙烯树脂后，采用正反向加热缠绕在内衬1上，缠绕角度与内衬管1轴心线呈55°±5°，形成所述第一增强层。缠绕过程中浸渍了聚乙烯树脂的涤纶纤维带加热至150℃-200℃，使其表面的聚乙烯树脂与内衬管1融为一体。然后将涤纶工业长丝采用正反向缠绕在第一增强层上，缠绕角度与内衬管1轴心线呈55°±5°，形成所述第二增强层。
实施例4
图4示出了本实用新型的实施例4。
如图4所示，不同于实施例1之处在于，本实施例中的可用于小分子气体输送的复合管还包括内保护层7、环刚度层8、抗冲击层9，所述内衬层1、增强层2、内保护层7、环刚度层8、抗冲击层9、外保护层3由内向外依次设置。
内保护层7的材料为聚乙烯，用于保护增强层2，具有防止增强层2纤维剪断的功能。
环刚度层8是复合管外压承载的主体，具有较高的环刚度。将钢帘线缠绕在内保护层7上，形成所述环刚度层8。
抗冲击层9是复合管抗外力冲击的主体，具有耐防刺、割功能。将三维编制结构的芳纶纤维带或超高分子量聚乙烯纤维带或POB纤维带缠绕在环刚度层8上，形成所述抗冲击层9。
实施例5
不同于实施例1之处在于，本实施例中的所述阻隔层4的材料为高阻隔树脂合金，具体的，本实施例中的高阻隔树脂合金为乙烯乙烯醇共聚物-耐热聚乙烯合金(EVOH/PE-RT合金)，该材料为本领域技术人员知晓的材料，如：倪佳.新型EVOH/PE-RT合金包覆PE-RT双层阻氧管的制备及性能研究[J].中国塑料,2021,35(7):32-35.
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开实施例的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开实施例揭露的技术范围内或者在本公开实施例揭露的思想下，可轻易想到变化、替换或组合，都应涵盖在本公开实施例的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可用于小分子气体输送的复合管，其特征在于，包括由内向外依次设置的内衬层(1)、增强层(2)、外保护层(3)，所述内衬层(1)包括阻隔层(4)，所述阻隔层(4)的材料为高气体阻隔树脂或高阻隔树脂合金。
2.根据权利要求1所述的可用于小分子气体输送的复合管，其特征在于，所述内衬层(1)还包括加强层(5)、胶粘层(6)，所述阻隔层(4)和加强层(5)沿内外方向交替设置，所述阻隔层(4)通过胶粘层(6)与加强层(5)连接；所述加强层(5)的材料为聚乙烯、耐热聚乙烯、尼龙、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚醚醚酮中的一种。
3.根据权利要求2所述的可用于小分子气体输送的复合管，其特征在于，所述阻隔层(4)的材料为乙烯-乙烯醇共聚物或聚偏二氯乙烯。
4.根据权利要求1所述的可用于小分子气体输送的复合管，其特征在于，将高强度纤维绳浸渍树脂后或将钢帘线包裹树脂后缠绕在内衬层(1)上，形成所述增强层(2)。
5.根据权利要求1所述的可用于小分子气体输送的复合管，其特征在于，所述增强层(2)包括第一增强层和第二增强层；将高强度纤维绳浸渍树脂或将钢帘线包裹树脂后，采用正反向加热缠绕在内衬层上，形成所述第一增强层；将高强度纤维绳采用正反向缠绕在第一增强层上，形成所述第二增强层。
6.根据权利要求4或5所述的可用于小分子气体输送的复合管，其特征在于，所述高强度纤维绳的材料为涤纶、玻璃纤维、碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、聚对苯撑苯并双噁唑纤维中的一种。
7.根据权利要求1所述的可用于小分子气体输送的复合管，其特征在于，所述外保护层(3)的材料为聚乙烯。
8.根据权利要求1、2、3、4、5或7任一所述的可用于小分子气体输送的复合管，其特征在于，还包括内保护层(7)、环刚度层(8)、抗冲击层(9)，所述内衬层(1)、增强层(2)、内保护层(7)、环刚度层(8)、抗冲击层(9)、外保护层(3)由内向外依次设置。
9.根据权利要求8所述的可用于小分子气体输送的复合管，其特征在于，将钢帘线缠绕在内保护层(7)上，形成所述环刚度层(8)；将三维编制结构的芳纶纤维带或超高分子量聚乙烯纤维带或POB纤维带缠绕在环刚度层(8)上，形成所述抗冲击层(9)。
10.根据权利要求8所述的可用于小分子气体输送的复合管，其特征在于，所述内保护层(7)的材料为聚乙烯。
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