WO2018127031A1

WO2018127031A1 - 一种新型混合复合管材及制备方法和应用

Info

Publication number: WO2018127031A1
Application number: PCT/CN2017/120459
Authority: WO
Inventors: 张晓冬
Original assignee: 张晓冬
Priority date: 2017-01-03
Filing date: 2017-12-31
Publication date: 2018-07-12
Also published as: EA201991654A1; US20190323634A1; EA038272B1; CN108263005A; MY202471A

Abstract

一种新型混合复合管材及制备方法和应用，该新型复合管材主体或结构层以高聚合物为基体，由一种或多种多孔轻集料又称轻骨料或颗粒混合固化，既可以和各种非金属材料也可以和各类金属基管复合制备成不同的新型混合复合管材，高聚合物包括可以和多孔颗粒增强材料结合的热固性高聚合物和热塑性高聚合物。管材可以通过卷制、缠绕、拉挤、离心浇铸、挤出、注塑、树脂传递、夹层结构至少一种方法制备成型，除保留原同类复合管的优势外，还可以解决管体自重、脱层、绝缘、遮光、隔热保温等技术问题，管道可应用于石油、天然气、供暖供气、给排水、农业灌溉、矿山、海水淡化、电力通讯、市政管廊等。

Description

一种新型混合复合管材及制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种新型混合复合管材及制备方法，该新型复合管材主体或结构层以高聚合物为基体，与一种或多种多孔轻集料又称轻骨料或颗粒混合，可以和各种非金属材料或金属材料也可以和各类金属或者非金属基管复合制备成不同的新型混合复合管材，高聚合物包括可以和多孔颗粒增强材料结合的热固性高聚合物和热塑性高聚合物。

背景技术

随着科学进步，复合管材技术也与日俱进，相继出现了铝塑管、塑钢管、铜塑管、涂塑管、钢骨架PE管、玻纤增强塑料夹砂管等，这些复合管材各有所长，不同于纯金属管和纯塑料管性能的单一性，具有金属管材和非金属管材的优点，尤其在管道刚度上比单一管材有明显提高。然而，在实际应用过程中，也发现了这些管道的很多不足之处，如上述金属复合管材普遍存在价格偏高，管材自身较重，一些材质热膨胀系数相差较大，在环境和介质温度变化显著的情况下，复合层容易脱开等。管材的应用安装环境是比较复杂的，金属复合管材尽管包衬了塑料层，但依然存在导电导热和被腐蚀的可能，理论上所有物质都会产生静电，关键是金属产生的静电，很容易泄漏，不像绝缘物质那样容易保留电荷，一旦金属复合管出现复合层破坏或是疲劳裂纹，就会产生一系列不良因素和安全隐患，这是金属复合管材的通病。共挤复合而成的铝塑管是市面上较为流行的一种管材，由于其质轻、耐用而且施工方便，其可弯曲性更适合在家装中使用。铝塑复合管有五层，内外层均为聚乙烯，中间层为铝簿层，在这两种材料中间还各有一层粘和剂，五层紧密结合成一体，它的优越性能在于：具有稳定的化学性质，耐腐蚀，无毒无污染，表面及内壁光洁平整，不结垢，重量轻，能自由弯曲，韧性好，具有独特的环保及节能优势；然而，由于其在材料和生产工艺上要求较高，因而市场价格也较高，同时由于长期的热胀冷缩也会造成管壁错位以致造成渗漏，进一步说，如果在原材料、化学助剂、生产技术和生产设备的选择上任何一个环节出现差错，铝塑复合管就不能实现五层共挤，这样的复合管在质量、价格及安装使用方面就会出现隐患。孔网钢带塑料复合管它类同铝塑复合管，只是以多孔钢带焊接卷管替代薄铝带焊接卷管，它是以高密度聚乙烯为基体，以冲孔后的冷轧钢带焊接而成的网状钢管为增强体，经挤出成型连续复合而成，内外壁塑料通过金属骨架上的孔形成一体。，这种管材的缺点是，塑料与金属骨架易分离与剥落，在引接分支管时，孔口切面锈蚀问题无法处理；铝衬塑管是指铝合金管材内衬聚乙烯管或聚丙烯管，一种双层结构的铝塑复合产品，它的缺点是：由于铝材的特性，不适用于腐蚀性的环境；镀锌钢管衬塑复合管，一种是内喷衬聚乙烯，另一种是热镀锌钢管内经特殊过盈配合工艺复合挤压聚乙烯的复合管，其缺点有：前者衬涂层不易粘牢，不易衬匀，容易分裂，而且价格较贵，后者管外壁及管端面的防腐问题难以解决；玻纤增强塑料夹砂管属于一种新型非金属复合管材，具备优异的抗腐蚀性能，同时具有较高的抗压抗渗性能，在大口径管材中有着得天独厚的优势，但是由于其抗压结构层使用的颗粒材料是天然矿产石英砂，一方面开采会带来环境的破坏，另一方面矿产品的自然性能局限性较大，制约了复合管材可塑性多样化的优势，同时石英砂在与基体材料树脂结合不够紧密的情况下，同样会产生蠕变断裂，造成脱层现象，此外，石英砂密度为2.65kg/m ³，故管体重量依然较大，给运输安装带来更多不便和浪费。本发明采用多孔轻集料或颗粒混合高聚合物制备不同的新型混合复合管材，是充分利用多孔轻集料或颗粒本身的特点以及与高聚合物结合的整体特性，提高管材性能、减轻自重、增强材料的结合度、节约成本、隔热保暖等。多孔轻集料或颗粒以往主要用以配制轻集料混凝土、保温砂浆和耐火混凝土等，还可用作保温松散填充料及其他特殊用途，按其形成条件可分为人工和天然多孔轻集料或颗粒，这些多孔轻集料或颗粒取材广泛，在世界各地没有地区限制，其中人工多孔轻集料或颗粒制备原材料包括页岩、粉煤灰、煤矸石、淤泥、废矿砂、沙漠沙、建筑垃圾等，大多属于资源再生利用材料，这类材料的综合利用对保护环境，节约资源都有莫大益处，近年来随着技术的进步，人工制备各种高强轻质的多孔轻集料或颗粒的技术不断出现，为本发明的进一步拓展提供了良好的技术前提。

技术问题

本发明提供了一种新型混合复合管材，采用高聚合物为基体材料和多孔轻集料或颗粒混合，构成管材主体或结构层，既可以和各种非金属材料，也可以和各类金属管复合制备成不同的新型混合复合管材。该类新型混合复合管材可以根据应用需要设计选择不同的结合基体，不同性能的人工多孔轻集料或颗粒，与不同的材料复合制备成适合各种应用的复合管材，除保留原同类复合管的优势外，还可以解决管体自重、脱层、绝缘、遮光、隔热保温等技术问题，尤其突出的是由于轻集料或颗粒取材便利，在资源利用、保护环境、适用区域方面都具备有益优势；人工多孔轻集料或颗粒具有可设计性强的特点，可根据管材应用需要、结合不同基体的需要，性能要求，对颗粒进行针对性设计和制备，包括颗粒强度、粒径、颗粒表面细孔的多少和大小、堆积密度等，同时和不同基体和材料的结合能充分体现复合管材的可设计性、多样性的特点，使这类管材适用于多种环境、多种行业的需要。

技术解决方案

本发明所述多孔轻集料或颗粒是指堆积密度小于1200kg/m ³的轻集料或颗粒，表面具备多孔或凹凸状特征，比表面积较大，能与高聚合物产生较好的结合界面，包括人造和天然轻集料或颗粒，如陶粒、膨胀珍珠岩、玻璃微珠、浮石、火山渣、煤渣、各类矿渣、多孔烧结料、轻砂、多孔塑料颗粒及其他人造轻质颗粒等，粒径≤15mm，所述颗粒比表面积大、表面活性原子多,具备与高聚合物相互作用强等特点。将经表面处理的多孔轻集料或颗粒加入到熔融高聚合物中进行共混，能使一些复合管材的冲击性能明显提高,同时改善复合材料的刚性、韧性、强度和耐磨性等物理机械性能，此外，这些颗粒本身具备容重轻、成本低、隔热保暖的特点，为节约管材原料成本、减轻自重、拓展应用范畴创造了良好的条件，在本发明实施方案中优选筒压≥8MP的至少一种多孔轻集料或颗粒。

本发明所述高聚合物指的是由键重复连接而成的相对分子质量在10000以上的化合物，包括可以和多孔颗粒增强材料结合的热固性高聚合物和热塑性高聚合物，如热塑性塑料聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)及丙烯腈─丁二烯─苯乙烯共聚合物(ABS)聚醚醚酮(PEEK)、聚醚砜(PES)、聚芳砜(PASU)、聚苯硫醚(PPS)、交联聚乙烯、改性聚丙烯和聚1－丁烯，热固性塑料有酚醛、环氧、氨基、不饱和聚酯、呋喃、聚硅醚、聚苯二甲酸二丙烯酯塑料等；橡胶类有丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶、氯丁橡胶特种橡胶：丁腈橡胶、氯丁橡胶、氯基橡胶、氟橡胶、氯醚橡胶、硅橡胶、聚氨酯橡胶、聚硫橡胶、丙烯酸酯橡胶等；纤维类有玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维聚酯纤维(涤纶)、聚酰胺纤维(锦纶或尼龙)、聚乙烯醇纤维(维纶)、聚丙烯腈纤维(腈纶)、聚丙烯纤维(丙纶)、聚氯乙烯纤维(氯纶)等人造合成、再生纤维等。各类塑料、橡胶和纤维，在与多孔轻集料或颗粒混合结构中，高聚合物或混合高聚合物基体材料含量≥35％。这类高聚合物大多是目前常用的管材原料，技术成熟，性能稳定，现有的制备工艺和设备为新型混合复合管材的实现创造了良好的技术基础，在本发明实施方案中，所述高聚合物包含上述至少一种高聚合物材料。

根据本发明的一种实施方案，所述新型混合复合管材，采用高聚合物为基体材料和多孔轻集料或颗粒混合，构成管材主体：此类新型混合复合管为非金属复合管材，管材内外表层均为基体材料；多孔轻集料或颗粒筒压≥8MPa粒径≤10mm,内表层厚度为≥0.5～5mm，外表层厚度为≥0.2～2mm，管径70～1000mm，混合层基体材料含量≥35％，管材主体混合结构层可根据性能和应用要求，也可用多孔轻集料或颗粒混合其他管材颗粒和材料，包括短纤维材料、纳米材料进行级配优化，重量比优化，性能优化。单一的高聚合物管材往往在管材环刚度、抗冲击性能上表现较弱，复合多孔轻集料或颗粒能明显改善单一管材的这些性能，有些环刚度提升约20％左右，同厚度管材自重下降10％左右，节约原材料在10％以上。塑料及其他高分子材料暴露在阳光或高能射线下，由于紫外线的能量比有些聚合物的自动氧化反应活化能和化学键的离解能高，足以破坏聚合物的化学键，引发自动氧化反应，造成老化降解，导致制品变色，性能下降，通常的做法是添加适量的炭黑光屏蔽剂，混合多孔轻集料或颗粒后能使管道内部进一步隔绝光线或高能射线的破坏，避免管道内壁产生一些光合作用滋生的微生物结垢，同时多孔材料本身具有的隔热保暖功能使管材内部流体不易冻结，使得管材在低温下仍然保持畅通。

根据本发明的另一个实施方案，提供了一种新型混合复合管材，采用高聚合物为基体材料和多孔轻集料或颗粒混合，构成管材结构层，其特征在于：该复合管材内、外层或中间结构层可使用能够与多孔轻集料或颗粒混合高聚合物结构层之基体结合的所有管材原材料，包括纤维、钢材、高分子材料、各类聚合物或混合聚合物。

一般复合管材均由多层结构层结合而成，如热塑性塑料增强RTP管材的结构这种管材大部分是三层结构，内层是耐腐蚀、耐磨损的聚乙烯，中层是增强的缠绕层(缠绕的材料有高强度合成纤维，玻璃纤维，碳纤维和细金属丝多种)，外层是保护用的聚乙烯层；热固性的玻纤增加塑料夹砂管材(RPMP)的结构层，一般内层是耐腐蚀，抗磨的树脂加纤维毛毡和缠绕纤维，中间层为石英砂树脂混合夹砂增强层，外层为纤维缠绕的保护层。本发明采用高聚合物为基体材料和多孔轻集料或颗粒混合构成的管材结构层，可以取代现有多层复合管材的增强层，如上述热塑性塑料增强RTP管材和RPMP管材的中间结构层，取代这些增强层不是必须的，而是根据应用需要，解决一些性能要求的问题，比如在满足抗压耐腐蚀的基础上解决管体自重、绝缘、隔热保暖、结构性能、成本等问题。如上述所述热固性玻纤增加塑料夹砂(RPMP)管材，采用不饱和树脂为基体与多孔轻集料或颗粒混合替代原有的石英砂和树脂混合增强层，就可以在保持或提高原有性能的前提下使管体自重减轻20％左右，同时由于多孔轻集料或颗粒和树脂之间有着比石英砂更好的结合界面，使得管材的整体结构性能都有了较大提升。当然除了取代一般复合管材的结构层外，还可以根据应用需要制备多层多种复合结构，如为了绝缘、密封、阻燃需要可以设计内层是耐腐蚀、耐磨损的氯化聚乙烯(CPE)和聚乙烯(PE)二元混合，第二层为多孔轻集料或颗粒混合配方后的二元混合基体，第三层为增强抗压强度的缠绕层(缠绕的材料有高强度合成纤维，玻璃纤维，碳纤维和细金属丝多种)，外层为HDPE保护层，相关制作方法和工艺在实施例二中描述。

在本发明的另一个实施方案，提供了一种新型混合复合管材，采用高聚合物为基体材料和多孔轻集料或颗粒混合，可以和各种非金属管道也可以和各类金属管复合制备成不同的新型混合复合管材。该复合管材可根据耐内压、耐磨、摩擦阻力和其他一些应用需要内衬、外衬或夹衬各种基管，包括各类钢管、塑料管、陶瓷管、复合管，此类管材结构一般分三类，一类为外层由热塑性高聚合物或缠绕浸淫树脂的纤维组成，中间结构层为多孔轻集料或颗粒混合基体材料，内层为各类内衬管道；这类管道主要是用内衬基管解决抗内压的问题，用多孔轻集料或颗粒混合基体材料结构层解决隔热保暖的问题，特别适用于冷热水的输送；另一类内层为高聚合物，第二层为多孔轻集料或颗粒混合基体材料组成，第三层为各类夹衬管，外层为热塑性高聚合物或缠绕浸淫树脂的纤维组成；这类管道主要解决的是绝缘防火防止静电的问题，同时加强内外抗压和防冲击保护，特别适用燃气输送类管道；再一类内层为高聚合物，中间层为多孔轻集料或颗粒混合基体材料组成，外层为各类外衬管，这种管道主要是要解决的是内部隔热保暖，绝缘，增强流量等问题，同时加强外层保护抗紫外线抗冲击破坏等，适用于油脂类流体的输送。

根据本发明的一个技术方案，提供了一种新型混合复合管材的制作方法：其特点在于：所述复合管材可以通过卷制、缠绕、拉挤、离心浇铸、挤出、注塑、树脂传递、夹层结构至少一种方法制备成型。在实施本发明技术方案过程中，在热塑性高聚合物混合多孔轻集料或颗粒制备中，共挤出工艺是最为合适的，共挤出工艺的几种类型可用多种方法制取多组分的复合材料制品，采用共挤出工艺是最简便易行的一种方法。高聚物共挤出工艺是一种使用数台挤出机分别供给不同的熔融料流，在一个复合机头内汇合共挤出得到多层复合制品的加工过程,它能够使多层具有不同特性的物料在挤出过程中彼此复合在一起，使制品兼有几种不同材料的优良特性,在性能上进行互补，如防氧和防湿的阻隔能力、着色性、保温性、热成型和热粘合能力,以及强度、刚度、硬度等机械性能。在热固性高聚合物混合多孔轻集料或颗粒制备中，缠绕工艺是较为合适的制备工艺，采用螺旋缠绕和环向缠绕工艺在管模上由内至外逐层制备，目前有定长和连续缠绕两种方式可选。离心法工艺是各类高聚合物都可以适用的制备工艺，但相对来说对设备和工艺要求都较高，一般适合特殊要求的管材生产。本发明制造工艺必须解决如下几个问题，(1)多孔轻集料或颗粒和高聚合物的结合：针对这个问题，本发明要求颗粒表面具备多孔或凹凸状特征，比表面积较大，能与高聚合物通过颗粒表面多细孔的特征产生良好的结合界面，通常的认识是，增强颗粒材料与基体的结合首先需要具备足够的比表面积，颗粒比表面积愈大，界面结合就愈好，其次是要两者结合紧密，内部不带气泡，通常的做法是通过挤压、振动、抽真空的方法，目的是排出尽可能多的气泡，这也是目前保证管材品质极为重要的工序；而在本发明中表面多孔颗粒具备足够大的比表面积，能与高聚合物产生更好的结合界面，同时在两者结合过程中在无数无序细孔中封闭了较多的具备一定压强的气体，这些气体好比被关进一个个细小的密封仓，在于基体结合过程中既产生一定的吸附力，又具有一定的应力；因此，多孔轻集料或颗粒与高聚合物通过颗粒表面多细孔的特征产生良好的结合界面，在结合过程中通过封闭具备一定压强的气体产生更好的抗力，从而使管材具备更好刚度同时，又具备较好的弯曲、拉升强度和拉升、抗弯弹性模量，与同类管材相比，这一特征使得本发明管材在节约基体材料的前提下依然保持足够的高性能特点。为使所述新型混合复合管材获得更优性能或在某些相容性较差或者是多种高聚合物一起应用制备本发明管材时，可采用表面活性剂和偶联剂包覆法，即将表面活性剂或偶联剂与低沸点溶剂配成一定浓度的溶液，然后在一定温度下与多孔轻集料或颗粒在高速搅拌机中均匀分散，从而达到表面改性的目地，或者在一定的温度下与雾化的表面活性剂或偶联剂等反应达到表面改性的目的，也可以采用高聚合物和交联剂或催化剂溶解或分散到一定的溶剂中，再加入多孔轻集料或颗粒，边搅拌边加热进行制备。本发明中所述偶联剂指的是：增加高聚合物与填充剂或增强剂界面结合力的物质。偶联剂分子是具有两性结构的物质，它的一端可与无机物表面的化学基团反应，形成强固的化学键合，另一端则有亲有机物的性质，可与有机物分子反应或物理缠绕，从而把两种性质不同的材料牢固结合起来。常用的偶联剂有硅烷类偶联剂、钛酸酯类偶联剂、锆铝酸盐和络合物等。其中硅烷偶联剂适用最广。当多孔轻集料颗粒与高聚合物基体发生化学组分冲突或多孔轻集料颗粒表面抗压强度过低或粘合不佳时，可先用不饱和聚酯树脂添加有机膨润土采用高压喷射的方法或采用表面活性剂或偶联剂与低沸点溶剂配成一定浓度的溶液进行雾化喷洒或者直接混合的方法对多孔轻集料表面经行改性，使之符合与基体结合的要求，同时为了增强高聚合物或结构层之间的遮断性能，可在高聚合物或结构层之间添加适量有机膨润土、增稠剂、粘合剂和热熔胶等(2)以高聚合物为基体的多孔轻集料或颗粒作为管材结构层与其他结构层之间的结合:尽可能选择与结构层基体材料相同的高聚合物，在不同高聚合物结合时选择能通过现有技术促使相容性较好的高聚合物或是添加混合溶剂、增塑剂、热熔胶等改善两者之间的结合界面。(3)以高聚合物为基体的多孔轻集料或颗粒作为管材结构层与其他衬管之间的结合：首先对衬管结合面采用滚压加工或采用高能束加工装置进行表面处理，增加结合面的耐磨性，也可直接选用各类波纹管作为基管，其次在复合过程中采用挤压、卷制振压、预应力、离心浇铸等方式增强结合面的密实性，避免产生脱层现象。。

有益效果

本发明的有益效果是通过多孔轻集料或颗粒本身的特性和与高聚合物结合在管材中的作用来体现的，首先多孔轻集料或颗粒密度较小，表面具备多细孔特征，在管材中与高聚合物结合后不但能减轻管道自重，而且可以获得比较高的环刚度和弹性模量，结合界面更好，整体结构更加紧密，在保持性能要求的前提下节约生产成本，其非金属、耐腐蚀、绝缘、遮光和隔热保暖的特性可以使得管材适用于易燃、易爆、易冻及各种污染和复杂环境；其次可以根据应用需要和不同管材材料结合的特点衍生出更多样的复合管材，符合复合管材轻质化、多样化、环保化的发展趋势；再者和不同衬管的结合可以解决抗内压不足，避免一些单纯金属管、单一塑料管材本身的某些缺陷。这类多孔轻集料或颗粒取材便利，不存在区域性缺失的现象，其中人工轻集料或颗粒制备技术成熟，可以根据管材性能的要求，设计生产不同特性的多孔颗粒产品，应用前景广泛。与纳米颗粒材料相比，多孔轻集料或颗粒使用成本要低得多，而且制备的管材自重也轻得多。本发明所述管道可应用于石油、天然气、供暖供气、给排水、农业灌溉、矿山、海水淡化、电力通讯、市政管廊等。

附图说明

图1新型混合复合管材结构示意图。1：高聚合物外表层2：高聚合物内表层3：多孔轻集料或颗粒与高聚合物混合主体；图2新型混合复合管材结构示意图。1：管材外结构层2：管材内结构层3：多孔轻集料或颗粒与高聚合物混合结构层4：基管。

本发明实施方式

以下实施例只是为了更加详细描述本发明，增加对本发明的理解，并非限制本发明的范围。

制备实施例一：多孔轻集料或颗粒和PE组合制备新型混合复合管材：

采用异型材共挤工艺，使用数台挤出机向一个复合机头同时供给不同塑胶熔融料流、汇合，将不同性质的高聚物挤注到同一型材的不同部位复合成多层混合复合管材

(1)选择PE100原材料；多孔高强陶砂，颗粒表面呈多细孔特征，粒径≤2mm，筒压≥8MP，级配10～16目30％，16～20目40％，20～40目20％，40～80目 10％，多孔高强陶砂和PE100混合，PE100体积比≥35％。

(2)在多孔高强陶砂干燥后混入硅烷偶联剂并搅拌均匀，标准用量＝(填料量*填料比表面积)/偶联剂的最小包覆面积，经验用量体积比约为颗粒堆积的0.1～3％左右。

(3)温度条件为：料筒温度控制在180--200℃范围内；机头温度控制在190--210℃范围内；口模温度控制在200--220℃范围内；熔体温度不超过200℃

(4)按照管道设计规格选择相应的模具和定径套，设定主机、牵引、共挤转速

(5)按照管道设计规格设置相应的螺杆转速、熔压和排出流量

(6)按照管材不同复合部位对应各层挤出机导入相应原材料

(7)按照异型材共挤工艺制备流程生产产品。

制备实施例二：多孔轻集料或颗粒和氯化聚乙烯(CPE)混合PE100、芳纶纤维或无碱玻璃纤维、PE80

采用异型材共挤工艺+缠绕工艺+挤出工艺，配置异型材共挤、缠绕和复合挤出设备。

(1)选择CPE-135A混合PE100原材料；PE混合CPE重量比≤60份，可添加适量交联剂TEHC；多孔高强陶砂，颗粒表面呈多细孔特征，粒径≤2.5mm，筒压≥12MP，级配10～16目20％，16～20目40％，20～40目30％，40～80目10％，添加颗粒体积比1.5％的硅烷偶联剂混合；多孔高强陶砂和配方后的基体材料混合，基体材料体积比≥35％；芳纶纤维或无碱玻璃纤维。

(2)温度条件为：料筒温度控制在110--160℃范围内；机头温度控制在120--160℃范围内；口模温度控制在120--170℃范围内；熔体温度不超过180℃

(3)按照异型材共挤工艺配置设备和其他生产条件。

(4)按照异型材共挤生产工艺制备获得配方后基体材料组成的内层和多孔高强陶砂与配方后基体材料混合而成的第二结构层。

(5)在缠绕工位上通过缠绕设备旋转机构在管材第二层基础上均匀缠绕两条呈螺旋状芳纶纤维或无碱玻璃纤维的增强带，获得管材第三结构层。

(6)再在第三结构层的基础上复合挤出PE80覆盖外保护层。

制备实施例三：以镀锌波纹钢管为基管与多孔高强陶砂和PE100、无碱玻璃纤维、不饱和聚酯树脂190制备的新型混合复合管材：

采用离心法工艺+缠绕工艺，配置离心设备和缠绕设备

(1)原材料选择PE100、不饱和聚酯树脂190、无碱玻璃纤维、多孔高强陶砂，颗粒表面呈多细孔特征，粒径≤2.5mm，筒压≥8MP，级配10～16目40％，16～20目40％，20～40目20％。

(2)在多孔高强陶砂干燥后混入硅烷偶联剂并搅拌均匀，标准用量＝(填料量*填料比表面积)/偶联剂的最小包覆面积，经验用量体积比约为颗粒堆积的0.1～3％左右。多孔高强陶砂和不饱和聚酯树脂190混合层，不饱和聚酯树脂190体积比≥35％。

(3)镀锌波纹钢管处管材中间位置，管材由里到外结构层分别为PE内层、多孔高强陶砂和不饱和聚酯树脂190混合甲层、镀锌波纹钢管、多孔高强陶砂和不饱和聚酯树脂190混合乙层、无碱玻璃纤维浸淫不饱和聚酯树脂190保护层：制备工艺依次为，PE内层和多孔高强陶砂与不饱和聚酯树脂190混合甲层采用离心工艺与波纹镀锌钢管结合，随后采用缠绕工艺制备多孔高强陶砂和不饱和聚酯树脂190混合乙层、无碱玻璃纤维浸淫不饱和聚酯树脂190保护层。

(4)镀锌波纹钢管处管材外保护层，管材由里到外结构层分别为PE内层、多孔高强陶砂和不饱和聚酯树脂190混合层、镀锌波纹钢管外保护层，全程采用离心工艺制备而成。

(5)镀锌波纹钢管处管材内保护层，管材由里到外结构层分别为镀锌波纹钢管内保护层、多孔高强陶砂和不饱和聚酯树脂190混合层、无碱玻璃纤维浸淫不饱和聚酯树脂190外保护层，全程采用缠绕工艺制备而成。

Claims

一种新型混合复合管材，其特征在于：包括外表层、内表层和主体结构层，外表层和内表层采用高聚合物或基管为材料，主体结构层采用高聚合物为基体材料，添加多孔轻集料或颗粒混合而成，高聚合物包括可以和多孔轻集料或颗粒结合的热固性高聚合物和热塑性高聚合物。
根据权利要求1所述的新型混合复合管材，其特征在于：所述外表层、内表层和主体结构层中至少一层设有基管结构。
根据权利要求1或2所述的新型混合复合管材，其特征在于：所述多孔轻集料或颗粒表面具备多孔或凹凸状特征，堆积密度小于1200kg/m3。
根据权利要求1或2所述的新型混合复合管材，其特征在于：所述多孔轻集料或颗粒选自陶粒、陶砂、膨胀珍珠岩、玻璃微珠、浮石、火山渣、煤渣、矿渣、多孔烧结料、轻砂、多孔塑料颗粒及其他人造或天然轻质颗粒。
根据权利要求1或2所述的新型混合复合管材，其特征在于：所述高聚合物指相对分子质量在10000以上的化合物，包括热塑性塑料：聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)及丙烯腈─丁二烯─苯乙烯共聚合物(ABS)聚醚醚酮(PEEK)、聚醚砜(PES)、聚芳砜(PASU)、聚苯硫醚(PPS)、交联聚乙烯、改性聚丙烯和聚1－丁烯；热固性塑料：酚醛、环氧、氨基、不饱和聚酯、呋喃、聚硅醚、聚苯二甲酸二丙烯酯塑料等；橡胶类：丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶、氯丁橡胶特种橡胶：丁腈橡胶、氯丁橡胶、氯基橡胶、氟橡胶、氯醚橡胶、硅橡胶、聚氨酯橡胶、聚硫橡胶、丙烯酸酯橡胶等；纤维类：玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、碳纤维聚酯纤维(涤纶)、聚酰胺纤维(锦纶或尼龙)、聚乙烯醇纤维(维纶)、聚丙烯腈纤维(腈纶)、聚丙烯纤维(丙纶)、聚氯乙烯纤维(氯纶)等人造合成、再生纤维等。
根据权利要求1或2所述的新型混合复合管材，其特征在于：主体结构层还可用多孔轻集料或颗粒与其他管材颗粒和材料，包括短纤维材料、纳米材料进行混合。
根据权利要求1所述的新型混合复合管材，其特征在于：所述多孔轻集料或颗粒需要经由表面活性剂或偶联剂改性处理时，其具体操作为：将表面活性剂或偶联剂与低沸点溶剂配成一定浓度的溶液，然后在一定温度下与多孔轻集料或颗粒在高速搅拌机中均匀分散；或者在一定的温度下多孔轻集料或颗粒与雾化的表面活性剂或偶联剂反应；或者采用交联剂分散到一定的溶剂中，再加入多孔轻集料或颗粒，边搅拌边加热进行处理。
权利要求1或2所述的新型混合复合管材，其特征在于：所述主体结构层中可添加一定量的有机膨润土、增稠剂、粘合剂和热熔胶。
权利要求1或2所述的新型混合复合管材的制备方法，其特征在于：所述复合管材通过卷制振压、缠绕、拉挤、离心浇铸、挤出、注塑、预应力、树脂传递和夹层结构中的至少一种方法制备成型。
根据权利要求1或2所述的新型混合复合管材的应用，其特征在于：用于作为石油、天然气、供暖供气、给排水、农业灌溉、矿山、海水淡化、电力通讯、市政管廊的管材。