專利名稱：三元復合材料內(nèi)襯耐磨管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于物料輸送領(lǐng)域的機械設(shè)備，特別涉及一種復合材料內(nèi)襯耐磨管。
背景技術(shù)：
冶金、礦山、電力、建材、耐火材料、能源等工業(yè)行業(yè)中，物料的輸送都是通過管道遠距離強力輸送的，管道既承受著相當?shù)膲毫?，又?jīng)受著很嚴重的磨損。單一材料無法滿足對強度、韌性、耐磨性、耐腐性、易加工性各方面的綜合性能要求，因此，必須開發(fā)出新型的復合材料來生產(chǎn)管，才能滿足各行業(yè)對管的生產(chǎn)實際需要。目前，復合管主要分為鋼橡復合管—內(nèi)襯采用純聚合物橡膠，容易變形、撕裂，嚴重時造成堵管；自蔓延陶瓷復合管—該產(chǎn)品的制備工藝的影響因數(shù)比較復雜，質(zhì)量可控性較差，制備過程中存在化學反應不完全和環(huán)境污染問題，另外由于整體陶瓷內(nèi)襯層是脆性材料，在安裝、使用過程中受到撞擊時，容易導致內(nèi)襯層碎裂；消失模真空吸鑄雙金屬管—解決了異型管道無法復合的難題，但重量重是該管道的最大缺陷；內(nèi)貼陶瓷片—制備大直徑管道有一定的優(yōu)勢，但小直徑管道的制備受到一定程度的限制，而且陶瓷片容易在使用過程中掉落；因此制備一種重量輕、價格低廉、原材料來源廣、耐磨性好、各種規(guī)格大小的管道勢在必行。把高強度、高韌性的金屬絲網(wǎng)和高硬度的陶瓷棒以及高耐腐性的聚合物用復合工藝進行復合，制作管道內(nèi)襯，可生產(chǎn)出高使用性能的復合材料內(nèi)襯耐磨管。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種能夠滿足各行業(yè)復雜工況下，特別是滿足輸送物料顆粒尺寸較大、外形較尖銳的場合下，各種物料輸送系統(tǒng)對管道的使用要求的三元復合材料內(nèi)襯耐磨管。該實用新型兼有了陶瓷材料的高硬度、高耐磨性；金屬材料的高強度、高韌性；有機聚合物材料的彈性和抗腐蝕性。
為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)解決方案是這樣實現(xiàn)的本實用新型由外層鋼管(1)和耐磨內(nèi)襯(2)構(gòu)成，耐磨內(nèi)襯(2)由金屬絲網(wǎng)(3)、陶瓷棒(4)、復合料(5)復合而成。陶瓷棒(4)鑲嵌在金屬絲網(wǎng)(3)的網(wǎng)孔中，復合料(5)澆注或壓入金屬絲網(wǎng)(3)和陶瓷棒(4)上，固化后制成耐磨內(nèi)襯(2)與外層鋼管(1)復合為一體的結(jié)構(gòu)。制成的復合材料內(nèi)襯耐磨管，可以是直管、彎管和三通管。
在上述方案中，陶瓷棒(4)采用氧化鋁、碳化鎢或碳化硅陶瓷材料制作。
金屬絲網(wǎng)(3)多層緊密疊加，其金屬絲網(wǎng)(3)的網(wǎng)孔尺寸為1～20mm，該金屬絲直徑為0.1～3mm。
陶瓷棒(4)直徑為1～20mm，陶瓷棒(4)鑲嵌在金屬絲網(wǎng)(3)的網(wǎng)孔內(nèi)，并與該金屬絲網(wǎng)(3)的網(wǎng)孔緊密配合。
耐磨內(nèi)襯(2)厚度根據(jù)工況確定，一般為5～100mm，陶瓷棒(4)的長度由耐磨內(nèi)襯(2)的厚度確定。
金屬絲網(wǎng)(3)的材質(zhì)采用低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼金屬絲；或者低、中、高碳合金鋼金屬絲，或納米結(jié)構(gòu)錳鋼亞穩(wěn)材料金屬絲制作，最好采用納米結(jié)構(gòu)的碳鋼金屬絲，或者納米結(jié)構(gòu)的合金鋼金屬絲。
復合料(5)采用聚氨酯、尼龍、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯或橡膠。
復合料(5)還可采用陶瓷粉料和有機聚合物的混合物，陶瓷粉料采用粒度為5～50um的碳化硅粉、氧化鋁粉、氮化鈦粉、碳化鈦粉或碳化鎢粉，有機物采用聚氨酯、尼龍、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯或橡膠。
本實用新型具有如下優(yōu)點1、本實用新型采用了三元復合材料做耐磨內(nèi)襯，因此，避免了三種材料單獨使用時所出現(xiàn)的缺點，即大塊陶瓷材料在沖擊下的脆性、單一金屬材料抗腐蝕性差、純有機聚合物材料抗撕裂性差的缺點。將三種材料各自優(yōu)點進行集合。小直徑的高硬度陶瓷棒鑲嵌在金屬絲網(wǎng)中，構(gòu)成抗磨硬質(zhì)點，能夠阻止磨料顆粒在管內(nèi)表面的壓入和劃動，從而使管具有很高的耐磨性；金屬絲網(wǎng)既有高強度，又有高韌性，其本身是一種優(yōu)良的抗磨材料，還起著固定陶瓷棒的作用；采用有機聚合物作為復合料，不僅起到成型、粘結(jié)作用，同時還具有高抗腐性、高減震性。
2、金屬絲網(wǎng)復合在有機聚合物內(nèi)部，可避免實際使用工況條件下的外部介質(zhì)腐蝕。
3、陶瓷棒和金屬絲網(wǎng)可共同防止磨料顆粒對有機聚合物復合料的劃傷、撕扯，使有機聚合物復合料保持穩(wěn)定的形態(tài)。
4、在使用過程中，有機聚合物復合料可進行彈性能量退讓，降低磨料對管的沖擊應力作用，同時把殘余沖擊應力傳遞到更大的區(qū)域內(nèi)；高強度和高韌性的金屬絲網(wǎng)可起到承受并傳遞應力的作用，減少了局部應力集中。陶瓷棒鑲嵌在金屬絲網(wǎng)的網(wǎng)孔中，配合緊密，并且有彈性體復合在周圍空隙內(nèi)，以金屬絲網(wǎng)和彈性體的共同支撐下，小尺寸的陶瓷棒象金屬顯微組織中的高硬度碳化物那樣不會由于脆性而碎裂。
5、三元復合材料內(nèi)襯耐磨管的復合成型溫度低、工藝可控性強，成品率高，生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定，不需要經(jīng)過熱處理等工藝即可獲得很高的使用性能。
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步詳細說明


圖1是實施例1的縱向剖視圖；圖2是
圖1I區(qū)局部放大圖；圖3是
圖1II區(qū)局部放大圖；圖4是實施例2的縱向剖視圖；圖5是實施例3的縱向剖視圖；圖6是實施例3的側(cè)視圖；圖7是實施例4的橫斷面剖視圖.
具體實施方式
實施例1一種均勻壁厚的三元復合材料內(nèi)襯耐磨直管，參見
圖1、圖2和圖3。它由外層鋼管1和耐磨內(nèi)襯2構(gòu)成，耐磨內(nèi)襯2由金屬絲網(wǎng)3、陶瓷棒4、復合料5復合而成。本實施例外層鋼管1的直徑為500mm，耐磨內(nèi)襯2的厚度為10mm。金屬絲網(wǎng)3采用Φ0.5mm的納米結(jié)構(gòu)高碳鋼金屬絲編織而成，網(wǎng)孔尺寸為1.5mm；金屬絲網(wǎng)3緊密層疊，其所占整個三元復合材料內(nèi)襯耐磨管的體積分數(shù)為20％；陶瓷棒4采用碳化鎢制作，也可采用其它硬質(zhì)材料；陶瓷棒4直徑為1.5mm，其長度與金屬絲網(wǎng)3疊層厚度相等；陶瓷棒4鑲嵌在金屬絲網(wǎng)3的網(wǎng)孔中，在離心機上把液態(tài)的聚氨酯復合料5澆注在金屬絲網(wǎng)3和陶瓷棒4上，冷卻固化后，制成耐磨內(nèi)襯2與外層鋼管1復合為一體的三元復合材料內(nèi)襯耐磨直管。
實施例1的制備工藝步驟如下a.用絲網(wǎng)編織機把納米結(jié)構(gòu)高碳鋼金屬絲編織成納米結(jié)構(gòu)金屬絲網(wǎng)3，并進行裁剪；b.把金屬絲網(wǎng)3經(jīng)過丙酮洗滌，進行表面除銹、除油、除污；c.將金屬絲網(wǎng)3進行緊密疊層至厚度為10mm；d.將陶瓷棒4緊密鑲嵌到金屬絲網(wǎng)3的網(wǎng)孔中，再卷制放置到鋼管1的內(nèi)腔，使金屬絲網(wǎng)3緊貼在鋼管1的內(nèi)壁；e.把鋼管1放到離心機上進行勻速轉(zhuǎn)動，將85～95℃液態(tài)的聚氨酯復合料5澆注在鋼管1內(nèi)的金屬絲網(wǎng)3和陶瓷棒4的上面，冷卻固化后，即制成均勻壁厚的三元復合材料內(nèi)襯耐磨直管。
實施例2一種三元復合材料內(nèi)襯耐磨三通管，參見圖4、圖2和圖3。它是由外層鋼管1和耐磨內(nèi)襯2構(gòu)成，耐磨內(nèi)襯2由金屬絲網(wǎng)3、陶瓷棒4、復合料5復合而成。本實施例外層鋼管1的直徑為650mm，耐磨內(nèi)襯2的厚度為15mm。金屬絲網(wǎng)3采用Φ0.8mm的低碳合金鋼金屬絲編織而成，網(wǎng)孔尺寸為2mm；金屬絲網(wǎng)3緊密層疊；陶瓷棒4采用氧化鋁制作，也可碳化鎢或碳化硅材料；陶瓷棒4直徑為2mm，其長度與金屬絲網(wǎng)3疊層厚度相等；陶瓷棒4鑲嵌在金屬絲網(wǎng)3的網(wǎng)孔中；復合料5采用聚乙烯。
實施例2的制備工藝步驟如下a.用絲網(wǎng)編織機把低碳合金鋼金屬絲編織成金屬絲網(wǎng)3；b.根據(jù)外層鋼管1的規(guī)格尺寸，分別裁剪出用于直管區(qū)6和分叉管區(qū)7的金屬絲網(wǎng)3；c.把金屬絲網(wǎng)3經(jīng)過丙酮洗滌，進行表面除銹、除油、除污，將金屬絲網(wǎng)3進行緊密疊層至厚度15mm；d.將陶瓷棒4緊密鑲嵌到金屬絲網(wǎng)3的網(wǎng)孔中，再卷制放置到鋼管1內(nèi)的相應區(qū)域(直管區(qū)6和分叉管區(qū)7)，使金屬絲網(wǎng)3緊貼在鋼管1的內(nèi)壁；e.把鋼管1的一端向下放置在加熱爐中，預熱后將液態(tài)的聚乙烯5從上端澆注入鋼管1內(nèi)的金屬絲網(wǎng)3和陶瓷棒4的上面，并保溫20～30分鐘使聚乙烯5滲透整個耐磨內(nèi)襯層2，冷卻固化后，即制成三元復合材料內(nèi)襯耐磨三通管。
實施例3一種三元復合材料內(nèi)襯耐磨彎管，參見圖5、圖6、圖2和圖3。它由外層鋼管1和耐磨內(nèi)襯2構(gòu)成，耐磨內(nèi)襯2由金屬絲網(wǎng)3、陶瓷棒4、復合料5復合而成。本實施例外層鋼管1的直徑為300mm，耐磨內(nèi)襯2的厚度為10mm。金屬絲網(wǎng)3采用Φ0.5mm的低碳合金鋼金屬絲編織而成，網(wǎng)孔尺寸為1.8mm；金屬絲網(wǎng)3緊密層疊；陶瓷棒4采用氧化鋁制作，也可碳化鎢或碳化硅材料；陶瓷棒4直徑為1.8mm，其長度與金屬絲網(wǎng)3疊層厚度相等；陶瓷棒4鑲嵌在金屬絲網(wǎng)3的網(wǎng)孔中；復合料5采用聚氨酯。
實施例3的制備工藝步驟基本同實施例2，不同點是根據(jù)外層鋼管1的規(guī)格尺寸，把360°圓周分成6等分，確定金屬絲網(wǎng)3的尺寸后裁剪；將陶瓷棒4緊密鑲嵌到金屬絲網(wǎng)3的網(wǎng)孔中，再壓制成各等分段與鋼管1對應的形狀，然后放置到鋼管1內(nèi)的相應區(qū)域，使金屬絲網(wǎng)3緊貼在鋼管1的內(nèi)壁，并使各等分段緊密拼接。
把鋼管1一端向下放置在加熱爐中，加熱至80～95℃，將液態(tài)的聚氨酯5從上端澆注入鋼管1內(nèi)的金屬絲網(wǎng)3和陶瓷棒4的上面，并保溫20～30分鐘，冷卻固化后，即制成三元復合材料內(nèi)襯耐磨彎管。
實施例4一種三元復合材料內(nèi)襯耐磨直管，參見
圖1、圖2、圖3和圖7。它由外層鋼管1和耐磨內(nèi)襯2構(gòu)成，耐磨內(nèi)襯2由金屬絲網(wǎng)3、陶瓷棒4、復合料5復合而成。本實施例復合料5采用陶瓷粉料和聚氨酯的混合物，陶瓷粉料與聚氨酯以0.5∶1體積比混合，陶瓷粉料是粒度為20um氧化鋁粉；外層鋼管1的直徑為500mm，耐磨內(nèi)襯2的厚度為10mm。金屬絲網(wǎng)3采用Φ0.5mm的納米結(jié)構(gòu)高碳鋼金屬絲編織而成，網(wǎng)孔尺寸為1.5mm；金屬絲網(wǎng)3緊密層疊，其所占整個三元復合材料內(nèi)襯耐磨管的體積分數(shù)為20％；陶瓷棒4采用碳化鎢制作，也可采用其它硬質(zhì)材料；陶瓷棒4直徑為1.5mm，其長度與金屬絲網(wǎng)3疊層厚度相等；陶瓷棒4鑲嵌在金屬絲網(wǎng)3的網(wǎng)孔中；把粘稠的氧化鋁和聚氨酯混合物復合料5澆注在金屬絲網(wǎng)3和陶瓷棒4上，通過輥壓機8把復合料壓入金屬絲網(wǎng)3的剩余間隙中，冷卻固化后制得三元復合材料內(nèi)襯耐磨直管。
權(quán)利要求1.一種三元復合材料內(nèi)襯耐磨管，其特征在于它由外層鋼管(1)和耐磨內(nèi)襯(2)構(gòu)成，耐磨內(nèi)襯(2)由金屬絲網(wǎng)(3)、陶瓷棒(4)、復合料(5)復合而成；陶瓷棒(4)鑲嵌在金屬絲網(wǎng)(3)的網(wǎng)孔中，復合料(5)澆注或壓入在金屬絲網(wǎng)(3)和陶瓷棒(4)周圍間隙中，固化后制成耐磨內(nèi)襯(2)與外層鋼管(1)復合為一體的結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三元復合材料內(nèi)襯耐磨管，其特征在于復合材料內(nèi)襯耐磨管，可以是直管、彎管和三通管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三元復合材料內(nèi)襯耐磨管，其特征在于陶瓷棒(4)采用氧化鋁、碳化鎢或碳化硅陶瓷材料制作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三元復合材料內(nèi)襯耐磨管，其特征在于金屬絲網(wǎng)(3)多層緊密疊加，其金屬絲網(wǎng)(3)的網(wǎng)孔尺寸為1～20mm，該金屬絲直徑為0.1～3mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三元復合材料內(nèi)襯耐磨管，其特征在于陶瓷棒(4)直徑為1～20mm，陶瓷棒(4)鑲嵌在金屬絲網(wǎng)(3)的網(wǎng)孔內(nèi)，并與該金屬絲網(wǎng)(3)的網(wǎng)孔緊密配合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三元復合材料內(nèi)襯耐磨管，其特征在于耐磨內(nèi)襯(2)厚度根據(jù)工況確定，一般為5～100mm，陶瓷棒(4)的長度小于或等于耐磨內(nèi)襯(2)的厚度確定。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三元復合材料內(nèi)襯耐磨管，其特征在于金屬絲網(wǎng)(3)的材質(zhì)采用低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼金屬絲；或者低、中、高碳合金鋼金屬絲，或錳鋼亞穩(wěn)材料金屬絲制作。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三元復合材料內(nèi)襯耐磨管，其特征在于金屬絲網(wǎng)(3)的材質(zhì)還可采用納米結(jié)構(gòu)碳鋼金屬絲，或者納米結(jié)構(gòu)合金鋼金屬絲制作。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三元復合材料內(nèi)襯耐磨管，其特征在于復合料(5)采用聚氨酯、尼龍、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯或橡膠。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三元復合材料內(nèi)襯耐磨管，其特征在于復合料(5)可采用陶瓷粉料和有機聚合物的混合物。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的三元復合材料內(nèi)襯耐磨管，其特征在于陶瓷粉料采用粒度為5～50um的碳化硅粉、氧化鋁粉、氮化鈦粉、碳化鈦粉或碳化鎢粉，有機聚合物采用聚氨酯、尼龍、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯或橡膠。
專利摘要本實用新型公開了一種三元復合材料內(nèi)襯耐磨管。它由外層鋼管(1)和耐磨內(nèi)襯(2)構(gòu)成，耐磨內(nèi)襯(2)由金屬絲網(wǎng)(3)、陶瓷棒(4)和復合料(5)三種組元復合而成，陶瓷棒(4)鑲嵌在金屬絲網(wǎng)(3)的網(wǎng)孔中，用復合料(5)復合成一體。三元復合材料內(nèi)襯耐磨管，可以是直管、彎管和三通管。本實用新型的優(yōu)點是匯集了陶瓷材料高硬度、金屬材料高韌性、高強度和有機聚合物的彈性和抗腐蝕性等各種優(yōu)點，解決了大塊陶瓷在沖擊下的碎裂、單一金屬材料抗腐蝕性差、純有機物在磨損工況下成片撕裂和變形的難題。復合成型溫度低、工藝可控性強，成品率高，生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定，不需要經(jīng)過熱處理等工藝即可獲得很高的使用性能。
文檔編號F16L57/06GK2779197SQ200520078320
公開日2006年5月10日 申請日期2005年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月3日
發(fā)明者許云華, 岑啟宏, 付永紅, 武宏 申請人:西安建筑科技大學