長纖維帶狀內(nèi)包裹式玻纖纏繞三層復(fù)合聚乙烯管及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種長纖維帶狀內(nèi)包裹式玻纖纏繞三層復(fù)合聚乙烯管，由外層功能材料層、中間層長玻纖帶狀聚乙烯擠出纏繞層和內(nèi)層功能材料層三層組成，三層由內(nèi)至外依次同軸包裹而成。本發(fā)明提供的復(fù)合聚乙烯管利用玻璃纖維高拉伸強(qiáng)度特性、聚乙烯高強(qiáng)度高柔韌性和自融合特性，使用專用設(shè)備定長加工，克服了現(xiàn)有設(shè)備無法同時(shí)成型直管擠出和螺旋纏繞同時(shí)成型復(fù)合管道的缺陷，既滿足了內(nèi)外層材料耐磨、耐腐蝕、阻燃、抗靜電、超潤滑等特殊工況下的使用，又通過連續(xù)長玻纖圓周向成型，提高管道的耐壓等級(jí)，最大可實(shí)現(xiàn)20兆帕壓力的輸水要求。
【專利說明】長纖維帶狀內(nèi)包裹式玻纖纏繞三層復(fù)合聚乙烯管及制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及聚乙烯管材，是一種高承壓、高耐磨、高抗沖擊、抗靜電阻然的長纖維帶狀內(nèi)包裹式玻纖纏繞三層復(fù)合聚乙烯管。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，聚乙烯管材已成為繼PVC之后，世界上消費(fèi)量第二大的塑料管道品種，廣泛用于給水、農(nóng)業(yè)灌溉、燃?xì)廨斔汀⑴盼?、礦山砂漿輸送等工程及油田、化工及郵電通訊等領(lǐng)域。隨著技術(shù)進(jìn)步，很多場(chǎng)合對(duì)聚乙烯管道的性能要求增加，例如:化工管道對(duì)防腐蝕性能要求逐漸增加，對(duì)管道壓力也要求逐漸增大；煤礦管道對(duì)管道的耐壓等級(jí)要求增加，對(duì)輸送介質(zhì)復(fù)雜性的要求以及對(duì)安全性能要求增加；石油管道對(duì)原油管道壽命的要求、對(duì)管道耐腐蝕性的要求以及對(duì)管道摩擦系數(shù)要求等都提出了更高的要求，迫切需要一種性能更加有益的管道。
[0003]長玻纖具有良好的耐腐蝕性好、拉伸強(qiáng)度高、彈性模量大、抗老化性強(qiáng)、耐熱性能好，其強(qiáng)度可以與高級(jí)合金鋼相比更硬等性能優(yōu)勢(shì)。在航空、火箭、宇宙飛行器、高壓容器以及在其他需要減輕自重的制品應(yīng)用中，都具有卓越成效。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高承壓、高耐磨、高抗沖擊、抗靜電阻然的長纖維帶狀內(nèi)包裹式玻纖纏繞三層復(fù)合聚乙烯管。
[0005]本發(fā)明要解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種長纖維帶狀內(nèi)包裹式玻纖纏繞三層復(fù)合聚乙烯管，由外層功能材料層、中間層長玻纖帶狀聚乙烯擠出纏繞層和內(nèi)層功能材料層三層組成，三層由內(nèi)至外依次同軸包裹rfn 。
[0007]而且，所述中間層為長玻纖和聚乙烯層經(jīng)過纏繞形共同擠出形成。
[0008]而且，所述長玻纖的形式是單根平鋪水平分布、束狀平鋪水平分布、網(wǎng)狀編織長玻纖帶、長玻纖布中的一種或多種復(fù)合使用。
[0009]而且，所述外層功能材料層為超高分子量聚乙烯層、高分子量聚乙烯層、阻燃抗靜電聚乙烯層、阻燃抗靜電超高分子量聚乙烯層中的一層或多層共擠。
[0010]而且，所述內(nèi)層功能材料層為超高分子量聚乙烯層、高分子量聚乙烯層、阻燃抗靜電聚乙烯層、阻燃抗靜電超高分子量聚乙烯層中的一層或多層共擠。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:
[0012]1、本發(fā)明提供的復(fù)合聚乙烯管一種高耐磨、高承壓、抗沖擊、抗靜電阻燃的復(fù)合高分子量玻纖聚乙烯管材，可用于煤礦，供水，以及燃?xì)廨斔偷阮I(lǐng)域。其原理是利用玻璃纖維高拉伸強(qiáng)度特性、聚乙烯高強(qiáng)度高柔韌性和自融合特性，使用專用設(shè)備定長加工，克服了現(xiàn)有設(shè)備無法同時(shí)成型直管擠出和螺旋纏繞同時(shí)成型復(fù)合管道的缺陷，既滿足了內(nèi)外層材料耐磨、耐腐蝕、阻燃、抗靜電、超潤滑等特殊工況下的使用，又通過連續(xù)長玻纖圓周向成型，提高管道的耐壓等級(jí)，最大可實(shí)現(xiàn)20兆帕壓力的輸水要求。
[0013]2、本發(fā)明提供的復(fù)合聚乙烯管將長玻纖和聚乙烯塑料進(jìn)行復(fù)合使用，即可以提高聚乙烯的拉伸強(qiáng)度和彈性模量，又可以增加玻纖的適用范圍，同時(shí)結(jié)合超高分子量聚乙烯以及阻燃抗靜電材料，可以獲得耐壓等級(jí)高、適用性更廣的功能管道。
[0014]3、本發(fā)明提供的含有長玻纖的復(fù)合聚乙烯管能夠顯著增加管材的耐拉力性，通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)，長玻纖增加10-20個(gè)玻纖，短玻纖的增加1-2兆帕。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的主視圖，其中外層功能材料層，2中間長玻纖帶狀聚乙烯擠出纏繞層，3內(nèi)層功遺材料層。
[0016]圖2為圖1的軸向剖視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖并通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述，以下實(shí)施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0018]本申請(qǐng)所述的長玻纖的為現(xiàn)有的產(chǎn)品，為長絲狀玻璃纖維，其長度從幾米到幾十米到任何所需長度，其生產(chǎn)企業(yè)很多，如:泰州奇新玻纖科技有限公司(http:"www.cnaxbx.com/Ch/index.asp)，生產(chǎn)的長玻纖絲、長玻纖帶、長玻纖布均可，該公司生產(chǎn)的無堿剝離纖維短切原絲氈、SMC紗、無堿玻璃纖維方格布、無堿玻璃纖維絲等，所需長玻纖均能從該公司產(chǎn)品目錄中查到。
[0019]一種長纖維帶狀內(nèi)包裹式玻纖纏繞三層復(fù)合聚乙烯管，由外層功能材料層1、中間層長玻纖帶狀聚乙烯擠出纏繞層2和內(nèi)層功能材料層3內(nèi)至外依次同軸包裹而成。所述中間層長玻纖帶狀聚乙烯擠出纏繞層為長玻纖和聚乙烯層經(jīng)過共同擠出層形成增強(qiáng)層。本申請(qǐng)?zhí)峁┑墓懿闹饕獞?yīng)用于煤礦井下給排水、瓦斯抽放、正壓通風(fēng)、負(fù)壓通風(fēng)，泥漿，砂漿抽放，煤層氣輸送，高壓供水等。
[0020]所述外層功能材料層為超高分子量聚乙烯層、高分子量聚乙烯層、阻燃抗靜電聚乙烯層、阻燃抗靜電超高分子量聚乙烯層中的一層或多層共擠。所述內(nèi)層功能材料層為超高分子量聚乙烯層、高分子量聚乙烯層、阻燃抗靜電聚乙烯層、阻燃抗靜電超高分子量聚乙烯層中的一層或多層共擠。
[0021]長玻纖的形式是單根平鋪水平分布、束狀平鋪水平分布、網(wǎng)狀編織長玻纖帶、長玻纖布中的一種或多種復(fù)合使用。長玻纖穿過擠出機(jī)機(jī)頭與擠出的聚乙烯在機(jī)頭高壓力作用下均勻分布且融為一體，擠出的融為一體的長玻纖聚乙烯片層經(jīng)過纏繞形成均勻的增強(qiáng)層O
[0022]本管材的制備方法，步驟如下:
[0023]⑴使用專用擠出機(jī)或通用擠出機(jī)擠出要求規(guī)格的管道，并截取成定長。
[0024]⑵內(nèi)層功能材料層放置在設(shè)備上，由固定架支撐并沿軸向旋轉(zhuǎn)，在設(shè)備上內(nèi)層功能材料層能軸向平移。
[0025]⑶采用帶有聚乙烯自動(dòng)上料裝置和長玻纖纏繞架擠出機(jī)，擠出時(shí)長玻纖的形式是單根平鋪水平分布、束狀平鋪水平分布、網(wǎng)狀編織長玻纖帶、長玻纖布中的一種或多種，長玻纖經(jīng)過共擠機(jī)頭與聚乙烯片層融合為一體形成中間層長玻纖聚乙烯片層。
[0026]⑷長玻纖聚乙烯片層在加熱裝置加熱后沿切線方向粘接在內(nèi)層功能材料層上，通過調(diào)整內(nèi)層功能材料層軸向旋轉(zhuǎn)的速度和長玻纖聚乙烯片層軸向平移的速度調(diào)整螺距，使長玻纖聚乙烯片層均勻復(fù)合在內(nèi)層功能材料層表面。
[0027](5)再將內(nèi)層功能材料層和中間層已經(jīng)復(fù)合的管道經(jīng)過擠出機(jī)，將外層功能材料層擠出在中間層的外表面，外層擠出時(shí)與中間層的接觸面熱熔在一起，形成一體的管道。上述裝置可以采用克拉管的生產(chǎn)設(shè)備來輔助實(shí)現(xiàn)。
[0028](6)將內(nèi)、外層功能材料層和中間長玻纖帶狀聚乙烯擠出纏繞層的復(fù)合管使用專用擠出機(jī)或通用擠出機(jī)擠出要求規(guī)格的管道。
[0029]本管材的一種推薦結(jié)構(gòu)為:包括下述重量份的原料:分子量為80-350萬單位的聚乙烯40-80份，阻燃、抗靜電材料及改性添加劑20-50份，長纖維玻纖帶10-30份。采用超高分子量聚乙烯管材制造設(shè)備，以及玻纖擠出纏繞機(jī)，制造所述的聚乙烯管材，通過實(shí)驗(yàn)證實(shí):管道最大承壓20兆帕，可以實(shí)現(xiàn)深井作業(yè)，同時(shí)超高分子量聚乙烯可在80°C長期使用，有利于礦井深井開發(fā)。
[0030]本發(fā)明主要的三個(gè)應(yīng)用方向?yàn)?
[0031]當(dāng)內(nèi)層和外層均是阻燃抗靜電超高分子量聚乙烯層時(shí)，可以作為煤礦井下瓦斯抽放、給排水、通風(fēng)以及煤層氣輸送的氣液傳送管道，保證管道的阻燃性和抗靜電性能。
[0032]當(dāng)內(nèi)層和外層均采用普通高分子量聚乙烯時(shí)，可以做普通的給排水管道，成本低，重量輕，耐磨防磨性能好，承壓高，適合固定建筑物或封閉空間的給排水管道使用。
[0033]當(dāng)內(nèi)層和外層均采用超高分子量聚乙烯層時(shí)，其管道耐磨性大增，適合建筑、采礦上運(yùn)送砂漿等管道使用。
[0034]本發(fā)明提供的復(fù)合聚乙烯管還具有以下優(yōu)點(diǎn):1、中間層采用帶狀長纖維玻纖大大提高管材的強(qiáng)度和耐壓能力；2、內(nèi)層采用超高分子量、阻燃抗靜聚乙烯，提高了礦井下水及砂漿對(duì)管材的磨損，提高管材壽命；減少瓦斯抽放產(chǎn)生的靜電，避免瓦斯爆炸的風(fēng)險(xiǎn)；3、夕卜層采用阻燃、抗靜電聚乙烯，避免管道在礦井下碰撞出電火花，以及避免表面靜電集聚，避免瓦斯爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。
[0035]本申請(qǐng)中內(nèi)、外層功能材料的介紹如下:
[0036]超高分子量聚乙稀英文名ultra-high molecular weight polyethylene (簡(jiǎn)稱UHMWPE)，是分子量150萬以上的聚乙烯。分子式:—(―CH2-CH2—) 一η—，密度:0.920?
0.964g/cm3o 熱變形溫度(0.46MPa) 85°C，熔點(diǎn) 130 ?136。。。
[0037]尚分子量聚乙稀的分子數(shù)量在50-500萬分子量。在使用中尚分子量聚乙稀的為耐磨性為主，耐磨損性比碳鋼高6-8倍，同時(shí)抗沖擊性能優(yōu)良。
[0038]阻燃抗靜電超高分子量聚乙烯是現(xiàn)有技術(shù)中的材料，例如由趙小平夏友林等公開發(fā)表的《防靜電阻燃超高分子量聚乙烯材料的研宄》，《安徽華工》1995年02期，中公開的的材料即可。
[0039]阻燃抗靜電聚乙烯層也是現(xiàn)有技術(shù)中的材料，例如由劉罡等公開發(fā)表的《阻燃抗靜電聚乙烯塑料的研宄》，塑料工業(yè)2011年4月第39卷SI，116-119，中公開的材料即可。
【權(quán)利要求】
1.一種長纖維帶狀內(nèi)包裹式玻纖纏繞三層復(fù)合聚乙烯管，其特征在于:由外層功能材料層、中間層長玻纖帶狀聚乙烯擠出纏繞層和內(nèi)層功能材料層三層組成，三層由內(nèi)至外依次同軸包裹而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長纖維帶狀內(nèi)包裹式玻纖纏繞三層復(fù)合聚乙烯管，其特征在于:所述中間層為長玻纖和聚乙烯層經(jīng)過共同擠出形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的長纖維帶狀內(nèi)包裹式玻纖纏繞三層復(fù)合聚乙烯管，其特征在于:所述長玻纖的形式是單根平鋪水平分布、束狀平鋪水平分布、網(wǎng)狀編織長玻纖帶、長玻纖布中的一種或多種復(fù)合使用。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長纖維帶狀內(nèi)包裹式玻纖纏繞三層復(fù)合聚乙烯管，其特征在于:所述外層功能材料層為超高分子量聚乙烯層、高分子量聚乙烯層、阻燃抗靜電聚乙烯層、阻燃抗靜電超高分子量聚乙烯層中的一層或多層共擠。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長纖維帶狀內(nèi)包裹式玻纖纏繞三層復(fù)合聚乙烯管，其特征在于:所述內(nèi)層功能材料層為超高分子量聚乙烯層、高分子量聚乙烯層、阻燃抗靜電聚乙烯層、阻燃抗靜電超高分子量聚乙烯層中的一層或多層共擠。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長纖維帶狀內(nèi)包裹式玻纖纏繞三層復(fù)合聚乙烯管，其特征在于:所述外層功能材料層和內(nèi)層功能材料層為超高分子量聚乙烯層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長纖維帶狀內(nèi)包裹式玻纖纏繞三層復(fù)合聚乙烯管，其特征在于:所述外層功能材料層和內(nèi)層功能材料層為阻燃抗靜電聚乙烯層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長纖維帶狀內(nèi)包裹式玻纖纏繞三層復(fù)合聚乙烯管，其特征在于:所述外層功能材料層和內(nèi)層功能材料層為高分子量聚乙烯層。
9.一種權(quán)利要求1所述的長纖維帶狀內(nèi)包裹式玻纖纏繞三層復(fù)合聚乙烯管的制備方法，其特征在于:步驟如下: ⑴使用專用擠出機(jī)或通用擠出機(jī)擠出要求規(guī)格的管道； ⑵內(nèi)層功能材料層放置在設(shè)備上，由固定架支撐并沿軸向旋轉(zhuǎn)，在設(shè)備上內(nèi)層功能材料層能軸向平移； ⑶采用帶有聚乙烯自動(dòng)上料裝置和長玻纖纏繞架擠出機(jī)，擠出時(shí)長玻纖的形式是單根平鋪水平分布、束狀平鋪水平分布、網(wǎng)狀編織長玻纖帶、長玻纖布中的一種或多種，長玻纖經(jīng)過共擠機(jī)頭與聚乙烯片層融合為一體形成中間層長玻纖聚乙烯片層； ⑷長玻纖聚乙烯片層在加熱裝置加熱后沿切線方向粘接在內(nèi)層功能材料層上，通過調(diào)整內(nèi)層功能材料層軸向旋轉(zhuǎn)的速度和長玻纖聚乙烯片層軸向平移的速度調(diào)整螺距，使長玻纖聚乙烯片層均勻復(fù)合在內(nèi)層功能材料層表面； (5)再將內(nèi)層功能材料層和中間層已經(jīng)復(fù)合的管道經(jīng)過擠出機(jī)，將外層功能材料層擠出在中間層的外表面，外層擠出時(shí)與中間層的接觸面熱熔在一起，形成一體的管道； (6)將內(nèi)、外層功能材料層和中間長玻纖帶狀聚乙烯擠出纏繞層的復(fù)合管使用專用擠出機(jī)或通用擠出機(jī)擠出要求規(guī)格的管道。
【文檔編號(hào)】F16L9/16GK104455791SQ201410690683
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月26日
【發(fā)明者】趙玉河, 劉建成, 趙通 申請(qǐng)人:河北旺源管業(yè)有限公司