一種抗靜電阻燃鋼骨架纖維增強樹脂管及其製備工藝的製作方法
2023-09-17 06:07:50 4
專利名稱：一種抗靜電阻燃鋼骨架纖維增強樹脂管及其製備工藝的製作方法
技術領域：
本發明屬於輸送管體技術領域，尤其涉及一種抗靜電阻燃鋼骨架纖維增強樹脂管及其製備工藝。
背景技術：
在煤礦輸送管體中用的鋼骨架纖維增強樹脂管、高強度樹脂鋼網複合管以及抗靜電阻燃纖維增強樹脂複合管等相似類型的管體通常是由表面導電層、中間強力層、內襯耐磨層組成。1、表面導電層通常是由纖維、樹脂、固化劑和促進劑，加入阻燃劑和抗靜電劑、導電炭黑後固化成型。由於礦井環境中使用的管體的表面電阻值一般要求在IO4 — IO8Q,並且要符合國家安監總局頒布的AQ1071— 2009中管體老化試驗的相關要求，導電炭黑在管體中含量一般在5% —10%左右才能能夠符合上述相關要求，再者管體中常用的阻燃劑如氫氧化鋁、三氧化二銻等的用量一般在20% — 50%之間。這就造成管體力學性能下降，管體延伸率降低20% — 30%，撓曲性能下降15% — 40%，造成管體的承壓能力以及管體長期使用的安全係數大大降低。再者由於煤礦井下的特殊環境，鋼骨架纖維增強樹脂管使用一兩年後管體內外表面就會產生表面出現細小裂紋或者龜裂現象，使鋼骨架纖維增強樹脂管的使用壽命大大降低，同時這種管體的使用範圍也受到了很大限制；
2、中間強力層通常是在內襯層的基礎上纏繞增強纖維、織物同時加有螺旋結構的交叉網狀鋼絲骨架，存在的問題是纖維以及鋼絲的纏繞角度一般在50° — 80°之間，這個範圍太寬且管體斷面鋼絲頭數也不固定，造成這類管體在生產加工方面十分混亂，給煤礦的安全生產帶來隱患。再者鋼絲與樹脂間的粘合力由於填料的選用不當經常造成分層的現象，比如經常用到的納米碳酸鈣一般是未經過改性處理的，它本身不具有粘合作用，只是降低了生產廠家的成本，但卻加劇了分層現象的產生；
3、內襯層通常是由纖維與加入阻燃劑、抗靜電劑、納米碳酸鈣和導電炭黑的樹脂固化後形成，其存在的問題同表面導電層是一樣的，再者煤礦用的鋼骨架纖維增強樹脂管體的承載介質大多為水、氣，對內襯層的要求是防腐蝕、滲漏和導電阻燃的功能，對耐磨並不作要求，所以這就在無形之中提高了管體的生產成本。
發明內容
本發明要解決的第一個技術問題就是提供一種使用壽命長、成本低的抗靜電阻燃鋼骨架纖維增強樹脂管。為解決上述第一個技術問題，本發明採用的技術方案為:包括管體，所述的管體由內至外為防滲阻燃導電內襯層、承壓阻燃導電結構層，其中防滲阻燃導電內襯層包括固化在內基體的玻璃纖維，承壓阻燃導電結構層包括同步纏繞有外表面塗覆有環氧樹脂的鍍鋅鋼絲和玻璃纖維直接無捻粗紗的外基體，內基體和外基體均包括下列重量份的組分:
樹脂膠100重量份阻燃劑7——15重量份
固化劑I——3重量份
促進劑2—4重量份
碳納米管I——3重量份
納米氫氧化鋁31——39重量份。其附加技術特徵為:所述的樹脂膠為不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂或酚醛樹脂，阻燃劑為甲基磷酸二甲酯，固化劑為過氧化環已酮或過氧化甲醯，促進劑為環烷酸鈷，碳納米管為多壁，直徑為8 —12納米，長度在8 —12微米，納米氫氧化鋁的粒度小於200納米；
所述承壓阻燃導電結構層中外表面塗覆有環氧樹脂的鍍鋅鋼絲的直徑為0.5 — 1.2毫
米;
所述的外表面塗覆有環氧樹脂的鍍鋅鋼絲與玻璃纖維直接無捻粗紗進行同步纏繞形成混合編織的網狀。本發明要解決的第二個技術問題就是提供一種抗靜電阻燃鋼骨架纖維增強樹脂管的製備工藝。為解決上述第二個技術問題，本發明採用的技術方案包括下述步驟:
第一步製造防滲阻燃導電內襯層
將玻璃纖維直接無捻粗紗與100重量份樹脂膠、7——15重量份的阻燃劑、I——3重量份固化劑、2——4重量份促進劑、I——3重量份碳納米管、31——39重量份納米氫氧化鋁構成的混合液體固化形成筒狀防滲阻燃導電內襯層；
第二步加工承壓阻燃導電結構層
將筒狀防滲阻燃導電內襯層套在旋轉芯軸上，在旋轉芯軸一側的行走小車上面上下平行放置鍍鋅鋼絲纏繞刀架和玻璃纖維纏繞刀架，使玻璃纖維纏繞刀架的玻璃纖維直接無捻粗紗經過100重量份樹脂膠、7—15重量份的阻燃劑、I—3重量份固化劑、2—4重量份促進劑、I——3重量份碳納米管、31——39重量份納米氫氧化鋁構成的混合液體，將鍍鋅鋼絲纏繞刀架的外表面塗覆有環氧樹脂的鍍鋅鋼絲和玻璃纖維纏繞刀架的玻璃纖維直接無捻粗紗按一定角度與旋轉芯軸接觸，啟動旋轉芯軸和行走小車，旋轉芯軸帶動筒狀防滲阻燃導電內襯層旋轉，行走小車順旋轉芯軸縱向來回移動，外表面塗覆有環氧樹脂的鍍鋅鋼絲和玻璃纖維直接無捻粗紗同步纏繞在筒狀防滲阻燃導電內襯層外壁，纏繞完畢待外表面塗覆有環氧樹脂的鍍鋅鋼絲和玻璃纖維直接無捻粗紗與混合液體固化後形成承壓阻燃導電結構層；
第二步加熱脫模
管體纏繞噴塗完畢後，用旋轉芯軸內部中空設置的蛇形管水套對管體內壁進行加熱，用紅外線烤燈對管體外表面加熱，加熱完畢，將管體由旋轉芯軸上取下。其附加技術特徵為:所述外表面塗覆有環氧樹脂的鍍鋅鋼絲和玻璃纖維直接無捻粗紗的纏繞方向為左旋加右旋，外表面塗覆有環氧樹脂的鍍鋅鋼絲和玻璃纖維直接無捻粗紗的纏繞角度為固定角度纏繞，管體安裝時管體中心軸線與水平地面的夾角大於等於0°、小於等於10°時，外表面塗覆有環氧樹脂的鍍鋅鋼絲和玻璃纖維直接無捻粗紗的纏繞角度固定為83.25° ;管體安裝時管體中心軸線與水平地面的夾角大於10°、小於等於75°時，外表面塗覆有環氧樹脂的鍍鋅鋼絲和玻璃纖維直接無捻粗紗的纏繞角度固定為53.68° ;管體安裝時管體中心軸線與水平地面的夾角大於75°、小於等於90°時外表面塗覆有環氧樹脂的鍍鋅鋼絲和玻璃纖維直接無捻粗紗的纏繞角度固定為35.48° ;
所述的玻璃纖維為玻纖表面氈和玻璃纖維布交替纏繞；
所述的玻璃纖維為直接無捻粗紗和單向布交替纏繞。
本發明提供的一種抗靜電阻燃鋼骨架纖維增強樹脂管，玻璃纖維與加入碳納米管和納米氫氧化鋁的耐腐蝕樹脂固化後形成防滲阻燃導電內襯層，在防滲阻燃導電內襯層成型的基礎上纏繞有最佳纏繞角度、根據管體公稱壓力和管體內壓失效環向應力確定鋼絲頭數的外表面塗覆有環氧樹脂的鍍鋅鋼絲、並在纏繞鋼絲的同步纏繞有加入納米氫氧化鋁、碳納米管以及防腐蝕樹脂的玻璃纖維直接無捻粗紗形成承壓阻燃導電結構層。本發明提供的一種抗靜電阻燃鋼骨架纖維增強樹脂管採取了以下措施:
其一，是在承壓阻燃導電結構層、防滲阻燃導電內襯層選用碳納米管作為導電物質，碳納米管的結構與石墨的片層結構相同，所以具有很好的電性能。它在管體中的含量為1%—3%時，即可使管體表面電阻達到IO3 — 106Ω，同時碳納米管具有良好的力學性能，對管體具有增強作用，使管體的抗拉強度和抗彎強度可提高10%以上。在樹脂中添加納米氫氧化鋁粒子後，由於納米粒子尺寸小、比表面積大、表面原子數多，具有很強的表面活性與超強吸附能力，極易與樹脂中的氧起鍵合作用，同時又與裸露的金屬原子間產生很強的類似離子鍵力。在單位面積內，添加納米氫氧化鋁的樹脂和金屬間的結合點增多，合力增大，因此在具有導電和阻燃特性的熱固性樹脂粘合劑中加配了改善複合管各層微觀結構的納米氫氧化鋁做填料，從而提高塑料和纖維之間的親和力。納米氫氧化鋁的阻燃性能優良，添加一定量即可達到UL94-V0級，同時還具有導電功能，能使得管體中導電物質的用量降低3% — 5%左右，同時納米氫氧化鋁作為一種填充劑還有補強作用，加入一定量的納米氫氧化鋁，可使管體的結構強度、柔韌性和彈性模量提高5% —15%。在防滲阻燃導電內襯層中加入納米氫氧化鋁後，在耐蝕性、柔韌性、抗衝擊性和耐劃痕性等性能上有很大的提高；
其二，承壓阻燃導電結構層中的外表面塗覆有環氧樹脂的鍍鋅鋼絲與玻璃纖維直接無捻粗紗是以防滲導電阻燃內襯層為基體，鋼絲纏繞刀架與玻璃纖維纏繞刀架上下平行放置於行走小車上，利用兩套張力控制系統分別控制外表面塗覆有環氧樹脂的鍍鋅鋼絲和玻璃纖維直接無捻粗紗的鬆緊度，在纏繞外表面塗覆有環氧樹脂的鍍鋅鋼絲的同時進行玻璃纖維直接無捻粗紗纏繞。纏繞方向為左旋加右旋，外表面塗覆有環氧樹脂的鍍鋅鋼絲與玻璃纖維直接無捻粗紗纏繞角度為固定角度纏繞，管體安裝時管體中心軸線與水平地面的夾角大於等於0°、小於等於10°時，外表面塗覆有環氧樹脂的鍍鋅鋼絲和玻璃纖維直接無捻粗紗的纏繞角度固定為83.25。;管體安裝時管體中心軸線與水平地面的夾角大於10°、小於等於75°時，外表面塗覆有環氧樹脂的鍍鋅鋼絲和玻璃纖維直接無捻粗紗的纏繞角度固定為53.68° ;管體安裝時管體中心軸線與水平地面的夾角大於75°、小於等於90°時外表面塗覆有環氧樹脂的鍍鋅鋼絲和玻璃纖維直接無捻粗紗的纏繞角度固定為35.48°。外表面塗覆有環氧樹脂的鍍鋅鋼絲為國標優質低碳外表面塗覆有環氧樹脂的鍍鋅鋼絲，其延伸率和抗拉強度以及直徑偏差均符合GB/T14450的要求。直徑為0.5—1.2mm,管體公稱壓力為0.6——6.0MPa,經過大量實驗並根據管體直徑、公稱壓力、管體短期內壓失效環向應力確定鋼絲斷面頭數應符合此經驗公式:
權利要求
1.一種抗靜電阻燃鋼骨架纖維增強樹脂管，包括管體，其特徵在於:所述的管體由內至外為防滲阻燃導電內襯層、承壓阻燃導電結構層，其中防滲阻燃導電內襯層包括固化在內基體的玻璃纖維，承壓阻燃導電結構層包括同步纏繞有外表面塗覆有環氧樹脂的鍍鋅鋼絲和玻璃纖維直接無捻粗紗的外基體，內基體和外基體均包括下列重量份的組分:樹脂膠100重量份阻燃劑7——15重量份固化劑1——3重量份促進劑2—4重量份碳納米管I——3重量份 納米氫氧化鋁31——39重量份。
2.根據權利要求1所述的一種抗靜電阻燃鋼骨架纖維增強樹脂管，其特徵在於:所述的樹脂膠為不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂或酚醛樹脂，阻燃劑為甲基磷酸二甲酯，固化劑為過氧化環已酮或過氧化甲醯，促進劑為環烷酸鈷，碳納米管為多壁，直徑為8 —12納米，長度在8—12微米，納米氫氧化鋁的粒度小於200納米。
3.根據權利要求1所述的一種抗靜電阻燃鋼骨架纖維增強樹脂管，其特徵在於:所述承壓阻燃導電結構層中外表面塗覆有環氧樹脂的鍍鋅鋼絲的直徑為0.5-1.2毫米。
4.根據權利要求1所述的一種抗靜電阻燃鋼骨架纖維增強樹脂管，其特徵在於:所述的外表面塗覆有環氧樹脂的鍍鋅鋼絲與玻璃纖維直接無捻粗紗進行同步纏繞形成混合編織的網狀。
5.權利要求1、2、3或4任一項所述的一種抗靜電阻燃鋼骨架纖維增強樹脂管的製備工藝，其特徵在於:包括下述步驟: 第一步製造防滲阻燃導電內襯層 將玻璃纖維直接無捻粗紗與100重量份樹脂膠、7——15重量份的阻燃劑、I——3重量份固化劑、2——4重量份促進劑、I——3重量份碳納米管、31——39重量份納米氫氧化鋁構成的混合液體固化形成筒狀防滲阻燃導電內襯層； 第二步加工承壓阻燃導電結構層 將筒狀防滲阻燃導電內襯層套在旋轉芯軸上，在旋轉芯軸一側的行走小車上面上下平行放置鍍鋅鋼絲纏繞刀架和玻璃纖維纏繞刀架，使玻璃纖維纏繞刀架的玻璃纖維直接無捻粗紗經過100重量份樹脂膠、7—15重量份的阻燃劑、I—3重量份固化劑、2—4重量份促進劑、1——3重量份碳納米管、31——39重量份納米氫氧化鋁構成的混合液體，將鍍鋅鋼絲纏繞刀架的外表面塗覆有環氧樹脂的鍍鋅鋼絲和玻璃纖維纏繞刀架的玻璃纖維直接無捻粗紗按一定角度與旋轉芯軸接觸，啟動旋轉芯軸和行走小車，旋轉芯軸帶動筒狀防滲阻燃導電內襯層旋轉，行走小車順旋轉芯軸縱向來回移動，外表面塗覆有環氧樹脂的鍍鋅鋼絲和玻璃纖維直接無捻粗紗同步纏繞在筒狀防滲阻燃導電內襯層外壁，纏繞完畢待外表面塗覆有環氧樹脂的鍍鋅鋼絲和玻璃纖維直接無捻粗紗與混合液體固化後形成承壓阻燃導電結構層； 第二步加熱脫模 管體纏繞噴塗完畢後，用旋轉芯軸內部中空設置的蛇形管水套對管體內壁進行加熱，用紅外線烤燈對管體外表面加熱，加熱完畢，將管體由旋轉芯軸上取下。
6.根據權利要求5所述的製備工藝，其特徵在於:所述外表面塗覆有環氧樹脂的鍍鋅鋼絲和玻璃纖維直接無捻粗紗的纏繞方向為左旋加右旋，外表面塗覆有環氧樹脂的鍍鋅鋼絲和玻璃纖維直接無捻粗紗的纏繞角度為固定角度纏繞，管體安裝時管體中心軸線與水平地面的夾角大於等於0°、小於等於10°時，外表面塗覆有環氧樹脂的鍍鋅鋼絲和玻璃纖維直接無捻粗紗的纏繞角度固定為83.25° ;管體安裝時管體中心軸線與水平地面的夾角大於10°、小於等於75°時，外表面塗覆有環氧樹脂的鍍鋅鋼絲和玻璃纖維直接無捻粗紗的纏繞角度固定為53.68° ;管體安裝時管體中心軸線與水平地面的夾角大於75°、小於等於90°時外表面塗覆有環氧樹脂的鍍鋅鋼絲和玻璃纖維直接無捻粗紗的纏繞角度固定為35.48°。
7.根據權利要求5所述的製備工藝，其特徵在於:所述的玻璃纖維為玻纖表面氈和玻璃纖維布交替纏繞。
8.根據權利要求5所述的製備工藝，其特徵在於:所述的玻璃纖維為直接無捻粗紗和單向布交替纏繞。
全文摘要
本發明屬於礦輸送管體技術領域，公開了一種抗靜電阻燃鋼骨架纖維增強樹脂管及其製備工藝。其主要技術特徵為包括管體，所述的管體由內至外為防滲阻燃導電內襯層、承壓阻燃導電結構層，其中防滲阻燃導電內襯層包括固化在內基體的玻璃纖維，承壓阻燃導電結構層包括同步纏繞有外表面塗覆有環氧樹脂的鍍鋅鋼絲和玻璃纖維直接無捻粗紗的外基體。本發明所提供的抗靜電阻燃鋼骨架纖維增強樹脂管，各層纖維之間的搭配合理，在增強力學性能同時減輕管體重量，填充多壁碳納米管和納米氫氧化鋁，改變各層精細結構的同時加強了其抗彎強度和抗衝擊能力，耐磨性能和導電性能有了很大提高，延長了使用壽命、降低了成本。
文檔編號B29D23/00GK103104754SQ201310034560
公開日2013年5月15日 申請日期2013年1月30日 優先權日2013年1月30日
發明者馬明振, 蘇方華 申請人:河北拓安管業有限公司