一種熱浸塑鋼質線纜保護管道及其製備方法與流程
2023-10-04 18:03:59
本發明涉及電纜管道領域，尤其涉及一種熱浸塑鋼質線纜保護管道及其製備方法。
背景技術：
傳統的電纜施工通常採用塑料管或鍍鋅鋼管，這些管道分別具有其明顯的缺陷。塑料管雖然耐腐蝕性較好，但是其耐衝擊性、強度相對不足。鍍鋅鋼管雖然其耐衝擊性以及強度較高，但是其耐腐蝕性較差，且其是非絕緣導磁材料，敷設單相電纜後，磁性易對電纜運行產生幹擾。
申請號為201410232585.X的中國發明專利公開了一種熱浸塑鋼塑曲線複合管生產工藝，其步驟如下：將設計寬度的鋼帶送入卷制機螺旋纏繞接合成管體；切割為設計長度；通過傳動輸送帶，送入加熱器進行加熱；放入浸塑井內進行高壓吸附式浸塑；掛在輸送架上，輸送並自然降溫至常溫後，打包成產品。改發明管體由鋼帶螺旋纏繞接合構成，一種規格的鋼帶可生產任意長度和直徑的鋼管體，從而可明顯降低原材料的庫存數量和種類，有效降低生產成本，也給實際生產帶來方便；管體帶有螺旋狀凸起，結合高壓吸附式浸塑PE粉，增加了其耐腐蝕性能，大大提供了抗壓能力。
申請號為CN200510046801.2的中國發明專利公開了一種聚氯乙烯熱浸塑配製品及其生產方法和應用。以PVC樹脂粉、鄰苯二甲酸二辛酯、環氧大豆油、癸二酸二辛酯、己二酸二異癸酯、阻燃劑、穩定劑、汽相法白炭黑、炭黑和降粘劑為原料按配比經製備炭膏、配料、調節粘度、抽真空、靜置工藝步驟製成。
由上可知，其膜層為聚乙烯或聚氯乙烯膜層，雖然結合了鋼管以及塑料管各自的優點，但是其膜層與鋼管表面的結合力較差，容易脫落，且膜層韌性和強度不足，容易開裂。
並且專利CN200510046801.2對聚氯乙烯進行了復配改性，但是其只是將各組分簡單地進行了共混，其中各組分的相容性、分散性較差，導致了管道膜層各部位的韌性、強度、抗衝擊性等性能不均勻，影響產品品質。
技術實現要素：
為了解決上述技術問題，本發明提供了一種熱浸塑鋼質線纜保護管道及其製備方法。本發明的熱浸塑鋼質線纜保護管道的膜層以環氧樹脂作為主要材料，材料中各組分分散性、相容性好，膜層與鋼管的粘結力強，不易脫落，且膜層具有較好的韌性、強度、抗衝擊性和抗菌性，不易開裂，使用壽命長。
本發明的具體技術方案為：一種熱浸塑鋼質線纜保護管道，由鋼管以及設於所述鋼管內外表面的熱浸塑膜組成；所述熱浸塑膜由熱浸塑料固化而成，所述熱浸塑料包括A組分和B組分。
所述A組分由以下質量份的組分製得：
環氧樹脂 90-110份，
聚乙烯 10-20份，
聚四氟乙烯 10-20份，
肌醇六磷酸酯 5-10份，
正矽酸甲酯 15-25份，
矽烷偶聯劑 6-12份，
功能添加劑 2-6份，
聚酚氧樹脂 2-4份，
阻燃劑 1-3份，
二甲苯 90-110份，
乙醇 5-15份，
水 5-10份。
所述B組分為環氧樹脂固化劑；其中，A組分與B組分的是質量比為4-5:1。
本發明的熱浸塑料中，將環氧樹脂作為主要成膜基料，在復配以聚乙烯、聚四氟乙烯和肌醇六磷酸酯以提高其耐腐蝕性、韌性和與金屬表面的粘結力。其中聚四氟乙烯具有超強的耐腐蝕性，肌醇六磷酸酯能夠在鋼管表面與金屬螯合成膜，起到保護作用，同時可提高與金屬表面的粘結力，不易脫落。
正矽酸甲酯在製備過程中會水解成為凝膠，可提高熱浸塑料的韌性、抗衝擊性，使膜層不易開裂。矽烷偶聯劑能夠提高改性熱浸塑料中無機物在有機物中的分散性和相容性。
功能添加劑可以進一步提高改性聚丙烯的韌性、抗菌性。可以為常規的具有上述功能的功能添加劑或者是自製的具有上述功能的功能添加劑。
聚酚氧樹脂在本發明中起到粘合劑作用，其與金屬表面粘結力強，並且能夠提高膜層的耐高溫收縮性。阻燃劑能夠提高熱浸塑料的阻燃性。
作為優選，所述熱浸塑膜的厚度在280-400微米之間。
作為優選，所述阻燃型環氧樹脂為四氯雙酚A環氧樹脂或四溴雙酚A環氧樹脂。
與直接阻燃劑相比，自帶含滷基團的環氧樹脂不存在阻燃劑分散性差的問題，其阻燃效果更好。
作為優選，所述阻燃劑為甲基磷酸二甲酯或9，10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物。
作為優選，所述矽烷偶聯劑選自甲基三甲氧基矽烷、γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基矽烷或苯基三甲氧基矽烷。
作為優選，所述功能添加劑的製備方法為：先配製得到硝酸鋅濃度為15-20wt％、硝酸銅濃度為15-20wt％的金屬離子溶液；另行稱取纖維素，添加到1-丁基，3-甲基醋酸咪唑鹽離子液體中加熱至40-50℃配製得到纖維素濃度為20-30wt％的纖維素溶液；在攪拌條件下，按體積比1-2:1將纖維素溶液以0.2-0.4mL/sec的滴速滴加至金屬離子溶液中；滴加完畢後在30-40℃下靜置1-3h，得到混合液；將混合液放置於-20℃至-10℃冰箱中冷凍，24-48h後浸漬於清水中解凍，得到溼凝膠；將溼凝膠用足量的乙醇進行溶劑置換，經乾燥、粉碎後得到金屬離子接枝纖維素氣凝膠粉末，即為功能添加劑。
上述方法製得的功能添加劑，呈細小的氣凝膠粉末狀。在製備過程中，將金屬離子在特定條件下接枝到纖維素上，再一同與纖維素交聯形成凝膠，最後得到金屬離子接枝纖維素氣凝膠粉末。該纖維素氣凝膠粉末具有多種功能：
一方面，纖維素氣凝膠中的纖維素具有大量活性基團，能夠在熱浸塑料製備過程中與其他組分的一些活性基團發生交聯，增強熱浸塑料的韌性和強度，使膜層不易開裂、破裂。
另一方面，由於接枝有磁性金屬離子，因此具有出的抗菌功能。雖然環氧樹脂自身不易被細菌等微生物侵蝕，但是由於含有不少添加劑，這些物質卻容易被降解，從而間接地使環氧樹脂的性能老化。因此目前也有在環氧樹脂中添加有抗菌劑。但是一般都是以直接混合的方式添加。上述方法存下不少問題。首先是抗菌劑在材料中的分散性較差；其次是抗菌劑在材料中不夠穩定，容易流失；再者是由於環境所致，抗菌劑在材料中的抗菌活性較差。
本發明先鋅、銅離子接枝到纖維素上，並製得纖維素凝膠，有效解決了普通抗菌劑在高分子材料中分散性、穩定性差的技術問題。並且鋅、銅離子作為抗菌劑，與普通單一的抗菌劑不同的是，其結合了離子抗菌原理和微磁電場原理，通過微磁場加強了金屬離子的電離活性和強度，能夠有效破壞細菌細胞壁和細胞膜以達到抗菌目的。因此其受環境影響小，在高分子材料中的抗菌活性高。
作為優選，所述功能添加劑的粒徑為0.5-10微米。
一種熱浸塑鋼質線纜保護管道的製備方法，步驟如下：
(1)選取表面光滑，且無摺疊、裂縫、分層以及搭焊的鋼管，對鋼管進行預熱；
(2)按配比分別稱取熱浸塑料各原料；將正矽酸甲酯、矽烷偶聯劑、二甲苯混合均勻得到前驅體液；將環氧樹脂、聚乙烯、聚四氟乙烯、肌醇六磷酸酯添加至前驅體液中完全溶解，接著添加聚酚氧樹脂、功能添加劑並攪拌均勻；然後添加預先混合均勻的乙醇和水，並用醋酸溶液調節pH為1-3，加熱至40-50℃，水解反應2-4h，反應後與環氧樹脂固化劑混合均勻得到熱浸塑料。
(3)將步驟(2)製得的熱浸塑料在固化前迅速塗覆至鋼管內外表面。
(4)將鋼管在70-110℃的保溫爐中保溫固化，熱浸塑料固化成膜後冷卻至室溫，即製得熱浸塑鋼質線纜保護管道。
在本發明的製備方法中，先對鋼管進行預熱，有利於後續的熱浸塑料的塗覆。在熱浸塑料A組分的製備過程中，先將正矽酸甲酯、矽烷偶聯劑、二甲苯合均勻得到前驅體液；接著將環氧樹脂、聚乙烯、聚四氟乙烯、肌醇六磷酸酯等溶解到前驅體液中，混合基料與前驅體液充分混合，正矽酸甲酯作為前驅體，再加入水和乙醇後，發生水解，生成網絡狀結構膠體。由於在水解前無機物與有機物互混，因此在水解時，正矽酸甲酯在有機物分子結構中發生原位水解，從而形成有機物和無機物相互交聯的互穿網絡結構。在此結構下各組分在基體物料中的分散性、穩定性更佳；製得的熱浸塑料成膜後的韌性、抗衝擊性更加均勻、穩定。需要指出的是，乙醇和醋酸溶液的添加量會影響正矽酸甲酯的水解(無機網絡形成)過程，本發明人經過長期研究，得出在上述特定添加量下，無機物和有機物形成的網絡結構更好，分散性、穩定更佳。
步驟(3)將熱浸塑料塗覆於鋼管表面，步驟(4)固化成膜冷卻，製得成品。
作為優選，步驟(1)中，在鋼管預熱前，將鋼管在酸液中浸漬10-20min。
在預熱前對鋼管進行酸處理，能夠在鋼管表面形成一些極小的腐蝕凹坑，當熱浸塑料塗覆於鋼管表面後，兩者之間的粘結力更強，不易脫落。
作為優選，步驟(1)中，預熱溫度為250-350℃。
與現有技術對比，本發明的有益效果是：本發明的熱浸塑鋼質線纜保護管道的膜層以環氧樹脂作為主要材料，材料中各組分分散性、相容性好，膜層與鋼管的粘結力強，不易脫落，且膜層具有較好的韌性、強度、抗衝擊性和抗菌性，不易開裂，使用壽命長。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明作進一步的描述。
實施例1
一種熱浸塑鋼質線纜保護管道，由鋼管以及設於所述鋼管內外表面的熱浸塑膜(厚度在300-350微米)組成；所述熱浸塑膜由熱浸塑料固化而成，所述熱浸塑料包括A組分和B組分。
其中，A組分由以下質量份的組分製得：
環氧樹脂(四氯雙酚A環氧樹脂) 100份，
聚乙烯 15份，
聚四氟乙烯 15份，
肌醇六磷酸酯 8份，
正矽酸甲酯 20份，
矽烷偶聯劑(甲基三甲氧基矽烷) 9份，
功能添加劑 4份，
聚酚氧樹脂 3份，
阻燃劑(甲基磷酸二甲酯) 2份，
二甲苯 100份，
乙醇 10份，
水 8份。
B組分為環氧樹脂固化劑。
其中，A組分與B組分的是質量比為4.5:1。
一種熱浸塑鋼質線纜保護管道的製備方法，步驟如下：
(1)選取表面光滑，且無摺疊、裂縫、分層以及搭焊的鋼管，在300℃下對鋼管進行預熱；
(2)先配製得到硝酸鋅濃度為18wt％、硝酸銅濃度為18wt％的金屬離子溶液；另行稱取纖維素，添加到1-丁基，3-甲基醋酸咪唑鹽離子液體中加熱至45℃配製得到纖維素濃度為25wt％的纖維素溶液；在攪拌條件下，按體積比1.5:1將纖維素溶液以0.3mL/sec的滴速滴加至金屬離子溶液中；滴加完畢後在35℃下靜置2h，得到混合液；將混合液放置於15℃冰箱中冷凍，36h後浸漬於清水中解凍，得到溼凝膠；將溼凝膠用足量的乙醇進行溶劑置換，經乾燥、粉碎後得到粒徑為3-7微米的金屬離子接枝纖維素氣凝膠粉末，即為功能添加劑。
按配比分別稱取熱浸塑料各原料；將正矽酸甲酯、矽烷偶聯劑、二甲苯混合均勻得到前驅體液；將環氧樹脂、聚乙烯、聚四氟乙烯、肌醇六磷酸酯添加至前驅體液中完全溶解，接著添加聚酚氧樹脂、功能添加劑並攪拌均勻；然後添加預先混合均勻的乙醇和水，並用醋酸溶液調節pH為2，加熱至45℃，水解反應3h，反應後與環氧樹脂固化劑混合均勻得到熱浸塑料。
(3)將步驟(2)製得的熱浸塑料在固化前迅速塗覆至鋼管內外表面。
(4)將鋼管在90℃的保溫爐中保溫固化，熱浸塑料固化成膜後冷卻至室溫，即製得熱浸塑鋼質線纜保護管道。
實施例2
一種熱浸塑鋼質線纜保護管道，由鋼管以及設於所述鋼管內外表面的熱浸塑膜(厚度在280-300微米)組成；所述熱浸塑膜由熱浸塑料固化而成，所述熱浸塑料包括A組分和B組分。
其中，A組分由以下質量份的組分製得：
環氧樹脂(四溴雙酚A環氧樹脂) 90份，
聚乙烯 20份，
聚四氟乙烯 10份，
肌醇六磷酸酯 10份，
正矽酸甲酯 15份，
矽烷偶聯劑(γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基矽烷) 6份，
功能添加劑 2份，
聚酚氧樹脂 2份，
阻燃劑(9，10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物) 1份，
二甲苯 90份，
乙醇 5份，
水 5份。
B組分為環氧樹脂固化劑。
其中，A組分與B組分的是質量比為4:1。
一種熱浸塑鋼質線纜保護管道的製備方法，步驟如下：
(1)選取表面光滑，且無摺疊、裂縫、分層以及搭焊的鋼管，在250-℃下對鋼管進行預熱；
(2)先配製得到硝酸鋅濃度為15wt％、硝酸銅濃度為15wt％的金屬離子溶液；另行稱取纖維素，添加到1-丁基，3-甲基醋酸咪唑鹽離子液體中加熱至40℃配製得到纖維素濃度為20wt％的纖維素溶液；在攪拌條件下，按體積比1:1將纖維素溶液以0.2mL/sec的滴速滴加至金屬離子溶液中；滴加完畢後在30℃下靜置3h，得到混合液；將混合液放置於-20℃冰箱中冷凍，24h後浸漬於清水中解凍，得到溼凝膠；將溼凝膠用足量的乙醇進行溶劑置換，經乾燥、粉碎後得到粒徑為0.5-3微米的金屬離子接枝纖維素氣凝膠粉末，即為功能添加劑。
按配比分別稱取熱浸塑料各原料；將正矽酸甲酯、矽烷偶聯劑、二甲苯混合均勻得到前驅體液；將環氧樹脂、聚乙烯、聚四氟乙烯、肌醇六磷酸酯添加至前驅體液中完全溶解，接著添加聚酚氧樹脂、功能添加劑並攪拌均勻；然後添加預先混合均勻的乙醇和水，並用醋酸溶液調節pH為1，加熱至40℃，水解反應4h，反應後與環氧樹脂固化劑混合均勻得到熱浸塑料。
(3)將步驟(2)製得的熱浸塑料在固化前迅速塗覆至鋼管內外表面。
(4)將鋼管在70℃的保溫爐中保溫固化，熱浸塑料固化成膜後冷卻至室溫，即製得熱浸塑鋼質線纜保護管道。
實施例3
一種熱浸塑鋼質線纜保護管道，由鋼管以及設於所述鋼管內外表面的熱浸塑膜(厚度在300-350微米)組成；所述熱浸塑膜由熱浸塑料固化而成，所述熱浸塑料包括A組分和B組分。
其中，A組分由以下質量份的組分製得：
環氧樹脂(四氯雙酚A環氧樹脂) 100份，
聚乙烯 15份，
聚四氟乙烯 15份，
肌醇六磷酸酯 8份，
正矽酸甲酯 20份，
矽烷偶聯劑(甲基三甲氧基矽烷) 9份，
功能添加劑 4份，
聚酚氧樹脂 3份，
阻燃劑(甲基磷酸二甲酯) 2份，
二甲苯 100份，
乙醇 10份，
水 8份。
B組分為環氧樹脂固化劑。
其中，A組分與B組分的是質量比為4.5:1。
一種熱浸塑鋼質線纜保護管道的製備方法，步驟如下：
(1)選取表面光滑，且無摺疊、裂縫、分層以及搭焊的鋼管，將鋼管在酸液中浸漬15min，然後在300℃下對鋼管進行預熱；
(2)先配製得到硝酸鋅濃度為20wt％、硝酸銅濃度為20wt％的金屬離子溶液；另行稱取纖維素，添加到1-丁基，3-甲基醋酸咪唑鹽離子液體中加熱至50℃配製得到纖維素濃度為30wt％的纖維素溶液；在攪拌條件下，按體積比2:1將纖維素溶液以0.4mL/sec的滴速滴加至金屬離子溶液中；滴加完畢後在40℃下靜置1h，得到混合液；將混合液放置於-10℃冰箱中冷凍，48h後浸漬於清水中解凍，得到溼凝膠；將溼凝膠用足量的乙醇進行溶劑置換，經乾燥、粉碎後得到粒徑為7-10微米的金屬離子接枝纖維素氣凝膠粉末，即為功能添加劑。
按配比分別稱取熱浸塑料各原料；將正矽酸甲酯、矽烷偶聯劑、二甲苯混合均勻得到前驅體液；將環氧樹脂、聚乙烯、聚四氟乙烯、肌醇六磷酸酯添加至前驅體液中完全溶解，接著添加聚酚氧樹脂、功能添加劑並攪拌均勻；然後添加預先混合均勻的乙醇和水，並用醋酸溶液調節pH為2，加熱至45℃，水解反應3h，反應後與環氧樹脂固化劑混合均勻得到熱浸塑料。
(3)將步驟(2)製得的熱浸塑料在固化前迅速塗覆至鋼管內外表面。
(4)將鋼管在90℃的保溫爐中保溫固化，熱浸塑料固化成膜後冷卻至室溫，即製得熱浸塑鋼質線纜保護管道。
實施例4
一種熱浸塑鋼質線纜保護管道，由鋼管以及設於所述鋼管內外表面的熱浸塑膜(厚度在350-400微米)組成；所述熱浸塑膜由熱浸塑料固化而成，所述熱浸塑料包括A組分和B組分。
其中，A組分由以下質量份的組分製得：
環氧樹脂(四溴雙酚A環氧樹脂) 110份，
聚乙烯 10份，
聚四氟乙烯 20份，
肌醇六磷酸酯 5份，
正矽酸甲酯 25份，
矽烷偶聯劑(苯基三甲氧基矽烷) 12份，
功能添加劑 6份，
聚酚氧樹脂 4份，
阻燃劑(9，10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物) 3份，
二甲苯 110份，
乙醇 15份，
水 10份。
B組分為環氧樹脂固化劑。
其中，A組分與B組分的是質量比為5:1。
一種熱浸塑鋼質線纜保護管道的製備方法，步驟如下：
(1)選取表面光滑，且無摺疊、裂縫、分層以及搭焊的鋼管，將鋼管在酸液中浸漬20min，然後在350℃下對鋼管進行預熱；
(2)先配製得到硝酸鋅濃度為20wt％、硝酸銅濃度為20wt％的金屬離子溶液；另行稱取纖維素，添加到1-丁基，3-甲基醋酸咪唑鹽離子液體中加熱至50℃配製得到纖維素濃度為30wt％的纖維素溶液；在攪拌條件下，按體積比2:1將纖維素溶液以0.4mL/sec的滴速滴加至金屬離子溶液中；滴加完畢後在40℃下靜置1h，得到混合液；將混合液放置於-10℃冰箱中冷凍，48h後浸漬於清水中解凍，得到溼凝膠；將溼凝膠用足量的乙醇進行溶劑置換，經乾燥、粉碎後得到粒徑為7-10微米的金屬離子接枝纖維素氣凝膠粉末，即為功能添加劑。
按配比分別稱取熱浸塑料各原料；將正矽酸甲酯、矽烷偶聯劑、二甲苯混合均勻得到前驅體液；將環氧樹脂、聚乙烯、聚四氟乙烯、肌醇六磷酸酯添加至前驅體液中完全溶解，接著添加聚酚氧樹脂、功能添加劑並攪拌均勻；然後添加預先混合均勻的乙醇和水，並用醋酸溶液調節pH為3，加熱至50℃，水解反應2h，反應後與環氧樹脂固化劑混合均勻得到熱浸塑料。
(3)將步驟(2)製得的熱浸塑料在固化前迅速塗覆至鋼管內外表面。
(4)將鋼管在110℃的保溫爐中保溫固化，熱浸塑料固化成膜後冷卻至室溫，即製得熱浸塑鋼質線纜保護管道。
對本發明製得的熱浸塑鋼質線纜保護管道進行各項性能測試，測試結果如下表所示：
本發明中所用原料、設備，若無特別說明，均為本領域的常用原料、設備；本發明中所用方法，若無特別說明，均為本領域的常規方法。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明作任何限制，凡是根據本發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效變換，均仍屬於本發明技術方案的保護範圍。