專利名稱：礦用阻燃抗靜電鋼絲網(wǎng)骨架聚乙烯復(fù)合管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種聚乙烯復(fù)合管，尤其涉及一種礦用阻燃抗靜電鋼絲網(wǎng)骨架聚
乙烯復(fù)合管。
背景技術(shù)：
礦井下給水、排水、正壓通風、負壓通風、噴漿、抽放瓦斯及電力電纜、光纜通訊信號電纜的保護等作業(yè)中，都不可避免地用到各種各樣的管材。由于礦井里工作環(huán)境惡劣，對所用管材的要求遠比一般場合高得多。比如礦井存在易燃、易爆的瓦斯，達到一定濃度時， 哪怕有一點點如靜電釋放時引起的火花，也可能引燃它，甚至可能發(fā)生瓦斯爆炸，釀成悲劇，這就對管材的阻燃性能和抗靜電性能有更高的要求。一般情況下，煤礦井下常用鋼管和塑料管。鋼管雖然強度高但存在的易生銹、不耐腐蝕散熱快等缺點，導致其壽命短，使用一段時間后，需經(jīng)常進行維護；而且鋼管比重較大， 安裝困難，焊接時質(zhì)量也難以保證，費用高，也不環(huán)保，逐漸被耐腐蝕塑料管取代。但塑料管強度低、易變形、易脆化、抗靜電性能差等缺陷，受到外力撞擊或受震動時容易損壞，長時間使用，存在安全隱患。而且，頻繁的維護也影響正常的生產(chǎn)。為消除兩種管材的不足，一般用有理想強度與優(yōu)良耐腐蝕性能的復(fù)合管代替。復(fù)合管具備了金屬管和塑料管的優(yōu)點，在機械強度、不易變形、耐壓、耐腐蝕、耐熱、保溫。常見的有鋼絲網(wǎng)結(jié)點骨架復(fù)合管和沖孔鋼帶骨架復(fù)合管。鋼絲網(wǎng)結(jié)點骨架復(fù)合管采用的鋼絲網(wǎng)結(jié)點焊接成簡形骨架的鋼一塑體系，為了保證焊接的可靠性，增強鋼絲只能采用低碳鋼絲，其抗拉強度一般控制在400MPa 500MPa， 加上采用類似于點焊工藝，還會造成低碳鋼的部分強度損失，因此，大口徑管材耐內(nèi)壓能力不高。沖孔鋼帶骨架復(fù)合管采用沖孔鋼帶焊接成筒形骨架的鋼一塑體系，為了保證縱縫焊接質(zhì)量，增強的鋼板也只能采用低碳鋼板，其抗拉強度控控制在360MPa 420MPa，加上沖孔使強度損失40%，因此，這種鋼一塑復(fù)合管強度也不高。再例如專利號為201020543607. 1、名稱為“一種煤礦井用鋼帶骨架聚乙烯復(fù)合管” 實用新型專利申請公開的一種煤礦井用鋼帶骨架聚乙烯復(fù)合管，其方案是鋼帶骨架聚乙烯復(fù)合管是以聚乙烯為內(nèi)外層基體材料，以表面涂敷高性能粘接樹脂，將彎曲成型的鋼帶粘附在涂敷有粘接樹脂的內(nèi)外層聚乙烯基體材料之間。兼具有鋼的高強度、高硬度塑料的耐腐蝕、壽命長、低成本、方便運輸與安裝、耐壓及外壓的強度、密封度的的特點。該實用新型沒指明該復(fù)合管具有阻燃、抗靜電特性；而且，該復(fù)合管結(jié)合處沒有解決鋼一塑的界面問題，復(fù)合管材鋼塑之間存在縫的缺陷，容易產(chǎn)生“脫層”現(xiàn)象，還存在在軸向抗拉伸能力不夠高的缺點，防震防斷裂性能不夠，對地層沉降適應(yīng)性差。而且，由于外層塑料的厚度較薄，且在焊接區(qū)鋼增強體面積太大，如Φ 110管外層塑料厚度為1. 5mm 2mm，鋼板面積約占整個熔接面積的72 %，因此，在電熔焊接過程中， 焊接處管材外層塑料獲得的熱量很容易被鋼板增強體吸收并傳導到其它部分，使得管材外表面塑料溫度降低，并與電熱熔管件內(nèi)表面塑料出現(xiàn)溫度梯度，造成熔接面融合差，管材焊接性能下降，接頭可靠性差。采用普通電熱熔管件熔焊后，其接頭的爆破壓力不會超過 2. OMpa,因為介質(zhì)沿鋼一塑之間的間隙竄流，低壓下就沖破了很薄的外層PE，造成低壓破壞。在輸送條件較為苛刻的礦井、化工、鹽鹵、石油以及燃氣領(lǐng)域應(yīng)用的受限制。

實用新型內(nèi)容本實用新型綜合了鋼管和塑料管兩者的優(yōu)點，既保留了鋼管的優(yōu)良的承壓性能， 又保留了塑料管良好的衛(wèi)生性能以及易于敷設(shè)、技術(shù)可靠、使用壽命長等特點?？朔藦?fù)合管結(jié)合處“脫層”現(xiàn)象、軸向抗拉伸能力不夠高及焊接性差的缺點，提供一種阻燃、抗靜電、 耐腐蝕、耐高壓、剛度性能高、軸向抗拉伸性能高及焊接性能好的礦用阻燃抗靜電鋼絲網(wǎng)骨架聚乙烯復(fù)合管及其制備方法。本實用新型技術(shù)方案是采用分層制造、多次復(fù)合工藝成型，包括內(nèi)外層塑料、增強骨架結(jié)合層和內(nèi)層塑料，增強骨架結(jié)合層位于外層塑料和內(nèi)層塑料之間，將外層塑料和內(nèi)層塑料結(jié)合成一個整體，其特征在于所述增強骨架結(jié)合層由鋼絲網(wǎng)骨架和熱熔膠組成； 所述外層塑料和內(nèi)層塑料為經(jīng)過阻燃、抗靜電復(fù)合改性的高密度聚乙烯材料。所述增強骨架結(jié)合層指的是由鋼絲網(wǎng)骨架和熱熔膠組成的中間層。熱熔膠與鋼絲有極強的粘接性能，將鋼絲網(wǎng)包覆在其中，與將外層塑料和內(nèi)層塑料中的乙烯結(jié)合成一起， 形成一個整體，解決了鋼-PE的界面問題，克服了前述鋼-塑體系復(fù)合管材鋼塑之間存在縫的缺陷，進一步避免結(jié)合處產(chǎn)生“脫層”現(xiàn)象，顯著提高了復(fù)合管材的綜合性能。所述內(nèi)層塑料和鋼絲網(wǎng)骨架為承受管材內(nèi)外壓的主要部分，外層塑料是焊接連接主要部分。所述阻燃、抗靜電復(fù)合改性是因為聚乙烯是易燃、高絕緣材料，其氧指數(shù)為17，表面平均電阻率大于1Χ1016Ω，達不到阻燃、抗靜電的要求。通過添加阻燃劑和具有一定導電性能的填料，使其具有阻燃特性、降低其電阻率到可快速泄漏靜電荷，以達到防火防靜電等應(yīng)用要求。并采用兩步加工法，進行造粒，提高助劑的分散性，保證產(chǎn)品性能穩(wěn)定。進一步地，為優(yōu)化阻燃、抗靜電等性能，還可在改性材料中添加必要的分散劑和潤滑劑。所述分層制造為內(nèi)層塑料(芯管)、鋼絲纏繞網(wǎng)骨架、熱熔膠層、外層塑料按先后順序制造。所述多次復(fù)合技術(shù)為多次復(fù)合，多次加熱，多次真空的制造工藝，即在分層制造過程中，先擠出內(nèi)層塑料，采用真空外定徑原理成型，將其加熱，再在內(nèi)層塑料上纏繞鋼絲網(wǎng)骨架，再次加熱，使芯層管與鋼絲網(wǎng)骨架達到一定的溫度，接著復(fù)合一層熱熔膠，再復(fù)合外層塑料后，經(jīng)真空冷卻成型的制造工藝。進一步地，鋼絲網(wǎng)骨架為至少兩層的高強度鋼絲雙向纏繞成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使得管材具有了鋼管的優(yōu)良的承壓性能。更進一步地，鋼絲網(wǎng)骨架至少一層為高強度鋼絲為“過塑鋼絲”。所述“過塑鋼絲” 為預(yù)先用阻燃、抗靜電復(fù)合改性的高密度聚乙烯材料包覆的高強度鋼絲，使鋼-PE的界面結(jié)合得更好。采用分層制造、多次復(fù)合工藝保證了各層復(fù)合的可靠性和均勻性，也保證了各層厚度的可控性和均勻性，進一步提高了產(chǎn)品質(zhì)量。這個工藝比一般復(fù)合管的單次復(fù)合更先進，能有效防止“脫層”現(xiàn)象的發(fā)生。相同材料的管材連接采用電熔管件焊接，利用管件內(nèi)部發(fā)熱體將管材外層塑料與管件內(nèi)層塑料熔融，把兩根或多根管材可靠的連接在一起。由于鋼絲網(wǎng)投影面積占融接面積的百分比較小，減少熔焊過程中的熱量損失，顯著減少管材外表面與內(nèi)表面的溫度梯度， 使管材性能大幅提高。這種焊接方式工藝操作簡單，施工方便，而且融接性能穩(wěn)定、氣密性能良好、接口強度高、抗軸身拉力能力強，不易受環(huán)境溫度變化和人為因素影響，可靠性高。 電熔管件主要有電熔等徑直接、電熔異徑直接、電熔等徑三通、電熔異徑三通、電熔90度彎頭、電熔法蘭、電熔直通斷頭等。通過以上方案制造的管材，具有有益效果是由于使用了過阻燃、抗靜電復(fù)合改性的高密度聚乙烯材料，管材具胡阻燃、抗靜電、耐腐蝕、耐磨損等性能；鋼絲網(wǎng)骨架的存在， 也使得所制得的管材具有強度高、剛性好、柔韌性、環(huán)剛度好、承壓性能好、抗沖擊性好、導熱系數(shù)低、抗快速開裂性能好、慢速裂紋擴展性能好、軸向抗拉性能好、對地層沉降適應(yīng)性強、防震防斷裂等優(yōu)點。而且，性能可靠、衛(wèi)生環(huán)保、使用壽命長、焊接性能好，運輸安裝方便。由于具有很多的諸多優(yōu)點，本實用新型可廣泛應(yīng)用于各種工程中，如冶金礦山、油田氣田、化學工業(yè)、市政工程、電力工程、海水輸送、農(nóng)業(yè)噴灌等領(lǐng)域。

圖1為礦用阻燃抗靜電鋼絲網(wǎng)骨架聚乙烯復(fù)合管結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為高密度聚乙烯材料進行阻燃抗靜電復(fù)合改性的制備工藝流程圖，其中“其它助劑”包括“分散劑”和“潤滑劑”。圖3為礦用阻燃抗靜電鋼絲網(wǎng)骨架聚乙烯復(fù)合管制備工藝流程圖。附圖標記說明1、外層塑料2、熱熔膠3、鋼絲網(wǎng)骨架4、內(nèi)層塑料
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
，對本實用新型及其有益技術(shù)效果進行進一步詳細說明。
具體實施方式
參見圖1，復(fù)合管主要分成三層，外層塑料1、鋼絲網(wǎng)骨架3和熱熔膠2組成的增強骨架結(jié)合層、內(nèi)層塑料4。增強骨架結(jié)合層位于外層塑料1和內(nèi)層塑料4之間，也即是芯管外表面和外層管內(nèi)表面之間，在一定溫度條件下，高性能的熱熔膠2在鋼絲和塑料的接合界面處實現(xiàn)鋼絲網(wǎng)骨架3和外層塑料1和內(nèi)層塑料4中的改性聚乙烯的牢固結(jié)合。由于鋼絲網(wǎng)骨架3被包覆在連續(xù)熱塑性塑料之中，形成增強骨架，并經(jīng)過復(fù)合工藝使鋼絲網(wǎng)骨架3 與外層塑料1和內(nèi)層塑料4結(jié)合成為一個整體，顯著提高了復(fù)合管綜合性能。所述鋼絲網(wǎng)骨架3，其特征在于至少兩層的鋼絲雙向纏繞成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。更進一步地，所述鋼絲網(wǎng)骨架3，其特征在于至少一層鋼絲預(yù)先用阻燃、抗靜電復(fù)合改性的高密度聚乙烯材料包覆，即為“過塑鋼絲”。優(yōu)選地，鋼絲為高強度鋼絲，抗拉強度為1800MPa 2100MPa，使本實用新型鋼絲網(wǎng)骨架3耐內(nèi)壓的能力因此顯著提高，是低碳鋼絲網(wǎng)結(jié)點骨架和沖孔低碳鋼板鋼帶骨架兩種增強體的4 8倍。例如，合格的Φ 250孔網(wǎng)鋼帶管常溫爆破壓力為4. 3MPa 4. 5MPa, 而合格的Φ 250鋼絲網(wǎng)骨架聚乙烯復(fù)合管常溫爆破壓力為8. OMPa 8. 4MPa。而復(fù)合管的工作壓力是爆破壓力折成2. 5 3倍安全系數(shù)得到的，因此復(fù)合管的工作壓力得到相對顯
者提尚。優(yōu)選地，熱熔膠2采用高性能粘合劑改性材料，與外層塑料1、內(nèi)層塑料4的聚乙烯材料屬于同種物質(zhì)，與鋼絲有著很強的粘接性能，解決鋼-PE的界面問題，避免結(jié)合處產(chǎn)生 “脫層”現(xiàn)象。進一步地，熱熔膠2優(yōu)選為HDPE (高密度聚乙烯)的改性物質(zhì)，按照ASTM標準達到200N/25mm，其軟化溫度大于120°C，該產(chǎn)品優(yōu)選為美國杜邦公司的產(chǎn)品。所述外層塑料1和內(nèi)層塑料4均采用已進行阻燃、抗靜電復(fù)合改性的高密度聚乙烯材料進行熱熔擠出成型。所述阻燃、抗靜電復(fù)合改性指聚乙烯材料通過添加阻燃劑和具有一定導電性能的填料，使其具有阻燃特性、降低其電阻率，以達到應(yīng)用要求。進一步地，添加適當?shù)姆稚?潤滑劑等助劑提升聚乙烯材料性能。優(yōu)選地，阻燃劑選用添加型低毒高效的鹵系阻燃劑，進一步優(yōu)選為溴系阻燃劑，并與通過處理的輔助阻燃劑復(fù)合使用，使管材氧指數(shù)不小于27，以達到阻燃的要求。優(yōu)選地，抗靜電改性填料采用以導電碳黑為主的無機導電粉體和有機抗靜電劑， 使聚乙烯的表面電阻率降至IO5 IO8 Ω，使材料表面靜電荷可以快速泄漏到大地。參見圖3，所述的復(fù)合工藝優(yōu)選為一種阻燃抗靜電復(fù)合改性的高密度聚乙烯復(fù)合管的制備方法，其制造工藝為多次復(fù)合，多次加熱，多次真空的制造工藝，以兩層的鋼絲斜交纏繞成鋼絲網(wǎng)骨架為例，其特征在于，它包括如下步驟a、制備阻燃、抗靜電復(fù)合改性的高密度聚乙烯材料；b、制備的材料在芯管擠出機中擠出到芯管專用模具；C、通過成型機組，內(nèi)層塑料4真空定徑成型；d、內(nèi)層塑料4置于烘箱中加熱；e、在內(nèi)層塑料4上雙向纏繞一層過塑鋼絲和一層鋼絲形成鋼絲網(wǎng)骨架3 ；f、內(nèi)層塑料4和鋼絲網(wǎng)骨架3置于烘箱中加熱；g、在結(jié)合層擠出機中擠出結(jié)合層熱熔膠2 ；h、在外層擠出機中擠出外層塑料1 ；i、在外層復(fù)合模具中復(fù)合，外層塑料1將熱熔膠2、鋼絲網(wǎng)骨架3和內(nèi)層塑料4覆蓋在內(nèi)；j、最后在冷卻成型機組中，真空冷卻成型。參見圖2，所述阻燃、抗靜電聚乙烯專用料優(yōu)選為一種阻燃抗靜電復(fù)合改性的高密度聚乙烯材料的制備方法，包含以下步驟a、將阻燃劑、抗靜電劑、分散劑和潤滑劑按組份進行濃縮，制成雙抗母料；b、將雙抗母料與聚乙烯按比例摻混成半成品料；C、將半成品料經(jīng)雙螺桿擠出造粒，完成材料制備。經(jīng)過這個兩步加工法制備的材料，可提高助劑的分散性，保證產(chǎn)品性能穩(wěn)定，無粉塵污染，有利于規(guī)?；a(chǎn)。管材連接采用電熔管件熔焊，此法適用于同種材料制成的管材。其方法是將需要連接的管材的一端分別插入電熔管件承插孔內(nèi)，電熔管件內(nèi)表面內(nèi)預(yù)埋有隱蔽螺旋電熱絲，把外置的電熱絲接線端子通電后，管件內(nèi)層塑料受熱膨脹，對管材內(nèi)層塑料進行“熱浸” 連接，然后熔化管件的內(nèi)表面和與之配合的管材外表面，使之融為一體，冷卻后，管件就把管材通過管件緊密地焊接在一塊。根據(jù)上述說明書及具體實施例的揭示和教導，本實用新型所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以對上述實施方式進行變更和修改。因此，本實用新型并不局限于上面揭示和描述的具體實施方式
，對本實用新型的一些修改和變更也應(yīng)當落入本實用新型的權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)，如通過變形得到的方形管、異形管等。附圖只是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，用以輔助解釋說明本實用新型的技術(shù)方案，對本實用新型并不構(gòu)成任何限制，尤其是鋼絲網(wǎng)的疏密并不代表本實用新型的實際情況，只作輔助讀者理解本實用新型的示意圖。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術(shù)語和概念，但這些術(shù)語和概念只是為了方便說明，并不對本實用新型構(gòu)成任何限制。
權(quán)利要求1.一種礦用阻燃抗靜電鋼絲網(wǎng)骨架聚乙烯復(fù)合管，包括外層塑料、增強骨架結(jié)合層和內(nèi)層塑料，增強骨架結(jié)合層位于外層塑料和內(nèi)層塑料之間，將外層塑料和內(nèi)層塑料結(jié)合成一個整體，其特征在于所述增強骨架結(jié)合層由鋼絲網(wǎng)骨架和熱熔膠組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用阻燃抗靜電鋼絲網(wǎng)骨架聚乙烯復(fù)合管，其特征在于鋼絲網(wǎng)骨架為至少兩層的鋼絲雙向纏繞成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的礦用阻燃抗靜電鋼絲網(wǎng)骨架聚乙烯復(fù)合管，其特征在于 所述鋼絲網(wǎng)骨架中，至少一層鋼絲預(yù)先用阻燃、抗靜電復(fù)合改性的高密度聚乙烯材料包覆。
專利摘要本實用新型涉及一種礦用阻燃抗靜電鋼絲網(wǎng)骨架聚乙烯復(fù)合管，其特征在于采用通過兩步法進行阻燃、抗靜電復(fù)合改性的專用聚乙烯塑料與高強度的鋼絲網(wǎng)骨架及熱熔膠粘合劑經(jīng)多次復(fù)合，多次加熱，多次真空的制造工藝復(fù)合而成。至少兩層的高強度鋼絲斜交纏繞成網(wǎng)狀作為骨架設(shè)在內(nèi)層的外壁和外層的內(nèi)壁之間、通過熱熔膠與內(nèi)外層管體緊密結(jié)合成一個的整體；形成具有阻燃、抗靜電、較高機械強度和耐壓性能、用壽命長等優(yōu)異性能的煤礦井下用復(fù)合管材。管材間連接采用電熔管件焊接，綜合性能高，敷設(shè)方便，不僅適用于各方面性能要求嚴格煤礦行業(yè)，還適用于市政和建筑的給排水、消防和氣體的輸送。
文檔編號F16L9/12GK202302350SQ201120366778
公開日2012年7月4日 申請日期2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者林津強 申請人:廣東東方管業(yè)有限公司