一种高强韧耐磨防腐抗震复合微晶管道及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高强韧耐磨防腐抗震复合微晶管道及其制备方法，属于微晶玻璃 应用技术领域。
【背景技术】
[0002] 金属管道，尤其是合金钢管道，在诸多领域具有广泛的应用。可是金属的防腐耐磨 问题已成为制约其发展的难关。材料科学工作者已采用各种技术来增加金属材料的使用寿 命，不少人采用表面涂层、表面处理、甚至采用与陶瓷复合，但其效果至今仍不尽人意。还有 不少人试图采用陶瓷、玻璃等无机非金属材料来取代金属，但其脆性较大也难以使其取得 突破性发展。另有一部分人试图采用玻璃钢来取代金属，但其耐温性低和抗老化性能差，也 很难使其完全取代金属材料。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种高强韧耐磨防腐抗震复合微晶管道。
[0004] 本发明的另一目的在于提供一种所述高强韧耐磨防腐抗震复合微晶管道的制备 方法。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0006] 一种高强韧耐磨防腐抗震复合微晶管道，该复合微晶管道分为内外两层，内层为 微晶玻璃管，外层为微晶玻璃钢，该微晶玻璃钢由微晶玻璃纤维布与环氧树脂复合而成。
[0007] 其中，所述微晶玻璃管和微晶玻璃纤维的组织结构以高稳定高硬度的枪晶石为主 晶相，还含有黄长石、霞石、透辉石、β-石英和硅灰石中的至少一种的次晶相，主次晶相晶 体的总含量大于95%，80%的主晶相和所有次晶相的晶粒尺寸均在10~30mm范围内。这 种组织结构使得材料具有很高的硬度和很好的强韧性。
[0008] 其中，所述微晶玻璃管和微晶玻璃纤维以重量百分比计由以下成分组成：氧化硅 54~72% ;氧化错1~8% ;氧化镁4~6% ;氧化1? 8~20% ;氧化钾4~6% ;氧化硼 4~6%;氧化钠2~6%;氟4~6%。进一步，为了获得高的耐腐蚀性，优选地，氧化钠与氧 化钾的总含量<7%。为了得到细小的晶粒，优选地，氧化镁与氧化硼的含量之比为1 : 1。
[0009] 一种所述高强韧耐磨防腐抗震复合微晶管道的制备方法，包括以下步骤：
[0010] (1)根据微晶玻璃管和微晶玻璃纤维的成分配比选择合适的矿物原料和化工原 料，进行熔化得到熔融玻璃液，最高熔化温度为1380-1450°c ;
[0011] (2)制备微晶玻璃管：将步骤（1)中熔化得到熔融玻璃液在1050-1200°C下澄清后 采用离心浇注、吹制、或拉制成型的方式成型得到微晶玻璃管；将微晶玻璃管在600-880°C 之间进行热处理，并控制枪晶石等复相晶体的生长，确保残余玻璃相的含量低于5% ;
[0012] (3)制备微晶玻璃纤维布：将步骤⑴中熔化得到熔融玻璃液在950-1050°C澄清 后直接抽丝得到Φ5~10 μ m微晶玻璃纤维；将得到的微晶玻璃纤维在600-880°C之间进 行热处理，并控制枪晶石等复相晶体的生长，确保纤维丝中残余玻璃相的含量低于5% ;将 微晶玻璃纤维编织成微晶玻璃纤维布；
[0013] (4)在步骤（2)得到的微晶玻璃管外部缠绕1-8_厚的微晶玻璃纤维布，同时涂上 环氧树脂，然后固化成型。
[0014] 本发明的有益效果为：
[0015] 本发明提供的复合微晶管道的莫氏硬度达7. 5,抗弯强度超过400MPa，断裂韧性 Kic超过4MPa · m 1/2,抗HS腐蚀是普通钢的1000倍以上，耐磨性是高锰钢的12倍以上。本 发明提供的复合微晶管道的抗冲击性和耐压性高于单一微晶玻璃管道。本发明的复合微 晶管道将高强度、高韧性、高耐磨性、高防腐性和高抗震性汇集于一身，可应用于石油、天然 气、化工、矿山、电厂、水泥厂、海底电缆、自来水、军工等各个领域。
【具体实施方式】
[0016] 以下通过具体实施例对本发明做进一步说明。
[0017] 实施例1
[0018] 本实施例的复合微晶管道中，微晶玻璃管长12. 4m，内径852mm，壁厚42mm ;外层微 晶玻璃钢壁厚6mm。要求最大耐压16MPa。其制备过程具体为：
[0019] 1、确定微晶玻璃管和微晶玻璃纤维的配方（以重量百分比计）：
[0020] 氧化硅63% 氧化铝3% 氧化镁4% 氧化妈15% 氧化钾6% 氧化硼4% 氧化钠 1% 氟4%
[0021] 2、根据配方，选择石英砂、钾长石、滑石、方解石、硼砂、硼酸、萤石、碳酸钾等原料， 根据配方和各种原料的化学成分，计算出各种原料的用量。
[0022] 3、熔化：将各种原料混合后，投入到1405±5°C的熔炉中熔化。
[0023] 4、成型：
[0024] (1)微晶玻璃管的成型：
[0025] a、熔化好的玻璃液流到1155 ± 5°C的澄清池澄清；
[0026] b、将澄清好的玻璃液注入到事先准备好的离心机上得到预先设计尺寸的玻璃管。
[0027] (2)微晶玻璃纤维的成型：
[0028] a、熔化好的玻璃液流到1025 ± 5°C的澄清池澄清；
[0029] b、由澄清池直接抽丝，控制纤维的直径为Φ5~6 μπι。
[0030] 5、热处理：
[0031] (1)微晶玻璃管热处理：玻璃管在600~880°C之间进行热处理，控制枪晶石等复 相晶体的生长，确保残余玻璃相的含量低于5% ;
[0032] (2)微晶玻璃纤维热处理：玻璃纤维丝经过600~880°C热处理炉，确保微晶玻璃 纤维丝中残余玻璃相的含量低于5%。
[0033] 6、微晶玻璃管与微晶玻璃钢的复合工艺：
[0034] (1)用微晶玻璃纤维编织微晶玻璃纤维布；
[0035] (2)在微晶玻璃管的外层缠绕上6mm厚的带有环氧树脂的微晶玻璃纤维布；
[0036] (3)固化成型。
[0037] 7、修整到设计要求的尺寸规格。
[0038] 8、检测：
[0039] (1)微晶玻璃的检测：
[0040] a、相结构：
[0041] 枪晶石：~62%
[0042] 黄长石：~19%
[0043] 霞石：~8%
[0044] 透辉石：~4%
[0045] 硅灰石：~3%
[0046] 玻璃相：~4%
[0047] b、晶粒尺寸：
[0048] 30 ~200nm :~15%
[0049] 10 ~30nm :~85%
[0050] 注：> 30nm均为枪晶石。
[0051] c、密度：2. 65g/cm3;
[0052] d、硬度：莫氏硬度7.5 ;
[0053] e、抗弯强度：480MPa ;
[0054] f、抗压强度：630MPa ;
[0055] g、耐强酸腐蚀：k彡（λ 05% ;
[0056] h、抗强碱腐蚀：k < 0· 05% ;
[0057] i、抗HS腐蚀是35CrMo钢的1000倍以上。
[0058] (2)微晶玻璃管的检测：
[0059] 最大耐压：47MPa。
[0060] (3)复合微晶管道的检测：
[0061] a、最大耐压：56MPa ;
[0062] b、温度影响：-60~100°C，性能基本不变。
[0063] 9、结论：满足设计要求。
[0064] 实施例2
[0065] 本实施例的复合微晶管道中，微晶玻璃管长22. 8m，内径1380mm，壁厚48mm ;外层 微晶玻璃钢壁厚8mm。要求最大耐压12MPa。其制备过程具体为：
[0066] 1、确定微晶玻璃管和微晶玻璃纤维的配方（以重量百分比计）：
[0067] 氧化硅61% 氧化铝1% 氧化镁5% 氧化钓15% 氧化钾6% 氧化硼5% 氧化钠 1% 氟6%
[0068] 2、根据配方，选择石英砂、钾长石、白云石、方解石、硼砂、硼酸、萤石、碳酸钾等原 料，计算出各种原料的用量。
[0069] 3、熔化：将各种原料混合后，投入到1395±5°C的熔炉中熔化。
[0070] 4、成型：
[0071] (1)微晶玻璃管的成型：
[0072] a、熔化好的玻璃液流到1170 ± 10 °C的澄清池澄清；
[0073] b、将澄清好的玻璃液注入到事先准备好的离心机上得到预先设计尺寸的玻璃管。
[0074] (2)微晶玻璃纤维的成型：
[0075] a、熔化好的玻璃液流到1005 ± 5°C的澄清池澄清；
[0076] b、由澄清池直接抽丝，控制纤维的直径为Φ5~7 μπι。
[0077] 5、热处理：
[0078] (1)微晶玻璃管热处理：玻璃管在600~880°C之间进行热处理，控制枪晶石等复 相晶体生长，确保残余玻璃相的含量低于5% ;
[0079