一种输气用柔性复合管及其制备方法与流程

本发明涉及一种天然气输送管道及方法，特别涉及一种输气用柔性复合管及其制备方法。

背景技术：

随着管道制备技术的发展，越来越多的管道被应用于石油、天然气等介质的输送，其中柔性复合管因其优良的耐腐蚀性能，较高承压能力而被广泛采用。

目前，柔性复合管大多由内管层、增强层及外管层这三层结构组成，内管层一般为聚烯烃材质，起防腐蚀、防渗漏的作用，增强层一般通过金属丝缠绕于内管层外侧制成。外管层一般为聚烯烃材质，起外防护的作用。

现有技术中的柔性复合管用于输送天然气还具有诸多问题，内管层聚烯烃材质长期与较高压力的天然气接触会发生显著蠕变，且聚烯烃对天然气的阻隔能力有限，存在泄漏风险，因而具有较高的安全隐患，增强层使用的金属材质与内管层的层间结合强度较差，易导致内管层与增强层发生分层，且使管道的抗压强度降低。

技术实现要素：

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种输气用柔性复合管及其制备方法，用以得到气体阻隔性能好，层间粘接强度高，管材抗压强度高的输气专用管道。

本发明提到的一种输气用柔性复合管，其技术方案是：由内层管（3）、增强层（2）及外层管（1）组成，内层管（3）处于复合管最内层，增强层（2）处于内层管（3）和外层管（1）中间，外层管（1）为柔性管的外防护层；

所述内层管（3）的厚度为2-12mm，由内防腐层（7）、外防腐层（4）及气体阻隔层（6）构成，气体阻隔层（6）设在内防腐层（7）及外防腐层（4）中间；

所述增强层（2）为2-10层长纤维增强热塑性树脂基体预浸带先后以螺旋缠绕、环向缠绕的方式缠绕在内层管外表面而形成；

所述外层管（1）的厚度为2-8mm，为聚乙烯或聚丙烯与助剂构成的塑料树脂层。

优选的，上述的内层管的内防腐层（7）和外防腐层（4）的材质为聚乙烯或聚偏氟乙烯，厚度为1-4mm。

优选的，上述的气体阻隔层（6）的材质为乙烯-乙烯醇共聚物，厚度为0.5-2mm。

优选的，上述的内层管的内防腐层（7）、外防腐层（4）均与气体阻隔层（6）之间存在一层增粘层（5），增粘剂（5）为尼龙-11/尼龙-12，用于增强内防腐层（7）、外防腐层（4）和气体阻隔层（6）之间的粘接强度，增粘层厚度为0.1-1mm。

优选的，上述的长纤维增强热塑性树脂基体预浸带中的长纤维是玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维中的一种，且各个长纤维的质量百分比为60-75%。

优选的，上述的长纤维增强热塑性树脂基体预浸带中的热塑性树脂基体是线型低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯中的一种，热塑性树脂基体的质量百分比为25%-40%。

优选的，上述的螺旋缠绕的缠绕角为±55°，层数为1-5层；环向缠绕的缠绕角为80-90°，层数为2-10层。

优选的，上述的外层管（1）的聚乙烯为线性低密度pe、pe-x、pe-rt中的一种，所述助剂包括质量百分比为2-6%的硬脂酸、2-5%的抗氧化剂、1-3%的热稳定剂。

优选的，上述的抗氧化剂可以是硫代受阻酚抗氧剂736、抗氧剂168中的一种或这两种混合物；热稳定剂可以为二甲基锡、二月桂酸二丁基锡、四苯基锡中的一种或几种混合物。

本发明提到的一种输气用柔性复合管的制备方法，其技术方案是包括以下步骤：

（1）内层管的制备：

内防腐层（7）、外防腐层（4）、气体阻隔层（6）及增粘层（5）通过多层共挤出复合加工工艺制备，各层材料分别通过各自单螺杆挤出机（8）得到熔融的物料，在一个共挤复合模头（15）内汇合共挤出，经真空定型腔冷却、定径后再经冷却箱（9）喷淋冷却后得到多层复合的内层管（3）；

（2）增强层的制备：

内层管（3）在牵引机的牵引下进入缠绕机（11），将宽度为20-100mm的长纤维增强热塑性树脂基体预浸带经红外加热熔融后，先后以螺旋缠绕、环向缠绕两种方式缠绕在经红外加热器（10）预热的内层管（3）外壁上，同时挤压预浸带使预浸带与内层管（3）成为一体，得到增强层（2）；两种缠绕方式中螺旋缠绕的缠绕角为±55°，层数为1-5层；环向缠绕的缠绕角为80-90°，层数为2-10层；

（3）外层管的制备：

通过牵引机将管材牵引至加热箱（12）中进行加热，使增强层（2）外表面的预浸带加热至熔融状态后进入外层管模具（16）中，外层管物料通过单螺杆挤出机（8）得到熔融物料后挤入外层管模具（16）中，在螺杆的推力作用下使外层管物料熔体包覆于增强层（2）外表面，得到外层管（1）；所用外层管（1）物料是将聚乙烯或聚丙烯及助剂经高速混合桶混合后得到，所用助剂包括质量百分比为2-6%的硬脂酸、2-5%的抗氧化剂、1-3%的热稳定剂；所用螺杆挤出机（8）各区温度的设定为100℃-210℃，模具温度设定为180℃-240℃；

（4）柔性复合管成品的收集：

将步骤（3）得到的管材经真空定型腔定径、冷却后牵引至冷却箱（9）中进行喷淋冷却，使管材温度降至常温，经标识机（13）打标，收卷，切割机切割后得到柔性复合管成品。

本发明的有益效果是：本发明制备的内层管具有耐腐蚀性能好、抗气体溶胀性能、气体阻隔性能优良的特点，可有效避免管道输送天然气、硫化氢、二氧化碳等气体介质时气体渗透带来的风险；增强层采用多层缠绕长纤维增强热塑性树脂基体预浸带可提高管材的抗压强度，同时与内层管具有很好的界面粘接性能，可有效避免管材在输送气体时，因气体渗透导致的内衬溶胀和内衬坍塌失效；此外，上述复合管还具有柔性好、强度高、可盘卷等特点，是一种专用于输送天然气的管道，具有广阔的市场推广前景。

附图说明

附图1是本发明的输气用柔性复合管的剖面示意图；

附图2是本发明的内层管的剖面示意图；

附图3是本发明的输气用柔性复合管的制备工艺流程图；

上图中：外层管（1）、增强层（2）、内层管（3）、外防腐层（4）、增粘层（5）、气体阻隔层（6）、内防腐层（7），单螺杆挤出机（8）、冷却箱（9）、红外加热器（10）、缠绕机（11）、加热箱（12）、标识机（13）、收卷机（14）、共挤复合模头（15）、外层管模具（16）。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1，本发明提到的一种输气用柔性复合管，其技术方案是：由内层管（3）、增强层（2）及外层管（1）组成，内层管（3）处于复合管最内层，增强层（2）处于内层管（3）和外层管（1）中间，外层管（1）为柔性管的外防护层；

所述内层管（3）的厚度为2-12mm，由内防腐层（7）、外防腐层（4）及气体阻隔层（6）构成，气体阻隔层（6）设在内防腐层（7）及外防腐层（4）中间；

所述增强层（2）为2-10层长纤维增强热塑性树脂基体预浸带先后以螺旋缠绕、环向缠绕的方式缠绕在内层管外表面而形成；

所述外层管（1）的厚度为2-8mm，为聚乙烯或聚丙烯与助剂构成的塑料树脂层。

优选的，上述的内层管的内防腐层（7）和外防腐层（4）的材质为聚乙烯或聚偏氟乙烯，厚度为1-4mm。

优选的，上述的气体阻隔层（6）的材质为乙烯-乙烯醇共聚物，厚度为0.5-2mm。

优选的，上述的内层管的内防腐层（7）、外防腐层（4）均与气体阻隔层（6）之间存在一层增粘层（5），增粘剂（5）为尼龙-11/尼龙-12，用于增强内防腐层（7）、外防腐层（4）和气体阻隔层（6）之间的粘接强度，增粘层厚度为0.1-1mm。

优选的，上述的长纤维增强热塑性树脂基体预浸带中的长纤维是玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维中的一种，且各个长纤维的质量百分比为60-75%。

优选的，上述的长纤维增强热塑性树脂基体预浸带中的热塑性树脂基体是线型低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯中的一种，热塑性树脂基体的质量百分比为25%-40%。

优选的，上述的螺旋缠绕的缠绕角为±55°，层数为1-5层；环向缠绕的缠绕角为80-90°，层数为2-10层。

优选的，上述的外层管（1）的聚乙烯为线性低密度pe、pe-x、pe-rt中的一种，所述助剂包括质量百分比为2-6%的硬脂酸、2-5%的抗氧化剂、1-3%的热稳定剂。

优选的，上述的抗氧化剂可以是硫代受阻酚抗氧剂736、抗氧剂168中的一种或这两种混合物；热稳定剂可以为二甲基锡、二月桂酸二丁基锡、四苯基锡中的一种或几种混合物。

本发明提到的一种输气用柔性复合管的制备方法，其技术方案是包括以下步骤：

（1）内层管的制备：

内防腐层（7）、外防腐层（4）、气体阻隔层（6）及增粘层（5）通过多层共挤出复合加工工艺制备，各层材料分别通过各自单螺杆挤出机（8）得到熔融的物料，在一个共挤复合模头（15）内汇合共挤出，经真空定型腔冷却、定径后再经冷却箱（9）喷淋冷却后得到多层复合的内层管（3）；

内层管使用的原材料挤出温度参数为：

（2）增强层的制备：

内层管（3）在牵引机的牵引下进入缠绕机（11），将宽度为20-100mm的长纤维增强热塑性树脂基体预浸带经红外加热熔融后，先后以螺旋缠绕、环向缠绕两种方式缠绕在经红外加热器（10）预热的内层管（3）外壁上，同时挤压预浸带使预浸带与内层管（3）成为一体，得到增强层（2）；两种缠绕方式中螺旋缠绕的缠绕角为±55°，层数为1-5层；环向缠绕的缠绕角为80-90°，层数为2-10层；

（3）外层管的制备：

通过牵引机将管材牵引至加热箱（12）中进行加热，使增强层（2）外表面的预浸带加热至熔融状态后进入外层管模具（16）中，外层管物料通过单螺杆挤出机（8）得到熔融物料后挤入外层管模具（16）中，在螺杆的推力作用下使外层管物料熔体包覆于增强层（2）外表面，得到外层管（1）；所用外层管（1）物料是将聚乙烯或聚丙烯及助剂经高速混合桶混合后得到，所用助剂包括质量百分比为2-6%的硬脂酸、2-5%的抗氧化剂、1-3%的热稳定剂；所用螺杆挤出机（8）各区温度的设定为100℃-210℃，模具温度设定为180℃-240℃；

（4）柔性复合管成品的收集：

将步骤（3）得到的管材经真空定型腔定径、冷却后牵引至冷却箱（9）中进行喷淋冷却，使管材温度降至常温，经标识机（13）打标，收卷，切割机切割后得到柔性复合管成品。

本发明提到的一种输气用柔性复合管的制备装置，包括单螺杆挤出机（8）、冷却箱（9）、红外加热器（10）、缠绕机（11）、加热箱（12）、标识机（13）、收卷机（14）、共挤复合模头（15）、外层管模具（16），多组单螺杆挤出机（8）汇集到共挤复合模头（15），各层材料分别通过各自单螺杆挤出机（8）得到熔融的物料，在一个共挤复合模头（15）内汇合共挤出；所述共挤复合模头（15）连接冷却箱（9），冷却后得到多层复合的内层管（3）；所述内层管（3）经过红外加热器（10）后，依次连接缠绕机（11）、加热箱（12）和冷却箱（9），在加热箱（12）的出口连接一组单螺杆挤出机（8），外层管物料通过这一组单螺杆挤出机（8）得到熔融物料后挤入外层管模具（16）中，在螺杆的推力作用下使外层管物料熔体包覆于增强层（2）外表面，得到外层管（1），然后通过标识机（13）加上标识，最后连接收卷机（14）。

其中，上述的单螺杆挤出机（8）设置有五组，形成内防腐层（7）、外防腐层（4）、气体阻隔层（6）及增粘层（5）的内层管。

本发明的有益效果是：1）内层管具有良好的气体阻隔性能，能有效阻止天然气的渗漏；2）增强层与内层管层间粘接强度高，可有效防止内层管与增强层之间发生分层，同时使管材具有更好地抗压强度。

实施例2，本发明提到输气用柔性复合管的制备方法，具体包括以下四个步骤：

（1）内层管的制备

内层管厚度为2-12mm。内层管的内、外防腐层厚度为1-4mm，气体阻隔层厚度为0.5-2mm，增粘层厚度为0.1-1mm。内防腐层、外防腐层、气体阻隔层及增粘层通过多层共挤出复合加工工艺制备。各层材料分别通过各自单螺杆挤出机得到熔融的物料，在一个共挤复合模头内汇合共挤出，经真空定型腔冷却、定径后再经冷却箱喷淋冷却后得到多层复合的内层管。

内层管使用的原材料挤出温度参数为：

其中：

内、外防腐层厚度可以为1-2mm，气体阻隔层厚度可以为0.5-1mm，增粘层厚度可以为0.5-0.8mm。内层管使用的原材料挤出温度参数可以为：

（2）增强层的制备

内层管在牵引机的牵引下进入缠绕机，将宽度为20-100mm的长纤维增强热塑性树脂基体预浸带经红外加热熔融后，先后以螺旋缠绕、环向缠绕两种方式缠绕在经红外预热的内层管外壁上，同时挤压预浸带使预浸带与内层管成为一体，得到增强层。两种缠绕方式中螺旋缠绕的缠绕角为±55°，层数为1-5层；环向缠绕的缠绕角为80-90°，层数为2-10层。

其中：

长纤维增强热塑性树脂基体预浸带宽度可以为20-50mm，螺旋缠绕层数可以为1-2层，环向缠绕层数可以为2-5层。

（3）外层管的制备

通过牵引机将管材牵引至加热箱中进行加热，使增强层外表面的预浸带加热至熔融状态后进入外层管模具中。外层管物料通过单螺杆挤出机得到熔融物料后挤入外层管模具中，在螺杆的推力作用下使外层管物料熔体包覆于增强层外表面，得到外层管。所用外层管物料是将聚乙烯或聚丙烯及助剂经高速混合桶混合后得到，所用助剂包括质量百分比为2%的硬脂酸、2%的抗氧化剂、1%的热稳定剂。所用螺杆挤出机各区温度的设定为100℃℃，模具温度设定为180℃。

其中：

热稳定剂可以为二甲基锡和二月桂酸二丁基锡的混合物，比例为1:1。抗氧化剂可以是硫代受阻酚抗氧剂736。

（4）柔性复合管成品的收集：

将步骤（3）得到的管材经真空定型腔定径、冷却后牵引至冷却箱中进行喷淋冷却，使管材温度降至常温，经标识机打标，收卷，切割机切割后得到柔性复合管成品。

实施例3，本发明与实施例2不同之处是：

长纤维增强热塑性树脂基体预浸带宽度可以为50-70mm，螺旋缠绕层数可以为2-4层，环向缠绕层数可以为5-8层。

所用助剂包括质量百分比为6%的硬脂酸、5%的抗氧化剂、3%的热稳定剂。所用螺杆挤出机各区温度的设定为100℃-210℃，模具温度设定为180℃-240℃。

热稳定剂可以为四苯基锡，抗氧化剂可以是硫代受阻酚抗氧剂736。所用螺杆挤出机各区温度的设定可以为200℃，模具温度设定可以为220℃。

实施例4，本发明与实施例2不同之处是：

长纤维增强热塑性树脂基体预浸带宽度可以为70-100mm，螺旋缠绕层数可以为4-5层，环向缠绕层数可以为8-10层。

所用助剂包括质量百分比为4%的硬脂酸、3%的抗氧化剂、2%的热稳定剂。所用螺杆挤出机各区温度的设定为180℃，模具温度设定为200℃。

热稳定剂可以为硫代受阻酚抗氧剂736、抗氧剂168的组合物，比例按1:1。所用螺杆挤出机各区温度的设定可以为120℃，模具温度设定可以为190℃。

以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。