专利名称：纳米结构金属丝网－陶瓷复合内衬金属管及其制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一般物料输送领域的层状产品，特别涉及上述领域金属丝网-陶瓷复合内衬金属管道及其制备工艺。
本发明的技术解决方案是这样实现的
它是由外套管(1)和复合内衬管(4)组成。复合内衬管(4)是由金属丝网(2)与陶瓷耐磨材料(3)复合而成，复合内衬管(4)紧密贴附在外套管(1)内。外套管(1)可选用钢管，也可采用橡胶管或塑料管。
外套管(1)可以是直管、锥形管、弯管或三通管，复合内衬管(4)可以相应制作成直管、锥形管、弯管、三通管或偏心直管、偏心弯管、偏心三通管或制作成外壁直径相同内壁直径不同的异形管等。
复合内衬管(4)的金属丝网(1)可采用低碳钢、中碳钢、高碳钢金属丝制作，或低、中、高碳合金钢金属丝制作，锰钢、不锈钢、耐热钢亚稳材料金属丝制作。但最好选用上述材料纳米结构的金属丝制作。制作金属丝网(2)的金属丝的直径大小为0.01～1.0mm。
复合内衬管(4)所用的陶瓷耐磨材料(3)是由陶瓷颗粒、粘结胶和固化剂等按2.5～2.8∶1.2～1.5∶0.9～1.1重量比例混合配制的。
陶瓷耐磨材料(3)所用的陶瓷颗粒主要是刚玉(三氧化二铝)陶瓷颗粒、碳化硅陶瓷颗粒或氮化钛陶瓷颗粒等，或其它非金属或金属陶瓷耐磨颗粒，如碳化钛、碳化钨。
粘结胶可采用环氧树脂胶、尼龙树脂胶或聚氨酯胶中的任何一种。
固化剂可采用用双氰氨、间苯二酚或2-乙基-4甲基咪唑。
在上述该发明的复合内衬金属管中，纳米结构金属丝网(2)在复合管的内衬层中所占比例为55～90％。
纳米结构金属丝网-陶瓷复合内衬金属管的制备工艺，主要包括以下步骤a.选用直径为0.01～1.0mm碳钢、合金钢金属丝或锰钢、不锈钢、耐热钢等亚稳材料金属丝，或采用直径为0.01～1.0mm碳钢、合金钢或锰钢、不锈钢、耐热钢等亚稳材料纳米结构金属丝；b.用金属丝或纳米结构金属丝编织单层或多层高密度金属丝网(2)，其丝网中金属丝材间距一般控制在0.01～1.0mm之间，但也可根据工况需要适当增大丝材间距；c.根据外套管(1)规格大小和内衬管复合厚度确定金属丝网的长宽尺寸，并进行裁剪；
d.配制陶瓷耐磨材料(3)，其混合重量比例为陶瓷颗粒∶粘结胶∶固化剂＝2.5～2.8∶1.2～1.5∶0.9～1.1。
e.将制备好的陶瓷耐磨村料(3)均匀涂附在裁剪好的金属丝网(2)上，并进行碾压，使得陶瓷颗粒嵌入金属丝网(2)的空隙中，加工成内衬管的复合板体；f.将内衬管的复合板体卷制起来放置在外套管(1)内，利用金属丝网(2)的高弹性、高刚性使得纳米结构丝网紧密贴附于外套管(1)的内壁；g.用碾压装置(5)对复合内衬管(4)和外套管(1)进行碾压，达到均匀压实、控制壁厚的目的，使得复合内衬管(4)均匀压实并与外套管(1)紧密结合；h.将复合好的金属丝网-陶瓷复合内衬金属管放置于加热炉中在50～150℃下加热固化，冷却后即制成本发明的产品。
制备纳米结构金属丝网-陶瓷复合内衬金属管的工艺，还可依下述方式进行a.选用直径为0.01～1.0mm碳钢、合金钢金属丝或锰钢、不锈钢、耐热钢等亚稳材料金属丝，或采用直径为0.01～1.0mm碳钢、合金钢或锰钢、不锈钢、耐热钢等亚稳材料纳米结构金属丝；b.用金属丝或纳米结构金属丝编织单层或多层高密度金属丝网(2)，其丝网中金属丝材间距一般控制在0.01～1.0mm之间，但也可根据工况需要适当增大丝材间距；c.根据外套管(1)的直径和复合内衬管(4)的壁面形状和厚度，确定出所需金属丝网(2)的形状和尺寸，如等直径圆环或偏心圆环形状，然后进行冲压裁剪；d.按比例配制陶瓷耐磨材料(3)；e.将制备好的陶瓷耐磨村料(3)均匀涂附在每片冲剪好金属丝网上，并进行碾压，使得陶瓷颗粒嵌入金属丝网(2)的空隙中，加工成内衬管的单片复合板体；f.将单片复合板体按复合管的长度拼合成内衬管的复合体，并沿着长度方向紧固和碾压，将紧固好的内衬管的复合体放置在外套管(1)内，使其紧密贴附于无缝钢管1的内壁；
g.用碾压装置(5)对复合内衬管(4)和外套管(1)进行碾压，达到均匀压实、控制壁厚的目的，使得复合内衬管(4)均匀压实并与外套管(1)紧密结合；h.将复合好的金属丝网-陶瓷复合内衬金属管放置于加热炉中在50～150℃下加热固化，冷却后即制成本发明的产品。
该发明具有以下优点1.本发明所使用的纳米结构金属丝网既具有高强度、高硬度、高耐磨性，又有较高的韧性，是复合材料中很优良的硬质点；在磨损过程中既起到抗磨作用，而又在重负荷条件下不至于断裂。
2.采用含有三氧化二铝、碳化硅或氮化钛等陶瓷颗粒的耐磨材料，它不仅起到成型、粘结作用，同时具有高耐磨性、高抗水性、高减震性和一定的防腐特性。
3.采用纳米结构丝编织的纳米结构金属丝网和陶瓷耐磨涂料进行复合，工艺参数可控性强，成品率高，质量稳定，生产效率高可进行大批量、连续生产，劳动强度低。
4.纳米结构金属丝网和陶瓷耐磨涂料复合制作的复合管，其寿命高，耐磨性能为一般钢材的8～10倍，是稀土钢的4～6倍。
5.固化后的陶瓷耐磨涂料的强度和韧性确保了使用过程中不会发生断裂或被拉断现象，同时纳米结构金属丝以网状的形式进行复合，具有更高的吸收冲击能量的作用，因此使用安全性能高。
6.性能价格比高。纳米结构金属丝网在整个复合管中所占比例为20～30％，价格昂贵的陶瓷耐磨涂料的使用量只有整体复合管道的10～20％，而纳米结构金属丝的生产采用特殊工艺成本比较低，只比原始金属的成本提高20％左右，因此复合管道的总体成本较低。
7.该工艺适应于任何形状、任何大小规格的管类产品，应用面广；复合厚度也可根据工况要求进行调整，特别是能复合很薄的内衬，不仅可降低复合管的重量，也大大降低复合管的成本。
图1是本发明实施例1的结构示意图；图2是图1中I的局部放大图；图3是本发明实施例2的结构示意图；图4是本发明实施例3的结构示意图；图5是图4的右视图；图6是本发明实施例4的结构示意图；图7是本发明实施例5的结构示意图；图8是本发明例6的结构示意图；图9是本发明例7的结构示意图；图10是本发明例8的结构示意图；图11是本发明的工艺流程图；图12是编织的金属丝网结构示意图；图13是陶瓷耐磨材料与金属丝网复合时的加工示意图；图14是碾压辊对复合内衬管和外套管碾压的加工示意图。
本发明可以根据不同工况要求，制作出不同成分的、不同规格大小的纳米结构金属丝网2。本发明复合管中的纳米结构金属丝网的含量占整个复合管重量的20～30％，其比例还可根据工况的不同、复合管的结构的不同、复合内衬管的厚度不同、纳米结构金属丝直径的大小来调整。
在下述所有实施例中，每种复合管均可用以下三种制备方式制作。制备方式1参见图11。
a.采用直径为0.01～1.0mm碳钢、合金钢或锰钢、不锈钢、耐热钢等亚稳材料纳米结构金属丝；选用无缝钢管(橡胶管或塑料管)作外套管1；b.编织单层高密度纳米结构金属丝网2，其金属丝材间距一般控制在0.01～1.0mm之间，但也可根据工况需要适当增大丝材间距；c.根据无缝钢管1规格大小和内衬管4复合厚度确定金属丝网2的长宽尺寸(长是指复合管的长度，宽是指内衬管周长；当内衬管4厚度较大时，需多层卷制，宽的尺寸是周长×层数)，并进行裁剪，参见图12；d.将陶瓷颗粒、粘结胶和固化剂按比例配制成陶瓷耐磨材料3，三种主要材料的混合重量比例为陶瓷颗粒∶粘结胶∶固化剂＝2.5～2.8∶1.2～1.5∶0.9～1.1。
e.将制备好的陶瓷耐磨材料3均匀涂附在裁剪好金属丝网2上，用碾压辊5碾压，使得陶瓷颗粒嵌入金属丝网2的空隙中，加工成内衬管的复合板体，参见图13；f.将内衬管的复合板体卷制放置在无缝钢管1内，利用金属丝网1的高弹性使得纳米结构丝网紧密贴附于无缝钢管1的内壁；g.将碾压辊5放置在复合内衬管4内和无缝钢管1外，同时对复合内衬管4和无缝钢管1进行碾压，以达到均匀压实、控制壁厚的目的，使得复合内衬管4均匀压实并与无缝钢管1紧密结合，参见图14；h.将复合好的金属丝网-陶瓷复合内衬金属管放置于加热炉中在50～150℃下加热固化，冷却后即制成本发明的产品。制备方式2a.采用直径为0.01～1.0mm碳钢、合金钢或锰钢等亚稳材料纳米结构金属丝；选用无缝钢管1(橡胶管或塑料管)作外套管；b.编织多层高密度纳米结构金属丝网2，其金属丝材间距一般控制在0.01～1.0mm之间，但也可根据工况需要适当增大丝材间距；c.根据无缝钢管1规格大小确定金属丝网2的长宽尺寸(长是指复合管的长度，宽是指内衬管周长，多层高密度纳米结构金属丝网2的厚度为内衬管厚度)，并进行裁剪，参见图12。其它工艺步骤同制备方式1。制备方式3a.采用直径为0.01～1.0mm碳钢、合金钢或锰钢、不锈钢、耐热钢等亚稳材料纳米结构金属丝；选用无缝钢管(橡胶管或塑料管)作外套管1；b.编织单层或多层高密度纳米结构金属丝网2，其金属丝材间距一般控制在0.01～1.0mm之间，但也可根据工况需要适当增大丝材间距，参见图12；c.根据无缝钢管1的直径和复合内衬管4的壁面形状和厚度，确定出需要冲剪的金属丝网2的形状和尺寸，如形状是等直径圆环或偏心圆环，然后进行冲压裁剪；d.按比例配制陶瓷耐磨材料3；e.将制备好的陶瓷耐磨材料3均匀涂附在每片冲剪好金属丝网上，并进行碾压，使得陶瓷颗粒嵌入金属丝网2的空隙中，加工成内衬管的单片复合板体；f.将单片复合板体按复合管的长度拼合成内衬管的复合体，并沿着长度方向进行紧固和碾压，将紧固好的内衬管的复合体放置在无缝钢管1内，使其紧密贴附于无缝钢管1的内壁。其它步骤同制备方式1。
本实施例的制备工艺步骤如下(也可采用其它两种制备方式)a.将低碳钢经过强烈拉伸应变制备直径约为0.5mm，内部晶粒尺寸在5～150nm之间的低碳钢纳米结构的金属丝；选用无缝钢直管1作外套管；b.编织单层高密度纳米结构金属丝网2，其金属丝材间距控制在0.5mm左右；
c.根据无缝钢直管1规格大小和内衬管4复合厚度确定金属丝网2的长宽尺寸，并进行裁剪，参见图12；d.按上述比例制备陶瓷耐磨材料3；e.将制备好的陶瓷耐磨材料3均匀涂附在裁剪好金属丝网2上，用碾压辊碾压，使得陶瓷颗粒嵌入金属丝网2的空隙中，加工成无缝钢直管1的复合板体，参见图13；f.将内衬管的复合板体卷制放置在无缝钢管1内，利用金属丝网1的高弹性使得纳米结构丝网紧密贴附于无缝钢直管1的内壁；g.将碾压辊5放置在复合内衬管4内和无缝钢直管1外，同时对复合内衬管4和无缝钢直管1进行碾压，以达到均匀压实、控制壁厚的目的，使得复合内衬管4均匀压实并与无缝钢管1紧密结合，参见图14；h.将复合好的金属丝网-陶瓷复合内衬金属管放置于加热炉中在50℃下加热固化，冷却后制成均匀等壁厚的纳米结构金属丝网-陶瓷复合内衬金属管。
本实施例的制备工艺与实施例1基本相同。将复合好的金属丝网-陶瓷复合内衬金属管放置于加热炉中，在100℃下加热固化，冷却后制成内锥外直的纳米结构金属丝网-陶瓷复合内衬金属管。
本实施例的制备工艺与实施例1基本相同。将复合好的金属丝网-陶瓷复合内衬橡胶(塑料)直管放置于加热炉中，在150℃下加热固化，冷却后制成偏心复合的纳米结构金属丝网-陶瓷复合内衬橡胶(塑料)直管。
本实施例的制备工艺基本同实施例1。将复合好的金属丝网-陶瓷复合内衬金属管放置于加热炉中，在140℃下加热固化，冷却后制成均匀等壁厚的纳米结构金属丝网-陶瓷复合内衬锥形金属管。
在本实施例中，先用直管焊接无缝钢三通管1，其它制备工艺步骤基本同实施例1。将复合好的金属丝网-陶瓷复合内衬三通金属管放置于加热炉中，在120℃下加热固化，冷却后制成均匀等壁厚的纳米结构金属丝网-陶瓷复合内衬三通金属管。
在本实施例中，先用直管焊接无缝钢三通管1，其它制备工艺步骤基本同实施例1。将复合好的金属丝网-陶瓷复合内衬金属三通管放置于加热炉中，在75℃下加热固化，冷却后制成偏心复合的纳米结构金属丝网-陶瓷复合内衬三通金属管。
本实施例的制备工艺基本同实施例1。将复合好的金属丝网-陶瓷复合内衬金属弯管放置于加热炉中，在120℃下加热固化，冷却后制成均匀等壁厚的纳米结构金属丝网-陶瓷复合内衬金属弯管。
本实施例的制备工艺基本同实施例1。将复合好的金属丝网-陶瓷复合内衬金属弯管放置于加热炉中，在75℃下加热固化，冷却后制成偏心复合的纳米结构金属丝网-陶瓷复合内衬金属弯管。
权利要求
1.一种纳米结构金属丝网-陶瓷复合内衬金属管，其特征在于它是由外套管(1)和复合内衬管(4)组成；复合内衬管(4)是由金属丝网(2)与陶瓷耐磨材料(3)复合而成，复合内衬管(4)紧密贴附在外套管(1)内，外套管(1)可采用钢管制作。
2.根据权利要求1所述的复合内衬金属管，其特征在于外套管(1)还可采用橡胶管或塑料管制作。
3.根据权利要求1或2所述的复合内衬金属管，其特征在于外套管(1)可以是直管、锥形管、弯管或三通管，复合内衬管(4)可以相应制作成直管、锥形管、弯管、三通管或偏心直管、偏心弯管、偏心三通管或制作成外壁直径相同内壁直径不同的异形管。
4.根据权利要求1或2所述的复合内衬金属管，其特征在于复合内衬管(4)的金属丝网(2)可采用低碳钢、中碳钢、高碳钢金属丝制作；或低、中、高碳合金钢金属丝制作；或锰钢、不锈钢、耐热钢亚稳材料金属丝制作。
5.根据权利要求4所述的复合内衬金属管，其特征在于金属丝网(2)最好选用该金属材料的纳米结构的金属丝制作。
6.根据权利要求1或2所述的复合内衬金属管，其特征在于制作金属丝网(2)的金属丝的直径大小为0.01～1.0mm。
7.根据权利要求1或2所述的复合内衬金属管，其特征在于复合内衬管(4)所用的陶瓷耐磨材料(3)是由陶瓷颗粒、粘结胶、固化剂按2.5～2.8∶1.2～1.5∶0.9～1.1重量比混合制成的。
8.根据权利要求7所述的复合内衬金属管，其特征在于陶瓷耐磨材料(3)所用的陶瓷颗粒主要是指刚玉陶瓷颗粒、碳化硅陶瓷颗粒或氮化钛陶瓷颗粒，或其它非金属或金属陶瓷耐磨颗粒，如碳化钛颗粒、碳化钨颗粒。
9.根据权利要求7所述的复合内衬金属管，其特征在于粘结胶可采用环氧树脂胶、尼龙树脂胶或聚氨酯胶。
10.根据权利要求7所述的复合内衬金属管，其特征在于固化剂可采用双氰氨、间苯二酚或2-乙基-4甲基咪唑。
11.纳米结构金属丝网-陶瓷复合内衬金属管的制备工艺，其特征在于该制备工艺包括以下步骤a.选用直径为0.01～1.0mm碳钢、合金钢或锰钢、不锈钢、耐热钢亚稳材料金属丝，或采用直径为0.01～1.0mm碳钢、合金钢或锰钢、不锈钢、耐热钢亚稳材料纳米结构金属丝；b.用金属丝或纳米结构金属丝编织单层或多层高密度金属丝网(2)，其丝网中金属丝材间距一般控制在0.01～1.0mm之间，但也可根据工况需要适当增大丝材间距；c.根据外套管(1)规格大小和内衬管(4)复合厚度确定金属丝网的长宽尺寸，并进行裁剪；d.按权利要求7的混合比例配制陶瓷耐磨材料(3)；e.将制备好的陶瓷耐磨材料(3)均匀涂附在裁剪好的金属丝网(2)上，并进行碾压，使得陶瓷颗粒嵌入金属丝网(2)的空隙中，加工成内衬管的复合板体；f.将内衬管的复合板体卷制放置在外套管(1)内，使其紧密贴附于外套管(1)的内壁；g.用碾压装置(5)对复合内衬管(4)和外套管(1)进行碾压，使复合内衬管(4)均匀压实、控制复合厚度，并与外套管(1)紧密结合；h.将复合好的金属丝网-陶瓷复合内衬金属管放置于加热炉中，在50～150℃下加热固化，冷却后即制成本发明的产品。
12.根据权利要求11所述的复合内衬金属管的制备工艺，其特征在于该制备工艺中的c至f步骤还可以依下述方式进行c.根据外套管(1)的直径和复合内衬管(4)的壁面厚度，确定出所需金属丝网(2)的形状和尺寸，如圆环形状或偏心圆环形状，再进行冲剪；d.按权利要求7的混合比例配制陶瓷耐磨材料(3)；e.将制备好的陶瓷耐磨材料(3)均匀涂附在每片冲裁好的金属丝网上，并进行碾压，使得陶瓷颗粒嵌入金属丝网(2)的空隙中，加工成内衬管的单片复合板体；f.将单片复合板体拼合成内衬管的复合体，并进行碾压，沿着长度方向进行紧固，将紧固好的内衬管的复合体放置在外套管(1)内，使其紧密贴附于外套管(1)的内壁。
全文摘要
本发明公开了一种纳米结构金属丝网－陶瓷复合内衬金属管及其制备工艺。它是由外套管(1)和复合内衬管(4)组成。复合内衬管(4)是由金属丝网(2)与陶瓷耐磨材料(3)复合而成的，复合内衬管(4)紧密贴附在外套管(1)内。本发明的优点是工艺参数可控性强，成品率高，质量稳定，生产效率高。产品寿命长，耐磨性能为一般钢材的8～10倍，是稀土钢的4～6倍。该工艺适用于任何形状、任何大小规格的管类产品的生产，应用面广，复合厚度可调整。
文档编号F16L58/02GK1397754SQ0211463
公开日2003年2月19日 申请日期2002年6月21日 优先权日2002年6月21日
发明者许云华 申请人:西安建筑科技大学