专利名称：陶瓷、玻璃钢复合管及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种陶瓷、玻璃钢复合管技术，为材料复合技术领域，主要适应于含固体颗粒的液态介质和粉体等物质的传输，这里所说的玻璃钢泛指玻璃纤维或其它纤维及其织物增强复合材料。
背景技术：
陶瓷，尤其是耐磨和/或耐腐蚀陶瓷，具有优异的耐磨和/或耐腐蚀等性能，广泛应用于建材、冶金、化工、航空航天等工业领域，但是该材料韧性和强度较低，不能满足一些工程需要，并且不易制成大尺寸制品。
玻璃钢(或其它纤维及其织物增强复合材料)是一种应用很广的工程材料，具有强度高、比重小，容易制成大尺寸制品等优点，但是存在着抗腐蚀和耐磨性差的缺点，使用寿命短。因此玻璃钢管道的应用受到很大限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种重量轻、耐磨性好、抗腐蚀、整体强度大、整体性能好，能够满足工业使用要求且使用寿命长的陶瓷、玻璃钢复合管；本发明还同时提供了其简单易行、科学合理的制备方法。
本发明所述的陶瓷、玻璃钢复合管，由陶瓷内层、中间连接层和玻璃钢外层三层复合而成。
将陶瓷与玻璃钢复合，发挥两者的优势，可以制造出同时具有陶瓷耐磨、耐腐蚀等性能以及玻璃钢可以制成大尺寸制品、比重小、满足工程应用的复合管材。中间连接层加强了内、外两层的连接，增加了陶瓷内层和玻璃钢外层间的结合强度，可消除或减少陶瓷块的剥落，管道整体强度大，整体性能好，使用寿命长。
将陶瓷内层与中间连接层间设计为非平整面连接，连接强度更大。
陶瓷内层可以是一个整体的陶瓷管层，也可以是由多块陶瓷块拼接而成，拼接制成时，可以使管体做的较大，或说任意大，能够满足制作成大尺寸复合管的要求。将陶瓷块拼接缝错位分布，可以增强陶瓷层的耐磨性。
为了进一步增大连接强度，可以使中间连接层与陶瓷块拼接缝形成嵌入式连接。
复合管的形状，可以是直的，也可以是弯曲的，也可以是变直径的，或弯头的，或三通或多通的，等等。陶瓷层所用陶瓷块的形状可以是长方体，其尺寸为厚度从1毫米到1000毫米，2毫米到100毫米更好，3毫米到50毫米最好，其长和宽分别从2毫米到2000毫米，5毫米到500毫米更好，8毫米到400毫米最好。也可以是柱状、瓦状、台状、环状，也可以是筒状等。其尺寸为厚度从1毫米1000毫米，2毫米到100毫米更好，3毫米到50毫米最好，其最大尺寸(长或直径)从2毫米到2000毫米，5毫米到500毫米更好，8毫米到400毫米最好。该复合管道中陶瓷层所用陶瓷块的排列使其边缘对齐或边缘交错排列形成品字形花样或排列成其它花样。
陶瓷内层可以是任意陶瓷材料层，耐磨性和/或耐腐蚀陶瓷材料更好，如氧化铝、刚玉、锆刚玉、铬刚玉、氧化锆、氮化硅、碳化硅、ZTA、ZTM等的各种陶瓷材料，也可以是天然石材加工而成，等。
中间连接层优选为树脂连接层，包括不饱和聚酯树脂或环氧树脂或其它树脂中的一种或一种以上的结合混合物或其中一种以上分层施释，也可以是偶联剂，其作用是与陶瓷内层和玻璃钢外层层分别紧密结合而形成整体，中间连接层的厚度为0.1毫米到10毫米，0.15毫米到4毫米更好，0.2毫米最好。树脂连接层所用树脂可以与玻璃钢基体用树脂相同，也可以不相同。
玻璃钢外层包括玻璃纤维或其它纤维及其织物增强的复合材料，其增强材料即纤维是玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维等有机和无机纤维及其织物中的一种或其一种以上的组合使用；其基体是不饱和聚酯树脂和环氧树脂或其它树脂。
玻璃钢外层可以是一层，也可以是多于一层的玻璃钢或树脂层复合层，其中各玻璃钢层的基体和纤维含量和纤维的排列方式至少有一种是不同的，从而可以调节管道的刚性、强度气密性等性能。
玻璃钢外层的形状可以是等直径的或变直径的管状，也可以是等直径的或变直径的弯管，也可以是等直径的或变直径的垂直的或成一定角度的三通或多通连接管。其直径为5毫米到20000毫米，20毫米到8000毫米更好，100到1000毫米最好；厚度为0.2毫米到500毫米，2毫米到100毫米更好，3到50毫米最好。其弯管的直径为5毫米到20000毫米，20毫米到8000毫米更好，100到1000毫米最好；厚度为0.2毫米到500毫米，2毫米到100毫米更好，3到50毫米最好；拐弯轴线曲率半径从20毫米到100000毫米。其三通或多通直径为5毫米到20000毫米，20毫米到8000毫米更好，100到1000毫米最好；厚度为0.2毫米到500毫米，2毫米到100毫米更好，3到50毫米最好。
本发明复合管科学合理，简单易行又低成本的制备方法是在内层陶瓷管层上施释树脂中间连接层，然后再复合玻璃钢外层即可。
内层陶瓷管层由多块陶瓷块拼接而成时，需要首先将陶瓷块围绕管道模芯粘贴构成复合管的陶瓷内层，然后再施释树脂中间连接层，复合玻璃钢外层后抽出模芯即可。施释树脂中间层时要使树脂充满陶瓷块的拼接缝，增大连接强度。在施释树脂中间层前对陶瓷内层的连接外表面进行清洗处理，也可以在一定程度上提高整体的连接强度，增强整体性能。常用的清洗剂有丙酮等。
施释树脂中间连接层可以是涂覆等方法，只要将树脂施释于陶瓷内层上即可。玻璃钢外层用缠绕、手糊等玻璃钢制备工艺制备。对于缠绕工艺，纤维与管道轴线间的夹角从0度到89度，5度到80度更好，10度到70最好，对于手糊工艺等，可以采用纤维布作为增强材料。可以利用连接法兰等常规的玻璃钢管道连接技术。
本发明复合管中间连接层将陶瓷内层和玻璃钢外层紧密结合，发挥了陶瓷材料的耐磨和/或耐腐蚀特性，又利用了玻璃钢材料的强度高、比重小、容易制成大尺寸制品等优点，重量轻、耐磨性好、抗腐蚀、整体强度大、整体性能好，能够满足工业使用要求，可以制作成任意大尺寸的复合管，且使用寿命长，主要适应于含固体颗粒的液态介质和粉体等物质的传输。本发明制备方法科学合理，简单易行，成本低，易于实施。
图1、本发明复合管实施例一结构示意图。
图2、图1的左视图。
图3、图4、图5、图6、图7分别为陶瓷块形状图。
图中1、陶瓷内层2、树脂中间连接层3、玻璃钢外层4、拼接陶瓷块。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明所述的陶瓷、玻璃钢复合管，分别由陶瓷内层1、树脂中间连接层2和玻璃钢外层3三层复合而成。陶瓷内层由多块陶瓷块4拼接而成，陶瓷块拼接缝错位分布。
具体制备方法分别举例如下例1、采用10毫米×10毫米×4毫米的92％氧化铝陶瓷片为耐磨、抗腐蚀陶瓷材料，无碱玻璃纤维作为玻璃钢增强材料，不饱和聚酯树脂作为玻璃钢基体，以不饱和聚酯树脂为中间连接层材料。用钢管加工成直径150毫米、长3.1米的模芯。将陶瓷片用不干胶纸粘贴固定在模芯上，用丙酮对陶瓷片表面进行清洗，用中间连接层材料不饱和聚酯树脂涂覆于陶瓷片拼成的圆柱体上，注意充满陶瓷块空隙，使树脂层达到0.3毫米厚；然后采用玻璃钢缠绕工艺进行玻璃钢缠绕，使玻璃钢的厚度达到6毫米。在已缠绕的玻璃钢管端头采用玻璃钢管的常规工艺制作上法兰。最后将钢质模芯抽出即得到陶瓷玻璃钢复合管道，其陶瓷层厚度为4毫米，玻璃钢层厚度为6毫米。管道的内径为150毫米，外径为170毫米，长度为3米。
例2、采用15毫米×15毫米×5毫米的铬刚玉陶瓷片为耐磨陶瓷材料，无碱玻璃纤维作为玻璃钢增强材料，环氧树脂作为玻璃钢基体，以不饱和聚酯树脂为中间连接层材料。用钢管加工成直径400毫米、长3.1米的模芯。将陶瓷片用不干胶纸粘贴固定在模芯上，用丙酮对陶瓷片表面进行清洗，用中间连接层材料不饱和聚酯树脂涂覆于陶瓷片拼成的管状体上，使其达到0.3毫米；然后采用玻璃钢缠绕工艺进行玻璃钢缠绕，使玻璃钢的厚度达到8毫米。在已缠绕的玻璃钢管端头采用玻璃钢管的常规工艺制作上法兰。最后将钢质模芯抽出即得到陶瓷玻璃钢复合管道，其陶瓷部分厚度为5毫米，玻璃钢部分厚度为8毫米。管道的内径为400毫米，外径为426毫米，长度为3米。
例3、采用10毫米×10毫米×3毫米的氧化锆陶瓷片为耐磨陶瓷材料，碳纤维作为玻璃钢增强材料，环氧树脂作为玻璃钢基体。用钢管加工成直径100毫米、长2.1米的模芯，将陶瓷片用不干胶纸粘贴固定在模芯上，形成管状；用丙酮对陶瓷片表面进行清洗，用中间连接层材料环氧树脂涂覆于陶瓷片拼成的管状体上，使其达到0.3毫米；然后采用玻璃钢缠绕工艺进行玻璃钢缠绕，使玻璃钢的厚度达到4毫米。最后将钢质模芯抽出即得到陶瓷玻璃钢复合管道，其陶瓷层厚度为3毫米，中间连接层厚度为0.3毫米，玻璃钢层厚度为5毫米，总厚度为8.3毫米。管道的内径为100毫米，外径为116毫米，长度为3米。该管道适合于高压条件下使用。
例4、采用15毫米×15毫米×5毫米的氧化铝陶瓷片为耐磨陶瓷材料，无碱玻璃纤维作为玻璃钢增强材料，环氧树脂作为玻璃钢基体，以不饱和聚酯树脂为中间连接层材料。用钢管加工成直径400毫米、长3.1米的模芯。将陶瓷片用不干胶纸粘贴固定在模芯上，用中间连接层材料不饱和聚酯树脂涂覆于陶瓷片拼成的管状体上，使其达到0.2毫米；然后采用玻璃钢缠绕工艺进行玻璃钢缠绕，使玻璃钢的厚度达到8毫米。最后将钢质模芯抽出即得到陶瓷玻璃钢复合管道，其陶瓷部分厚度为5毫米，玻璃钢部分厚度为8毫米。管道的内径为400毫米，外径为426毫米，长度为3米。
权利要求
1.一种陶瓷、玻璃钢复合管，其特征在于由陶瓷内层、中间连接层和玻璃钢外层三层复合而成。
2.根据权利要求1所述的复合管，其特征在于陶瓷内层由多块陶瓷块拼接而成。
3.根据权利要求2所述的复合管，其特征在于陶瓷内层的陶瓷块与中间连接层接触为非平整面接触。
4.根据权利要求2所述的复合管，其特征在于陶瓷块拼接缝错位分布。
5.根据权利要求2所述的复合管，其特征在于中间连接层与陶瓷块拼接缝形成嵌入式连接。
6.根据权利要求1-5任一权利要求所述的复合管，其特征在于中间连接层为树脂连接层。
7.一种权利要求1所述的复合管的制备方法，其特征在于在内层陶瓷管层上施释树脂中间连接层，然后再复合玻璃钢外层即可。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于内层陶瓷管层由多块陶瓷块拼接而成，首先将陶瓷块围绕管道模芯粘贴构成复合管的陶瓷内层，然后再施释树脂中间连接层，最后复合玻璃钢外层后抽出模芯即可。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于在施释树脂中间层前对陶瓷内层的连接外表面进行清洗处理。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于在施释树脂中间层前在陶瓷内层的连接外表面施释偶联剂。
全文摘要
本发明涉及一种陶瓷、玻璃钢复合管，由陶瓷内层、中间连接层和玻璃钢外层三层复合而成。制备方法是在内层陶瓷管层上施释树脂中间连接层，然后再复合玻璃钢外层即可。本发明复合管中间连接层将陶瓷内层和玻璃钢外层紧密结合，发挥了陶瓷材料的耐磨和/或耐腐蚀特性，又利用了玻璃钢材料的强度高、比重小、容易制成大尺寸制品等优点，重量轻、耐磨性好、抗腐蚀、整体强度大、整体性能好，能够满足工业使用要求，可以制作成任意大尺寸的复合管，且使用寿命长，主要适应于含固体颗粒的液态介质和粉体等物质的传输。本发明制备方法科学合理，简单易行，成本低，易于实施。
文档编号F16L9/14GK1635294SQ20031011456
公开日2005年7月6日 申请日期2003年12月26日 优先权日2003年12月26日
发明者王树海, 杨为振, 李振涛, 阎法强, 薛忠民, 王嵘 申请人:山东中博先进材料股份有限公司, 北京玻璃钢研究设计院