基于无缝外护管的保温弯管的制作工艺、保温用聚氨酯的制作方法

本技术涉及高分子材料，更具体地说，它涉及一种基于无缝外护管的保温弯管的制作工艺、保温用聚氨酯。

背景技术：

1、预制直埋保温管是绝热管的简称，用于液体、气体及其他介质的输送，在石油、化工、航天、军事、集中供热等管道的绝热保温工程均有广泛应用。通常，预制直埋保温管从内向外分为三层结构，第一层：钢管层，简称钢管，根据客户设计和要求一般选用无缝钢管、螺旋钢管和直缝钢管。钢管表面经过抛丸除锈工艺处理后，达到相关标准的要求。第二层：聚氨酯保温层，简称保温层，保温层包覆在钢管层的外表面，生产中由发泡机将聚氨酯冲入钢管层和保护层之间，发泡制成。第三层：高密度聚乙烯保护层，简称外护层或外护管，通常是具有一定壁厚的黑色或黄色聚乙烯塑料管材，其作用是保护保温层免受机械硬物破坏，并且防腐、防水。

2、现有的预制直埋保温管的生产工艺是：高密度聚乙烯外护管经挤出机真空定径、直线牵引、切割工序提前预制，预处理过的钢管由输送装置托送向前，与高密度聚乙烯外护管穿管形成组合管，高压发泡机的枪管向外护层与钢管之间的空腔内注入硬质聚氨酯泡沫塑料原液，原液随即发泡成型，在外护层与钢管之间发泡形成保温层。

3、针对上述相关技术，发明人发现目前的保温管制备方法多为直管制备，并没有提及到如何制备保温弯管的方法，将两个直管进行连接制备弯管的方法，需要根据弯管的弧度调整直管的安装角度，制备方法较为繁琐。

技术实现思路

1、为了提供一种保温弯管的制备方法，本技术提供一种基于无缝外护管的保温弯管的制作工艺、保温用聚氨酯。

2、第一方面，本技术提供一种基于无缝外护管的保温弯管的制作工艺，采用如下技术方案：

3、一种基于无缝外护管的保温弯管的制作工艺，包括以下步骤：

4、s1、在弯曲钢管外侧套上长度小于弯曲钢管的弯曲高密度聚乙烯外护管，弯曲高密度聚乙烯外护管与弯曲钢管的弯曲弧度和曲率半径相同；所述弯曲高密度聚乙烯外护管的制法为：将高密度聚乙烯颗粒熔融、挤出、弯曲定型、真空定径、水冷、弧形牵引，牵引弧度使得弯曲高密度聚乙烯外护管的弯曲弧度与弯曲钢管的弯曲弧度相同，弯曲钢管与弯曲高密度聚乙烯外护管组合穿管厚形成同心圆；

5、s2、在弯曲钢管和弯曲高密度聚乙烯外护管的两端放入法兰；

6、s3、穿透弯曲高密度聚乙烯外护管，向弯曲钢管和弯曲高密度聚乙烯外护管之间注入保温用聚氨酯，经发泡，熟化，在弯曲钢管和弯曲高密度聚乙烯外护管之间形成聚氨酯保温层，制得产品。

7、通过采用上述技术方案，将钢管通过焊接或热煨制备成弯曲钢管后，为与之匹配，需要使用具有与弯曲钢管相同弧度的高密度聚乙烯外护管，将高密度聚乙烯的颗粒料经熔融挤出后，在弯曲定型导引下，经真空定径，确定高密度聚乙烯外护管的直径，然后通过牵引高密度聚乙烯管远离挤出机的一端，通过控制牵引曲率半径、方向和速度，获得与钢管弯曲度和弧度相同的高密度聚乙烯外护管，然后将弯曲高密度聚乙烯外护管套设在弯曲钢管上，向钢管和外护管之间注入聚氨酯，经发泡、熟化后，制成预制直埋保温管，一步成型，制备方法简单。

8、可选的，所述真空定径的压力为0.01-0.03mpa，水温为20-25℃。

9、通过采用上述技术方案，采用真空定径方式，对挤出的高密度聚乙烯外护管进行尺寸固定，增加尺寸稳定性。

10、可选的，所述弯曲高密度聚乙烯外护管的内壁经过以下处理：向弯曲高密度聚乙烯外护管的内壁涂刷含有多巴胺溶液、十八烷基三乙氧基硅烷改性碳纳米管、陶瓷微球和木质素的混合溶液，干燥，当注入保温用聚氨酯并发泡、熟化后，将产品在400-420℃的氮气气氛中放置50-60min，混合溶液在弯曲高密度聚乙烯外护管内壁的涂刷量为250-400g/m2。

11、通过采用上述技术方案，在弯曲高密度聚乙烯外护管内壁和弯曲钢管外壁之间填充保温用聚氨酯时，保温用聚氨酯与弯曲高密度聚乙烯外护管内壁之间的粘结强度影响预制直埋保温管的质量，因此在弯曲高密度聚乙烯外护管内壁上涂刷含有多巴胺溶液等组分的混合溶液，多巴胺具有很强的粘性，能发生自聚合反应，形成聚多巴胺，聚多半中含有大量的邻苯二酚和一级胺、二级胺，进一步增强了黏附性，多壁碳纳米管通过引入长链硅氧烷增强其疏水性，陶瓷微球则通过聚多巴胺的黏附性附着在外护管内壁黏附，当聚氨酯发泡时，能与聚氨酯泡沫形成相互嵌合结构，从而改善了聚氨酯保温层与弯曲高密度聚乙烯外护管的界面粘结强度，另外还增强了外护管的水汽阻隔性；当木质素被聚多巴胺黏附在高密度聚乙烯外护管的内壁上，并在注入聚氨酯并发泡后，随着在氮气气氛中的热裂解，从而在弯曲高密度聚乙烯外护管上发生碳化形成一层疏水的碳膜，覆盖在聚氨酯发泡颗粒的表面，从而改善聚氨酯的阻水性，而木质素三维互通多孔骨架也被保留下来，当聚氨酯发泡后，聚氨酯泡沫颗粒能与三维互通多孔骨架相互嵌合，形成良好的界面粘结作用，改善聚氨酯保温层与弯曲高密度聚乙烯外护管内壁的粘结强度。

12、可选的，所述混合溶液中各组分的重量份为：

13、10-30份多巴胺溶液、1-5份十八烷基三乙氧基硅烷改性碳纳米管、2-6份陶瓷微球、4-12份木质素。

14、通过采用上述技术方案，采用以上用量的多巴胺溶液、陶瓷微球、木质素等原料，经涂刷后在弯曲高密度聚乙烯外护管内壁形成具有疏水作用且与聚氨酯发泡颗粒嵌合紧密的保护层，能改善弯曲高密度聚乙烯外护管的阻水性，增强外护管对聚氨酯保温层的防水保护，以免聚氨酯保温层遇水后变形，保温功能减弱。

15、可选的，向弯曲高密度聚乙烯外护管内注入保温用聚氨酯的同时，还通入被气化的聚对二甲苯，通入时间与注入保温用聚氨酯的时间相同。

16、通过采用上述技术方案，聚对二甲苯在100℃以上能进行气化沉积，在弯曲钢管和弯曲高密度聚乙烯外护管的间隙两端封闭，在通入保温用聚氨酯的同时，向其中通入气化的聚对二甲苯，聚对二甲苯在聚氨酯发泡的同时，在其表面生长出完全覆盖的纳米尺度阻湿膜，而且结合力好、厚度均匀、致密，降低聚氨酯保温层界面与水分子的相互作用，能有效阻隔水分子的渗透。

17、第二方面，本技术提供一种保温用聚氨酯，采用如下技术方案：

18、一种保温用聚氨酯，包括以下重量份的原料：

19、组分a：25-30份端羟基聚丁二烯丙烯腈、0.5-1份催化剂、0.5-0.8份发泡剂、0.1-0.5份匀泡剂、0.3-0.7份阻燃剂、1.5-2份全氟辛基三氯硅烷、1-3份十二烷二胺改性石墨烯、0.05-0.2份三乙醇胺、1.25-5份木质素；

20、组分b：4-16份二异氰酸酯。

21、由于闭孔型通用硬质聚氨酯表面存在随机的微米尺度孔结构，因此当弯曲高密度聚乙烯外护管出现开裂或破碎时，在潮湿环境下，聚氨酯泡沫会出现吸湿行为，会导致填充在弯曲钢管和弯曲高密度聚乙烯外护管之间的聚氨酯泡沫塑化、溶胀甚至变形，从而影响保温效果。通过采用上述技术方案，在组分a中添加十二烷二胺改性石墨烯，在石墨烯上接枝十二烷二胺，含有伯氨基的石墨烯与端羟基聚丁二烯丙烯腈中的腈基发生接枝反应，从而将石墨烯通过十二烷二胺接枝到聚氨酯泡沫表面，使石墨烯与聚氨酯泡沫的界面作用增强，而且十二烷二胺接枝到聚氨酯泡沫上增加了聚氨酯泡沫与改性石墨烯的相容性，改性石墨烯均匀分散在泡沫表面，石墨烯不易与聚氨酯泡沫脱离，表面结构不易收到外界影响而变化，长链烷基改性的石墨烯降低了聚氨酯泡沫的表面能，提高了聚氨酯泡沫的疏水性，另外以石墨烯卷曲褶皱形态分散在聚氨酯泡沫的表面，从而大大提高了聚氨酯泡沫表面的粗糙度，提高了聚氨酯泡沫与高密度聚乙烯外护层的界面粘结强度；全氟辛基三氯硅烷在聚氨酯泡沫上组装，降低聚氨酯泡沫的表面能，改善其水汽阻隔性；木质素与二异氰酸酯在三乙醇胺的催化作用下，发生缩合聚合，自发性的自组装形成凝胶纳米粒子和形成纳米粒子组装的三维多孔框架的熟化过程，木质素是由多种醇单体组成其基本的骨架，包括香豆醇、松柏醇和芥子醇，作为取代基分布在芳香环的3位和5位，这些富含羟基的侧链基团使得木质素可以溶解在四氢呋喃等有机溶剂中，随着木质素和二异氰酸酯的缩合聚合，得到化学交联的pu，其具有独特的仿荷叶的微纳米多级结构，赋予了pu良好的疏水性，并且水分在pu表面的黏着力很低，接触角高，疏水性好；因此在聚氨酯泡沫的形成过程中，通过木质素和二异氰酸酯的交联，形成疏水性好的pu对聚氨酯泡沫进行填充，能进一步改善聚氨酯泡沫的阻水性，降低其吸湿率，延长使用寿命。

22、可选的，所述端羟基聚丁二烯丙烯腈的分子量为2000，腈含量为13-17%。

23、可选的，所述催化剂选自辛酸亚锡、三乙烯二胺和三亚乙基二胺中的至少一种。

24、可选的，所述阻燃剂选自氢氧化镁、氢氧化铝、甲基磷酸二甲酯、乙基磷酸二乙酯中的至少一种。

25、第三方面，本技术提供一种保温用聚氨酯的制备方法，采用如下的技术方案：

26、一种保温用聚氨酯的制备方法，包括以下步骤：

27、将端羟基聚丁二烯丙烯腈、催化剂、发泡剂、匀泡剂、阻燃剂、全氟辛基三氯硅烷、十二烷二胺改性石墨烯混合，制得初料；

28、将木质素和1/4质量的二异氰酸酯溶解在四氢呋喃中，混匀，加入三乙醇胺，立即加入到初料内，混匀后加入剩余二异氰酸酯，搅拌均匀后，制得原液，发泡，室温熟化。

29、通过采用上述技术方案，将木质素和二异氰酸酯先用四氢呋喃溶解，然后立即加入到初料中，将剩余二异氰酸酯加入，制成可发泡的原液，在制备保温管时，将原液注入钢管和高密度聚乙烯外护管的间隔内，发泡后熟化，制得阻水性强的聚氨酯。

30、综上所述，本技术具有以下有益效果：

31、1、本技术将高密度聚乙烯颗粒经热熔、挤出、弯曲定型、真空定径、水冷后弧形牵引，制成与弯曲钢管弧度相同的弯曲高密度聚乙烯外护管，将弯曲高密度聚乙烯外护管套设在弯曲钢管外，然后在二者之间填充保温用聚氨酯，制成保温弯管，制备方法简单，节省时间，而且制成的保温弯管适应性强，通过弯曲定型和弧形牵引使得高密度聚乙烯外护管与钢管弧度相同，相较于按照弯曲弧度将高密度聚乙烯外护管切割成有一定角度的管段，通过端面熔融焊接或挤出焊接成弯曲管状，具有无焊缝，制作过程简单，不易开裂的优点，而通过端面热熔焊接或挤出焊接的方式均存在多道焊缝，制作过程复杂且繁琐，同时存在焊缝处易开裂、未熔透等问题，埋于地下后，水分的渗入会造成保温层失效，而通过弯曲定型和弧形牵引等工艺制成的无缝化外护管为一次成型，不会形成任何漏点；

32、2、由于本技术采用在聚氨酯泡沫使用端羟基聚丁二烯丙烯腈和二异氰酸酯作为主料，并添加十二烷二胺改性石墨烯、木质素、全氟辛基三氯硅烷，十二烷二胺改性石墨烯中伯氨基能将石墨烯接枝到聚氨酯，增强了石墨烯与聚氨酯之间的相互作用力，从而改善了石墨烯与聚氨酯的相容性，增强了聚氨酯的疏水作用，而木质素在三乙醇胺的催化下，与二异氰酸酯产生缩合反应，形成具有荷叶纳米多级结构的聚氨酯，分散在聚氨酯发泡颗粒中，进一步填充聚氨酯发泡颗粒，并改善其阻湿效果；

33、3、本技术的预制直埋保温管优选采用含有多巴胺溶液、陶瓷微球、木质素等组分的混合溶液对高密度聚乙烯外护管的内壁进行预处理，在外护管内壁形成与聚氨酯发泡颗粒相互嵌合且疏水作用强的保护层，以增加聚氨酯保温层的阻湿效果，也改善外护管内壁与聚氨酯的剥离强度。

34、4、本技术预制直埋保温管优选在注入聚氨酯原液的同时向弯曲高密度聚乙烯外护管内壁和弯曲钢管外壁之间通入气化的聚对二甲苯，聚对二甲苯能在聚氨酯颗粒表面沉积，从而填充聚氨酯孔隙，能有效阻隔水分子的渗透，提高阻湿功能。