专利名称：一种抗静电阻燃钢骨架纤维增强树脂管的制作方法
技术领域：
本实用新型属于输送管体技术领域，尤其涉及一种抗静电阻燃钢骨架纤维增强树脂管。
背景技术：
在煤矿输送管体中用的钢骨架纤维增强树脂管、高强度树脂钢网复合管以及抗静电阻燃纤维增强树脂复合管等相似类型的管体通常是由表面导电层、中间强力层、内衬耐磨层组成。1、表面导电层通常是由纤维、树脂、固化剂和促进剂，加入阻燃剂和抗静电剂、导电炭黑后固化成型。由于矿井环境中使用的管体的表面电阻值一般要求在IO4 — 108Ω，并且要符合国家安监总局颁布的AQ1071— 2009中管体老化试验的相关要求，导电炭黑在管体中含量一般在5% —10%左右才能能够符合上述相关要求，再者管体中常用的阻燃剂如氢氧化铝、三氧化二锑等的用量一般在20% — 50%之间。这就造成管体力学性能下降，管体延伸率降低20% — 30%，挠曲性能下降15% — 40%，造成管体的承压能力以及管体长期使用的安全系数大大降低。再者由于煤矿井下的特殊环境，钢骨架纤维增强树脂管使用一两年后管体内外表面就会产生表面出现细小裂纹或者龟裂现象，使钢骨架纤维增强树脂管的使用寿命大大降低，同时这种管体的使用范围也受到了很大限制；2、中间强力层通常是在内衬层的基础上缠绕增强纤维、织物同时加有螺旋结构的交叉网状钢丝骨架，存在的问题是纤维以及钢丝的缠绕角度一般在50° — 80°之间，这个范围太宽且管体断面钢丝头数也不固定，造成这类管体在生产加工方面十分混乱，给煤矿的安全生产带来隐患。再者钢丝与树脂间的粘合力由于填料的选用不当经常造成分层的现象，比如经常用到的纳米碳酸钙一般是未经过改性处理的，它本身不具有粘合作用，只是降低了生产厂家的成本，但却加剧了分层现象的产生；3、内衬层通常是由纤维与加入阻燃剂、抗静电剂、纳米碳酸钙和导电炭黑的树脂固化后形成，其存在的问题同表面导电层是一样的，再者煤矿用的钢骨架纤维增强树脂管体的承载介质大多为水、气，对内衬层的要求是防腐蚀、渗漏和导电阻燃的功能，对耐磨并不作要求，所以这就在无形之中提高了管体的生产成本。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题就是提供一种使用寿命长、成本低的抗静电阻燃钢骨架纤维增强树脂管。为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为:包括管体，所述的管体由内至外为防渗阻燃导电内衬层、承压阻燃导电结构层，其中防渗阻燃导电内衬层包括固化在内基体的玻璃纤维，承压阻燃导电结构层包括同步缠绕有外表面涂覆有环氧树脂的镀锌钢丝和玻璃纤维直接无捻粗纱的外基体。其附加技术特征为:所述承压阻燃导电结构层中外表面涂覆有环氧树脂的镀锌钢丝的直径为0.5 — 1.2毫米；所述的外表面涂覆有环氧树脂的镀锌钢丝与玻璃纤维直接无捻粗纱进行同步缠绕形成混合编织的网状。本实用新型提供的一种抗静电阻燃钢骨架纤维增强树脂管，玻璃纤维与加入碳纳米管和纳米氢氧化铝的耐腐蚀树脂固化后形成防渗阻燃导电内衬层，在防渗阻燃导电内衬层成型的基础上缠绕有最佳缠绕角度、根据管体公称压力和管体内压失效环向应力确定钢丝头数的外表面涂覆有环氧树脂的镀锌钢丝、并在缠绕钢丝的同步缠绕有加入纳米氢氧化铝、碳纳米管以及防腐蚀树脂的玻璃纤维直接无捻粗纱形成承压阻燃导电结构层。本实用新型提供的一种抗静电阻燃钢骨架纤维增强树脂管采取了以下措施:其一，是在承压阻燃导电结构层、防渗阻燃导电内衬层选用碳纳米管作为导电物质，碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同，所以具有很好的电性能。它在管体中的含量为1% — 3%时，即可使管体表面电阻达到IO3 — 106Ω，同时碳纳米管具有良好的力学性能，对管体具有增强作用，使管体的抗拉强度和抗弯强度可提高10%以上。在树脂中添加纳米氢氧化铝粒子后，由于纳米粒子尺寸小、比表面积大、表面原子数多，具有很强的表面活性与超强吸附能力，极易与树脂中的氧起键合作用，同时又与裸露的金属原子间产生很强的类似离子键力。在单位面积内，添加纳米氢氧化铝的树脂和金属间的结合点增多，合力增大，因此在具有导电和阻燃特性的热固性树脂粘合剂中加配了改善复合管各层微观结构的纳米氢氧化铝做填料，从而提高塑料和纤维之间的亲和力。纳米氢氧化铝的阻燃性能优良，添加一定量即可达到UL94-V0级，同时还具有导电功能，能使得管体中导电物质的用量降低3% — 5%左右，同时纳米氢氧化铝作为一种填充剂还有补强作用，加入一定量的纳米氢氧化铝，可使管体的结构强度、柔韧性和弹性模量提高5% —15%。在防渗阻燃导电内衬层中加入纳米氢氧化铝后，在耐蚀性、柔韧性、抗冲击性和耐划痕性等性能上有很大的提高；其二，承压阻燃导电结构层中的外表面涂覆有环氧树脂的镀锌钢丝与玻璃纤维直接无捻粗纱是以防渗导电阻燃内衬层为基体，钢丝缠绕刀架与玻璃纤维缠绕刀架上下平行放置于行走小车上，利用两套张力控制系统分别控制外表面涂覆有环氧树脂的镀锌钢丝和玻璃纤维直接无捻粗纱的松紧度，在缠绕外表面涂覆有环氧树脂的镀锌钢丝的同时进行玻璃纤维直接无捻粗纱缠绕。缠绕方向为左旋加右旋，外表面涂覆有环氧树脂的镀锌钢丝与玻璃纤维直接无捻粗纱缠绕角度为固定角度缠绕，管体安装时管体中心轴线与水平地面的夹角大于等于0°、小于等于10°时，外表面涂覆有环氧树脂的镀锌钢丝和玻璃纤维直接无捻粗纱的缠绕角度固定为83.25。;管体安装时管体中心轴线与水平地面的夹角大于10°、小于等于75°时，外表面涂覆有环氧树脂的镀锌钢丝和玻璃纤维直接无捻粗纱的缠绕角度固定为53.68° ;管体安装时管体中心轴线与水平地面的夹角大于75°、小于等于90°时外表面涂覆有环氧树脂的镀锌钢丝和玻璃纤维直接无捻粗纱的缠绕角度固定为35.48°。外表面涂覆有环氧树脂的镀锌钢丝为国标优质低碳外表面涂覆有环氧树脂的镀锌钢丝，其延伸率和抗拉强度以及直径偏差均符合GB/T14450的要求。直径为0.5—1.2mm,管体公称压力为0.6——6.0MPa ；其三，承压阻燃导电结构层所用镀锌钢丝外表面涂覆有环氧树脂，由于环氧树脂特殊的分子结构，其环氧基和羟基能与镀锌钢丝表面产生交联反应形成化学键，使其具有良好的附着力，其固化后的产物呈三维网状结构，具有优良的力学性能和耐腐蚀性能，使得镀锌钢丝的寿命大大延长，且由于外表面环氧树脂的涂覆及其优良的附着力，使得镀锌钢丝与树脂的分层现象得以解决；其四，缠绕完毕后先进行管体内外壁加热，其中内壁加热采用的是在旋转芯轴内部安装有蛇形管水套，将70°——90°的热水从蛇形管水套进口进入，与旋转芯轴内壁完成热交换后从出口流出，经过往复循环，可使旋转芯轴外表面的温度达到60° —80°，管体外表面加热一般用红外线烤灯，通过对管体整体均匀加热，使管体的固化度比未经过加热的缠绕管体提高15%——25%，这就时管体脱模后的弯曲变形量大大降低，同时提高了管体的抗拉强度和抗弯强度。本实用新型提供的一种抗静电阻燃钢骨架纤维增强树脂管，在管体缠绕完毕后脱模之前，对管体内外壁进行加热处理，通过对管体内外壁进行均匀加热，使管体脱模的固化程度大大提高，既便于管体脱模，又增加了管体的环刚度和抗弯模量，大大减小了管体脱模后的变形情况的发生，增加了管体连接的便利性。而管体的连接方式方面，采用加大密封环的外径尺寸，使其达到活套法兰上均布的螺栓孔的中心距的内径圆，同时螺栓孔直径加大1_，这样密封环除了固有的夹紧密封胶垫的密封作用外，还是活套法兰的定位环，通过连接螺栓使活套法兰能够紧紧的固定在密封环上，防止其上下左右窜动造成的密封不严，导致可能出现的输送介质的泄漏现象。本实用新型提供的一种抗静电阻燃钢骨架纤维增强树脂管，各层纤维之间的搭配充分考虑到各层所承担的功能指标和价格因素，使得钢骨架焊接纤维增强树脂管的各项力学性能有了很大的提高，从而强度的增加可适当减少各层的厚度，减轻了管体重量；同时由于在钢骨架和热固性塑料之间填充有多壁碳纳米管和纳米氢氧化铝，改变各层精细结构的同时加强了其抗弯强度和抗冲击能力，耐磨性能和导电性能有了很大提高，延长了使用寿命、降低了成本，增强了市场竞争力。
图1为本实用新型一种抗静电阻燃钢骨架纤维增强树脂管的结构示意图；图2为外表面涂覆有环氧树脂的镀锌钢丝和玻璃纤维直接无捻粗纱的缠绕结构示意图；图3为管体通过活套法兰连接的第一种结构示意图；图4为管体通过活套法兰连接的第二种结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型一种抗静电阻燃钢骨架纤维增强树脂管作进一步详细说明。如图1所示，本实用新型一种抗静电阻燃钢骨架纤维增强树脂管包括管体1，管体I由内至外为防渗阻燃导电内衬层2、承压阻燃导电结构层3，防渗阻燃导电内衬层2包括固化在内基体4的玻璃纤维5，承压阻燃导电结构层3包括同步缠绕有外表面涂覆有环氧树脂的镀锌钢丝6和玻璃纤维直接无捻粗纱7的外基体8。如图2所示，防渗阻燃导电内衬层2套在旋转芯轴9上，在旋转芯轴9 一侧的行走小车10上面上下平行放置镀锌钢丝缠绕刀架11和玻璃纤维缠绕刀架12，外表面涂覆有环氧树脂的镀锌钢丝6和玻璃纤维直接无捻粗纱7按一定角度与旋转芯轴9接触。如图3、4所示，管体I的端部设置有活套法兰13，相邻管体I的活套法兰13通过螺栓14连接，相邻管体I的活套法兰13间设置有密封环15和密封胶垫16。本实用新型提供的一种抗静电阻燃钢骨架纤维增强树脂管，玻璃纤维5与加入碳纳米管和纳米氢氧化铝的耐腐蚀树脂固化后形成防渗阻燃导电内衬层2，在防渗阻燃导电内衬层2成型的基础上缠绕有最佳缠绕角度、根据管体公称压力和管体内压失效环向应力确定钢丝头数的外表面涂覆有环氧树脂的镀锌钢丝6并在缠绕钢丝的同步缠绕有加入纳米氢氧化铝、碳纳米管以及防腐蚀树脂的玻璃纤维直接无捻粗纱7形成结构层3。在加工过程中，防渗阻燃导电内衬层的玻璃纤维和纤维织物为玻纤表面毡和玻璃纤维布交替缠绕。在结构层加工时，外表面涂覆有环氧树脂的镀锌钢丝6和玻璃纤维直接无捻粗纱7的缠绕方向为左旋加右旋，外表面涂覆有环氧树脂的镀锌钢丝6和玻璃纤维直接无捻粗纱7的缠绕角度为固定角度缠绕，玻璃纤维和纤维织物为直接无捻粗纱以及单向布交替缠绕。管体安装时管体中心轴线与水平地面的夹角大于等于0°、小于等于10°时，外表面涂覆有环氧树脂的镀锌钢丝和玻璃纤维直接无捻粗纱的缠绕角度固定为83.25° ;管体安装时管体中心轴线与水平地面的夹角大于10°、小于等于75°时，外表面涂覆有环氧树脂的镀锌钢丝和玻璃纤维直接无捻粗纱的缠绕角度固定为53.68° ;管体安装时管体中心轴线与水平地面的夹角大于75°、小于等于90°时外表面涂覆有环氧树脂的镀锌钢丝和玻璃纤维直接无捻粗纱的缠绕角度固定为35.48°。本实用新型提供的一种抗静电阻燃钢骨架纤维增强树脂管采取了以下措施:其一，是在承压阻燃导电结构层3、防渗阻燃导电内衬层2选用碳纳米管作为导电物质，碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同，所以具有很好的电性能。它在管体中的含量为1% — 3%时，即可使管体表面电阻达到IO3 — 106Ω，同时碳纳米管具有良好的力学性能，对管体具有增强作用，使管体的抗拉强度和抗弯强度可提高10%以上。在树脂中添加纳米氢氧化铝粒子后，由于纳米粒子尺寸小、比表面积大、表面原子数多，具有很强的表面活性与超强吸附能力，极易与树脂中的氧起键合作用，同时又与裸露的金属原子间产生很强的类似离子键力。在单位面积内，添加纳米氢氧化铝的树脂和金属间的结合点增多，合力增大，因此在具有导电和阻燃特性的热固性树脂粘合剂中加配了改善复合管各层微观结构的纳米氢氧化铝做填料，从而提高塑料和纤维之间的亲和力。纳米氢氧化铝的阻燃性能优良，添加一定量即可达到UL94-V0级，同时还具有导电功能，能使得管体中导电物质的用量降低3% — 5%左右，同时纳米氢氧化铝作为一种填充剂还有补强作用，加入一定量的纳米氢氧化铝，可使管体的结构强度、柔韧性和弹性模量提高5% —15%。在防渗阻燃导电内衬层2中加入纳米氢氧化铝后，在耐蚀性、柔韧性、抗冲击性和耐划痕性等性能上有很大的提高；其二，承压阻燃导电结构层3中的外表面涂覆有环氧树脂的镀锌钢丝6与玻璃纤维直接无捻粗纱7是以防渗导电阻燃内衬层2为基体，钢丝缠绕刀架11与玻璃纤维缠绕刀架12上下平行放置于行走小车10上，利用两套张力控制系统分别控制外表面涂覆有环氧树脂的镀锌钢丝6和玻璃纤维直接无捻粗纱7的松紧度，在缠绕外表面涂覆有环氧树脂的镀锌钢丝6的同时进行玻璃纤维直接无捻粗纱7缠绕。缠绕方向为左旋加右旋，外表面涂覆有环氧树脂的镀锌钢丝6与玻璃纤维直接无捻粗纱7缠绕角度为固定角度缠绕，管体安装时管体中心轴线与水平地面的夹角大于等于0°、小于等于10°时，外表面涂覆有环氧树脂的镀锌钢丝6和玻璃纤维直接无捻粗纱7的缠绕角度固定为83.25° ;管体安装时管体中心轴线与水平地面的夹角大于10°、小于等于75°时，外表面涂覆有环氧树脂的镀锌钢丝6和玻璃纤维直接无捻粗纱7的缠绕角度固定为53.68° ;管体安装时管体中心轴线与水平地面的夹角大于75°、小于等于90°时外表面涂覆有环氧树脂的镀锌钢丝6和玻璃纤维直接无捻粗纱7的缠绕角度固定为35.48°。外表面涂覆有环氧树脂的镀锌钢丝为国标优质低碳外表面涂覆有环氧树脂的镀锌钢丝，其延伸率和抗拉强度以及直径偏差均符合GB/T14450 的要求；其三，承压阻燃导电结构层3所用镀锌钢丝6外表面涂覆有环氧树脂，由于环氧树脂特殊的分子结构，其环氧基和羟基能与镀锌钢丝表面产生交联反应形成化学键，使其具有良好的附着力，其固化后的产物呈三维网状结构，具有优良的力学性能和耐腐蚀性能，使得镀锌钢丝6的寿命大大延长，且由于外表面环氧树脂的涂覆及其优良的附着力，使得镀锌钢丝6与树脂的分层现象得以解决；其四，缠绕完毕后先进行管体I内外壁加热，其中内壁加热采用的是在旋转芯轴9内部安装有蛇形管水套，将70°——90°的热水从蛇形管水套进口进入，与旋转芯轴9内壁完成热交换后从出口流出，经过往复循环，可使旋转芯轴9外表面的温度达到60° —80°，管体I外表面加热一般用红外线烤灯，通过对管体I整体均匀加热，使管体I的固化度比未经过加热的缠绕管体提高15%——25%，这就时管体脱模后的弯曲变形量大大降低，同时提高了管体的抗拉强度和抗弯强度。本实用新型提供的一种抗静电阻燃钢骨架纤维增强树脂管，在管体I缠绕完毕后脱模之前，对管体I内外壁进行加热处理，通过对管体I内外壁进行均匀加热，使管体I脱模的固化程度大大提高，既便于管体I脱模，又增加了管体I的环刚度和抗弯模量，大大减小了管体I脱模后的变形情况的发生，增加了管体I连接的便利性。而管体I的连接方式方面，采用加大密封环15的外径尺寸，使其达到活套法兰13上均布的螺栓孔的中心距的内径圆，同时螺栓孔直径加大1mm，这样密封环15除了固有的夹紧密封胶垫16的密封作用外，还是活套法兰13的定位环，通过连接螺栓14使活套法兰13能够紧紧的固定在密封环15上，防止其上下左右窜动造成的密封不严，导致可能出现的输送介质的泄漏现象。本实用新型提供的一种抗静电阻燃钢骨架纤维增强树脂管，各层纤维之间的搭配充分考虑到各层所承担的功能指标和价格因素，使得钢骨架焊接纤维增强树脂管的各项力学性能有了很大的提高，从而强度的增加可适当减少各层的厚度，减轻了管体I重量；同时由于在钢骨架和热固性塑料之间填充有多壁碳纳米管和纳米氢氧化铝，改变各层精细结构的同时加强了其抗弯强度和抗冲击能力，耐磨性能和导电性能有了很大提高，延长了使用寿命、降低了成本，增强了市场竞争力。本实用新型所提供的抗静电阻燃钢骨架纤维增强树脂管不仅限于上述结构，但不管何种形式，只要结构与本实用新型相同，都落入本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种抗静电阻燃钢骨架纤维增强树脂管，包括管体，其特征在于:所述的管体由内至外为防渗阻燃导电内衬层、承压阻燃导电结构层，其中防渗阻燃导电内衬层包括固化在内基体的玻璃纤维，承压阻燃导电结构层包括同步缠绕有外表面涂覆有环氧树脂的镀锌钢丝和玻璃纤维直接无捻粗纱的外基体。
2.根据权利要求1所述的一种抗静电阻燃钢骨架纤维增强树脂管，其特征在于:所述承压阻燃导电结构层中外表面涂覆有环氧树脂的镀锌钢丝的直径为0.5-1.2毫米。
3.根据权利要求1所述的一种抗静电阻燃钢骨架纤维增强树脂管，其特征在于:所述的外表面涂覆有环氧树脂的镀锌钢丝与玻璃纤维直接无捻粗纱进行同步缠绕形成混合编织的网状。
专利摘要本实用新型属于矿输送管体技术领域，公开了一种抗静电阻燃钢骨架纤维增强树脂管。其主要技术特征为包括管体，所述的管体由内至外为防渗阻燃导电内衬层、承压阻燃导电结构层，其中防渗阻燃导电内衬层包括固化在内基体的玻璃纤维，承压阻燃导电结构层包括同步缠绕有外表面涂覆有环氧树脂的镀锌钢丝和玻璃纤维直接无捻粗纱的外基体。本实用新型所提供的抗静电阻燃钢骨架纤维增强树脂管，各层纤维之间的搭配合理，在增强力学性能同时减轻管体重量，填充多壁碳纳米管和纳米氢氧化铝，改变各层精细结构的同时加强了其抗弯强度和抗冲击能力，耐磨性能和导电性能有了很大提高，延长了使用寿命、降低了成本。
文档编号F16L9/14GK203023677SQ20132005011
公开日2013年6月26日 申请日期2013年1月30日 优先权日2013年1月30日
发明者马明振, 苏方华 申请人:河北拓安管业有限公司