一种高强度PTFE复合管及其制备方法与流程

本发明属于建筑管材技术领域，尤其涉及一种高强度}ptfe复合管及其制备方法。

背景技术：

管道运输(pipelinetransport)是用管道作为运输工具的一种长距离输送液体和气体物资的输方式，是一种专门由生产地向市场输送石油、煤和化学产品的运输方式，是统一运输网中干线运输的特殊组成部分。管道运输不仅运输量大、连续、迅速、经济、安全、可靠、平稳以及投资少、占地少、费用低，并可实现自动控制。除广泛用于石油、天然气的长距离运输外，还可运输矿石、煤炭、建材、化学品和粮食等。管道运输可省去水运或陆运的中转坏节，缩短运输周期，降低运输成本，提高运输效率。

ptfe(聚四氟乙烯)管具备极强的化学稳定性、耐老化性、不黏性与不燃性等多项优点，相对于其它管道材料，ptfe管适用于输送强酸、强碱与各类腐蚀介质，在常压状态下其使用温度范围可以达到-180℃～260℃。此外，ptfe摩擦系数小，具有自润滑作用，可以极大降低管道介质的输送阻力。以上各项性能是其它材质管道无法代替的材料，因此ptfe管广泛用于石油、化工、食品、国防工业、尖端科技、医药等许多领域。但在实际应用中，ptfe管依然存在抗爆能力差、尺寸稳定性差等问题，尤其是对于一些需要满足更高使用压力的领域，还有待于进一步改善其耐压性能和拉伸强度等。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种高强度ptfe复合管及其制备方法，本发明中的ptfe复合管具有较好的耐压性能和拉伸强度。

本发明提供一种高强度ptfe复合管，包括ptfe内管、编织缠绕在所述ptfe内管外表面的无机纤维网和复合在所述无机纤维网表面的ptfe外管；

所述无机纤维网采用无机纤维在所述ptfe内管的外表面编织、烧结得到；

所述无机纤维为玻璃纤维、特种玻纤、玄武岩纤维、珍珠岩纤维、高硅氧纤维和高硅氧改性纤维中的一种或几种；

所述无机纤维的直径为3.5～6μm。

优选的，所述无机纤维网的编织密度为1～30根/cm。

优选的，所述无机纤维网的厚度为0.1～0.3mm。

优选的，所述高强度ptfe复合管的总体厚度为0.4～2.0mm。

本发明提供一种高强度ptfe复合管的制备方法，包括以下步骤：

a)将无机纤维缠绕编织在ptfe内管的外表面，得到覆盖有无机纤维网的ptfe内管；

所述无机纤维为玻璃纤维、特种玻纤、玄武岩纤维、珍珠岩纤维、高硅氧纤维和高硅氧改性纤维中的一种或几种；

所述无机纤维的直径为3.5～6μm；

b)将ptfe外管与所述覆盖有无机纤维网的ptfe内管依次进行嵌套复合、除油和烧结成型，得到高强度ptfe复合管。

优选的，所述无机纤维经过预烧结处理之后，再在所述ptfe内管表面编织；

所述预烧结的温度为300～600℃；

所述预烧结的时间为5～20min。

优选的，所述ptfe内管和ptfe外管均按照以下步骤制备得到：

将聚四氟乙烯树脂和助剂混合，静置后依次预压成型、推压成型和烧结定型，得到ptfe内管或ptfe外管。

优选的，所述助剂包括航空煤油和硅烷偶联剂；

所述航空煤油与聚四氟乙烯的质量比为(15～35)：1；

所述硅烷偶联剂与聚四氟乙烯的质量比为(0.1～1.5)：100。

优选的，所述航空煤油为高闪点航空煤油；

所述硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的一种或几种。

优选的，所述步骤b)中烧结成型的温度为325～355℃；

所述步骤b)中烧结成型的时间为5～30min。

本发明提供了一种高强度ptfe复合管，包括ptfe内管、编织缠绕在所述ptfe内管外表面的无机纤维网和复合在所述无机纤维网表面的ptfe外管；所述无机纤维网采用无机纤维在所述ptfe内管的外表面编织、烧结得到；所述无机纤维为玻璃纤维、特种玻纤、玄武岩纤维、珍珠岩纤维、高硅氧纤维和高硅氧改性纤维中的一种或几种；所述无机纤维的直径为3.5～6μm。其中，ptfe管道内层和ptfe管道外层的材质均为聚四氟乙烯，无机纤维网增强层是复合管的芯层，是由无机纤维经过特殊编织工艺制成，在ptfe管道的内层和外层之间形成的一种紧密嵌套复合结构。本发明采用经过特殊预处理的无机纤维网在ptfe管道内、外层之间形成网形镶嵌结构，有效增强了ptfe管壁材料的抗压能力和尺寸稳定性，所述ptfe复合管比单纯ptfe管的爆破压力显著提高，使该复合管更加适合用于高温、高压以及某些强腐蚀环境中。实验结果表明，本发明中的外径6mm的复合管的耐压8.3mpa，耐压性能提升了180％；成型收缩率为3％，拉伸强度为25～50mpa，热变形温度为150℃，弯曲模量为5400～9000mpa。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明中高强度ptfe复合管的侧视结构示意图；

图2为本发明中高强度ptfe复合管的截面结构示意图；

其中，1为ptfe外管，2为无机纤维网，3为ptfe内管。

具体实施方式

本发明提供了一种高强度ptfe复合管，包括ptfe内管、编织缠绕在所述ptfe内管外表面的无机纤维网和复合在所述无机纤维网表面的ptfe外管；

所述无机纤维网采用无机纤维在所述ptfe外表面编织、烧结得到；

所述无机纤维为玻璃纤维、特种玻纤、玄武岩纤维、珍珠岩纤维、高硅氧纤维和高硅氧改性纤维中的一种或几种；

所述无机纤维的直径为3.5～6μm。

本发明中的高强度ptfe复合管由三层嵌套复合结构组成，依次为ptfe内管、无机纤维网和ptfe外管，所述无机纤维网为复合管的增强芯层。

在本发明中，所述ptfe内管的材质为聚四氟乙烯，所述ptfe内管的厚度优选为0.2～0.5mm，具体的，在本发明的实施例中，可以是0.25mm、0.3mm或0.4mm。本发明对所述ptfe内管的管材外径没有特殊的限制。

在本发明中，所述ptfe外管的材质为聚四氟乙烯，所述ptfe外管的厚度优选为0.2～0.5mm，具体的，在本发明的实施例中，可以是0.25mm、0.3mm或0.4mm。优选的，所述ptfe外管与所述ptfe内管的厚度一致。本发明对所述ptfe外管的内径和外径没有特殊的限制，能够与所述内管和无机纤维网相匹配，形成良好的嵌套复合结构即可。

在本发明中，所述无机纤维网缠绕编织在所述ptfe内管的外表面上，并且与所述ptfe外管的内壁复合，形成三层嵌套复合结构。

所述无机纤维网由无机纤维在所述ptfe外表面编织、烧结得到，所述无机纤维优选为玻璃纤维、特种玻纤、玄武岩纤维、珍珠岩纤维、高硅氧纤维和高硅氧改性纤维中的一种或几种；所述纤维的直径优选为3.5～6μm，即，优选采用单丝细旦纤维进行编织，本发明优选采用交叉编织、纵横网格编织或沿管壁螺旋形缠绕编织，更优选采用交叉编织；所述编织的密度优选为1～30根/cm，更优选为5～25根/cm，具体的，在本发明的实施例中，可以是6根/cm，10根/cm或20根/cm。所述无机纤维的编织角度优选为30～60°，更优选为45°。

所述无机纤维网的厚度优选为0.1～3mm，更优选为0.1～2mm，最优选为0.2～1mm，具体的，在本发明的实施例中，可以是0.1mm或0.2mm。

在本发明中，所述高强度ptfe复合管的总体厚度优选为0.4～2.0mm，更优选为0.6～1.0mm，具体的，在本发明的实施例中，可以是0.6mm、0.8mm或1.0mm。

本发明还提供了一种高强度ptfe复合管的制备方法，包括以下步骤：

a)将无机纤维缠绕编织在ptfe内管的外表面，得到覆盖有无机纤维网的ptfe内管；

所述无机纤维为玻璃纤维、特种玻纤、玄武岩纤维、珍珠岩纤维、高硅氧纤维和高硅氧改性纤维中的一种或几种；

所述无机纤维的直径为3.5～6μm；

b)将ptfe外管与所述覆盖有无机纤维网的ptfe内管依次进行嵌套复合、除油和烧结成型，得到高强度ptfe复合管。

本发明优选先按照以下步骤制备得到ptfe内管，

将聚四氟乙烯树脂和助剂混合，静置后依次预压成型、推压成型和烧结成型，得到ptfe内管。

在本发明中，所述助剂优选包括航空煤油和硅烷偶联剂，所述航空煤油优选为高闪点航空煤油，所述航空煤油与所述聚四氟乙烯树脂的质量比优选为(15～35)：100，更优选为(20～30):100，最优选为(25～30)：100；

所述硅烷偶联剂优选为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的一种或几种；所述硅烷偶联剂与所述聚四氟乙烯树脂的质量比优选为(0.1～1.5)：100，更优选为(0.5～1)：100。

在本发明中，所述助剂的添加更有利于促进ptfe内管和ptfe外管与无机纤维网之间的结合。

本发明将所述聚四氟乙烯树脂与助剂混合，通过搅拌器和容器旋转的双重作用，实现聚四氟乙烯树脂和助剂的均匀分布，有利于后续的加工；

完成所述混合后，本发明将得到的混合物进行静置醒料，以促进聚四氟乙烯原料和助剂的融合。所述静置的温度优选为22～26℃之间的某一恒定温度，更优选为25±1℃；所述静置的时间优选为8～16小时，更优选为10～15小时。

静置完成后，本发明将静置后的混合料进行预压成型，所述预压成型的压力优选为0.35～0.40mpa，本发明优选采用预压机进行预压。

预压完成之后，本发明将预压成型的料坯通过推压挤出，制成结构均匀的ptfe内管，所述推压成型的压力优选为0.40～0.45mpa；

推压成型之后，本发明将已成型的ptfe内管进行烧结定型，得到ptfe内管，所述烧结定型的温度优选为325～355℃，更优选为330～340℃；所述烧结定型的时间优选为10～20min，具体的，在本发明的实施例中，可以是10min、15min或20min。

所述ptfe外管的制备方法与上述ptfe内管的制备方法一致，调整不同的挤出管径即可，本发明在此不再赘述。

得到ptfe内管和ptfe外管之后，本发明将所述无机纤维缠绕编织在所述ptfe内管的外表面，然后与所述ptfe外管进行嵌套复合、除油和烧结成型，得到高强度ptfe复合管。

本发明优选将所述无机纤维先进行预烧结处理，其目的是去除纤维表面的浸润剂残留物，保证无机纤维编织层与ptfe管更好、更牢固的结合。所述预烧结的温度优选为300～600℃，更优选为300～450℃，具体的，本发明的实施例中，可以是300℃、400℃或450℃；所述预烧结的时间优选为5～30min，更优选为8～12min。

在本发明中，所述无机纤维的种类、无机纤维的编织方法和编织密度与上文所述的无机纤维的种类、无机纤维的编织方法和编织密度一致，在此不再赘述。

本发明中的嵌套复合过程为通过吸真空的操作使内管与外管结合在一起，所述真空度优选为-0.01～-0.04mpa。

将经过嵌套复合后的复合管引入除油系统进行除油，脱除助剂油，所述除油的工艺为本领域技术人员公知的除油技术，在此不再赘述。

除油后对复合管进行烧结定型，在本发明中，所述烧结定型的温度优选为325～355℃，更优选为330～340℃，具体的，在本发明的实施例中，可以是330℃、340℃或355℃；所述烧结定型的时间优选为5～30min，更优选为9～12min。

本发明提供了一种高强度ptfe复合管，包括ptfe内管、编织缠绕在所述ptfe内管外表面的无机纤维网和复合在所述无机纤维网表面的ptfe外管；所述无机纤维网采用无机纤维在所述ptfe外表面编织、烧结得到；所述无机纤维为玻璃纤维、特种玻纤、玄武岩纤维、珍珠岩纤维、高硅氧纤维和高硅氧改性纤维中的一种或几种；所述无机纤维的直径为3.5～6μm。其中，ptfe管道内层和ptfe管道外层的材质均为聚四氟乙烯，无机纤维网增强层是复合管的芯层，是由无机纤维经过特殊编织工艺制成，在ptfe管道的内层和外层之间形成的一种紧密嵌套复合结构。本发明采用经过特殊预处理的无机纤维网在ptfe管道内、外层之间形成网形镶嵌结构，有效增强了ptfe管壁材料的抗压能力和尺寸稳定性，所述ptfe复合管比单纯ptfe管的爆破压力显著提高，使该复合管更加适合用于高温、高压以及某些强腐蚀环境中。实验结果表明，本发明中的外径6mm的复合管的耐压8.3mpa，耐压性能提升了180％；成型收缩率为3％，拉伸强度为25～50mpa，热变形温度为150℃，弯曲模量为5400～9000mpa。

为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种高强度ptfe复合管及其制备方法进行详细描述，但不能将其理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

将1000g聚四氟乙烯树脂、150g航空煤油和1g乙烯基三甲氧基硅烷，通过搅拌器和容器旋转双重作用，实现聚四氟乙烯树脂和助剂的均匀分布，以利于后续加工。均匀混合后的原料在25±1℃的恒定温度下静置12小时，促进聚四氟乙烯原料和助剂的融合。

预混料经过静置醒料后，投入到预压机中进行压制，优选地压力值为0.35mpa，制成料坯。

预压成型的料坯引入推压机中，在0.40mpa的压力下通过推压挤出成型，制成结构均匀，壁厚0.25mm的内层ptfe管。

将内层ptfe管送入烧结机内，在330℃±2℃进行烧结定型，烧结时间20min。

细旦特种玻纤在300℃下预烧结处理，去除纤维表面的浸润剂残留物。通过经编机在烧结成型的内层ptfe管表面编织缠绕细旦特种玻纤，编织密度10根/厘米，编织角度45°，缠绕厚度0.1mm，编织过程中保证细旦特种玻纤编织层与ptfe管更好、更牢固的结合。

外层ptfe管依次经过与内层ptfe管相同制作工序，制成壁厚0.25mm的外层ptfe管。表面编织缠绕细旦特种玻纤的内层ptfe管与外层ptfe管进行嵌套复合，经过复合加工后的ptfe复合管引入除油系统脱除助剂油，除油后进入烧结机，在330±2℃温度下烧结定型。经过嵌套复合加工和烧结定型，使内层ptfe管、细旦特种玻纤缠绕编织层和外层ptfe管紧密结合在一起，制成壁厚0.6mm的高强度特种玻纤/ptfe复合管。最后进行收卷、检验和包装入库。

实施例1中得到的ptfe复合管耐压性能如表1所示，

表1实施例1中得到的ptfe复合管的耐压性能

实施例2

将1000g聚四氟乙烯树脂、280g航空煤油和6g乙烯基三乙氧基硅烷，通过搅拌器和容器旋转双重作用，实现聚四氟乙烯树脂和助剂的均匀分布，以利于后续加工。均匀混合后的原料在22±1℃的恒定温度下静置16小时，促进聚四氟乙烯原料和助剂的融合。

预混料经过静置醒料后，投入到预压机在0.38mpa压力下压制成料坯。

预压成型的料坯引入推压机中，在0.43mpa的压力下通过推压挤出成型，制成结构均匀，壁厚0.3mm的内层ptfe管。

将内层ptfe管送入烧结机内，在340℃±2℃进行烧结定型，烧结时间15min。

细旦玄武岩纤维在400℃下预烧结处理，去除纤维表面的浸润剂残留物。通过经编机在烧结成型的内层ptfe管表面编织缠绕细旦玄武岩纤维，编织密度6根/厘米，编织角度45°，厚度0.2mm，编织过程中保证细旦玄武岩纤维编织层与ptfe管更好、更牢固的结合。

外层ptfe管依次经过与内层ptfe管相同制作工序，制成壁厚0.3mm的外层ptfe管。表面编织缠绕细旦玄武岩纤维的内层ptfe管与外层ptfe管进行嵌套复合，经过复合加工后的ptfe复合管引入除油系统脱除助剂油，除油后进入烧结机，在340±2℃温度下烧结定型。经过嵌套复合加工和烧结定型，使内层ptfe管、细旦玄武岩纤维缠绕编织层和外层ptfe管紧密结合在一起，制成壁厚0.8mm的高强度玄武岩纤维/ptfe复合管。最后进行收卷、检验和包装入库。

实施例2中得到的ptfe复合管耐压性能如表2所示，

表2实施例2中得到的ptfe复合管的耐压性能

实施例3

将1000g聚四氟乙烯树脂、350g航空煤油和10g的γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，通过搅拌器和容器旋转双重作用，实现聚四氟乙烯树脂和助剂的均匀分布，以利于后续加工。均匀混合后的原料在26±1℃的恒定温度下静置8小时，促进聚四氟乙烯原料和助剂的融合。

预混料经过静置醒料后，投入到预压机在0.4mpa压力下压制成料坯。

预压成型的料坯引入推压机中，在0.45mpa的压力下通过推压挤出成型，制成结构均匀、壁厚0.4mm的内层ptfe管。

将内层ptfe管送入烧结机内，在355℃±2℃进行烧结定型，烧结时间10min。

细旦高硅氧(改性)纤维在450℃下预烧结处理，去除纤维表面的浸润剂残留物。通过经编机在烧结成型的内层ptfe管表面编织缠绕细旦高硅氧(改性)纤维，编织密度20根/厘米，编织角度45°，厚度0.2mm，编织过程中保证细旦高硅氧(改性)纤维编织层与ptfe管更好、更牢固的结合。

外层ptfe管依次经过与内层ptfe管相同制作工序，制成壁厚0.4mm的外层ptfe管。表面编织缠绕细旦高硅氧(改性)纤维的内层ptfe管与外层ptfe管进行嵌套复合，经过复合加工后的ptfe复合管引入除油系统脱除助剂油，除油后进入烧结机，在355±2℃温度下烧结定型。经过嵌套复合加工和烧结定型，使内层ptfe管、细旦高硅氧(改性)纤维缠绕编织层和外层ptfe管紧密结合在一起，制成壁厚1mm的高强度高硅氧(改性)纤维/ptfe复合管。最后进行收卷、检验和包装入库。

实施例3中得到的ptfe复合管耐压性能如表3所示，

表3实施例3中得到的ptfe复合管的耐压性能

比较例1

按照实施例1中的制备方法制备得到ptfe复合管，不同的是，本比较例中ptfe内管和ptfe外管的原料中只使用聚四氟乙烯树脂，不使用航空煤油和硅烷偶联剂助剂。

得到的ptfe复合管材耐压性能如表4所示。

表4比较例1中得到的ptfe复合管的耐压性能

比较例2

按照实施例1中的制备方法制备得到ptfe复合管，不同的是，本比较例中的无机纤维不进行预烧结，直接用于编织无机纤维网。

得到的ptfe复合管材耐压性能如表5所示。

表5比较例2中得到的ptfe复合管的耐压性能

表6实施例3和比较例1～2中ptfe复合管与纯ptfe管的性能对比

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。