CN114542816A - 一种阻燃抗老化玄武岩纤维增强管道及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种阻燃抗老化玄武岩纤维增强管道，包括：阻燃内衬层；复合在所述阻燃内衬层外侧的抗紫外缠绕层；复合在所述抗紫外缠绕层外侧的外表面层；所述抗紫外缠绕层中包括环向缠绕和螺旋缠绕并存的增强纤维；所述增强纤维包括玄武岩纤维和玻璃纤维。与现有技术相比，本发明提供的管道在各项性能保持稳定的基础上，一方面，未采用石英砂作为原材料，石英砂使用过程会产生粉尘污染，对工人身体健康产生极大影响，减少制作工序的同时对环境保护与工人健康有一定好处；另一方面，本发明采用价廉的通用树脂、阻燃剂和紫外线吸收剂替换价格高昂的阻燃型树脂和抗紫外线油漆以满足管道阻燃与抗老化的要求，且节约资源和成本。
Description
技术领域
本发明涉及管道技术领域，更具体地说，是涉及一种阻燃抗老化玄武岩纤维增强管道及其制备方法。
背景技术
玄武岩纤维增强管道是一种轻质、高强、耐腐蚀的非金属管道。它是具有树脂基体重的纤维按工艺要求逐层缠绕在旋转的芯模上，其管壁结构合理先进，能充分发挥材料的作用，在满足使用强度的前提下，提高刚度，保证了产品的稳定性和可靠性。玄武岩纤维增强管道以其优异的耐化学腐蚀、轻质高强，不结垢，与普通钢管比较使用寿命长，综合造价低，安装快捷，安全可靠等优点，被广大用户所接受。
目前，玄武岩纤维增强管道采用树脂、纤维为原料，用特殊工艺制作而成。但是，玄武岩纤维增强管道在高温下无法阻止燃烧传播，并且玄武岩纤维增强管道在长时间紫外线照射下易发生老化现象。虽然，现有技术以期通过内衬层采用SE型或SM型耐燃不饱和聚酯树脂解决阻燃问题，但是此类树脂造价高，会显著增加生产成本；而对于抗老化问题，现有技术通常在结构层制作完成后，在其表面涂刷抗紫外线油漆，但是此举增加产品制作工序，单根管制作时间增长且后期可能出现掉漆现象，影响产品性能。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种阻燃抗老化玄武岩纤维增强管道及其制备方法，本发明提供的阻燃抗老化玄武岩纤维增强管道在各项性能保持稳定的基础上，同时具有较好的阻燃性能和抗老化性能。
本发明提供了一种阻燃抗老化玄武岩纤维增强管道，包括：
阻燃内衬层；
复合在所述阻燃内衬层外侧的抗紫外缠绕层；
复合在所述抗紫外缠绕层外侧的外表面层；
所述抗紫外缠绕层中包括环向缠绕和螺旋缠绕并存的增强纤维；所述增强纤维包括玄武岩纤维和玻璃纤维。
优选的，所述阻燃内衬层的制作过程具体为：
开动制衬机，将聚酯薄膜缠在模具上，再将阻燃内衬层混料均匀涂在聚酯薄膜上，然后按顺序依次缠绕表面毡、针织毡和网格布，之后经加热固化，得到阻燃内衬层。
优选的，所述阻燃内衬层混料由包括以下组分的原料制备而成：
乙烯基树脂100重量份；
异辛酸钴0.5重量份～0.6重量份；
过氧化甲乙酮2重量份～3重量份；
油性无卤阻燃剂2重量份～3重量份。
优选的，所述阻燃内衬层混料的制备方法具体为：
将乙烯基树脂、异辛酸钴、过氧化甲乙酮和油性无卤阻燃剂在20℃～30℃、500r/min～600r/min下混合10min～20min至均匀，得到阻燃内衬层混料。
优选的，所述加热固化的温度为200℃～300℃，时间为0.5h～1h。
优选的，所述阻燃内衬层的厚度为1.2mm～1.3mm。
优选的，所述抗紫外缠绕层和复合在所述抗紫外缠绕层外侧的外表面层的制作过程具体为：
将用抗紫外结构层混料浸透的增强纤维，按环向缠绕与螺旋缠绕相交替的顺序缠绕在阻燃内衬层上，然后在外表面缠绕聚酯薄膜，之后经加热固化，得到抗紫外缠绕层和复合在所述抗紫外缠绕层外侧的外表面层。
优选的，所述抗紫外结构层混料由包括以下组分的原料制备而成：
不饱和聚酯树脂100重量份；
异辛酸钴0.05重量份～0.06重量份；
过氧化甲乙酮2重量份～4重量份；
紫外线吸收剂0.3重量份～0.6重量份。
优选的，所述抗紫外缠绕层的厚度为9mm～10mm。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的阻燃抗老化玄武岩纤维增强管道的制备方法，包括以下步骤：
a)制作阻燃内衬层；
b)在阻燃内衬层外侧依次复合抗紫外缠绕层和外表面层，得到阻燃抗老化玄武岩纤维增强管道。
本发明提供了一种阻燃抗老化玄武岩纤维增强管道，包括：阻燃内衬层；复合在所述阻燃内衬层外侧的抗紫外缠绕层；复合在所述抗紫外缠绕层外侧的外表面层；所述抗紫外缠绕层中包括环向缠绕和螺旋缠绕并存的增强纤维；所述增强纤维包括玄武岩纤维和玻璃纤维。与现有技术相比，本发明提供的管道在各项性能保持稳定的基础上，一方面，未采用石英砂作为原材料，石英砂使用过程会产生粉尘污染，对工人身体健康产生极大影响，减少制作工序的同时对环境保护与工人健康有一定好处；另一方面，本发明采用价廉的通用树脂、阻燃剂和紫外线吸收剂替换价格高昂的阻燃型树脂和抗紫外线油漆以满足管道阻燃与抗老化的要求，且节约资源和成本。
另外，本发明提供的制备方法工艺简单，条件温和、易控，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例提供的阻燃抗老化玄武岩纤维增强管道的结构示意图；
图2为本发明实施例1提供的阻燃抗老化玄武岩纤维增强管道的实物图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种阻燃抗老化玄武岩纤维增强管道，包括：
阻燃内衬层；
复合在所述阻燃内衬层外侧的抗紫外缠绕层；
复合在所述抗紫外缠绕层外侧的外表面层；
所述抗紫外缠绕层中包括环向缠绕和螺旋缠绕并存的增强纤维；所述增强纤维包括玄武岩纤维和玻璃纤维。
请参阅图1，图1为本发明实施例提供的阻燃抗老化玄武岩纤维增强管道的结构示意图。本发明提供的阻燃抗老化玄武岩纤维增强管道包括阻燃内衬层、抗紫外缠绕层和外表面层，优选由阻燃内衬层、抗紫外缠绕层和外表面层组成。
在本发明中，所述阻燃内衬层的制作过程优选具体为：
开动制衬机，将聚酯薄膜缠在模具上，再将阻燃内衬层混料均匀涂在聚酯薄膜上，然后按顺序依次缠绕表面毡、针织毡和网格布，之后经加热固化，得到阻燃内衬层；
更优选为：
开动制衬机，将聚酯薄膜缠在模具上，每圈薄膜需搭接25mm～50mm；再将阻燃内衬层混料均匀涂在聚酯薄膜上，无多余树脂从模具上滴落为宜；然后按顺序依次缠绕表面毡、针织毡和网格布，每圈需搭接25mm～50mm；之后经加热固化，得到阻燃内衬层。
在本发明中，所述聚酯薄膜采用本领域技术人员熟知的市售商品即可；在本发明优选的实施例中，所述聚酯薄膜的宽度为200±2mm，厚度为40±0.8μm。
在本发明中，所述阻燃内衬层混料优选由包括以下组分的原料制备而成：
乙烯基树脂100重量份；
异辛酸钴0.5重量份～0.6重量份；
过氧化甲乙酮2重量份～3重量份；
油性无卤阻燃剂2重量份～3重量份；
更优选为：
乙烯基树脂100重量份；
异辛酸钴0.55重量份；
过氧化甲乙酮2.5重量份；
油性无卤阻燃剂2.5重量份。
本发明对所述乙烯基树脂、异辛酸钴、过氧化甲乙酮和油性无卤阻燃剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本发明优选的实施例中，所述乙烯基树脂，适用于缠绕工艺，其酸值为10±4mg/KOH，粘度(25℃)为0.3±0.2Pa·s，固体含量为57±3％，凝胶时间(25℃)为20±10min；所述异辛酸钴采用浓度为8wt％的异辛酸钴，与乙烯基树脂体系适配；所述过氧化甲乙酮25℃下活性氧含量为8％～14％，室温≤15℃时，无结晶析出，不发生混浊；所述油性无卤阻燃剂为无色或淡黄色透明液体，水分≤0.1mgKOH/g。
在本发明中，所述阻燃内衬层混料的制备方法优选具体为：
将乙烯基树脂、异辛酸钴、过氧化甲乙酮和油性无卤阻燃剂在20℃～30℃、500r/min～600r/min下混合10min～20min至均匀，得到阻燃内衬层混料；
更优选为：
将乙烯基树脂、异辛酸钴、过氧化甲乙酮和油性无卤阻燃剂在20℃～30℃(室温低于15℃时可进行加热控制温度范围)、550r/min下混合15min至均匀，得到阻燃内衬层混料。
本发明对所述表面毡、针织毡和网格布的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本发明优选的实施例中，所述表面毡适用于缠绕工艺，其碱金属氧化物含量≤0.8％，含水率≤0.2％，树脂浸透速率＜100s，宽度为200mm～300mm；所述针织毡适用于缠绕工艺，其碱金属氧化物含量≤0.8％，含水率≤0.2％，树脂浸透速率＜100s，宽度为250±5mm；所述网格布适用于缠绕工艺，其单位面积质量为55g/m2，宽度为250±5mm。
在本发明中，所述加热固化的过程采用本领域技术人员熟知的固化站实现即可。在本发明中，所述加热固化的温度优选为200℃～300℃，更优选为250℃；所述加热固化的时间优选为0.5h～1h，更优选为45min。
在本发明中，所述阻燃内衬层的厚度优选为1.2mm～1.3mm。
在本发明中，所述抗紫外缠绕层和复合在所述抗紫外缠绕层外侧的外表面层的制作过程优选具体为：
将用抗紫外结构层混料浸透的增强纤维，按环向缠绕与螺旋缠绕相交替的顺序缠绕在阻燃内衬层上，然后在外表面缠绕聚酯薄膜，之后经加热固化，得到抗紫外缠绕层和复合在所述抗紫外缠绕层外侧的外表面层；
更优选为：
将用抗紫外结构层混料浸透的增强纤维排列，每根纱间隔不超过5mm；再按环向缠绕与螺旋缠绕相交替的顺序缠绕在阻燃内衬层上，然后在外表面缠绕聚酯薄膜，之后经加热固化，得到抗紫外缠绕层和复合在所述抗紫外缠绕层外侧的外表面层。
在本发明中，所述抗紫外结构层混料优选由包括以下组分的原料制备而成：
不饱和聚酯树脂100重量份；
异辛酸钴0.05重量份～0.06重量份；
过氧化甲乙酮2重量份～4重量份；
紫外线吸收剂0.3重量份～0.6重量份；
更优选为：
不饱和聚酯树脂100重量份；
异辛酸钴0.055重量份；
过氧化甲乙酮3重量份；
紫外线吸收剂0.45重量份。
本发明对所述不饱和聚酯树脂、异辛酸钴、过氧化甲乙酮和紫外线吸收剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本发明优选的实施例中，所述不饱和聚酯树脂为间苯型，其酸值为13±4mg/KOH，粘度(25℃)为0.3～0.4Pa·s，固体含量为61±3％，凝胶时间(25℃)为18±5min；所述异辛酸钴采用浓度为8wt％的异辛酸钴，与不饱和聚酯树脂体系适配；所述过氧化甲乙酮25℃下活性氧含量为8％～14％，室温≤15℃时，无结晶析出，不发生混浊；所述紫外线吸收剂为淡黄色结晶粉末，含量≥99％，灰份＜0.1％。
在本发明中，所述抗紫外结构层混料的制备方法优选具体为：
将不饱和聚酯树脂、异辛酸钴、过氧化甲乙酮和紫外线吸收剂在20℃～30℃、500r/min～600r/min下混合10min～20min至均匀，得到抗紫外结构层混料；
更优选为：
将不饱和聚酯树脂、异辛酸钴、过氧化甲乙酮和紫外线吸收剂在20℃～30℃(室温低于15℃时可进行加热控制温度范围)、550r/min下混合15min至均匀，得到抗紫外结构层混料。
在本发明中，所述抗紫外缠绕层中包括环向缠绕和螺旋缠绕并存的增强纤维；在此基础上，呈现出规则的花纹状。
在本发明中，所述增强纤维包括玄武岩纤维和玻璃纤维。在本发明优选的实施例中，所述增强纤维具体为质量比为(2～5)：1的玄武岩纤维非短切粗纱和玻璃纤维非短切粗纱，优选为17：5；其中，所述玄武岩纤维非短切粗纱的线密度为2400tex，含水率≤0.2％，可燃物含量为0.3％，单丝直径为15～18μm；所述玻璃纤维非短切粗纱的碱金属含量≤0.8％，线密度为2400tex，含水率≤0.2％，可燃物含量为0.45％，单丝直径为17μm；本发明将用抗紫外结构层混料浸透的玄武岩纤维非短切粗纱和玻璃纤维非短切粗纱按(2～5)：1的质量比排列，优选为17：5，每根纱间隔不超过5mm，再按环向缠绕与螺旋缠绕相交替的顺序将两种纤维纱缠绕在固化后的阻燃内衬层上。
在本发明中，所述聚酯薄膜与上述技术方案中的相同，在此不再赘述。
在本发明中，所述加热固化的过程采用本领域技术人员熟知的固化站实现即可。在本发明中，所述加热固化的温度优选为200℃～300℃，更优选为250℃；所述加热固化的时间优选为0.5h～1h，更优选为45min。
在本发明中，所述抗紫外缠绕层的厚度优选为9mm～10mm。
在本发明中，所述外表面层的厚度优选为30μm～50μm。
本发明根据管道内外壁所接触环境不同，阻燃内衬层与抗紫外结构层采用两种性能不同的树脂并配合不同的功能助剂，整体实现较好相互作用，从而使管道各项性能能够保持稳定，且兼具较好的阻燃性能和抗老化性能，满足管道性能要求；同时，本发明提供的管道在各项性能保持稳定的基础上，一方面，未采用石英砂作为原材料，石英砂使用过程会产生粉尘污染，对工人身体健康产生极大影响，减少制作工序的同时对环境保护与工人健康有一定好处；另一方面，本发明采用价廉的通用树脂、阻燃剂和紫外线吸收剂替换价格高昂的阻燃型树脂和抗紫外线油漆以满足管道阻燃与抗老化的要求，且节约资源和成本。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的阻燃抗老化玄武岩纤维增强管道的制备方法，包括以下步骤：
a)制作阻燃内衬层；
b)在阻燃内衬层外侧依次复合抗紫外缠绕层和外表面层，得到阻燃抗老化玄武岩纤维增强管道。
在本发明中，所述制作阻燃内衬层，并进一步在阻燃内衬层外侧依次复合抗紫外缠绕层和外表面层的过程采用上述技术方案中记载的阻燃内衬层的制作过程及抗紫外缠绕层和复合在所述缠绕层外侧的外表面层的制作过程进行即可，本发明在此不再赘述。同时，在得到阻燃抗老化玄武岩纤维增强管道之前，优选还包括：
固化完全的管道经修整、脱模得到成品；成品检验合格后入库即可。
本发明提供的制备方法工艺简单(生产工序更简单，在一定程度上提高工作效率)，条件温和、易控，具有广阔的应用前景。
本发明提供了一种阻燃抗老化玄武岩纤维增强管道，包括：阻燃内衬层；复合在所述阻燃内衬层外侧的抗紫外缠绕层；复合在所述抗紫外缠绕层外侧的外表面层；所述抗紫外缠绕层中包括环向缠绕和螺旋缠绕并存的增强纤维；所述增强纤维包括玄武岩纤维和玻璃纤维。与现有技术相比，本发明提供的管道在各项性能保持稳定的基础上，一方面，未采用石英砂作为原材料，石英砂使用过程会产生粉尘污染，对工人身体健康产生极大影响，减少制作工序的同时对环境保护与工人健康有一定好处；另一方面，本发明采用价廉的通用树脂、阻燃剂和紫外线吸收剂替换价格高昂的阻燃型树脂和抗紫外线油漆以满足管道阻燃与抗老化的要求，且节约资源和成本。
另外，本发明提供的制备方法工艺简单，条件温和、易控，具有广阔的应用前景。
为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。
实施例1
(1)阻燃内衬层配方：
乙烯基树脂100kg，规格型号1166，供应商：贝特；
异辛酸钴0.55kg，浓度为8wt％，供应商：贝特；
过氧化甲乙酮2.5kg，供应商：贝特；
油性无卤阻燃剂2.5kg，规格型号XF-960；
将上述原料混合均匀，得到阻燃内衬层混料，备用；混料桶转速为550r/min，混合时间15min，室温低于15℃时可进行加热，温度需控制在20℃～30℃。
(2)抗紫外结构层配方：
不饱和聚酯树脂100kg，规格型号TM-2003，供应商：天马；
异辛酸钴0.055kg，浓度为8wt％，供应商：贝特；
过氧化甲乙酮3kg，供应商：贝特；
紫外线吸收剂0.45kg，规格型号UV-531；
将上述原料混合均匀，得到抗紫外结构层混料，备用；混料桶转速为550r/min，混合时间15min，室温低于15℃时可进行加热，温度需控制在20℃～30℃。
(3)管道制备方法：
①制作内衬层：开动制衬机，将聚酯薄膜缠在模具上，每圈薄膜需搭接25mm～50mm；再将上述阻燃内衬层混料(乙烯基树脂混料)均匀涂在聚酯薄膜上，无多余树脂从模具上滴落为宜；然后按顺序依次缠绕表面毡、针织毡和网格布，每圈需搭接25mm～50mm，阻燃内衬层厚度至少需达到1.2mm，制作完成后运至固化站加热固化，加热温度控制在250℃，加热时间为45min，得到固化后的阻燃内衬层。
②制作抗紫外缠绕层：将用抗紫外结构层混料(不饱和聚酯树脂混料)浸透的玄武岩纤维非短切粗纱和玻璃纤维非短切粗纱按17：5的质量比排列，每根纱间隔不超过5mm；再按环向缠绕与螺旋缠绕相交替的顺序将两种纤维纱缠绕在固化后的阻燃内衬层上，厚度根据实际要求确定；然后在外表面缠绕一层聚酯薄膜，制作完成后运至固化站加热固化，加热温度控制在250℃，加热时间为45min，得到固化后的抗紫外缠绕层，并带有外表面层。
③固化完全的管道经修整、脱模得到成品；实物图参见图2所示。
经检测，本发明实施例1提供的管道及传统夹砂管各项性能数据参见表1所示。
表1本发明实施例1提供的管道及传统夹砂管各项性能数据
由此可知，与传统复合材料管道相比，本发明提供的管道在各项性能保持稳定的基础上，一方面，未采用石英砂作为原材料，石英砂使用过程会产生粉尘污染，对工人身体健康产生极大影响，减少制作工序的同时对环境保护与工人健康有一定好处；另一方面，本发明采用价廉的通用树脂、阻燃剂和紫外线吸收剂替换价格高昂的阻燃型树脂和抗紫外线油漆以满足管道阻燃与抗老化的要求，且节约资源和成本。
所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种阻燃抗老化玄武岩纤维增强管道，包括：
阻燃内衬层；
复合在所述阻燃内衬层外侧的抗紫外缠绕层；
复合在所述抗紫外缠绕层外侧的外表面层；
所述抗紫外缠绕层中包括环向缠绕和螺旋缠绕并存的增强纤维；所述增强纤维包括玄武岩纤维和玻璃纤维。
2.根据权利要求1所述的阻燃抗老化玄武岩纤维增强管道，其特征在于，所述阻燃内衬层的制作过程具体为：
开动制衬机，将聚酯薄膜缠在模具上，再将阻燃内衬层混料均匀涂在聚酯薄膜上，然后按顺序依次缠绕表面毡、针织毡和网格布，之后经加热固化，得到阻燃内衬层。
3.根据权利要求2所述的阻燃抗老化玄武岩纤维增强管道，其特征在于，所述阻燃内衬层混料由包括以下组分的原料制备而成：
乙烯基树脂100重量份；
异辛酸钴0.5重量份～0.6重量份；
过氧化甲乙酮2重量份～3重量份；
油性无卤阻燃剂2重量份～3重量份。
4.根据权利要求3所述的阻燃抗老化玄武岩纤维增强管道，其特征在于，所述阻燃内衬层混料的制备方法具体为：
将乙烯基树脂、异辛酸钴、过氧化甲乙酮和油性无卤阻燃剂在20℃～30℃、500r/min～600r/min下混合10min～20min至均匀，得到阻燃内衬层混料。
5.根据权利要求2所述的阻燃抗老化玄武岩纤维增强管道，其特征在于，所述加热固化的温度为200℃～300℃，时间为0.5h～1h。
6.根据权利要求1所述的阻燃抗老化玄武岩纤维增强管道，其特征在于，所述阻燃内衬层的厚度为1.2mm～1.3mm。
7.根据权利要求1所述的阻燃抗老化玄武岩纤维增强管道，其特征在于，所述抗紫外缠绕层和复合在所述抗紫外缠绕层外侧的外表面层的制作过程具体为：
将用抗紫外结构层混料浸透的增强纤维，按环向缠绕与螺旋缠绕相交替的顺序缠绕在阻燃内衬层上，然后在外表面缠绕聚酯薄膜，之后经加热固化，得到抗紫外缠绕层和复合在所述抗紫外缠绕层外侧的外表面层。
8.根据权利要求7所述的阻燃抗老化玄武岩纤维增强管道，其特征在于，所述抗紫外结构层混料由包括以下组分的原料制备而成：
不饱和聚酯树脂100重量份；
异辛酸钴0.05重量份～0.06重量份；
过氧化甲乙酮2重量份～4重量份；
紫外线吸收剂0.3重量份～0.6重量份。
9.根据权利要求1所述的阻燃抗老化玄武岩纤维增强管道，其特征在于，所述抗紫外缠绕层的厚度为9mm～10mm。
10.一种权利要求1～9任一项所述的阻燃抗老化玄武岩纤维增强管道的制备方法，包括以下步骤：
a)制作阻燃内衬层；
b)在阻燃内衬层外侧依次复合抗紫外缠绕层和外表面层，得到阻燃抗老化玄武岩纤维增强管道。
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