CN115234716A - 一种钢丝网骨架塑料复合管 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种钢丝网骨架塑料复合管，涉及钢塑复合管领域。包括：管体，管体包括芯管、耐磨层、高密度聚乙烯内层、钢丝网层和高密度聚乙烯外层，耐磨层包裹设置于芯管，耐磨层的外侧依次设置有高密度聚乙烯内层、钢丝网层和高密度聚乙烯外层，耐磨层为聚烯烃热塑性弹性体；其能够提高复合管的耐磨性能。
Description
技术领域
本发明涉及钢塑复合管领域，具体而言，涉及一种钢丝网骨架塑料复 合管。
背景技术
耐磨管道是管道行业中一个十分重要的细分市场，耐磨管道主要用于 气力、泵送浆体等物料的输送管道。由于输送介质具有硬度高，流速快， 流量大等特点，耐磨管能有效降低输送介质长期持续对管壁产生冲击、磨 损、腐蚀等使管道产生疲劳致使渐渐被磨穿的速度。耐磨管道广泛应用于 化工：如煤粉、硅粉、盐浆、碱浆等固液混合物输送管道；电力：如火电 厂除灰、排渣、送粉、回粉、脱硫用工艺管道；冶金：如精矿浆、尾矿长 距离管道输送，选矿厂矿物及溶剂工艺管道；水泥：如旋窑湿法生产线的 生料浆输送、煤粉输送、提升机的下料、成品水泥气力输送装卸、混凝土 输送管道；粮食：如小麦、谷粒、谷壳等的风送管道等等。
由于钢管的耐腐蚀性能和耐磨性能都较差，耐磨管道行业一直以来都 在寻求新的化学管道以解决对耐磨性能的要求。国外主要采用钢管内衬橡 胶或聚氨酯弹性体(TPU)的办法来生产耐磨管，其工艺流程较复杂，工艺 要求较高，成本也较高，主要原因是交联橡胶或交联TPU与钢管表面的粘 接强度必须依靠非常严格的材料选择和工艺要求来保证。这种钢衬橡胶 /TPU的耐磨管道在国内的应用过程中，常因质量不稳定而发生胶层与钢管 脱层进而造成管道堵塞的问题，这一问题严重阻碍了衬胶钢管在国内的推 广应用。近年来国内研发了多种材质的耐磨管道，如：合金钢管、合金双 金属复合管、内衬陶瓷复合管、铸石复合管等，而发展最为迅速的是超高 分子量聚乙烯(UHMWPE)管道。
UHMWPE是由乙烯、丁二烯单体在催化剂的作用下，聚合而成的平均分 子量大于150万的热塑性工程塑料。该材料综合性能优越，具有自润滑性、 抗冲击性、耐低温、耐腐蚀，耐磨性能优于聚四氟乙烯、尼龙、碳钢等材 料，能适应水质流体、固体颗粒、粉体、浆体等的输送。但是，由于UHMWPE 的分子量极高，本身几乎不具备流动性能，加工极为困难，用于管道生产 的UHMWPE原料实际上都是经过改性处理后的超高改性材料，而在改性过程 中加入的各种不同种类和不同用量的添加剂，使市售的UHMWPE管不论是性 能还是价格都相去甚远。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钢丝网骨架塑料复合管，其能够提高复合 管的耐磨性能。
本发明的实施例是这样实现的：
本申请实施例提供一种钢丝网骨架塑料复合管，包括管体，管体包括 芯管、耐磨层、高密度聚乙烯内层、钢丝网层和高密度聚乙烯外层，耐磨 层包裹设置于芯管，耐磨层的外侧依次设置有高密度聚乙烯内层、钢丝网 层和高密度聚乙烯外层，耐磨层为聚烯烃热塑性弹性体。
在本发明的一些实施例中，上述聚烯烃热塑性弹性体由乙烯、丙烯和 硅氧烷组成。
在本发明的一些实施例中，上述耐磨层和聚乙烯内层通过多层共挤。
在本发明的一些实施例中，上述多个管体之间通过电熔法兰和电熔管 件连接。
在本发明的一些实施例中，上述管体的熔接处具有多个应力撕裂点， 在管体搬运至施工现场后，施工工人只需将预留出的管件连接出的聚丙烯 层沿应力点撕裂剥离即可，剥离后的管体为新鲜表面，连接可靠。
在本发明的一些实施例中，上述多个应力撕裂点分别位于管体的两侧， 并两两对称。
在本发明的一些实施例中，上述钢丝网层设置有镀铜层，以提高钢丝 网层的强度。
在本发明的一些实施例中，上述钢丝网层的两侧均设置有树脂层，提 高了高密度聚乙烯内层与钢丝网层之间、钢丝网层与高密度聚乙烯外层之 间的粘黏性，钢丝网层在收到高密度聚乙烯内层在由高温变低温的剥离应 力相对更小，保证管体不会随温度变化而发生脱开现象。
在本发明的一些实施例中，上述钢丝网层为菱形网格，使钢丝网格具 有更好的拉伸性能。
在本发明的一些实施例中，上述高密度聚乙烯内层和高密度聚乙烯外 层均添加有抗静电剂，使其具有阻燃特性，以达到应用要求。
相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：
本发明的实施例提供一种钢丝网骨架塑料复合管，包括管体，管体包 括芯管、耐磨层、高密度聚乙烯内层、钢丝网层和高密度聚乙烯外层，耐 磨层包裹设置于芯管，耐磨层的外侧依次设置有聚乙烯内层、钢丝网层和 聚乙烯外层，耐磨层为聚烯烃热塑性弹性体。本发明通过聚烯烃热塑性弹 性体为内层与高密度聚乙烯共挤出成型的复合管道，不仅保持了聚乙烯管 的易加工性和优良的物理机械性能，又具有较佳的耐磨性能。聚烯烃热塑性弹性体作为耐磨层具有以下优点：一，其具有优异的抗磨耗性能，适用 于砂浆、水泥、矿渣等输送管道；二，其流动性好，适用于各种通用挤出 机，其与聚乙烯、聚丙烯等管道料的相容性好，挤出速度匹配，适用于双 层或多层共挤；三，卫生安全，不含任何有毒有害添加剂，符合相关卫生 标准。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需 要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些 实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例整体的示意图；
图2为本发明实施例环管试验法的效果图；
图3为本发明实施例环管试验法在电镜下放大1000倍的实验图；
图4为本发明实施例环管试验法在电镜下放大100倍的实验图；
图5为本发明实施例不同材质对管道的磨耗结果；
图6为本发明实施例不同材质管道浆体环管磨蚀试验结果。
图标：1-耐磨层，2-高密度聚乙烯内层，3-钢丝网层，4-高密度聚乙 烯外层。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本 发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描 述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。 通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配 置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限 制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本 发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一 旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步 定义和解释。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、 “下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置 关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆 放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示 或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作， 因此不能理解为对本发明的限制。此外，若出现术语术语“第一”、“第二”、 “第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，若出现术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部 件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对 “竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍 微倾斜。
在本发明实施例的描述中，若出现术语“多个”代表至少2个。
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和 限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例 如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械 连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连， 可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据 具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例
请参照图1-图4，所示为本发明的实施例。
本实施例提供一种钢丝网骨架塑料复合管，包括管体，管体包括芯管、 耐磨层1、高密度聚乙烯内层2、钢丝网层3和高密度聚乙烯外层4，耐磨 层1包裹设置于芯管，耐磨层1的外侧依次设置有高密度聚乙烯内层2、钢 丝网层3和高密度聚乙烯外层4，耐磨层1为聚烯烃热塑性弹性体 (GXCG-1101)。
在本实施例中，聚烯烃热塑性弹性体由乙烯、丙烯和硅氧烷组成，通 过聚烯烃热塑性弹性体为内层与高密度聚乙烯共挤出成型的复合管道，不 仅保持了聚乙烯管的易加工性和优良的物理机械性能，又具有较佳的耐磨 性能。聚烯烃热塑性弹性体作为耐磨层1具有以下优点：一，其具有优异 的抗磨耗性能，适用于砂浆、水泥、矿渣等输送管道；二，其流动性好， 适用于各种通用挤出机，其与聚乙烯、聚丙烯等管道料的相容性好，挤出 速度匹配，适用于双层或多层共挤；三，卫生安全，不含任何有毒有害添 加剂，符合相关卫生标准，执行标准为Q/58424913-221—2012。
此外，聚烯烃热塑性弹性体还具有较佳的物理机械性能，见表1：
表1
以下是不同材料的磨耗对比试验：
1.砂浆磨耗试验
砂浆磨耗试验是根据QB/T 2668–2004《超高分子量聚乙烯管材》附录 B“砂浆磨损率试验方法”，将不同材料制成相同尺寸的样片，置于砂浆中 高速旋转磨擦，历时数小时后取出，测量样片的失重比例，得出不同材料 在砂浆中的磨耗率。在不同工矿条件下，不同厂家选择的试验条件略有不 同，表2-表4是分别由不同厂家提供的在相同试验条件下测试数据。
表2
表3
表4
1.阿克隆磨耗试验
阿克隆磨耗试验是一种测试耐磨材料耐磨性能的常见测试方法，将由 GXCG-1101制作的样片及橡胶样片一同进行测试，在同样的测试条件下，橡 胶的磨耗为0.90cm3，而改性聚烯烃耐磨管专用料的磨耗只有0.11cm3(见 表5)，可见改性聚烯烃耐磨管专用料的耐磨性能要远远高于橡胶。
表5
3.砂浆冲击磨耗试验
砂浆冲击磨耗试验的原理是：用砂浆泵将30％固含量的河砂砂浆以一 定速度及一定角度向试样表面喷射，测试经一定时间后试样的重量损失。 表6是不同材料的砂浆冲击磨耗试验结果对照表。
表6
2.成品管材的磨耗对比试验
3.1摆动磨耗试验
将不同粒径的砂石按一定比例混配，装入1米长的试验管段中，加入 一定量的水后将管端密封，夹持在摇摆机上，摇摆机按一定角度和速度往 复摆动，使试验管段内的砂石来回磨损管壁。每经过10万次左右的磨损时 更换一次砂石，称量管段的重量损失即为管子的磨损量。如图5所示，是 不同材质管道的磨耗结果。
3.2浆体环管磨蚀试验
环管试验法的试验条件基本上模拟了工业管道输送的实际情况，试验 ***是一个完整的环形管路，包括矿浆槽、矿浆泵、变频调速器、试验管 段、流量计、调节阀门、浓度与速度标定装置、管道冷却***等。磨蚀试 验用铁精矿的平均密度为4722千克/米3；矿浆质量浓度为60％；矿浆流速 为1.8—2.0米/秒。试验管道内径为50mm；环管总长为30m。每试验60小 时换一次矿浆同时检测试验管段的耐蚀量，浆体温度控制在40℃以下。共 试验600小时，试验结果见图2以及图6不同材质管道浆体环管磨蚀试验 结果。
为了更好的理解该耐磨材料的耐磨性能，本实施例选取了普通HDPE管， 超高分子量聚乙烯UHMWPE管和GXCG耐磨管进行了SEM电镜观察。请参照 图3-图4，可以看到GXCG耐磨管比普通HDPE管，超高分子量聚乙烯UHMWPE 管表面更光滑。
试验结果总结：
在长距离高浓度浆体管道输送中，管道内表面的磨蚀(或磨损)是由 于运动着的颗粒对管壁的动力作用而引起的。根据管道内浆体流动情况， 磨蚀可以分为下列两种主要类型：变形磨蚀和切削磨蚀。
变形磨蚀是固体颗粒的法向碰击引起的，浆体流中的颗粒都具有一定 的动能，不停地碰击管壁，使管道内壁承受交变碰撞力，虽然交变碰撞力 产生的交变应力低于屈服应力，长期在该应力的作用下将导致管壁表面的 变形与破坏。切削磨蚀是固体颗粒斜向碰撞的结果，浆体流中某些颗粒具 有的动能将以切削方式磨蚀管壁的表面。由此可见，影响管壁磨蚀的主要 因素如下：
(1)固体物料特征：粒径和粒级组成、颗粒形状、硬度、密度；
(2)流动情况、流态、浓度、流速；
(3)管道材料类型。
从上述各种对比试验中，得出以下结果：
1、砂浆中的固体颗粒越大、硬度越高、形状越尖锐，则对材料的磨蚀 越大。
2、砂浆冲刷的线速度越大，材料磨耗越大。
3、与塑料相比，橡胶和弹性体材料(耐磨橡胶、TPU和GXCG-1101) 耐冲击磨损的能力更强，所以表现出更好的耐磨性能，而GXCG-1101是所 有试验样品中耐磨性能最好的一种弹性体材料。
4、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一种具有自润滑性能的耐磨塑料， 但由于其抗冲击性能不及橡胶和弹性体材料，所以在对抗冲击磨损要求较 高的砂浆管道输送相关试验中，虽然其耐磨性能优于HDPE和普通钢材，但 不及耐磨橡胶、TPU和GXCG-1101。UHMWPE更适用于在以滑动磨擦为主要受 力方式的应用场所。
5、普通HDPE材料与钢材相比其耐磨性能并无优势，但由于HDPE对水 及酸碱盐的抗腐蚀性能远优于钢材，所以HDPE管表现出比钢管更好的耐磨 性能，这是因为钢材的耐腐蚀性能差所致。
6、GXCG-1101是一种耐磨性能优异的热塑性弹性体材料，其耐磨机理 与耐磨橡胶和TPU弹性体相似，一方面通过弹性形变化解固体颗粒的冲击 能量，另一方面，当尖锐颗粒划伤材料表面后，弹性体能有效地阻止裂纹 的延伸。
7、GXCG-1101比耐磨橡胶和TPU表现出更优秀的耐磨性能，是因为 GXCG-1101的强度(≥20)和伸长率(≥600％)远高于耐磨橡胶，也略高于 TPU所致。
8、TPU是一种耐磨性能优良的弹性体材料，但因分子极性较强，其吸 水率较高，抗水解性能也不好，所以在实际应用中对工艺要求较高，产品 质量控制难度较大。GXCG-1101是聚烯烃类弹性体材料，是非极性材料，与 HDPE、PP化学性质相近，更适合应用于水介质的输送管道，而且GXCG-1101 可方便地使用普通挤出机与HDPE、PP实现复合共挤，生产工艺简单，质量 保证可靠。所以与TPU相比，GXCG-1101具有更高的性价比优势。
综上，本发明的实施例至少具有以下有益效果：
本发明的实施例提供一种钢丝网骨架塑料复合管，包括管体，管体包 括芯管、耐磨层1、高密度聚乙烯内层2、钢丝网层3和高密度聚乙烯外层 4，耐磨层1包裹设置于芯管，耐磨层1的外侧依次设置有聚乙烯内层、钢 丝网层3和聚乙烯外层，耐磨层1为聚烯烃热塑性弹性体。本发明通过聚 烯烃热塑性弹性体为内层与高密度聚乙烯共挤出成型的复合管道，不仅保 持了聚乙烯管的易加工性和优良的物理机械性能，又具有较佳的耐磨性能。 聚烯烃热塑性弹性体作为耐磨层1具有以下优点：一，其具有优异的抗磨 耗性能，适用于砂浆、水泥、矿渣等输送管道；二，其流动性好，适用于 各种通用挤出机，其与聚乙烯、聚丙烯等管道料的相容性好，挤出速度匹 配，适用于双层或多层共挤；三，卫生安全，不含任何有毒有害添加剂， 符合相关卫生标准。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领 域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和 原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保 护范围之内。
对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细 节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体 形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性 的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限 定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括 在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要 求。
Claims (10)
1.一种钢丝网骨架塑料复合管，其特征在于，包括管体，所述管体包括芯管、耐磨层、高密度聚乙烯内层、钢丝网层和高密度聚乙烯外层，所述耐磨层包裹设置于所述芯管，所述耐磨层的外侧依次设置有所述高密度聚乙烯内层、钢丝网层和所述高密度聚乙烯外层，所述耐磨层为聚烯烃热塑性弹性体。
2.根据权利要求1所述的钢丝网骨架塑料复合管，其特征在于，所述聚烯烃热塑性弹性体由乙烯、丙烯和硅氧烷组成。
3.根据权利要求1所述的钢丝网骨架塑料复合管，其特征在于，所述耐磨层和所述高密度聚乙烯内层通过多层共挤。
4.根据权利要求1所述的钢丝网骨架塑料复合管，其特征在于，多个所述管体之间通过电熔法兰和电熔管件连接。
5.根据权利要求4所述的钢丝网骨架塑料复合管，其特征在于，所述管体的熔接处具有多个应力撕裂点。
6.根据权利要求5所述的钢丝网骨架塑料复合管，其特征在于，多个所述应力撕裂点分别位于所述管体的两侧，并两两对称。
7.根据权利要求1所述的钢丝网骨架塑料复合管，其特征在于，所述钢丝网层设置有镀铜层。
8.根据权利要求1所述的钢丝网骨架塑料复合管，其特征在于，所述钢丝网层的两侧均设置有树脂层。
9.根据权利要求1所述的钢丝网骨架塑料复合管，其特征在于，所述钢丝网层为菱形网格。
10.一种钢丝网骨架塑料复合管的制作方法，其特征在于，所述高密度聚乙烯内层和所述高密度聚乙烯外层均添加有抗静电剂。
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