專利名稱：用玄武巖纖維作為增強材料制造管道的方法
技術領域：
本發明涉及用玄武巖纖維作為增強材料制造管道的方法。
本發明還可以將內襯層由專用制襯設備上，上膠、纏氈，制成光滑、質密的內表面，采用噴射法制備次內層；內層制好后，加上網格布，使氈層壓實、附貼于芯模，并使樹脂與氈均勻分布，表面平整連續；然后，在專用固化設備上初步凝膠，完成內襯層制作。本發明的纏繞工藝是采用臥式干法連續纏繞，用預浸樹脂玄武巖纖維帶纏繞成型，其工藝程序包括縱向和環向纏繞、軸心內加熱固化、二次固化、外牽引脫模、切割。
本發明的纏繞工藝也可以采用臥式濕法連續纏繞，用玄武巖纖維粗紗現浸樹脂膠液以縱向紗浸膠濕法或環向紗浸膠濕法連續纏繞成型。結構層中增加一道夾砂工藝，即采用符合級配的石英砂，經水洗去粉塵雜物、烘干，混合均勻，在管道結構層中制作完成樹脂砂漿層。完成結構層制作，則在樹脂膠液中加入光穩定劑或抗氧劑等輔助材料，用纖維紗、纖維布纏繞外部防護層；結構層、防護層纏繞工序完成后，則在專用固化設備上，在低速旋轉下用遠紅外加熱系統進行烘烤固化。
本發明的目的也可以通過如下技術方案來實現另一種玄武巖纖維作為增強材料制造管道的方法，主要原材料是經過偶聯劑表面處理過的玄武巖纖維增強材料和熱固性樹脂類基體材料，輔助材料有引發劑、固化劑、交聯劑、石英砂、阻燃劑、抗靜電劑及光穩定劑等構成，其制造方法用卷管成型工藝制造管道。卷管成型管道是以玄武巖纖維布作增強材料制作定長管；卷管成型工藝采用的材料是玄武巖纖維平紋布或玄武巖纖維人字紋布、酚醛類不溶性樹脂。
本發明所述的卷管用玄武巖纖維膠布采用0.1～0.2的平紋布、人字紋布，環氧酚醛等類粘結劑，制備的膠布含膠量35％～45％、不溶性樹脂含量＜5％；前支承輥的表面溫度根據不同的粘結劑控制在60～120℃；通過調節兩個支承輥間的距離控制壓力，卷管時線壓力4～7kg/cm2，兩支承輥間的距離控制在管芯直徑的1/3～1/2。
本發明的目的也可以通過如下技術方案來實現一種用玄武巖纖維作為增強材料制造管道的方法，主要原材料是經過偶聯劑表面處理過的玄武巖纖維增強材料和熱固性樹脂類基體材料，輔助材料有引發劑、固化劑、交聯劑、石英砂、阻燃劑、抗靜電劑及光穩定劑等；由進料、材料浸漬、固化三個工序組成。
本發明在制管過程中，切短的玄武巖纖維增強材料和砂，喂入固定在軸承上的鋼模中，鋼模由電動機驅動，隨著鋼模的高速轉動，在鋼模一端注入含催化劑的樹脂，使其浸漬增強材料，在離心力作用下，樹脂轉換出纖維及填料內的空氣，從而制造出無孔隙的致密的復合材料。
本發明與現有技術相比具有優良的耐腐蝕性能；使用中不結垢、不生銹、不滋生藻類等，不會對水質或其他介質產生二次污染；比重小、重量輕；機械性能、絕緣性能好；使用壽命長；使用條件寬、產品適應性強；耐侯性及熱效應高；水力學性能好等。除此之外，與玻璃纖維相比，它強度高，彈性模量高，化學穩定性好，吸水性低等優點。
方案一，用往復式交叉纏繞玄武巖纖維工藝制造管道。
它的主要原材料是經過偶聯劑(SIZZING)表面處理過的玄武巖纖維增強材料和熱固性樹脂類基體材料(主要包括不飽和聚脂樹脂、乙烯聚脂樹脂、環氧樹脂以及酚醛樹脂和呋喃樹脂)；輔助材料有引發劑、固化劑、交聯劑、石英砂、阻燃劑、抗靜電劑及光穩定劑等。它的目的是將基體材料、玄武巖纖維增強材料及其他輔組材料通過工藝裝備、工藝技術和結構設計復合成管道產品。它的制造方法由制作內襯、纏繞、修整、脫模四個工序組成。
(一)制作內襯層選用不飽和聚脂樹脂等熱固性樹脂類作為內襯的樹脂層；選用厚度玄武巖纖維表面氈增強內表層，選用玄武巖纖維短切氈次內層。
在專用制襯設備上，上膠、纏氈，制成光滑、質密的內表面；采用噴射法制備次內層。內層制好后，加上網格布，使氈層壓實、附貼于芯模，并使樹脂與氈均勻分布，表面平整連續。然后，在專用固化設備上初步凝膠，完成內襯層制作。
(二)纏繞結構層和外防護層結構層決定了管道結構的強度和剛度。根據管道產品的用途，選用聚脂樹脂或環氧樹脂膠液；根據管道口徑的大小，選用玄武巖纖維單股直接無捻粗紗、或原絲集束無捻粗紗，經過干燥處理和浸膠處理，控制纏繞張力、排線精度，采取環向纏繞或螺旋纏繞兩種線形，在專用纏繞設備上，編好程序，用選定的纖維進行往復纏繞。
纏繞工藝主要采用兩種方法，一是臥式干法連續纏繞，用預浸樹脂玄武巖纖維帶纏繞成型。其工藝程序包括縱向和環向纏繞、軸心內加熱固化、二次固化、外牽引脫模、切割。二是臥式濕法連續纏繞，用玄武巖纖維粗紗現浸樹脂膠液以縱向紗浸膠濕法或環向紗浸膠濕法連續纏繞成型。
為提高管道剛度和強度，降低其脆性，加強管道的承受載荷能力，可在結構層中增加一道夾砂工藝，即采用符合級配的石英砂，經水洗去粉塵雜物、烘干，混合均勻，在管道結構層中制作完成樹脂砂漿層。
完成結構層制作，則在樹脂膠液中加入光穩定劑或抗氧劑等輔助材料，用纖維紗、纖維布纏繞外部防護層，使其具有防腐、防老化性能。結構層、防護層纏繞工序完成后，則在專用固化設備上，在低速旋轉下用遠紅外加熱系統進行烘烤固化。
(三)修整管道固化后，采用專用修整設備對管道進行加工修整。用端面切刀裝置將管道切整至定長；用磨削裝置在插口端磨出兩個裝○型密封圈的凹槽和端面倒角。
(四)脫模完成修整工序，采用專用脫模設備進行脫模。
方案二，用卷管成型工藝制造管道。卷管成型管道是以玄武巖纖維布作增強材料制作定長管，不做內襯層。
卷管成型工藝采用的材料是玄武巖纖維平紋布或玄武巖纖維人字紋布、酚醛類不溶性樹脂。
它的主要技術環節如下1、卷管用玄武巖纖維膠布采用0.1～0.2的平紋布、人字紋布，環氧酚醛等類粘結劑，制備的膠布含膠量35％～45％、不溶性樹脂含量＜5％。
2、前支承輥的表面溫度根據不同的粘結劑控制在60～120℃。
3、通過調節兩個支承輥間的距離控制壓力。卷管時線壓力4～7kg/cm2，兩支承輥間的距離控制在管芯直徑的1/3～1/2。
4、固化制度。根據粘結劑的類型和管道壁厚，在80～100℃入固化爐，均勻升溫至170℃左右，在120℃左右保溫40～60分鐘后取出，自然降溫。全部固化時間控制在3小時以內。
5、管芯溫度控制在30～40℃。
它的成型工序如下用含膠量35％～45％、不溶性樹脂含量＜5％的玄武巖纖維膠布，在專用卷管設備上成型(a)膠布通過張力輥和倒向輥(b)在表面溫度60～120℃的前支承輥上加熱(c)在包好底布、溫度在30～40℃的管芯上卷動，至預定的厚度(d)割斷樹脂纖維膠布(e)固化(f)在脫模設備上脫模用往復式交叉纏繞玄武巖纖維工藝制造管道(方案一)的實施方式涉及的設備，采用先進實用的電腦控制纏繞設備系統。它包括制襯設備、固化設備、纏繞設備、加砂設備、修整設備、脫模設備以及鋼制芯模。
舉例說明如下。生產制造玄武巖纖維材料管道，首先制作內襯層。在制襯設備上安裝適用芯模；芯模上纏裹制備好的隔離用薄膜帶；在隔離用薄膜層上均勻噴施樹脂膠液，形成膠液層；然后包纏厚度0.2～0.3mm、規格30～60g/m2干態拉伸強度＞0.6mpa、濕態拉伸強度＞0.4mpa的玄武巖纖維表面氈、鋪覆玄武巖纖維短切氈，驅走氣泡，使氈層浸透膠掖，內襯層厚度為2.5～3.0mm；將內襯層送至固化設備，在固化過程中使管道制品緩慢旋轉、均勻受熱，并根據樹脂情況施加3.5～20kg/cm2。
內襯層制備完成后，連同芯模移至纏繞設備，選用直徑17μm～25μm的玄武巖纖維單股直接無捻粗紗、或直徑10μm～15μm、原絲集束股數為700～900根的無捻粗紗，經過干燥處理和浸膠處理，控制纏繞張力、排線精度，采取環向纏繞或螺旋纏繞或交叉纏繞法制作成型結構層。纖維按設計角度均勻布滿內襯表面，使纖維強度最為有效。環向纏繞時，纖維排列的方向與芯模縱軸約成90度角，以提供最大環向強度。交叉纏繞時，纖維與芯模旋轉軸線在15°～85°之間形成纏繞角，以改變纏繞角度得到不同縱、環向強度比。纏繞制作進程中保持纖維拉緊，以控制纏繞張力；在交叉纏繞時，芯模勻速轉動，運動速度不大于0.9m/s。
如需采用夾砂工藝，則采用SIO2≥99.5％、濕度＜0.5％、沙粒直徑0.3～1.2mm的石英砂，經水洗去粉塵雜物、烘干，均勻混合符合級配的石英砂，控制加砂帶的寬度，保持砂層厚薄均勻。
完成結構層制作，則在樹脂膠液中加入光穩定劑或抗氧劑等輔助材料，用纖維紗、纖維布纏繞外部防護層，使其具有防腐、防老化性能。結構層、防護層纏繞工序完成后，則在專用固化設備上，在10～20r/min的低速旋轉下用遠紅外加熱系統進行烘烤固化。
管道固化后，采用專用修整設備對管道進行加工修整。用端面切刀裝置將管道切整至定長；用磨削裝置在插口端磨出兩個裝○型密封圈的凹槽和端面倒角。
完成修整工序，采用專用脫模設備進行脫模。鋼制整體芯模光潔度＞7，錐度0.05‰～0.25‰；脫管采用的脫管環內孔比芯模直徑大0.5mm左右。
用卷管成型工藝制造管道(方案二)的具體實施方式
舉例說明用含膠量35％～45％、不溶性樹脂含量＜5％的玄武巖纖維膠布，在專用卷管設備上成型膠布通過張力輥和倒向輥后，在已加熱的表面溫度60～120℃的前支承輥上受熱、變軟、增加粘度，然后在包好底布、溫度在30～40℃的管芯上卷動，至預定的厚度，割斷樹脂纖維膠布，將卷好的管道制品連同管芯從卷管設備上取下進行固化。其后，在脫模設備上脫模，完成管道的制作。
方案三，用離心澆注工藝制造管道。
它的主要原材料是經過偶聯劑(SIZZING)表面處理過的玄武巖纖維增強材料和熱固性樹脂類基體材料(主要包括不飽和聚脂樹脂、乙烯聚脂樹脂、環氧樹脂以及酚醛樹脂和呋喃樹脂)；輔助材料有引發劑、固化劑、交聯劑、石英砂、阻燃劑、抗靜電劑及光穩定劑等。它的目的是將基體材料、玄武巖纖維增強材料及其他輔組材料通過工藝裝備、工藝技術和結構設計復合成管道產品。它的制造方法由進料、材料浸漬、固化三個工序組成。
在制管過程中，切短的玄武巖纖維增強材料和砂，喂入固定在軸承上的鋼模中，鋼模由電動機驅動，隨著鋼模的高速轉動，在鋼模一端注入含催化劑的樹脂，使其浸漬增強材料，在離心力作用下，樹脂轉換出纖維及填料內的空氣，從而制造出無孔隙的致密的復合材料。由于離心力作用，管內壁形成一個平滑、光潔的富有樹脂的內表面層，管材在較高溫度下固化。生產設備采用由計算機控制的半自動化生產線制造離心法的加砂玻璃鋼管，管材外模在離心旋轉的條件下，喂料機由計算機控制往復輸送數十次不同的原材料。其管壁按功能可簡化分為內襯、增強、結構、增強、外保護五層。管材內外壁光滑、管壁致密性好、由于外形尺寸規范，一旦破管有利于用卡箍法進行維修。
玄武巖纖維增強材料管道的有益效果1、玄武巖纖維增強材料的性能更加優越。玄武巖纖維材料管道具有一系列明顯的優點優良的耐腐蝕性能；使用中不結垢、不生銹、不滋生藻類等，不會對水質或其他介質產生二次污染；比重小、重量輕；機械性能、絕緣性能好；使用壽命長；使用條件寬、產品適應性強；耐侯性及熱效應高；水力學性能好等。除此之外，與玻璃纖維相比，它強度高，彈性模量高，化學穩定性好，吸水性低。與玻纖相比，玄武巖纖維對酸、堿和其他浸蝕性介質有更高的化學穩定性。玄武巖纖維的吸水系數小于1％，而玻璃纖維等材料吸水系數為10％～20％。玄武巖纖維有很寬的溫度使用范圍，在-260℃～700℃之間，而玻璃纖維材料的溫度使用范圍在-60℃～460℃之間。玄武巖纖維還有較低的導熱性，其范圍在0.33～0.40之間。玄武巖纖維的這些優良性能使其管道制品在性能上優于玻璃鋼管道。
2、玄武巖資源無限、成本低廉，使其纖維管道制品具有更好的性能價格比，使玄武巖纖維材料管道制品能夠更廣泛、更迅速地應用于輸油、輸氣工程、城市輸水工程、污水處理工程、城鄉電力工程等領域。
權利要求
1.一種用玄武巖纖維作為增強材料制造管道的方法，主要原材料是經過偶聯劑表面處理過的玄武巖纖維增強材料和熱固性樹脂類基體材料，輔助材料有引發劑、固化劑、交聯劑、石英砂、阻燃劑、抗靜電劑及光穩定劑等構成，其制造方法由制作內襯、纏繞、修整、脫模四個工序組成，其中a.制作內襯層選用不飽和聚脂樹脂等熱固性樹脂類作為內襯的樹脂層；選用厚度玄武巖纖維表面氈增強內表層，選用玄武巖纖維短切氈次內層；b.纏繞結構層和外防護層根據管道產品的用途，選用聚脂樹脂或環氧樹脂膠液，根據管道口徑的大小，選用玄武巖纖維單股直接無捻粗紗、或原絲集束無捻粗紗，經過干燥處理和浸膠處理，控制纏繞張力、排線精度，采取環向纏繞或螺旋纏繞兩種線形，在專用纏繞設備上，編好程序，用選定的纖維進行往復纏繞；c.修整管道固化后，采用專用修整設備對管道進行加工修整。用端面切刀裝置將管道切整至定長；用磨削裝置在插口端磨出兩個裝○型密封圈的凹槽和端面倒角。
2.根據權利要求1所述的用玄武巖纖維作為增強材料制造管道的方法，其特征在于所述的內襯層由專用制襯設備上，上膠、纏氈，制成光滑、質密的內表面，采用噴射法制備次內層；內層制好后，加上網格布，使氈層壓實、附貼于芯模，并使樹脂與氈均勻分布，表面平整連續；然后，在專用固化設備上初步凝膠，完成內襯層制作。
3.根據權利要求1所述的用玄武巖纖維作為增強材料制造管道的方法，其特征在于纏繞工藝是采用臥式干法連續纏繞，用預浸樹脂玄武巖纖維帶纏繞成型，其工藝程序包括縱向和環向纏繞、軸心內加熱固化、二次固化、外牽引脫模、切割。
4.根據權利要求1所述的用玄武巖纖維作為增強材料制造管道的方法，其特征在于纏繞工藝是采用臥式濕法連續纏繞，用玄武巖纖維粗紗現浸樹脂膠液以縱向紗浸膠濕法或環向紗浸膠濕法連續纏繞成型。
5.根據權利要求1或3或4所述的用玄武巖纖維作為增強材料制造管道的方法，其特征在于可在結構層中增加一道夾砂工藝，即采用符合級配的石英砂，經水洗去粉塵雜物、烘干，混合均勻，在管道結構層中制作完成樹脂砂漿層。
6.根據權利要求1所述的用玄武巖纖維作為增強材料制造管道的方法，其特征在于完成結構層制作，則在樹脂膠液中加入光穩定劑或抗氧劑等輔助材料，用纖維紗、纖維布纏繞外部防護層；結構層、防護層纏繞工序完成后，則在專用固化設備上，在低速旋轉下用遠紅外加熱系統進行烘烤固化。
7.一種用玄武巖纖維作為增強材料制造管道的方法，主要原材料是經過偶聯劑表面處理過的玄武巖纖維增強材料和熱固性樹脂類基體材料，輔助材料有引發劑、固化劑、交聯劑、石英砂、阻燃劑、抗靜電劑及光穩定劑等構成，其制造方法用卷管成型工藝制造管道；卷管成型管道是以玄武巖纖維布作增強材料制作定長管；卷管成型工藝采用的材料是玄武巖纖維平紋布或玄武巖纖維人字紋布、酚醛類不溶性樹脂。
8.根據權利要求7所述的用玄武巖纖維作為增強材料制造管道的方法，其特征在于的卷管用玄武巖纖維膠布采用0.1～0.2的平紋布、人字紋布，環氧酚醛等類粘結劑，制備的膠布含膠量35％～45％、不溶性樹脂含量＜5％；前支承輥的表面溫度根據不同的粘結劑控制在60～120℃；通過調節兩個支承輥間的距離控制壓力，卷管時線壓力4～7kg/cm2，兩支承輥間的距離控制在管芯直徑的1/3～1/2。
9.一種用玄武巖纖維作為增強材料制造管道的方法，主要原材料是經過偶聯劑表面處理過的玄武巖纖維增強材料和熱固性樹脂類基體材料，輔助材料有引發劑、固化劑、交聯劑、石英砂、阻燃劑、抗靜電劑及光穩定劑等；由進料、材料浸漬、固化三個工序組成。
10.根據權利要求11所述的用玄武巖纖維作為增強材料制造管道的方法，其特征在于在制管過程中，切短的玄武巖纖維增強材料和砂，喂入固定在軸承上的鋼模中，鋼模由電動機驅動，隨著鋼模的高速轉動，在鋼模一端注入含催化劑的樹脂，使其浸漬增強材料，在離心力作用下，樹脂轉換出纖維及填料內的空氣，從而制造出無孔隙的致密的復合材料。
全文摘要
本發明涉及用玄武巖纖維作為增強材料制造管道的方法。主要原材料是經過偶聯劑表面處理過的玄武巖纖維增強材料和熱固性樹脂類基體材料，輔助材料有引發劑、固化劑、交聯劑、石英砂、阻燃劑、抗靜電劑及光穩定劑等構成，其制造方法由制作內襯、纏繞、修整、脫模四個工序組成。另一種玄武巖纖維作為增強材料制造管道的方法，主要原材料是經過偶聯劑表面處理過的玄武巖纖維增強材料和熱固性樹脂類基體材料，輔助材料有引發劑、固化劑、交聯劑、石英砂、阻燃劑、抗靜電劑及光穩定劑等構成，其制造方法用卷管成型工藝制造管道。卷管成型管道是以玄武巖纖維布作增強材料制作定長管；卷管成型工藝采用的材料是玄武巖纖維平紋布或玄武巖纖維人字紋布、酚醛類不溶性樹脂。本發明與玻璃纖維相比，它強度高，彈性模量高，化學穩定性好，吸水性低等優點。
文檔編號C03C13/06GK1426888SQ0113009
公開日2003年7月2日 申請日期2001年12月15日 優先權日2001年12月15日
發明者周獻剛, 顏茵茵 申請人:周獻剛, 顏茵茵