专利名称：矿用阻燃抗静电钢丝网骨架聚乙烯复合管及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种聚乙烯复合管，尤其涉及一种矿用阻燃抗静电钢丝网骨架聚乙烯复合管及其制备方法。
背景技术：
矿井下给水、排水、正压通风、负压通风、喷浆、抽放瓦斯及电力电缆、光缆通讯信号电缆的保护等作业中，都不可避免地用到各种各样的管材。由于矿井里工作环境恶劣，对所用管材的要求远比一般场合高得多。比如矿井存在易燃、易爆的瓦斯，达到一定浓度时， 哪怕有一点点如静电释放时引起的火花，也可能引燃它，甚至可能发生瓦斯爆炸，酿成悲剧，这就对管材的阻燃性能和抗静电性能有更高的要求。一般情况下，煤矿井下常用钢管和塑料管。钢管虽然强度高但存在的易生锈、不耐腐蚀散热快等缺点，导致其寿命短，使用一段时间后，需经常进行维护；而且钢管比重较大， 安装困难，焊接时质量也难以保证，费用高，也不环保，逐渐被耐腐蚀塑料管取代。但塑料管强度低、易变形、易脆化、抗静电性能差等缺陷，受到外力撞击或受震动时容易损坏，长时间使用，存在安全隐患。而且，频繁的维护也影响正常的生产。为消除两种管材的不足，一般用有理想强度与优良耐腐蚀性能的复合管代替。复合管具备了金属管和塑料管的优点，在机械强度、不易变形、耐压、耐腐蚀、耐热、保温。常见的有钢丝网结点骨架复合管和冲孔钢带骨架复合管。钢丝网结点骨架复合管采用的钢丝网结点焊接成简形骨架的钢-塑体系，为了保证焊接的可靠性，增强钢丝只能采用低碳钢丝，其抗拉强度一般控制在400MPa 500MPa， 加上采用类似于点焊工艺，还会造成低碳钢的部分强度损失，因此，大口径管材耐内压能力不高。冲孔钢带骨架复合管采用冲孔钢带焊接成筒形骨架的钢-塑体系，为了保证纵缝焊接质量，增强的钢板也只能采用低碳钢板，其抗拉强度控控制在360MPa 420MPa，加上冲孔使强度损失40%，因此，这种钢-塑复合管强度也不高。再例如专利号为201020M3607. 1、名称为“一种煤矿井用钢带骨架聚乙烯复合管” 实用新型专利申请公开的一种煤矿井用钢带骨架聚乙烯复合管，其方案是钢带骨架聚乙烯复合管是以聚乙烯为内外层基体材料，以表面涂敷高性能粘接树脂，将弯曲成型的钢带粘附在涂敷有粘接树脂的内外层聚乙烯基体材料之间。兼具有钢的高强度、高硬度塑料的耐腐蚀、寿命长、低成本、方便运输与安装、耐压及外压的强度、密封度的的特点。该实用新型没指明该复合管具有阻燃、抗静电特性；而且，该复合管结合处没有解决钢-塑的界面问题，复合管材钢塑之间存在缝的缺陷，容易产生“脱层”现象，还存在在轴向抗拉伸能力不够高的缺点，防震防断裂性能不够，对地层沉降适应性差。而且，由于外层塑料的厚度较薄，且在焊接区钢增强体面积太大，如Φ 110管外层塑料厚度为1. 5mm 2mm，钢板面积约占整个熔接面积的72 %，因此，在电熔焊接过程中， 焊接处管材外层塑料获得的热量很容易被钢板增强体吸收并传导到其它部分，使得管材外
3表面塑料温度降低，并与电热熔管件内表面塑料出现温度梯度，造成熔接面融合差，管材焊接性能下降，接头可靠性差。采用普通电热熔管件熔焊后，其接头的爆破压力不会超过 2. OMpa,因为介质沿钢-塑之间的间隙窜流，低压下就冲破了很薄的外层PE，造成低压破坏。在输送条件较为苛刻的矿井、化工、盐卤、石油以及燃气领域应用的受限制。
发明内容
本发明综合了钢管和塑料管两者的优点，既保留了钢管的优良的承压性能，又保留了塑料管良好的卫生性能以及易于敷设、技术可靠、使用寿命长等特点。克服了复合管结合处“脱层”现象、轴向抗拉伸能力不够高及焊接性差的缺点，提供一种阻燃、抗静电、耐腐蚀、耐高压、刚度性能高、轴向抗拉伸性能高及焊接性能好的矿用阻燃抗静电钢丝网骨架聚乙烯复合管及其制备方法。本发明技术方案是采用分层制造、多次复合工艺成型，包括内外层塑料、增强骨架结合层和内层塑料，增强骨架结合层位于外层塑料和内层塑料之间，将外层塑料和内层塑料结合成一个整体，其特征在于所述增强骨架结合层由钢丝网骨架和热熔胶组成；所述外层塑料和内层塑料为经过阻燃、抗静电复合改性的高密度聚乙烯材料。所述增强骨架结合层指的是由钢丝网骨架和热熔胶组成的中间层。热熔胶与钢丝有极强的粘接性能，将钢丝网包覆在其中，与将外层塑料和内层塑料中的乙烯结合成一起， 形成一个整体，解决了钢-PE的界面问题，克服了前述钢-塑体系复合管材钢塑之间存在缝的缺陷，进一步避免结合处产生“脱层”现象，显著提高了复合管材的综合性能。所述内层塑料和钢丝网骨架为承受管材内外压的主要部分，外层塑料是焊接连接主要部分。所述阻燃、抗静电复合改性是因为聚乙烯是易燃、高绝缘材料，其氧指数为17，表面平均电阻率大于1Χ1016Ω，达不到阻燃、抗静电的要求。通过添加阻燃剂和具有一定导电性能的填料，使其具有阻燃特性、降低其电阻率到可快速泄漏静电荷，以达到防火防静电等应用要求。并采用两步加工法，进行造粒，提高助剂的分散性，保证产品性能稳定。进一步地，为优化阻燃、抗静电等性能，还可在改性材料中添加必要的分散剂和润滑剂。所述分层制造为内层塑料(芯管)、钢丝缠绕网骨架、热熔胶层、外层塑料按先后顺序制造。所述多次复合技术为多次复合，多次加热，多次真空的制造工艺，即在分层制造过程中，先挤出内层塑料，采用真空外定径原理成型，将其加热，再在内层塑料上缠绕钢丝网骨架，再次加热，使芯层管与钢丝网骨架达到一定的温度，接着复合一层热熔胶，再复合外层塑料后，经真空冷却成型的制造工艺。进一步地，钢丝网骨架为至少两层的高强度钢丝双向缠绕成网状结构，使得管材具有了钢管的优良的承压性能。更进一步地，钢丝网骨架至少一层为高强度钢丝为“过塑钢丝”。所述“过塑钢丝” 为预先用阻燃、抗静电复合改性的高密度聚乙烯材料包覆的高强度钢丝，使钢-PE的界面结合得更好。采用分层制造、多次复合工艺保证了各层复合的可靠性和均勻性，也保证了各层厚度的可控性和均勻性，进一步提高了产品质量。这个工艺比一般复合管的单次复合更先进，能有效防止“脱层”现象的发生。相同材料的管材连接采用电熔管件焊接，利用管件内部发热体将管材外层塑料与管件内层塑料熔融，把两根或多根管材可靠的连接在一起。由于钢丝网投影面积占融接面积的百分比较小，减少熔焊过程中的热量损失，显著减少管材外表面与内表面的温度梯度， 使管材性能大幅提高。这种焊接方式工艺操作简单，施工方便，而且融接性能稳定、气密性能良好、接口强度高、抗轴身拉力能力强，不易受环境温度变化和人为因素影响，可靠性高。 电熔管件主要有电熔等径直接、电熔异径直接、电熔等径三通、电熔异径三通、电熔90度弯头、电熔法兰、电熔直通断头等。通过以上方案制造的管材，具有有益效果是由于使用了过阻燃、抗静电复合改性的高密度聚乙烯材料，管材具胡阻燃、抗静电、耐腐蚀、耐磨损等性能；钢丝网骨架的存在， 也使得所制得的管材具有强度高、刚性好、柔韧性、环刚度好、承压性能好、抗冲击性好、导热系数低、抗快速开裂性能好、慢速裂纹扩展性能好、轴向抗拉性能好、对地层沉降适应性强、防震防断裂等优点。而且，性能可靠、卫生环保、使用寿命长、焊接性能好，运输安装方便。由于具有很多的诸多优点，本发明可广泛应用于各种工程中，如冶金矿山、油田气田、化学工业、市政工程、电力工程、海水输送、农业喷灌等领域。
图1为矿用阻燃抗静电钢丝网骨架聚乙烯复合管结构示意图。图2为高密度聚乙烯材料进行阻燃抗静电复合改性的制备工艺流程图，其中“其它助剂”包括“分散剂”和“润滑剂”。图3为矿用阻燃抗静电钢丝网骨架聚乙烯复合管制备工艺流程图。附图标记说明1、外层塑料2、热熔胶3、钢丝网骨架4、内层塑料下面结合附图和具体实施方式
，对本发明及其有益技术效果进行进一步详细说明。
具体实施例方式参见图1，复合管主要分成三层，外层塑料1、钢丝网骨架3和热熔胶2组成的增强骨架结合层、内层塑料4。增强骨架结合层位于外层塑料1和内层塑料4之间，也即是芯管外表面和外层管内表面之间，在一定温度条件下，高性能的热熔胶2在钢丝和塑料的接合界面处实现钢丝网骨架3和外层塑料1和内层塑料4中的改性聚乙烯的牢固结合。由于钢丝网骨架3被包覆在连续热塑性塑料之中，形成增强骨架，并经过复合工艺使钢丝网骨架3 与外层塑料1和内层塑料4结合成为一个整体，显著提高了复合管综合性能。所述钢丝网骨架3，其特征在于至少两层的钢丝双向缠绕成网状结构。更进一步地，所述钢丝网骨架3，其特征在于至少一层为钢丝预先用阻燃、抗静电复合改性的高密度聚乙烯材料包覆，即为“过塑钢丝”。优选地，钢丝为高强度钢丝，抗拉强度为1800MPa 2100MPa，使本发明钢丝网骨架3耐内压的能力因此显著提高，是低碳钢丝网结点骨架和冲孔低碳钢板钢带骨架两种增强体的4 8倍。例如，合格的Φ 250孔网钢带管常温爆破压力为4. 3MPa 4. 5MPa,而合格的Φ 250钢丝网骨架聚乙烯复合管常温爆破压力为8. OMPa 8. 4MPa。而复合管的工作压力是爆破压力折成2. 5 3倍安全系数得到的，因此复合管的工作压力得到相对显著提
尚ο优选地，热熔胶2采用高性能粘合剂改性材料，与外层塑料1、内层塑料4的聚乙烯材料属于同种物质，与钢丝有着很强的粘接性能，解决钢-PE的界面问题，避免结合处产生 “脱层”现象。进一步地，热熔胶2优选为HDPE (高密度聚乙烯)的改性物质，按照ASTM标准达到200N/25mm，其软化温度大于120°C，该产品优选为美国杜邦公司的产品。所述外层塑料1和内层塑料4均采用已进行阻燃、抗静电复合改性的高密度聚乙烯材料进行热熔挤出成型。所述阻燃、抗静电复合改性指聚乙烯材料通过添加阻燃剂和具有一定导电性能的填料，使其具有阻燃特性、降低其电阻率，以达到应用要求。进一步地，添加适当的分散剂、 润滑剂等助剂提升聚乙烯材料性能。优选地，阻燃剂选用添加型低毒高效的卤系阻燃剂，进一步优选为溴系阻燃剂，并与通过处理的辅助阻燃剂复合使用，使管材氧指数不小于27，以达到阻燃的要求。优选地，抗静电改性填料采用以导电碳黑为主的无机导电粉体和有机抗静电剂， 使聚乙烯的表面电阻率降至IO5 IO8 Ω，使材料表面静电荷可以快速泄漏到大地。参见图3，所述的复合工艺优选为一种阻燃抗静电复合改性的高密度聚乙烯复合管的制备方法，其制造工艺为多次复合，多次加热，多次真空的制造工艺，以两层的钢丝斜交缠绕成钢丝网骨架为例，其特征在于，它包括如下步骤a、制备阻燃、抗静电复合改性的高密度聚乙烯材料；b、制备的材料在芯管挤出机中挤出到芯管专用模具；C、通过成型机组，内层塑料4真空定径成型；d、内层塑料4置于烘箱中加热；e、在内层塑料4上双向缠绕一层过塑钢丝和一层钢丝形成钢丝网骨架3 ；f、内层塑料4和钢丝网骨架3置于烘箱中加热；g、在结合层挤出机中挤出结合层热熔胶2 ；h、在外层挤出机中挤出外层塑料1 ；i、在外层复合模具中复合，外层塑料1将热熔胶2、钢丝网骨架3和内层塑料4覆盖在内；j、最后在冷却成型机组中，真空冷却成型。参见图2，所述阻燃、抗静电聚乙烯专用料优选为一种阻燃抗静电复合改性的高密度聚乙烯材料的制备方法，包含以下步骤a、将阻燃剂、抗静电剂、分散剂和润滑剂按组份进行浓缩，制成双抗母料；b、将双抗母料与聚乙烯按比例掺混成半成品料；C、将半成品料经双螺杆挤出造粒，完成材料制备。经过这个两步加工法制备的材料，可提高助剂的分散性，保证产品性能稳定，无粉尘污染，有利于规模化生产。管材连接采用电熔管件熔焊，此法适用于同种材料制成的管材。其方法是将需要连接的管材的一端分别插入电熔管件承插孔内，电熔管件内表面内预埋有隐蔽螺旋电热丝，把外置的电热丝接线端子通电后，管件内层塑料受热膨胀，对管材内层塑料进行“热浸” 连接，然后熔化管件的内表面和与之配合的管材外表面，使之融为一体，冷却后，管件就把管材通过管件紧密地焊接在一块。根据上述说明书及具体实施例的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式
，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内，如通过变形得到的方形管、异形管等。附图只是本发明的结构示意图，用以辅助解释说明本发明的技术方案，对本发明并不构成任何限制，尤其是钢丝网的疏密并不代表本发明的实际情况，只作辅助读者理解本发明的示意图。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语和概念，但这些术语和概念只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
权利要求
1.一种矿用阻燃抗静电钢丝网骨架聚乙烯复合管，包括外层塑料、增强骨架结合层和内层塑料，增强骨架结合层位于外层塑料和内层塑料之间，将外层塑料和内层塑料结合成一个整体，其特征在于所述增强骨架结合层由钢丝网骨架和热熔胶组成；所述外层塑料和内层塑料为经过阻燃、抗静电复合改性的高密度聚乙烯材料。
2.根据权利要求1所述的矿用阻燃抗静电钢丝网骨架聚乙烯复合管，其特征在于钢丝网骨架为至少两层的钢丝双向缠绕成网状结构。
3.根据权利要求1所述的矿用阻燃抗静电钢丝网骨架聚乙烯复合管，其特征在于所述热熔胶为HDPE的改性物质。
4.根据权利要求1所述的矿用阻燃抗静电钢丝网骨架聚乙烯复合管，其特征在于所述阻燃改性为高密度聚乙烯材料添加阻燃剂后氧指数不小于27。
5.根据权利要求4所述的矿用阻燃抗静电钢丝网骨架聚乙烯复合管，其特征在于阻燃剂为卤系阻燃剂。
6.根据权利要求5所述的矿用阻燃抗静电钢丝网骨架聚乙烯复合管，其特征在于卤系阻燃剂为溴系阻燃剂。
7.根据权利要求1所述的矿用阻燃抗静电钢丝网骨架聚乙烯复合管，其特征在于抗静电改性为聚乙烯材料添加具有导电性能的填料后表面电阻率降至IO5 108Ω。
8.根据权利要求7所述的矿用阻燃抗静电钢丝网骨架聚乙烯复合管，其特征在于导电改性填料主要成分为导电碳黑。
9.一种矿用阻燃抗静电钢丝网骨架聚乙烯复合管的制备方法，其特征在于，它包括如下步骤a、制备阻燃、抗静电复合改性的高密度聚乙烯材料；b、制备的材料在芯管挤出机中挤出到芯管专用模具；C、通过成型机组，内层塑料真空定径成型；d、内层塑料置于烘箱中加热；e、在内层塑料上双向缠绕一层过塑钢丝和一层钢丝形成钢丝网骨架；f、内层塑料和钢丝网骨架置于烘箱中加热；g、在结合层挤出机中挤出结合层热熔胶；h、在外层挤出机中挤出外层塑料；i、在外层复合模具中复合，外层塑料将热熔胶、钢丝网骨架和内层塑料覆盖在内；j、最后在冷却成型机组中，真空冷却成型。
10.根据权利要求9所述的矿用阻燃抗静电钢丝网骨架聚乙烯复合管的制备方法，其特征在于在所述工艺步骤a制备阻燃、抗静电复合改性的高密度聚乙烯材料还包含以下步骤a、将阻燃剂、抗静电剂、分散剂和润滑剂按组份进行浓缩，制成双抗母料；b、将双抗母料与聚乙烯按比例掺混成半成品料；C、将半成品料经双螺杆挤出造粒，完成材料制备。
全文摘要
本发明涉及一种矿用阻燃抗静电钢丝网骨架聚乙烯复合管及其制备方法，其特征在于采用通过两步法进行阻燃、抗静电复合改性的专用聚乙烯塑料与高强度的钢丝网骨架及热熔胶粘合剂经多次复合，多次加热，多次真空的制造工艺复合而成。至少两层的高强度钢丝斜交缠绕成网状作为骨架设在内层的外壁和外层的内壁之间、通过热熔胶与内外层管体紧密结合成一个的整体；形成具有阻燃、抗静电、较高机械强度和耐压性能、用寿命长等优异性能的煤矿井下用复合管材。管材间连接采用电熔管件焊接，综合性能高，敷设方便，不仅适用于各方面性能要求严格煤矿行业，还适用于市政和建筑的给排水、消防和气体的输送。
文档编号F16L57/04GK102359668SQ201110291310
公开日2012年2月22日 申请日期2011年9月29日 优先权日2011年9月29日
发明者林津强 申请人:广东东方管业有限公司