一种波纹管及其制备方法与流程

1.本发明属于波纹管技术领域，具体涉及一种波纹管及其制备方法。


背景技术：

2.波纹管是指用可折叠皱纹片沿折叠伸缩方向连接成的管状弹性敏感元件。波纹管在仪器仪表中应用广泛，主要用途是作为压力测量仪表的测量元件，将压力转换成位移或力。现在市面上常见的波纹管分为金属管、复合管、塑料管，其中金属管主要指的是钢材质的波纹管；复合管是金属增强复合管和非金属增强复合管；塑料管指的是热塑性塑料管和热固性塑料管。现在应用最为广泛的是钢制波纹管，其结构稳定，强度大，但是弹性模量小，无法用作精密测量期间的组成原件。另外金属性的材质的材料的抗腐蚀性能略逊于高分子聚合材料，所以塑料材质的波纹管越来越受到关注。现有技术中的pe波纹管材以高密度聚乙烯为原料，是一种新型轻质管材，具有重量轻、耐高压、韧性好、施工快寿命长等特点，其优异的管壁结构设计，与其他结构的管材相比，成本大大降低。并且由于连接方便、可靠，在国内外得到广泛应用。大量替代混凝土管和铸铁管。但是其结构强度差，缓冲能力弱，不耐磨、密封性差，易老化使用寿命短。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种波纹管及其制备方法，解决现有技术中塑料材质的波纹管的减震能力差，不耐磨，密封性差的技术问题。
4.为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种波纹管，包括连接段、波纹段、贯穿所述连接段、波纹段的通孔，这里的通孔的形状应与所对应的位置相适应，对应的是波纹短，那么该处的通孔就是波纹形式的，使得波纹段的壁厚能够均匀，恒定。波纹段是用于缓冲或者弯曲段连接的，连接段则是用于对波纹管进行定位安装的。为了保证波纹管管材的性能，本发明中所述连接段、波纹段的材质为增韧管材，所述增韧管材由内向外包括聚乙烯复合层、金属层、用于粘结所述聚乙烯复合层、金属层的胶粘层，所述聚乙烯复合层包括第一基层、第二基层、设置于所述第一基层、第二基层之间的填充层，所述填充层包括缓冲颗粒、填充于所述缓冲颗粒之间的poe弹性体。聚乙烯复合层属于塑料的一种，能够赋予波纹管较好的韧性、抗氧化能力，将聚乙烯复合层与金属层通过强胶粘剂进行粘合，当然为了保证波纹管的弹性，这里的金属层的厚度要很薄，所述金属层的厚度为聚乙烯复合层1/10-1/8，这样波纹管既具有了良好的韧性和耐磨强度，同时又避免了高分子材料的氧化。在填充层中设置缓冲颗粒，并且在其周围填充异质的poe弹性体，在受到较大的冲击力的时候，外力先传导至第一基层，然后再传到缓冲层，因为第一基层、缓冲层的内部结构和组成不相同，在缓冲力的转化过程会出现力的转化分解，实现缓震的目的，聚乙烯复合层能够具有很好的缓冲能力。其中，所述第一基层、第二基层、缓冲颗粒的材质相同，所述第一基层包括以下物质：聚乙烯、改性纳米二氧化硅、改性纳米碳酸钙、钙锌热稳定剂、poe弹性体。聚乙烯与改性纳米二氧化硅、改性纳米碳酸钙复合能够提高聚乙烯塑料的强度和韧性，poe弹性体利
于提高聚乙烯的弹性，采用茂类金属催化剂所生产制备的聚烯烃弹性体(poe)是一种己经饱和的乙烯一辛烯的共聚物。结晶的乙烯链段在其结构中通常作为物理的交联点以及承受载荷点，这种乙烯和辛烯长链由于是非晶态的晶体可以赋予聚乙烯优异的性能，例如可赋予复合材料优良的弹性、较高伸长率以及优越的强度等级和优异的低温下性能。
5.本发明中是将聚乙烯复合层作为内里层，当波纹管需要传输一些由腐蚀性的气体或者液体的时候聚乙烯复合层直接与其接触，金属层并不与腐蚀性液体接触，聚乙烯复合层具有很好的抗腐蚀性能。
6.其中，所述第一基层按重量份计包括以下组份：聚乙烯70-75份、改性纳米二氧化硅3-4份、改性纳米碳酸钙2-4份、钙锌热稳定剂2-3份、poe弹性体10-13份。所述改性纳米二氧化硅的改性方式为hb改性，所述改性纳米碳酸钙的改性方式为硬脂酸表面改性。当聚乙烯受到冲击的时候，纳米二氧化硅粒子、纳米碳酸钙粒子与基体之间产生大量的微裂纹，粒子之间的基体也发生塑性形变，从而大大吸收冲击能，达到增韧的效果，同时也有一定的增强作用。纳米二氧化硅粒子、纳米碳酸钙粒子作为无机增韧添加剂，与poe弹性增强添加剂协同作用，实现提高聚乙烯复合层抗震性、韧性以及耐磨性的目的。纳米二氧化硅和纳米碳酸钙表面能高易发生团聚，所以需要进行预处理，以保证其在聚乙烯基体中的增强作用。
7.纳米sio2表面上具有较多的硅羟基，容易诱导其团聚，团聚的纳米sio2粒径增大，无法发挥其纳米材料特性，需要对纳米sio2表面进行修饰以改善自身团聚，hb改性能够改变其表面基团，增加空间位阻，阻止纳米二氧化硅团聚。
8.一种如前文所述的波纹管的制备方法，包括以下步骤；
9.(1)将聚乙烯、改性纳米二氧化硅、改性纳米碳酸钙、钙锌热稳定剂、poe弹性体放入混炼机中进行混炼，所述混炼的温度为205-210℃，混炼的时间为6-9min，得到高分子混合浆料；
10.(2)将所述高分子混合浆料分成三份，第一份高分子混合浆料放入成型机器制成波纹管的第一基层；
11.(3)将第二份高分子混合浆料经造粒，制得缓冲颗粒，使用粘结剂使得缓冲颗粒黏附再第一基层的外壁上，然后涂敷poe弹性体，升温固化以后，经固化处理以后将第三份高分子混合浆料到涂敷于填充层的外周，经固化成型得到带有第一基层、第二基层、填充层的聚乙烯复合层；
12.(4)升温，对聚乙烯复合层进行高温挤压成型，制成波纹状的聚乙烯柱；
13.需要指出的是，步骤(1)至步骤(4)中逐层固化成型采用的技术工艺可以参考现有技术中的聚乙烯固化成型技术。
14.(5)合金金属熔炼以后，制成内径与所述聚乙烯柱最大外径相等的空心圆柱体，所述合金为钢；
15.(6)在所述空心圆柱体内壁上涂敷胶粘剂，将所述聚乙烯柱放于所述空心圆柱体的容置孔中，然后放入挤压成型的模具中，挤压空心圆柱体，经挤压成型使得空心圆柱体与聚乙烯柱完全贴合，制得所述波纹管。所述模具包括均带有波纹状凹槽的上型模、下型模，所述上型模、下型模能够拼接成圆筒。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果包括；
17.(1)本发明的波纹管由聚乙烯复合层、金属层组成，保证波纹管具有一定的刚性和
强度，同时具有很好的韧性；
18.(2)另外聚乙烯复合层中缓冲颗粒的设计能够提高整体结构的抗冲击能力，聚乙烯复合层的组成上采用无机物和高分子聚合物相互协同增强增韧，实现了很好的增强聚乙烯基体的韧性和强度的目的；
19.(3)本发明的波纹管具有抗震性能好、强度高、结构稳定、抗老化能力好的特点。
20.(4)本发明还提供了一种波纹管的制备方法，操作简单，采用逐层固化成型的方式，得到了结构稳定的波纹管。
附图说明
21.图1为本发明具体实施方式中提供的一种波纹管的结构示意图；
22.图2为本发明具体实施方式中提供的一种波纹管的截面示意图；
23.图3为本发明具体实施方式中提供的一种波纹管的增韧管材的结构示意图；
24.图4为本发明具体实施方式中提供的一种波纹管的增韧管材的结构示意图；
25.其中：连接段1、波纹段2、通孔3、增韧管材4、聚乙烯复合层41、第一基层411、第二基层412、填充层413、缓冲颗粒4131、金属层42、胶粘层43、模具5、波纹状凹槽51、上型模52、下型模53。
具体实施方式
26.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
27.实施例1
28.请参阅图1、图2、图3，为一种波纹管，包括连接段1、波纹段2、贯穿所述连接段1、波纹段2的通孔3，所述连接段1、波纹段2的材质为增韧管材4，所述增韧管材4包括聚乙烯复合层41、金属层42、用于粘结所述聚乙烯复合层41、金属层42的胶粘层43，所述金属层42的厚度为聚乙烯复合层41的1/10-1/8，所述聚乙烯复合层41包括第一基层411、第二基层412、设置于所述第一基层411、第二基层412之间的填充层413，所述填充层413包括缓冲颗粒4131、填充于所述缓冲颗粒4131之间的poe弹性体，所述第一基层411、第二基层412、缓冲颗粒4131的材质相同，所述第一基层411包括以下物质：聚乙烯、改性纳米二氧化硅、改性纳米碳酸钙、钙锌热稳定剂、poe弹性体。
29.其中，所述第一基层411按重量份计包括以下组份：聚乙烯70份、改性纳米二氧化硅3份、改性纳米碳酸钙2份、钙锌热稳定剂2份、poe弹性体10份，所述改性纳米二氧化硅的改性方式为hb改性，所述改性纳米碳酸钙的改性方式为硬脂酸表面改性。
30.一种如前文所述的波纹管的制备方法，包括以下步骤；
31.(1)将聚乙烯、改性纳米二氧化硅、改性纳米碳酸钙、钙锌热稳定剂、poe弹性体放入混炼机中进行混炼，得到高分子混合浆料，所述混炼的温度为205℃，混炼的时间为6min；
32.(2)将所述高分子混合浆料分成三份，第一份高分子混合浆料放入成型机器制成波纹管的第一基层411；
33.(3)将第二份高分子混合浆料经造粒，制得缓冲颗粒4131，使用粘结剂使得缓冲颗
粒4131黏附再第一基层411的外壁上，然后涂敷poe弹性体，经固化处理以后将第三份高分子混合浆料到涂敷于填充层413的外周，经固化成型得到带有第一基层411、第二基层412、填充层413的聚乙烯复合层41；
34.(4)升温，对聚乙烯复合层41进行高温挤压成型，制成波纹状的聚乙烯柱；
35.(5)钢材熔炼以后，制成内径与所述聚乙烯柱最大外径相等的空心圆柱体；
36.(6)在所述空心圆柱体内壁上涂敷胶粘剂，将所述聚乙烯柱放于所述空心圆柱体的容置孔中，然后放入挤压成型的模具5中，挤压空心圆柱体，经挤压成型使得空心圆柱体与聚乙烯柱完全贴合，制得所述波纹管。如图4所示，所述模具5包括均带有波纹状凹槽51的上型模52、下型模53，所述上型模52、下型模53能够拼接成圆筒。
37.实施例2
38.请参阅图1、图2、图3，为一种波纹管，包括连接段1、波纹段2、贯穿所述连接段1、波纹段2的通孔3，所述连接段1、波纹段2的材质为增韧管材4，所述增韧管材4包括聚乙烯复合层41、金属层42、用于粘结所述聚乙烯复合层41、金属层42的胶粘层43，所述聚乙烯复合层41包括第一基层411、第二基层412、设置于所述第一基层411、第二基层412之间的填充层413，所述填充层413包括缓冲颗粒4131、填充于所述缓冲颗粒4131之间的poe弹性体，所述第一基层411、第二基层412、缓冲颗粒4131的材质相同，所述第一基层411包括以下物质：聚乙烯、改性纳米二氧化硅、改性纳米碳酸钙、钙锌热稳定剂、poe弹性体。
39.其中，所述第一基层411按重量份计包括以下组份：聚乙烯75份、改性纳米二氧化硅4份、改性纳米碳酸钙4份、钙锌热稳定剂3份、poe弹性体13份。
40.一种如前文所述的波纹管的制备方法，包括以下步骤；
41.(1)将聚乙烯、改性纳米二氧化硅、改性纳米碳酸钙、钙锌热稳定剂、poe弹性体放入混炼机中进行混炼，得到高分子混合浆料；
42.(2)将所述高分子混合浆料分成三份，第一份高分子混合浆料放入成型机器制成波纹管的第一基层411；
43.(3)将第二份高分子混合浆料经造粒，制得缓冲颗粒4131，使用粘结剂使得缓冲颗粒4131黏附再第一基层411的外壁上，然后涂敷poe弹性体，经固化处理以后将第三份高分子混合浆料到涂敷于填充层413的外周，经固化成型得到带有第一基层411、第二基层412、填充层413的聚乙烯复合层41；
44.(4)升温，对聚乙烯复合层41进行高温挤压成型，制成波纹状的聚乙烯柱；
45.(5)合金金属熔炼以后，制成内径与所述聚乙烯柱最大外径相等的空心圆柱体；
46.(6)在所述空心圆柱体内壁上涂敷胶粘剂，将所述聚乙烯柱放于所述空心圆柱体的容置孔中，然后放入挤压成型的模具5中，挤压空心圆柱体，经挤压成型使得空心圆柱体与聚乙烯柱完全贴合，制得所述波纹管。
47.实施例3
48.本实施例与实施例2相似，不同之处在于本实施例中所述第一基层411按重量份计包括以下组份：聚乙烯72份、改性纳米二氧化硅3份、改性纳米碳酸钙3.5份、钙锌热稳定剂2.5份、poe弹性体12份。
49.对比例1
50.本对比例与实施例1相似，不同之处为本对比例中的波纹管没有金属层和胶粘层。
51.对比例2
52.本对比例中的波纹管为市售的金属波纹管。
53.对实施例1至实施例3以及对比例1中的波纹管进行冲击强度和拉伸强度测试，冲击强度，gb/t1843-1997标准进行测试；拉伸强度，gb/t1140-1992标准进行测试，得到以下数据；
[0054][0055][0056]
将实施例1至3以及对比例2中所述的波纹管泵入压力为0.6mpa的压缩气体，然后将波纹管密封以后放入水中，实时观察水中气泡出现的情况，具体情况如下；
[0057][0058]
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。