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基本信息
- 申请号 CN00111401.8
- 公开号 CN1111262C
- 申请日 2000/01/01
- 公开日 2003/06/11
- 申请人 华东理工大学
- 优先权日期
- 发明人 马玉录 李海林 高原冀 于新海 王正东 朱奎陇 吴东棣
- 主分类号
- 申请人地址 200237上海市梅陇路130号
- 分类号
- 专利代理机构 上海顺华专利代理有限责任公司
- 当前专利状态 发明专利权部分无效宣告的公告
- 代理人 李鸿儒
- 有效性 有效专利
- 法律状态 无
权利要求书
1.一种含有玻璃鳞片的工程塑料内衬复合钢管，由外管(1)和具有防腐作用的内 衬所构成，其特征在于：所说的内衬为一种含有玻璃鳞片的工程塑料内衬(3)，具 有防腐作用的工程塑料内衬(3)粘附在外管(1)的内壁。
2.一种含有玻璃鳞片的工程塑料内衬复合管件，由外管(1)和具有防腐作用的内 衬所构成，其特征在于：所说的内衬为一种含有玻璃鳞片的工程塑料内衬(3)， 具有防腐作用的工程塑料内衬(3)粘附在外管(1)的内壁。
3.如权利要求1所述的复合钢管，其特征在于：所说的复合钢管的端口还设有带 有工程塑料内衬(3)翻边的法兰(2)。
4.如权利要求2所述的管件，其特征在于：所说的管件的端口还设有带有工程塑 料内衬(3)翻边的法兰(2)。
5.如权利要求1或2或3或4所述的复合钢管或管件，其特征在于：所说的工程 塑料内衬(3)主要由热固性树脂和玻璃鳞片的混合物固化而成，所说的热固性树 脂包括不饱和聚酯树脂，环氧树脂，呋喃树脂、酚醛树脂或它们的改性树脂中的 一种或一种以上，所说的玻璃鳞片的厚度为2～5μm，粒径为0.1～3mm，玻璃 鳞片在所说的树脂中的含量为10％～70％重量比，工程塑料内衬(3)的厚度为
0.5--3mm。
6.如权利要求2或4所述的管件的制备方法，其特征在于依次包括以下步骤： (1)将钢制管件的端口焊上法兰(2)，将芯模(7)装入所说的管件，端口用 端盖(5)和密封垫片(4)密封，端盖(5)和芯模(7)涂有脱模剂，密封垫片(4)使钢管法 兰和端盖(5)内端面之间存在间隙； (2)通过端盖(5)上的树脂吸入管(6)将配制好的含有玻璃鳞片树脂的混合 物注入管件内，并使管件内的压力保持在0.1～0.5MPa，直到树脂固化； (3)树脂固化后，拆开端盖(5)，抽出芯模(7)，即可获得所说的含有玻璃 鳞片的工程塑料内衬复合管件。
展开
说明书
技术领域 本发明属于复合钢管及其制造技术领域，涉及一种具有防腐内衬的复合钢管 及其制造方法。
背景技术 众所周知，在石油、化工、冶金、矿山、电力等行业，通常需要各种材料 所制备的管道来输送大量的腐蚀性介质。
现有的钢材因性能和价格等问题，通常 不能满足实际应用要求，如碳钢管，虽然价格便宜，但它的耐腐蚀性能差，不锈 钢管则价格昂贵，且不耐氯离子所引起的应力腐蚀。
为解决这一问题，人们常用 衬胶、衬塑复合钢管来抵抗介质的腐蚀。
例如中国专利(CN87107640A、 CN1032812A)公开了一种将塑料管镶在钢管内制成钢塑复合管的方法，中国专 利(CN2044207U)介绍了一种可将直径为350mm以下的钢管内壁涂覆一层塑 料的技术，中国专利(CN1095011A)公开了不同长度钢管内衬橡胶的技术工艺。
上述复合钢管都存在着十分明显的缺陷，橡胶和塑料的热膨胀系数远高于碳钢管 的热膨胀系数，因此在温度较高或频繁波动变化时，衬胶层或衬塑层容易与钢管 剥离蹋陷失效，丧失工作能力；此外，胶粘剂的老化，聚乙烯、聚丙烯、聚四氟 塑料与钢管粘结力较差，影响了衬胶、衬塑复合钢管使用寿命。
日本专利(J8047550，J59218840，J62086172，J63089680)，美国专利 (US4043353，US4142556)和中国专利(CN1059376A)等公开了一种利用铝 热一离心铸造技术制备的陶瓷内衬钢管，陶瓷具有良好的防腐耐磨性能，制造陶 瓷衬管是解决管材耐蚀、耐磨问题的有效方法之一，其原理是利用Al或Mg等 还原金属与氧化铁发生放热反应，并依靠反应热将反应产物铁和氧化铝熔融，离 心力的作用使二者分层，因Al2O3比重小，分布在钢管的内壁形成陶瓷衬层，而 比重比较大的铁则分布在钢管基体和陶瓷之间形成过渡区，并将陶瓷和钢管结合 起来。
但由于反应非常迅速，氧化铝的熔点很高，致使反应产物熔融时间极短， 一般持续时间2-5秒左右，因此很难在这极短的时间内形成致密氧化铝涂层； 此外，因温度的急剧变化和热膨胀系数不同，钢管对陶瓷层产生很大的收缩压力， 造成涂层表层出现裂纹，由于气孔和裂纹的存在，使得陶瓷衬层不能抵抗腐蚀介 质的渗透，结果导致复合钢管防腐能力的丧失。
所以，目前国内外均将铝热-离 心法制备的钢管当作耐磨管应用于粉尘介质的输送，还不能用来输送腐蚀性的液 体介质； 中国专利97106643.4公开了一种在陶瓷衬管内涂布一层热固性树脂的复合 钢管，以解决上述专利所存在的缺陷，但在实际使用过程中发现，所说的复合钢 管生产工艺较为复杂，生产成本较高，不易大规模推广使用。
玻璃鳞片树脂是目前世界上公认的最重要的长效重防腐材料，它具有优良的 耐化学腐蚀性，对大气、水和一般浓度的酸、碱和盐等介质都有良好的适应性。
与一般的树脂相比，玻璃鳞片树脂最重要的特点是其具有极优良的耐腐蚀介质的 渗透性，此外，它还具有优良的耐磨损性，硬化时收缩率小，衬里与基体的粘接 性好，耐温度急变性好，良好的施工工艺性等优点，且其价格低廉，热膨胀系数 与钢材相近，已在许多大型的防腐设备中得到了应用。
然而，由于管道生产的特 殊性(操作环境小，一般的涂布工艺难以使其形成均匀的涂层，检验困难)，因 此，玻璃鳞片树脂在管道和管件上的应用受到了限制，目前尚无这方面的专利和 文献的报导。
发明内容 本发明的目的之一在于克服现有技术的不足，提供一种制作工艺简单、生产 成本较低、易于大规模推广使用的、具有由热固性树脂和玻璃鳞片为主组成的混 合物、固化而成的工程塑料内衬的复合钢管和管件； 本发明的目的之二在于公开一种具有含有玻璃鳞片的工程塑料内衬的复合 管件的制备方法。
本发明的基本构思是这样的： (1)用热固性树脂作为粘接剂，以玻璃鳞片为填充剂，辅以其它添加剂， 配成热固性玻璃鳞片树脂，然后采用中国专利97106643.4公开的技术制成含有 玻璃鳞片的工程塑料内衬的复合钢管； (2)用热固性树脂作为粘接剂，以玻璃鳞片为填充剂，辅以其它添加剂， 配成热固性玻璃鳞片树脂，然后将其注入带有芯模的管件中，保持一定的压力， 使其固化，制成含有玻璃鳞片的工程塑料内衬的复合管件。
以下将对所说的复合钢管和管件的结构和制备方法进行详细的说明。
本发明所说的复合钢管或管件是由一个钢制的外管和一个含有玻璃鳞片的 工程塑料内衬所构成，所说的复合钢管或管件的端口根据需要还设有带有工程塑 料翻边的法兰。
所说的工程塑料是由一类热固性树脂和玻璃鳞片以及其它添加剂 的混合物加热固化而成，所说的热固性树脂可以采用一般的热固性树脂，包括不 饱和聚酯树脂，环氧树脂，呋喃树脂或酚醛树脂等中的一种或一种以上，也可以 采用它们的改性树脂，如改性环氧树脂和改性酚醛树脂等；所说的玻璃鳞片的厚 度为2～5μm，粒径为0.1～3mm，玻璃鳞片在所说的树脂中的含量为10％～70％ (重量比)。
所说的管件包括弯管、三通、四通和变径管等。
下面为了行文方便将配制好的热固性树脂和玻璃鳞片以及其它添加剂组成 的混合物简称为含有玻璃鳞片的树酯或直接简称为树脂，经加热固化而成的材料 简称为含有玻璃鳞片的工程塑料或进一步简称为工程塑料。
附图说明 图1为复合钢管的剖示图，图2为复合钢管的横截面图，图3为管件剖示图， 其中： 1——外管 2——法兰 3——含有玻璃鳞片的工程塑料内衬或简称为工程塑料内衬 由图可见，所说的复合钢管或管件由外管1、含有玻璃鳞片的工程塑料内衬 3所构成，工程塑料内衬3的厚度为0.5-3mm。
含有玻璃鳞片的工程塑料内衬3 粘附在外管1的内壁，形成了一层具有优异防腐作用的内衬。
所说的复合钢管可以按照中国专利97106643.4公开的技术进行制备。
制备过程简述如下： (1)将钢管端口焊上法兰，并用端盖和密封垫片密封，端盖涂有脱模剂， 密封垫片使钢管法兰和端盖端面之间存在间隙，间隙的大小取决于垫片的厚度， 当树脂充满该间隙固化后，就可形成具有工程塑料翻边的法兰密封面； (2)用真空泵将钢管内部抽真空，达到一定真空度要求后，通过端盖上的 树脂吸入管将配制好的树脂吸入钢管内； (3)将吸入树脂的钢管置于离心机上离心旋转，等树脂固化后拆开端盖， 即可得到所说的含有玻璃鳞片的工程塑料内衬复合钢管。
所说的含有玻璃鳞片树脂的工程塑料复合管件则可采用如图4所示的方法 进行制备： 其中： 4——密封垫片 5——端盖 6——树脂吸入管 7——芯模 (1)将钢制管件的端口焊上法兰2，将芯模7装入所说的管件，端口用端 盖5和密封垫片4密封，端盖5和芯模7涂有脱模剂，密封垫片4使钢管法兰和 端盖端面之间存在间隙，间隙的大小取决于密封垫片4的厚度，当树脂充满该间 隙固化后，就形成工程塑料法兰翻边密封面； (2)通过端盖5上的树脂吸入管6将配制好的树脂注入管件内，并使管件 内的压力保持在0.1～0.5MPa，直到树脂固化，固化时间是由树脂的类型所决定， 不同的树脂有不同的固化时间，这对于一般的技术人员来说是十分容易决定的。
(3)树脂固化后，拆开端盖5，抽出芯模7，即可获得所说的含有玻璃鳞片 的工程塑料内衬复合管件。
所说的含有玻璃鳞片的树脂的配制为一种现有技术，在《防腐蚀工程设计与 新型实用技术》一书中已有详细的报道，本发明不再赘述，树脂的加入量可以根 据管道和管件的内径以及所需的衬层的厚度通过计算确定。
本发明所说的具有内衬工程塑料的复合钢管和管件，具有优异的防腐性能和 机械性能，在室温下，分别浸泡在40％H2SO4和20％HCl、20％HNO3中一个月， 腐蚀失重分别为1.36mg/m2/hr，2.48mg/m2/hr和3.81mg/m2/hr，远优于18-8不锈 钢和陶瓷内衬钢管。
且其生产成本仅为不锈钢和陶瓷内衬钢管的30％和50％。
具体实施方式 下面将结合实施例进一步阐明本发明的内容： 实施例1 将直径为76mm的钢管焊上法兰2，加上密封垫片4、端盖5，固接密封后抽真 空；取150g乙烯基酯不饱和聚酯树脂、50g玻璃鳞片、3g环烷酸钴和3g过氧化 甲乙酮置于容器中混匀，得到均一混合物，简称树脂，然后藉助真空吸入钢管内， 将吸入树脂的钢管置于离心机上旋转，用火焰加热外管。
当树脂充分固化后，取 下钢管，拆开端盖，即得到具有工程塑料内衬的带法兰翻边的复合钢管。
在室温 下浸泡于40％的H2SO4溶液中，本产品腐蚀速率为1.38mg/m2/hr。
实施例2 将直径为89mm的三通焊上法兰2，插入芯模7，加上密封垫片4、端盖5， 固接密封后待用；取400gE-44环氧树脂，150g玻璃鳞片、40g甲苯、100g已 二胺置于容器中混匀，注入三通，在0.5MPa的压力下固化12小时，即可获得所 说的管件，在室温及20％HCl的条件下，本产品腐蚀速率为2.45mg/m2/hr。
实施例3 取100g糠醇树脂，40g玻璃鳞片、10g硫酸乙酯置于容器中混匀，采用与实 施例2相同的方法制成复合管件，在室温及20％HCl的条件下，本产品腐蚀速率 为1.87mg/m2/hr。
实施例4 取100g酚醛树脂，30g玻璃鳞片、10g硫酸乙酯置于容器中混匀，采用与实 施例2相同的方法制成复合管件，在室温和20％HNO3的条件下，本产品腐蚀速 率为3.83mg/m2/hr。
实施例5 取70gE-44环氧树脂，30g酚醛树脂，50g玻璃鳞片、7g二甲苯、12g二乙 烯三胺置于容器中混匀，采用与实施例2相同的方法制成复合管件，在室温及 20％HCl的条件下，本产品腐蚀速率为2.36mg/m2/hr。
显然，根据本发明的构思和所公开的实施方案，有关专业人员可以方便的采 用其他类型的树脂制备具有耐蚀功能的复合钢管和管件。
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背景技术 众所周知，在石油、化工、冶金、矿山、电力等行业，通常需要各种材料 所制备的管道来输送大量的腐蚀性介质。
现有的钢材因性能和价格等问题，通常 不能满足实际应用要求，如碳钢管，虽然价格便宜，但它的耐腐蚀性能差，不锈 钢管则价格昂贵，且不耐氯离子所引起的应力腐蚀。
为解决这一问题，人们常用 衬胶、衬塑复合钢管来抵抗介质的腐蚀。
例如中国专利(CN87107640A、 CN1032812A)公开了一种将塑料管镶在钢管内制成钢塑复合管的方法，中国专 利(CN2044207U)介绍了一种可将直径为350mm以下的钢管内壁涂覆一层塑 料的技术，中国专利(CN1095011A)公开了不同长度钢管内衬橡胶的技术工艺。
上述复合钢管都存在着十分明显的缺陷，橡胶和塑料的热膨胀系数远高于碳钢管 的热膨胀系数，因此在温度较高或频繁波动变化时，衬胶层或衬塑层容易与钢管 剥离蹋陷失效，丧失工作能力；此外，胶粘剂的老化，聚乙烯、聚丙烯、聚四氟 塑料与钢管粘结力较差，影响了衬胶、衬塑复合钢管使用寿命。
日本专利(J8047550，J59218840，J62086172，J63089680)，美国专利 (US4043353，US4142556)和中国专利(CN1059376A)等公开了一种利用铝 热一离心铸造技术制备的陶瓷内衬钢管，陶瓷具有良好的防腐耐磨性能，制造陶 瓷衬管是解决管材耐蚀、耐磨问题的有效方法之一，其原理是利用Al或Mg等 还原金属与氧化铁发生放热反应，并依靠反应热将反应产物铁和氧化铝熔融，离 心力的作用使二者分层，因Al2O3比重小，分布在钢管的内壁形成陶瓷衬层，而 比重比较大的铁则分布在钢管基体和陶瓷之间形成过渡区，并将陶瓷和钢管结合 起来。
但由于反应非常迅速，氧化铝的熔点很高，致使反应产物熔融时间极短， 一般持续时间2-5秒左右，因此很难在这极短的时间内形成致密氧化铝涂层； 此外，因温度的急剧变化和热膨胀系数不同，钢管对陶瓷层产生很大的收缩压力， 造成涂层表层出现裂纹，由于气孔和裂纹的存在，使得陶瓷衬层不能抵抗腐蚀介 质的渗透，结果导致复合钢管防腐能力的丧失。
所以，目前国内外均将铝热-离 心法制备的钢管当作耐磨管应用于粉尘介质的输送，还不能用来输送腐蚀性的液 体介质； 中国专利97106643.4公开了一种在陶瓷衬管内涂布一层热固性树脂的复合 钢管，以解决上述专利所存在的缺陷，但在实际使用过程中发现，所说的复合钢 管生产工艺较为复杂，生产成本较高，不易大规模推广使用。
玻璃鳞片树脂是目前世界上公认的最重要的长效重防腐材料，它具有优良的 耐化学腐蚀性，对大气、水和一般浓度的酸、碱和盐等介质都有良好的适应性。
与一般的树脂相比，玻璃鳞片树脂最重要的特点是其具有极优良的耐腐蚀介质的 渗透性，此外，它还具有优良的耐磨损性，硬化时收缩率小，衬里与基体的粘接 性好，耐温度急变性好，良好的施工工艺性等优点，且其价格低廉，热膨胀系数 与钢材相近，已在许多大型的防腐设备中得到了应用。
然而，由于管道生产的特 殊性(操作环境小，一般的涂布工艺难以使其形成均匀的涂层，检验困难)，因 此，玻璃鳞片树脂在管道和管件上的应用受到了限制，目前尚无这方面的专利和 文献的报导。
发明内容 本发明的目的之一在于克服现有技术的不足，提供一种制作工艺简单、生产 成本较低、易于大规模推广使用的、具有由热固性树脂和玻璃鳞片为主组成的混 合物、固化而成的工程塑料内衬的复合钢管和管件； 本发明的目的之二在于公开一种具有含有玻璃鳞片的工程塑料内衬的复合 管件的制备方法。
本发明的基本构思是这样的： (1)用热固性树脂作为粘接剂，以玻璃鳞片为填充剂，辅以其它添加剂， 配成热固性玻璃鳞片树脂，然后采用中国专利97106643.4公开的技术制成含有 玻璃鳞片的工程塑料内衬的复合钢管； (2)用热固性树脂作为粘接剂，以玻璃鳞片为填充剂，辅以其它添加剂， 配成热固性玻璃鳞片树脂，然后将其注入带有芯模的管件中，保持一定的压力， 使其固化，制成含有玻璃鳞片的工程塑料内衬的复合管件。
以下将对所说的复合钢管和管件的结构和制备方法进行详细的说明。
本发明所说的复合钢管或管件是由一个钢制的外管和一个含有玻璃鳞片的 工程塑料内衬所构成，所说的复合钢管或管件的端口根据需要还设有带有工程塑 料翻边的法兰。
所说的工程塑料是由一类热固性树脂和玻璃鳞片以及其它添加剂 的混合物加热固化而成，所说的热固性树脂可以采用一般的热固性树脂，包括不 饱和聚酯树脂，环氧树脂，呋喃树脂或酚醛树脂等中的一种或一种以上，也可以 采用它们的改性树脂，如改性环氧树脂和改性酚醛树脂等；所说的玻璃鳞片的厚 度为2～5μm，粒径为0.1～3mm，玻璃鳞片在所说的树脂中的含量为10％～70％ (重量比)。
所说的管件包括弯管、三通、四通和变径管等。
下面为了行文方便将配制好的热固性树脂和玻璃鳞片以及其它添加剂组成 的混合物简称为含有玻璃鳞片的树酯或直接简称为树脂，经加热固化而成的材料 简称为含有玻璃鳞片的工程塑料或进一步简称为工程塑料。
附图说明 图1为复合钢管的剖示图，图2为复合钢管的横截面图，图3为管件剖示图， 其中： 1——外管 2——法兰 3——含有玻璃鳞片的工程塑料内衬或简称为工程塑料内衬 由图可见，所说的复合钢管或管件由外管1、含有玻璃鳞片的工程塑料内衬 3所构成，工程塑料内衬3的厚度为0.5-3mm。
含有玻璃鳞片的工程塑料内衬3 粘附在外管1的内壁，形成了一层具有优异防腐作用的内衬。
所说的复合钢管可以按照中国专利97106643.4公开的技术进行制备。
制备过程简述如下： (1)将钢管端口焊上法兰，并用端盖和密封垫片密封，端盖涂有脱模剂， 密封垫片使钢管法兰和端盖端面之间存在间隙，间隙的大小取决于垫片的厚度， 当树脂充满该间隙固化后，就可形成具有工程塑料翻边的法兰密封面； (2)用真空泵将钢管内部抽真空，达到一定真空度要求后，通过端盖上的 树脂吸入管将配制好的树脂吸入钢管内； (3)将吸入树脂的钢管置于离心机上离心旋转，等树脂固化后拆开端盖， 即可得到所说的含有玻璃鳞片的工程塑料内衬复合钢管。
所说的含有玻璃鳞片树脂的工程塑料复合管件则可采用如图4所示的方法 进行制备： 其中： 4——密封垫片 5——端盖 6——树脂吸入管 7——芯模 (1)将钢制管件的端口焊上法兰2，将芯模7装入所说的管件，端口用端 盖5和密封垫片4密封，端盖5和芯模7涂有脱模剂，密封垫片4使钢管法兰和 端盖端面之间存在间隙，间隙的大小取决于密封垫片4的厚度，当树脂充满该间 隙固化后，就形成工程塑料法兰翻边密封面； (2)通过端盖5上的树脂吸入管6将配制好的树脂注入管件内，并使管件 内的压力保持在0.1～0.5MPa，直到树脂固化，固化时间是由树脂的类型所决定， 不同的树脂有不同的固化时间，这对于一般的技术人员来说是十分容易决定的。
(3)树脂固化后，拆开端盖5，抽出芯模7，即可获得所说的含有玻璃鳞片 的工程塑料内衬复合管件。
所说的含有玻璃鳞片的树脂的配制为一种现有技术，在《防腐蚀工程设计与 新型实用技术》一书中已有详细的报道，本发明不再赘述，树脂的加入量可以根 据管道和管件的内径以及所需的衬层的厚度通过计算确定。
本发明所说的具有内衬工程塑料的复合钢管和管件，具有优异的防腐性能和 机械性能，在室温下，分别浸泡在40％H2SO4和20％HCl、20％HNO3中一个月， 腐蚀失重分别为1.36mg/m2/hr，2.48mg/m2/hr和3.81mg/m2/hr，远优于18-8不锈 钢和陶瓷内衬钢管。
且其生产成本仅为不锈钢和陶瓷内衬钢管的30％和50％。
具体实施方式 下面将结合实施例进一步阐明本发明的内容： 实施例1 将直径为76mm的钢管焊上法兰2，加上密封垫片4、端盖5，固接密封后抽真 空；取150g乙烯基酯不饱和聚酯树脂、50g玻璃鳞片、3g环烷酸钴和3g过氧化 甲乙酮置于容器中混匀，得到均一混合物，简称树脂，然后藉助真空吸入钢管内， 将吸入树脂的钢管置于离心机上旋转，用火焰加热外管。
当树脂充分固化后，取 下钢管，拆开端盖，即得到具有工程塑料内衬的带法兰翻边的复合钢管。
在室温 下浸泡于40％的H2SO4溶液中，本产品腐蚀速率为1.38mg/m2/hr。
实施例2 将直径为89mm的三通焊上法兰2，插入芯模7，加上密封垫片4、端盖5， 固接密封后待用；取400gE-44环氧树脂，150g玻璃鳞片、40g甲苯、100g已 二胺置于容器中混匀，注入三通，在0.5MPa的压力下固化12小时，即可获得所 说的管件，在室温及20％HCl的条件下，本产品腐蚀速率为2.45mg/m2/hr。
实施例3 取100g糠醇树脂，40g玻璃鳞片、10g硫酸乙酯置于容器中混匀，采用与实 施例2相同的方法制成复合管件，在室温及20％HCl的条件下，本产品腐蚀速率 为1.87mg/m2/hr。
实施例4 取100g酚醛树脂，30g玻璃鳞片、10g硫酸乙酯置于容器中混匀，采用与实 施例2相同的方法制成复合管件，在室温和20％HNO3的条件下，本产品腐蚀速 率为3.83mg/m2/hr。
实施例5 取70gE-44环氧树脂，30g酚醛树脂，50g玻璃鳞片、7g二甲苯、12g二乙 烯三胺置于容器中混匀，采用与实施例2相同的方法制成复合管件，在室温及 20％HCl的条件下，本产品腐蚀速率为2.36mg/m2/hr。
显然，根据本发明的构思和所公开的实施方案，有关专业人员可以方便的采 用其他类型的树脂制备具有耐蚀功能的复合钢管和管件。
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