專利名稱：陶瓷樹脂內(nèi)襯復(fù)合鋼管及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于復(fù)合鋼管及其制造技術(shù)領(lǐng)域，一種陶瓷樹脂內(nèi)襯復(fù)合鋼管及其制造方法。
眾所周知，在石油、化工、冶金、礦山、電力等行業(yè)，通常需要各種材料所制備的管道來(lái)輸送大量的粉塵和腐蝕性介質(zhì)?，F(xiàn)有的鋼材因性能和價(jià)格等問(wèn)題，通常不能滿足實(shí)際應(yīng)用要求，如碳鋼管，雖然價(jià)格便宜，但它的抗磨耐腐蝕性能差，不銹鋼管則價(jià)格昂貴，且不耐氯離子所引起的應(yīng)力腐蝕。為解決這一問(wèn)題，人們常用襯膠、襯塑復(fù)合鋼管來(lái)抵抗介質(zhì)的腐蝕。例如中國(guó)專利(CN87107640A、CN1032812A)公開了一種將塑料管鑲在鋼管內(nèi)制成鋼塑復(fù)合管的方法，中國(guó)專利(CN2044207U)介紹了一種可將直徑為350mm以下的鋼管內(nèi)壁涂覆一層塑料的技術(shù)，中國(guó)專利(CN1095011A)公開了不同長(zhǎng)度鋼管內(nèi)襯橡膠的技術(shù)工藝。上述復(fù)合鋼管都存在著十分明顯的缺陷，橡膠和塑料的熱膨脹系數(shù)遠(yuǎn)高于碳鋼管的熱膨脹系數(shù)，因此在溫度較高或頻繁波動(dòng)變化時(shí)，襯膠層或襯塑層容易與鋼管剝離蹋陷失效，喪失工作能力；此外，膠粘劑的老化，聚乙烯、聚丙烯、聚四氟塑料與鋼管粘結(jié)力較差，影響了襯膠、襯塑復(fù)合鋼管使用壽命。
日本專利(J8047550，J59218840，J62086172，J63089680)，美國(guó)專利(US4043353，US4142556)和中國(guó)專利(CN1059376A)等公開了一種利用鋁熱—離心鑄造技術(shù)制備的陶瓷內(nèi)襯鋼管，陶瓷具有良好的防腐耐磨性能，制造陶瓷襯管是解決管材耐蝕、耐磨問(wèn)題的有效方法之一，其原理是利用Al或Mg等還原金屬與氧化鐵發(fā)生放熱反應(yīng)，并依靠反應(yīng)熱將反應(yīng)產(chǎn)物鐵和氧化鋁熔融，離心力的作用使二者分層，因Al2O3比重小，分布在鋼管的內(nèi)壁形成陶瓷襯層，而比重比較大的鐵則分布在鋼管基體和陶瓷之間形成過(guò)渡區(qū)，并將陶瓷和鋼管結(jié)合起來(lái)。鋁熱反應(yīng)如下
但由于上述反應(yīng)非常迅速，氧化鋁的熔點(diǎn)很高，致使反應(yīng)產(chǎn)物熔融時(shí)間極短，一般持續(xù)時(shí)間2-5秒左右，因此很難在這極短的時(shí)間內(nèi)形成致密氧化鋁涂層；此外，因溫度的急劇變化和熱膨脹系數(shù)不同，鋼管對(duì)陶瓷層產(chǎn)生很大的收縮壓力，造成涂層表層出現(xiàn)裂紋，由于氣孔和裂紋的存在，使得陶瓷襯層不能抵抗腐蝕介質(zhì)的滲透，結(jié)果導(dǎo)致復(fù)合鋼管防腐能力的喪失。所以，目前國(guó)內(nèi)外均將鋁熱—離心法制備的鋼管當(dāng)作耐磨管應(yīng)用于粉塵介質(zhì)的輸送，還不能用來(lái)輸送腐蝕性的液體介質(zhì)。因此，必須盡快開發(fā)研究一種新的復(fù)合鋼管，使其具有耐磨和防腐的雙重功能，以滿足產(chǎn)業(yè)部門的需要。
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種具有耐磨和防腐雙重功能的陶瓷樹脂內(nèi)襯復(fù)合鋼管和它的制造方法，以滿足產(chǎn)業(yè)部門的需要。
本發(fā)明的基本構(gòu)思是這樣的首先利用鋁熱—離心技術(shù)制造陶瓷復(fù)合鋼管，然后在陶瓷層的表面涂覆一層0.5～3mm的熱固性樹脂，陶瓷層上的氣孔、裂紋也同時(shí)被熱固性樹脂所密封，形成一層無(wú)滲透性的樹脂—陶瓷復(fù)合襯層，避免腐蝕介質(zhì)透過(guò)陶瓷層與鋼管接觸，從而獲得一種具有耐磨和耐蝕雙重功能的陶瓷樹脂內(nèi)襯復(fù)合鋼管。
依據(jù)上述構(gòu)思，發(fā)明人經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)，研制了一種全新的鋼管—陶瓷樹脂內(nèi)襯復(fù)合鋼管，

圖1為所說(shuō)鋼管的剖示圖，圖2為所說(shuō)鋼管的橫截面圖，圖3為所說(shuō)鋼管的橫截面放大后的局部示圖，圖4為具有法蘭的復(fù)合鋼管的局部示圖，其中1————————————————————鋼管2————————————————————還原鐵3————————————————————氧化鋁4————————————————————熱固性樹脂5————————————————————裂縫6————————————————————法蘭所說(shuō)的復(fù)合鋼管由鋼管1、還原鐵2和氧化鋁3組成的陶瓷層、熱固性樹脂層4所構(gòu)成，陶瓷層的厚度為1-3mm，熱固性樹脂的厚度為0.5-3mm，陶瓷層上的裂縫5為熱固性樹脂所封閉，因此，在鋼管內(nèi)流動(dòng)的具有腐蝕性的介質(zhì)不會(huì)透過(guò)陶瓷層與鋼管接觸，造成鋼管的腐蝕，從而影響鋼管的使用壽命。
根據(jù)實(shí)際使用時(shí)的需要，也可以在所說(shuō)的鋼管的端部設(shè)置具有熱固性樹脂層的法蘭6，制成一種具有熱固性樹脂層封面法蘭的復(fù)合鋼管。
所說(shuō)的熱固性樹脂為不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、呋喃樹脂、酚醛樹脂和環(huán)氧呋喃樹脂中的一種。
本發(fā)明所說(shuō)的鋼管可以按圖5所示的方法進(jìn)行制備其中7————————密封墊片8————————端蓋9————————樹脂吸入管1.按照日本專利(J63089680)所公開的技術(shù)，制備好陶瓷內(nèi)襯鋼管；2.將上述制備好的陶瓷鋼管兩端焊上法蘭6，兩端用端蓋8，密封墊7密封，端蓋涂有脫模劑，墊片7使鋼管法蘭和封蓋端面存在間隙，間隙的大小取決于墊片7的厚度，當(dāng)樹脂充滿該間隙固化后，就形成樹脂法蘭翻邊密封面；3.按配比將100份熱固性樹脂、5～20份的充填劑、0～20份的促進(jìn)劑、1～20份的固化劑混合待用(質(zhì)量)；所說(shuō)的充填劑為無(wú)機(jī)物，常用的充填劑為石英粉、瓷粉、鑄石粉和滑石粉中的一種；所說(shuō)的促進(jìn)劑為環(huán)烷酸鹽等，如環(huán)烷酸鈷、環(huán)烷酸鋅等；所說(shuō)的固化劑為有機(jī)胺類，如己二胺、二乙烯三胺等，4.用真空泵將陶瓷鋼管內(nèi)部抽真空，達(dá)到一定真空度要求后，通過(guò)端蓋進(jìn)料管(9)將上述樹脂吸入鋼管內(nèi)；5.將吸入樹脂的鋼管置于離心機(jī)上離心旋轉(zhuǎn)，使樹脂液充分滲入氣孔、裂縫。邊旋轉(zhuǎn)邊加熱鋼管外部，或者將熱空氣通入鋼管，促使樹脂加快固化；6.當(dāng)樹脂固化后，停止旋轉(zhuǎn)，拆開端蓋，即可得到所說(shuō)的樹脂-陶瓷-復(fù)合管。
本發(fā)明制成的復(fù)合管材，具有優(yōu)異的防腐耐磨性能和機(jī)械性能，在室溫下，分別浸泡在40％H2SO4和20％HCl、20％HNO3中一個(gè)月，腐蝕失重分別為1.38mg/m2/hr，2.45mg/m2/hr和3.83mg/m2/hr，遠(yuǎn)優(yōu)于18-8不銹鋼和陶瓷內(nèi)襯鋼管。
實(shí)施例1取300g鋁粉、950gFe2O3粉、60gSiO2和15gZrO2混勻后裝入φ108×4.5×400mm的鋼管中，鋼管夾持在離心機(jī)上。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到1800轉(zhuǎn)/分時(shí)，用乙炔焰將鋁熱劑點(diǎn)燃，經(jīng)反應(yīng)燒結(jié)后，形成2.5mm的陶瓷襯層；將上述陶瓷鋼管焊上法蘭6，加上墊片7、封蓋密封8，然后抽真空；取150g乙烯基不飽和樹脂，60g滑石粉、8g環(huán)烷酸鈷和5g環(huán)烷酸鋅混勻，然后真空吸入陶瓷鋼管內(nèi)，將吸入樹脂的鋼管置于離心機(jī)上旋轉(zhuǎn)，用火焰加熱外管。當(dāng)樹脂充分固化后，取下鋼管，拆開端蓋即得到陶瓷內(nèi)襯和表面樹脂涂覆的、帶法蘭翻邊的防腐耐磨復(fù)合鋼管。在室溫下浸泡于40％的H2SO4溶液中，本產(chǎn)品腐蝕速率為1.38mg/m2/hr。實(shí)施例2取300g鋁粉、1000gFe3O4粉、50gSiO2和12gAl2O3混勻后裝入φ108×4.5×400mm的鋼管中，并按例1的方法制成陶瓷內(nèi)襯復(fù)合鋼管；取100gE-44環(huán)氧樹脂，30g石英粉、5g甲苯、12g已二胺混勻，然后真空吸入陶瓷鋼管內(nèi)；采用與例1相同的步驟，并用熱風(fēng)加熱的方法制成樹脂-陶瓷-內(nèi)襯復(fù)合鋼管，在室溫及20％HCl的條件下，本產(chǎn)品腐蝕速率為2.45mg/m2/hr。實(shí)施例3取300g鋁粉、1000gFe3O4粉、20gAl2O3混勻后裝入φ108×4.5×400mm的鋼管中，并按例1的方法制成陶瓷內(nèi)襯復(fù)合鋼管；取100g糠醇樹脂，40g石英粉、5g甲苯、8g硫酸乙酯混勻，然后真空吸入陶瓷鋼管內(nèi)。采用與例1相同的方法制成樹脂-陶瓷-內(nèi)襯復(fù)合鋼管，在室溫及20％HCl的條件下，本產(chǎn)品腐蝕速率為1.87mg/m2/hr。實(shí)施例4
取280g鋁粉、960gFe3O4粉、20gSiO2和12gAl2O3、10gZrO2混勻后裝入φ108×4.5×400mm的鋼管中，并按例1的方法制成陶瓷內(nèi)襯復(fù)合鋼管；取100g酚醛樹脂，30g瓷粉、20g丙酮、10g硫酸乙酯混勻，然后真空吸入陶瓷鋼管內(nèi)。采用與例1相同的方法制成樹脂-陶瓷-內(nèi)襯復(fù)合鋼管，在室溫和20％HNO3的條件下，本產(chǎn)品腐蝕速率為3.83mg/m2/hr。實(shí)施例5取300g鋁粉、1000gFe3O4粉、30g玻璃粉和20gAl2O3混勻后裝入φ108×4.5×400mm的鋼管中，并按例1的方法制成陶瓷內(nèi)襯復(fù)合鋼管；取70gE-44環(huán)氧樹脂，30g糠醛樹脂，50g鑄石粉、10g二甲苯、12g二乙烯三胺，8g苯甲酸二丁酯混勻，然后真空吸入陶瓷鋼管內(nèi)。采用與例1相同的方法制成樹脂-陶瓷-內(nèi)襯復(fù)合鋼管，在室溫及20％HCl的條件下，本產(chǎn)品腐蝕速率為2.36mg/m2/hr。
顯然，根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思和所公開的實(shí)施方案，有關(guān)專業(yè)人員可以方便的采用其他類型的樹脂制備具有耐磨、耐蝕功能的復(fù)合鋼管。
權(quán)利要求
1.一種陶瓷樹脂內(nèi)襯復(fù)合鋼管，其特征在于是由還原鐵(2)和氧化鋁(3)構(gòu)成的陶瓷層、熱固性樹脂層(4)和鋼管(1)所組成，陶瓷層表面的氣孔和裂縫(5)由熱固性樹脂(4)所封閉。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼管，其特征在于鋼管的端部設(shè)有熱固性樹脂層(4)封面的發(fā)蘭(6)。
3.據(jù)權(quán)利要求1、2所述的鋼管，其特征在于所說(shuō)的熱固性樹脂為不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、呋喃樹脂、酚醛樹脂和環(huán)氧呋喃樹脂中的一種，其厚度為0.5-3mm。
4.據(jù)權(quán)利要求1、2所述的鋼管的制造方法，先制備一個(gè)陶瓷內(nèi)襯復(fù)合鋼管，其特征在于將所說(shuō)的陶瓷內(nèi)襯復(fù)合鋼管的兩端焊上法蘭(6)，兩端用端蓋(8)和密封墊(7)密封，端蓋涂有脫模劑，墊片(7)使鋼管法蘭(6)和端蓋(8)之間形成一個(gè)間隙，間隙的大小取決于墊片(7)的厚度；用真空泵將陶瓷內(nèi)襯復(fù)合鋼鋼管內(nèi)部抽真空；通過(guò)端蓋上的進(jìn)料管(9)將配制好的熱固性樹脂吸入鋼管內(nèi)，將吸入樹脂后的鋼管置于離心機(jī)上離心旋轉(zhuǎn)，使樹脂液充分滲入氣孔、裂縫以及鋼管法蘭(6)和端蓋(8)之間的間隙；邊旋轉(zhuǎn)邊加熱鋼管，促使樹脂加快固化；當(dāng)樹脂固化后，停止旋轉(zhuǎn)，拆開端蓋，即可得到所說(shuō)的樹脂—陶瓷—復(fù)合管。
全文摘要
本發(fā)明研究制備了一種陶瓷樹脂內(nèi)襯復(fù)合鋼管,所說(shuō)的復(fù)合鋼管由陶瓷層、熱固性樹脂層4和鋼管1所組成,陶瓷層表面的氣孔和裂縫5也由熱固性樹脂4所封閉,并在所說(shuō)的復(fù)合鋼管端部設(shè)置了具有熱固性樹脂層的法蘭,具有腐蝕性的介質(zhì)不會(huì)通過(guò)陶瓷層表面的氣孔和裂縫與鋼管接觸而引起鋼管的腐蝕,因此所說(shuō)的鋼管具有耐磨和耐腐的雙重功能,能廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力等行業(yè)。
文檔編號(hào)F16L9/133GK1178878SQ9710664
公開日1998年4月15日 申請(qǐng)日期1997年10月7日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月7日
發(fā)明者李海林, 馬玉錄, 史建華, 耿建芳, 王正東, 朱奎龍, 吳東棣 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)