專利名稱：陶瓷樹脂內襯復合鋼管及制造方法

　　技術領域：

　　本發明屬于復合鋼管及其制造技術領域，一種陶瓷樹脂內襯復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，通常需要各種材料所制備的管道來輸送大量的粉塵和腐蝕性介質。現有的鋼材因性能和價格等問題，通常不能滿足實際應用要求，如碳鋼管，雖然價格便宜，但它的抗磨耐腐蝕性能差，不銹鋼管則價格昂貴，且不耐氯離子所引起的應力腐蝕。為解決這一問題，人們常用襯膠、襯塑復合鋼管來抵抗介質的腐蝕。例如中國專利(CN87107640A、CN1032812A)公開了一種將塑料管鑲在鋼管內制成鋼塑復合管的方法，中國專利(CN2044207U)介紹了一種可將直徑為350mm以下的鋼管內壁涂覆一層塑料的技術，中國專利(CN1095011A)公開了不同長度鋼管內襯橡膠的技術工藝。上述復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遠高于碳鋼管的熱膨脹系數，因此在溫度較高或頻繁波動變化時，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力較差，影響了襯膠、襯塑復合鋼管使用壽命。

　　日本專利(J8047550，J59218840，J62086172，J63089680)，美國專利(US4043353，US4142556)和中國專利(CN1059376A)等公開了一種利用鋁熱—離心鑄造技術制備的陶瓷內襯鋼管，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生放熱反應，并依靠反應熱將反應產物鐵和氧化鋁熔融，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渡區，并將陶瓷和鋼管結合起來。鋁熱反應如下

　　但由于上述反應非常迅速，氧化鋁的熔點很高，致使反應產物熔融時間極短，一般持續時間2-5秒左右，因此很難在這極短的時間內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不同，鋼管對陶瓷層產生很大的收縮壓力，造成涂層表層出現裂紋，由于氣孔和裂紋的存在，使得陶瓷襯層不能抵抗腐蝕介質的滲透，結果導致復合鋼管防腐能力的喪失。所以，目前國內外均將鋁熱—離心法制備的鋼管當作耐磨管應用于粉塵介質的輸送，還不能用來輸送腐蝕性的液體介質。因此，必須盡快開發研究一種新的復合鋼管，使其具有耐磨和防腐的雙重功能，以滿足產業部門的需要。

　　本發明的目的在于克服現有技術的不足，提出一種具有耐磨和防腐雙重功能的陶瓷樹脂內襯復合鋼管和它的制造方法，以滿足產業部門的需要。

　　本發明的基本構思是這樣的首先利用鋁熱—離心技術制造陶瓷復合鋼管，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、裂紋也同時被熱固性樹脂所密封，形成一層無滲透性的樹脂—陶瓷復合襯層，避免腐蝕介質透過陶瓷層與鋼管接觸，從而獲得一種具有耐磨和耐蝕雙重功能的陶瓷樹脂內襯復合鋼管。

　　依據上述構思，發明人經過大量試驗，研制了一種全新的鋼管—陶瓷樹脂內襯復合鋼管，

　　圖1為所說鋼管的剖示圖，圖2為所說鋼管的橫截面圖，圖3為所說鋼管的橫截面放大后的局部示圖，圖4為具有法蘭的復合鋼管的局部示圖，其中1————————————————————鋼管2————————————————————還原鐵3————————————————————氧化鋁4————————————————————熱固性樹脂5————————————————————裂縫6————————————————————法蘭所說的復合鋼管由鋼管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，在鋼管內流動的具有腐蝕性的介質不會透過陶瓷層與鋼管接觸，造成鋼管的腐蝕，從而影響鋼管的使用壽命。

　　根據實際使用時的需要，也可以在所說的鋼管的端部設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合鋼管。

　　所說的熱固性樹脂為不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂、呋喃樹脂、酚醛樹脂和環氧呋喃樹脂中的一種。

　　本發明所說的鋼管可以按圖5所示的方法進行制備其中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，制備好陶瓷內襯鋼管；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份的促進劑、1～20份的固化劑混合待用(質量)；所說的充填劑為無機物，常用的充填劑為石英粉、瓷粉、鑄石粉和滑石粉中的一種；所說的促進劑為環烷酸鹽等，如環烷酸鈷、環烷酸鋅等；所說的固化劑為有機胺類，如己二胺、二乙烯三胺等，4.用真空泵將陶瓷鋼管內部抽真空，達到一定真空度要求后，通過端蓋進料管(9)將上述樹脂吸入鋼管內；5.將吸入樹脂的鋼管置于離心機上離心旋轉，使樹脂液充分滲入氣孔、裂縫。邊旋轉邊加熱鋼管外部，或者將熱空氣通入鋼管，促使樹脂加快固化；6.當樹脂固化后，停止旋轉，拆開端蓋，即可得到所說的樹脂-陶瓷-復合管。

　　本發明制成的復合管材，具有優異的防腐耐磨性能和機械性能，在室溫下，分別浸泡在40％H2SO4和20％HCl、20％HNO3中一個月，腐蝕失重分別為1.38mg/m2/hr，2.45mg/m2/hr和3.83mg/m2/hr，遠優于18-8不銹鋼和陶瓷內襯鋼管。

　　實施例1取300g鋁粉、950gFe2O3粉、60gSiO2和15gZrO2混勻后裝入φ108×4.5×400mm的鋼管中，鋼管夾持在離心機上。當轉速達到1800轉/分時，用乙炔焰將鋁熱劑點燃，經反應燒結后，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環烷酸鈷和5g環烷酸鋅混勻，然后真空吸入陶瓷鋼管內，將吸入樹脂的鋼管置于離心機上旋轉，用火焰加熱外管。當樹脂充分固化后，取下鋼管，拆開端蓋即得到陶瓷內襯和表面樹脂涂覆的、帶法蘭翻邊的防腐耐磨復合鋼管。在室溫下浸泡于40％的H2SO4溶液中，本產品腐蝕速率為1.38mg/m2/hr。實施例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的方法制成陶瓷內襯復合鋼管；取100gE-44環氧樹脂，30g石英粉、5g甲苯、12g已二胺混勻，然后真空吸入陶瓷鋼管內；采用與例1相同的步驟，并用熱風加熱的方法制成樹脂-陶瓷-內襯復合鋼管，在室溫及20％HCl的條件下，本產品腐蝕速率為2.45mg/m2/hr。實施例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的方法制成陶瓷內襯復合鋼管；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。采用與例1相同的方法制成樹脂-陶瓷-內襯復合鋼管，在室溫及20％HCl的條件下，本產品腐蝕速率為1.87mg/m2/hr。實施例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的方法制成陶瓷內襯復合鋼管；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。采用與例1相同的方法制成樹脂-陶瓷-內襯復合鋼管，在室溫和20％HNO3的條件下，本產品腐蝕速率為3.83mg/m2/hr。實施例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的方法制成陶瓷內襯復合鋼管；取70gE-44環氧樹脂，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。采用與例1相同的方法制成樹脂-陶瓷-內襯復合鋼管，在室溫及20％HCl的條件下，本產品腐蝕速率為2.36mg/m2/hr。

　　顯然，根據本發明的構思和所公開的實施方案，有關專業人員可以方便的采用其他類型的樹脂制備具有耐磨、耐蝕功能的復合鋼管。

　　權利要求

　　1.一種陶瓷樹脂內襯復合鋼管，其特征在于是由還原鐵(2)和氧化鋁(3)構成的陶瓷層、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.據權利要求1所述的鋼管，其特征在于鋼管的端部設有熱固性樹脂層(4)封面的發蘭(6)。

　　3.據權利要求1、2所述的鋼管，其特征在于所說的熱固性樹脂為不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂、呋喃樹脂、酚醛樹脂和環氧呋喃樹脂中的一種，其厚度為0.5-3mm。

　　4.據權利要求1、2所述的鋼管的制造方法，先制備一個陶瓷內襯復合鋼管，其特征在于將所說的陶瓷內襯復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)之間形成一個間隙，間隙的大小取決于墊片(7)的厚度；用真空泵將陶瓷內襯復合鋼鋼管內部抽真空；通過端蓋上的進料管(9)將配制好的熱固性樹脂吸入鋼管內，將吸入樹脂后的鋼管置于離心機上離心旋轉，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；邊旋轉邊加熱鋼管，促使樹脂加快固化；當樹脂固化后，停止旋轉，拆開端蓋，即可得到所說的樹脂—陶瓷—復合管。

　　全文摘要

　　本發明研究制備了一種陶瓷樹脂內襯復合鋼管,所說的復合鋼管由陶瓷層、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,并在所說的復合鋼管端部設置了具有熱固性樹脂層的法蘭,具有腐蝕性的介質不會通過陶瓷層表面的氣孔和裂縫與鋼管接觸而引起鋼管的腐蝕,因此所說的鋼管具有耐磨和耐腐的雙重功能,能廣泛應用于石油、化工、電力等行業。

　　文檔編號F16L9/133GK1178878SQ9710664

　　公開日1998年4月15日 申請日期1997年10月7日 優先權日1997年10月7日

　　發明者李海林, 馬玉錄, 史建華, 耿建芳, 王正東, 朱奎龍, 吳東棣 申請人:華東理工大學