Si-TPE复合管道的制备及应用VIP

杆鬼 建蟓 中 国 科 技 核 心 期 刊 新型超耐磨 H D P E S i T P E 复合管道的制备及应用 陆国强， 冯金茂 ， 张伟娇 ( 浙江伟星新型建材股份有限公司， 浙江 临海3 1 7 0 0 0 ) 摘要 ： 以耐磨弹性体( S i T P E ) 为内层， 高密度聚乙烯( H D P E ) 为外层， 采用共挤技术制备双层复合结构的新型超耐磨复合管道 ( HD P E ， s i T P E ) 。通过 磨损试验对 比了不 同材料和不 同管道的耐磨性能， 结果表明， 该新 型超耐磨复合管道 的耐磨性 为超 高分子质 量聚乙烯( u H M wP E ) 管道的2 3 倍， 为钢管的 5 倍以上。 通过磨损机理分析表明， 其超耐磨性能缘于内层弹性体材料能有效吸收输 送介质 的冲击能和阻止尖锐颗 粒划伤后 的裂纹延伸 。并介绍该管材在多种工程中的应用实例 。 关键词 ： 复合管道； 超耐磨； 磨损试验； 耐磨弹性体； H D P E 中图分类号： T U 5 3 2 6 1 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 5 ) 0 5 0 0 2 5 0 4 P r e p a r a ti o n a n d a p p l i c a t i o n o f n e w u l t r a we a r - r e s i s t a n t HDP E S i - TP E c o mp o s i t e p i p e l i n e L U G u o q i a n g ， F E NG J i n m a o ， Z H A N G We ij i a o ( Z h e j i a n g We i x i n g N e w B u i l d i n g Ma t e r i a l s C o L t d ， L i n h a i 3 1 7 0 0 0， Z h e j i a n g ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： U s i n g w e a r - r e s i s t a n t e l a s t o m e r ( S i - T P E ) a s t h e i n n e r l a y e r ，a n d h i s h d e n s i t y p o l y e t h y l e n e ( HD P E ) a s t h e o u t e r l a y e r ， d o u b l e - c o mp o s i t e s t r u c t u r e n e w u l t r a we ar- r e s i s t a n t c o mp o s i t e p i p e l i n e( HDP E S i - TP E) wa s p rep are d wi t h t h e C O e x t r us i o n t e c h n o l o g y W e a r r e s i s t a n t p e r f o r man c e o f d i f f e r e n t ma t e ria l s a n d p i p e s we re c o mp a r e d b y a b r a s i o n t e s t Th e r e s u l t s s h o we d t h a t t h e we ar r e s i s t an c e o f t h e n e w u l t r a we arr e s i s t a n t c o mp o s i t e p i p e i s 2 t o 3 t i me s h iig h e r t h an t h e u l t r ah i g h mo l u l ar we i g h t p o l y e t h y l e n e ( UH MWP E ) p i p e ， an d 5 t i m e s h i s h e r tha n t h e s t e e l p i p e Th e w e ar m e c h a n i s m a n al y s i s s h o w e d t h e ma i n c a u s e f o r u l t r a we ar - re s i s t an t p e rfo r ma n c e ： i t s u l t r a i n n e r e l as t o me r ma t e r i al c a n e f f e c t i v e l y ab s o r b i mp a c t e n e r g y o f t he t r a n s mi t t e d me d i u m ， an d p rev e n t c r a c k e x t e n s i o n a f t e r b e i n g s c r a t c h e d b y s h a r p p a r t i c l e s An d t h i s p a p e r a l s o d e s c rib e s t h e p i p e a p p l i c a t i o n s i n a v a rie t y o f e ng i n e e rin g e x a mp l e s Ke y wo r d s ： c o mp o s i t e p i p e ， u l t r a w e ar- res i s t a n t ， ab r a s i o n t e s t ， w e a r - r e s i s t an t e l ast o me r ， H D P E O 前言 据统计，我国每年耐磨领域所消耗的管道总量达到 1 0 0 亿元， 其市场容量巨大【 1 。耐磨管道的应用非常广泛， 主要应 用领域包括： 矿山， 如矿浆选矿输送和尾矿的长距离管道输送； 航运， 如江河湖海的清淤疏浚、 抽沙排沙； 冶金， 如精矿浆、 冶 金废渣、 铅粒、 铝粉等输送； 化工， 如煤粉、 硅粉、 盐浆、 碱浆等 固液混合物的输送； 电力， 如火电厂除灰、 排渣、 送粉、 回粉、 脱 硫工艺管道等。 传统的耐磨管道主要以金属管道为主，但金属管道的耐 磨性能和耐腐蚀性能较差， 使用寿命很短， 一般3 5 年即因 腐蚀、 磨损而更换， 市场迫切需要开发新型耐磨管道。最先采 用的是钢管内衬耐磨橡胶技术 2 1 ， 但胶层易与钢管脱层而造成 收稿 日期 ： 2 0 1 4 1 1 - 2 6 ： 修订 日期： 2 0 1 5 0 1 2 0 作 者简 介： 陆国强 ， 男 ， 1 9 8 5年生 ， 浙江平湖人， 工程师 。地址 ： 浙江省 临海市柏 叶中路 2 2 9号 ， E - ma i l ： l g q 1 9 8 5 5 8 1 6 3 c o rn。 管道堵塞， 严重阻碍了衬胶钢管的发展。 近年来发展较为迅速 的是超高分子质量聚乙烯( u H M wP E ) 管道3 1 ， 但U H M WP E管 也暴露出加工难度大、 耐压低等缺陷， 其耐磨性在恶劣工况下 存在不足， 目 前仅局限于一些中低压、 中小口 径管道领域应用。 本文介绍一种新型超耐磨( H D P E S i 一 r P E ) 复合管道， 该 管道既保持P E管道易加工的特点， 又具有优异的耐磨性能， 可为耐磨管道行业提供一种高性价比的产品方案。 1 超耐磨管道的制备 1 1 原材料 高密度聚乙烯( H D P E ) 管道专用料， J H M G C 1 0 0 S ， 吉林石 化； 黑色母料( c a b o t ， 2 7 6 2 ) 、 硅烷接枝热塑性弹性体( s i 一 I 吼： ) 材料， 自制。 1 2 产品结构 伟星超耐磨复合管道是一种双层复合结构产品。内层材 料为新型可挤出的耐磨弹性体材料( s i T P E ) ， 外层材料为高 密度聚乙烯( H D P E ) 管道专用料， 其结构如图1 所示。 NE W B UI L DI NG MA T E R I AL S 2 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 陆国强， 等： 新型超耐磨 H D P E S i T P E复合管道的制备及应用 新型耐磨弹性体 图 1 新型超耐磨复合管道的结构示意 1 3 生产工艺流程 伟星超耐磨复合管道采用共挤技术制备而成，其复合成 型工艺简单： 首先将所用原料在6 0 下干燥处理2 h ， 然后各 自 在挤出机中塑化挤出， 再通过双层共挤模头复合成型， 层与 层之间经特殊处理后能较好地粘合成一体化结构，然后经冷 却定型、 牵引、 切割后包装入库， 其工艺流程见图2 。 匦丽一 l 原 料 2 干 燥I一 丁 一 l 包 装 入 库1 一l 牵 7 1 切 割I 图 2 超耐磨复合管道 的生产工 艺流程 2 磨损试验及磨损机理探讨 采用砂浆磨损试验和摇摆磨损试验分别对不同材料和不 同管道的耐磨性进行对比 试验。 试验结果表明， 该新型耐磨材 料的耐磨性远高于传统的金属材料和U H M WP E材料。 2 1 管道材料磨损试验 砂浆磨损试验按照Q B T 2 6 6 8 -2 0 0 4 超高分子质量聚 乙烯管材 附录 砂浆磨损率试验方法 行。 将不同的管道 材料制成相同尺寸的样片， 置于砂浆中高速旋转磨擦， 历时数 小时后取出， 测试样片的失重比例， 得出不同材料在砂浆中的 磨损率。 试验对比了超耐磨复合管材内壁的耐磨弹性体材料、 U H M WP E 、 耐磨橡胶和 H D P E等4种材料的磨损率。图3 为 砂浆磨损试验机示意。磨损试验结果见表 1 。 图 3 砂 浆磨损试验机示意 2 6 新型建筑材料 2 0 1 5 5 表 1 不 同管材试样的砂浆磨损试验结果 注 ： 试 验砂 水 比 ( 体 积 比) 为 3 ： 2 ， 转 速 6 7 0 r mi n ， 时 间 4h ： 细 砂 为 粒径 0 5 mm的石英砂 ； 粗砂为粒径 3 - 5 mm、 棱角尖 锐的石英砂 。 2 2 管材磨损试验 采用摇摆磨损试验( D a r m s t a d t T e s t ) 测试管材的磨损率。 试样管材公称外径为 1 6 0 m m， 试验方法如下： 将不同粒径的 砂石按一定比 例混配，称量3 5 k g 装入长度 1 m的试验管段 中， 再加入3 5 水( 砂石与水的质量比为 1 ： 1 ) 后将管端密 封， 夹持在摇摆机上往复摆动， 使试验管段内的砂石来回磨损 管壁。摇摆机摆动角度为4 5 。 ， 摆动频率为2 0 次 m i n ， 每经过 2 O 万次磨损更换 1 次砂石， 计算管段的质量损失率即为管材 的磨损率。 试验用砂石的粒径及质量比见表2 ， 摇摆磨损试验 方法见图4 ， 不同管材的磨损试验结果见图5 。 表 2 磨 损介质 ( 砂石) 的粒径及质量分数 2 5 2 0 罨 纂L 瑟1 0 蟋 O5 O 图 4 摇摆磨损试