[发明专利]采矿用耐磨耐高压非金属复合柔性管及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种采矿用耐磨耐高压非金属复合柔性管及其制备方法与应用，所述的耐磨耐高压非金属复合柔性管具有多层管壁结构，包括热塑性聚氨酯内衬层、抗压纤维增强层和外保护层，其中抗压纤维增强层设置在热塑性聚氨酯内衬层与外保护层之间。本发明的柔性管可用于采矿领域尤其是深海采矿领域，用于对管道具有超高耐磨性能、耐冲击性能、耐高压要求的矿砂等采矿用液固、气固两相及多相流的输送。

技术领域

本发明是关于一种采矿用耐磨耐高压非金属复合柔性管及其制备方法与应用，所述管道可用作陆地及海洋各种液相或固液混合相及多相流的矿产的开采及输送管道。

背景技术

传统采矿用输送管大多采用金属材质和金属与高分子材料复合材质两种方案：金属材质管道其存在比重大、易腐蚀、易磨损、更换频率高等不足；金属与高分子材料复合管道一般是在金属内外表面敷设一层高分子耐磨材料，其仍存在比重大，不易存储、运输和施工等不足。相对于传统金属管材，非金属柔性管具有质轻、耐腐蚀、低成本等诸多优势，目前在化工、石油、汽车、采矿等领域已部分或完全取代了传统的金属管道。

随着非金属材料科学和加工技术的不断提高，非金属管道在向大口径、高压力、高性能等方向发展，但其综合性能仍有待更进一步提升。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种耐磨耐高压非金属复合柔性管道。

本发明的另一目的在于提供一种制备所述耐磨耐高压非金属复合柔性管道的方法。

本发明的另一目的在于提供所述耐磨耐高压非金属复合柔性管道的应用。

为达上述目的，本发明中主要是采用聚氨酯与纤维多层复合的技术，将热塑型聚氨酯的耐磨性能、耐冲击性能与纤维的高强度、高模量性能相结合，制备出一种复合管柔性管，其可用于对管道具有超高耐磨性能、耐冲击性能、耐高压要求的矿砂等采矿用液固、气固两相流及多相流的输送。

一方面，本发明提供了一种采矿用耐磨耐高压非金属复合柔性管，其具有多层管壁结构，包括热塑性聚氨酯内衬层、抗压纤维增强层和外保护层，其中抗压纤维增强层设置在热塑性聚氨酯内衬层与外保护层之间。

根据本发明的具体实施方案，本发明的热塑性聚氨酯内衬层的原料配方包括：聚氨酯基体89.5～99.4wt％，耐磨填料0.5～10wt％，抗氧剂0.1～0.5wt％。

根据本发明的具体实施方案，本发明的热塑性聚氨酯内衬层的原料配方中，所述聚氨酯基体为热塑性聚氨酯弹性体，其硬度70～98，拉伸强度≥20MPa，撕裂强度≥60N/mm。本发明中对热塑性聚氨酯弹性体的其他性能无特殊要求。适用于本发明的热塑性聚氨酯弹性体可以商购获得，例如可以购买万华生产的，牌号主要有8190，8290，8264和A890等。

根据本发明的具体实施方案，本发明的热塑性聚氨酯内衬层的原料配方中，所述耐磨填料可包括碳纳米管、二硫化钼、石墨烯和蒙脱土中的一种或几种。当采用多种混合时，对各组分的混合比例无特殊要求。本发明中对耐磨填料的性能无特殊要求。本发明的耐磨填料可以包括经过或未经过表面修饰处理的填料，其中，所述的经过表面修饰处理包括但不限于利用表面修饰剂如硅烷偶联剂、季铵盐表面活性剂、乙二胺、聚乙烯亚胺和聚氨酯预聚体中的至少一种对无机粒子(碳纳米管、二硫化钼、石墨烯或蒙脱土)进行改性处理，表面修饰剂与无机粒子的质量可比为1:100～1:10。

根据本发明的具体实施方案，本发明的抗压纤维增强层为纤维编织或者缠绕形成的结构，编织或缠绕层数为一层或多层；所采用的纤维选自聚酯纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、碳纤维等非金属纤维长丝中的一种或几种。本发明中，对纤维的其他性能无特殊要求，如果所用纤维较细，可以先进行加捻合股处理再进行编织或者缠绕，通常，加捻合股处理后的纤维束的直径可以为0.5～30mm，加捻捻度一般大于30捻，根据纤维实际粗细可对捻度进行适当调整。