一种输氢用纤维增强复合内衬柔性管及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种输氢用纤维增强复合内衬柔性管及其制备方法。所述输氢用纤维增强复合内衬柔性管从里到外依次包括：耐氢气渗透金属内衬层，耐氢气渗透塑料内衬层，纤维增强层，塑料外保护层。耐氢气渗透金属内衬层通过粘接剂和耐氢气渗透塑料内衬层粘接。本发明专利技术耐氢气渗透金属内衬层在内，对阻隔氢气起主要作用；耐氢气渗透塑料内衬层在外，对阻隔氢气起辅助作用；耐氢气渗透金属内衬层和耐氢气渗透塑料内衬层共同作用可以有效阻隔氢气渗透，纤维增强层提供管体抗内外压和抗拉伸强度。塑料外保护层提供阻隔、耐磨损、抗冲击等功能。输氢用纤维增强复合内衬柔性管可以有效保障氢气输送安全。全。全。

【技术实现步骤摘要】
一种输氢用纤维增强复合内衬柔性管及其制备方法


[0001]本专利技术涉及复合材料管道领域，具体涉及一种输氢用纤维增强复合内衬柔性管及其制备方法。

技术介绍

[0002]本专利技术
技术介绍
中公开的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]氢气能源作为一种新型绿色清洁能源，氢气的制造和运输是绿色制氢的关键。氢气的运输是一大难题，长距离的输送气体一般会采用钢制管道为主，但是采用钢制管道会存在许多问题，其中最为主要的是出现氢脆问题。由于钢制管道长期暴露在氢气之中，氢会渗入到材料内部，导致钢制管道的力学性能下降，金属材料出现损减、裂纹扩张速度加快和断裂韧性的下降，氢气向外界扩散的概率增加。钢管强度越高，氢浓度越高，氢脆现象越严重。焊缝位置的焊接残余应力和结构不均匀会加速氢扩散，因此管道焊接接头区域发生氢泄漏的风险最高。
[0004]由此提出了利用复合管运输氢气的方法，但是在利用复合管运输氢气的公开技术中，未能很好解决运输过程中氢气渗透的问题。常用的复合管难以满足长距离管道输氢的需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术需要解决的问题是目前没有适于长距离、高压力输送氢气的管道。钢制管道会出现氢脆现象，在焊缝位置处焊接残余应力和结构不均匀会加速氢扩散，因此管道焊接接头区域容易发生氢泄漏。复合材料管道采用聚合物材料作为管道内衬层，存在耐氢气渗透性差和管道耐压等级低的问题。因此本专利技术设计一种采用纤维增强、复合内衬结构的新型输送氢气用柔性管道。
[0006]为了实现以上目的，本专利技术提出了一种输送氢气用纤维增强复合内衬柔性管及其制备方法。该管道利用耐氢气渗透金属内衬层和高密度聚合物共同作用，有效阻隔氢气的渗透作用，提高输氢的耐渗透性能。
[0007]本专利技术提出的一种输氢用纤维增强复合内衬柔性管。具体技术方案如下：一种输氢用纤维增强复合内衬柔性管，所述输氢用纤维增强复合内衬柔性管最内层为耐氢气渗透金属内衬层，耐氢气渗透金属内衬层的外层用粘接剂与耐氢气渗透塑料内衬层粘接形成复合内衬层，复合内衬层外侧缠绕纤维增强层，纤维增强层外侧包裹热塑性塑料外保护层。
[0008]为制造上述一种输送氢气用纤维增强复合内衬柔性管，本专利技术还提供了一种输氢用纤维增强复合内衬柔性管的制造方法，具体步骤如下：
[0009]S1(耐氢气渗透金属内衬层)：首先将耐氢气渗透金属制成的连续薄板(带、膜)，制成连续的圆柱形耐氢气渗透金属内衬层；
[0010]S2(耐氢气渗透塑料内衬层)：在耐氢气渗透金属内衬层外表面均匀涂上粘接剂，然后通过热塑性塑料挤塑机在金属内衬层外侧挤出耐氢气渗透塑料内衬层；耐氢气渗透金属内衬层和耐氢气渗透塑料内衬层通过粘接剂形成复合内衬层结构，提供耐氢气渗透的功能；
[0011]S3(纤维增强层)：待复合内衬层冷却成型后，在其外表面缠绕纤维增强层；
[0012]S4(塑料外保护层)：在纤维增强层外挤出包覆热塑性塑料外保护层。
[0013]作为本专利技术的再进一步方案，耐氢气渗透金属内衬层材料可选铝、铜、镀铝低碳钢(含碳量低于0.25％)、镀铜低碳钢(含碳量低于0.25％)等耐氢气渗透的金属材料。
[0014]作为本专利技术的再进一步方案，耐氢气渗透金属内衬层在制造工艺上可选压辊
‑
卷筒
‑
焊接(简称UOE)工艺或者螺旋缠绕工艺。
[0015]作为本专利技术的再进一步方案，粘结剂为热熔胶，可选乙烯－丙烯酸共聚物为基体的热熔胶、丙烯酸为基体的热熔胶、或其他对金属和非金属聚合物都有良好粘接效果的热熔胶。
[0016]作为本专利技术的再进一步方案，耐氢气渗透金属内衬层在制造工艺上可以使用压辊
‑
卷筒
‑
焊接的UOE成型工艺，也可以采用螺旋缠绕的方法。使用螺旋缠绕的方法，缠绕角度在30
°
至75
°
之间(根据管径和金属带宽度的匹配计算决定)。
[0017]作为本专利技术的再进一步方案，耐氢气渗透塑料内衬层可选自高密度聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚苯硫醚中的一种或几种。
[0018]作为本专利技术的再进一步方案，热塑性塑料外保护层材料的选择与耐氢气渗透塑料内衬层相同。
[0019]作为本专利技术再进一步方案，纤维增强层包括树脂和纤维，树脂材料与耐氢气渗透塑料内衬层热塑性塑料的材料选取一致，纤维材料选自玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维或其它高强度纤维的一种或几种。
[0020]作为本专利技术再进一步方案，纤维增强层缠绕层数可在10至60层之间(具体层数需要根据管道输送压力要求，采用力学理论分析或者有限元仿真的方法计算确定)，具体缠绕方式可以选择纤维纱干缠，也可以选择连续纤维和热塑性塑料制成的复合材料带缠绕，缠绕角度可在35
°
至75
°
之间。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0022]本专利技术提供的一种输氢用纤维增强复合内衬柔性管，由内到外依次有耐氢气渗透金属内衬层，耐氢气渗透塑料内衬层，纤维增强层，塑料外保护层四层结构。
[0023]相较于现有利用复合管道运输氢气的技术，本专利技术在塑料内衬层内侧另外设置了耐氢气渗透金属内衬层，由于金属内衬层耐氢气渗透的能力要优于热塑性塑料的耐氢气渗透能力，因此以耐氢气渗透金属内衬层作为管道最内层结构的氢气渗透率要低于以热塑性塑料作为管道最内层管道结构的氢气渗透率，可以有效阻隔氢气直接渗透进入塑料内衬层的高密度聚合物，能够更好的保护塑料内衬层，更好地增进阻隔氢气渗透的作用。
[0024]与传统的使用钢制管道运输氢气相比，本专利技术提供的一种输氢用纤维增强复合内衬柔性管避免了钢材氢致开裂的问题，同时具备单根长度长、质量轻、柔性好等优点，大大降低了管道的运输和施工成本，能够更好的保障氢气的安全运输。
附图说明
[0025]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0026]图1为一种输氢用纤维增强复合内衬柔性管的结构示意图；其中，1为耐氢气渗透金属内衬层，2为耐氢气渗透塑料内衬层，3为纤维增强层，4为塑料外保护层；
[0027]图2为一种输氢用纤维增强复合内衬柔性管的径向剖面图，其中，1为耐氢气渗透金属内衬层，11为粘接剂，2为耐氢气渗透塑料内衬层，3为纤维增强层，4为塑料外保护层。
具体实施方式
[0028]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0029]下面结合图1和图2对本专利技术的具体实施方式进行说明。
[0030]本专利技术提供了一种输氢用纤维增强复合内衬柔性管，由图1和图2可以看出由内到外，1为耐本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种输氢用纤维增强复合内衬柔性管，其特征在于，所述输氢用纤维增强复合内衬柔性管由内而外为复合内衬层、纤维增强层、热塑性塑料外保护层；所述复合内衬层包括耐氢气渗透金属内衬层和耐氢气渗透塑料内衬层，最内层为耐氢气渗透金属内衬层，耐氢气渗透金属内衬层的外层用粘接剂与耐氢气渗透塑料内衬层粘接形成复合内衬层，复合内衬层外侧缠绕纤维增强层，纤维增强层外侧包裹热塑性塑料外保护层。2.根据权利要求1所述输氢用纤维增强复合内衬柔性管，其特征在于，耐氢气渗透金属内衬层的材料选自铝、铜、镀铝低碳钢、镀铜低碳钢中的一种或多种；优选的，镀铝低碳钢的含碳量低于0.25％；优选的，镀铜低碳钢的含碳量低于0.25％。3.根据权利要求1所述输氢用纤维增强复合内衬柔性管，其特征在于，耐氢气渗透塑料内衬层为耐氢气渗透的热塑性塑料，优选的，选自高密度聚乙烯、聚酰胺、聚丙烯、聚苯硫醚中的一种或多种。4.根据权利要求1所述输氢用纤维增强复合内衬柔性管，其特征在于，纤维增强层包括树脂和纤维，树脂材料与耐氢气渗透塑料内衬层热塑性塑料的材料选取一致，纤维材料选自玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、玄武岩纤维的一种或几种。5.根据权利要求1所述输氢用纤维增强复合内衬柔性管，其特征在于，热塑性塑料外保护层选自高密度聚乙烯、聚酰胺、聚丙烯、聚苯硫醚中的一种或多种。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述输氢用纤维增强复合内衬柔性管的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：S1(耐氢气渗透金属内衬层)：首先将耐氢气渗透金属制成的连续薄板(带...

【专利技术属性】
技术研发人员：时晨，甄锐，王森，蔺全智，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：