一種高強韌耐磨防腐抗震復合微晶管道及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種高強韌耐磨防腐抗震復合微晶管道及其制備方法，屬于微晶玻璃 應用技術領域。
【背景技術】
[0002] 金屬管道，尤其是合金鋼管道，在諸多領域具有廣泛的應用。可是金屬的防腐耐磨 問題已成為制約其發展的難關。材料科學工作者已采用各種技術來增加金屬材料的使用壽 命，不少人采用表面涂層、表面處理、甚至采用與陶瓷復合，但其效果至今仍不盡人意。還有 不少人試圖采用陶瓷、玻璃等無機非金屬材料來取代金屬，但其脆性較大也難以使其取得 突破性發展。另有一部分人試圖采用玻璃鋼來取代金屬，但其耐溫性低和抗老化性能差，也 很難使其完全取代金屬材料。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的在于提供一種高強韌耐磨防腐抗震復合微晶管道。
[0004] 本發明的另一目的在于提供一種所述高強韌耐磨防腐抗震復合微晶管道的制備 方法。
[0005] 為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：
[0006] 一種高強韌耐磨防腐抗震復合微晶管道，該復合微晶管道分為內外兩層，內層為 微晶玻璃管，外層為微晶玻璃鋼，該微晶玻璃鋼由微晶玻璃纖維布與環氧樹脂復合而成。
[0007] 其中，所述微晶玻璃管和微晶玻璃纖維的組織結構以高穩定高硬度的槍晶石為主 晶相，還含有黃長石、霞石、透輝石、β-石英和硅灰石中的至少一種的次晶相，主次晶相晶 體的總含量大于95%，80%的主晶相和所有次晶相的晶粒尺寸均在10~30mm范圍內。這 種組織結構使得材料具有很高的硬度和很好的強韌性。
[0008] 其中，所述微晶玻璃管和微晶玻璃纖維以重量百分比計由以下成分組成：氧化硅 54~72% ;氧化錯1~8% ;氧化鎂4~6% ;氧化1? 8~20% ;氧化鉀4~6% ;氧化硼 4~6%;氧化鈉2~6%;氟4~6%。進一步，為了獲得高的耐腐蝕性，優選地，氧化鈉與氧 化鉀的總含量<7%。為了得到細小的晶粒，優選地，氧化鎂與氧化硼的含量之比為1 : 1。
[0009] 一種所述高強韌耐磨防腐抗震復合微晶管道的制備方法，包括以下步驟：
[0010] (1)根據微晶玻璃管和微晶玻璃纖維的成分配比選擇合適的礦物原料和化工原 料，進行熔化得到熔融玻璃液，最高熔化溫度為1380-1450°c ;
[0011] (2)制備微晶玻璃管：將步驟（1)中熔化得到熔融玻璃液在1050-1200°C下澄清后 采用離心澆注、吹制、或拉制成型的方式成型得到微晶玻璃管；將微晶玻璃管在600-880°C 之間進行熱處理，并控制槍晶石等復相晶體的生長，確保殘余玻璃相的含量低于5% ;
[0012] (3)制備微晶玻璃纖維布：將步驟⑴中熔化得到熔融玻璃液在950-1050°C澄清 后直接抽絲得到Φ5~10 μ m微晶玻璃纖維；將得到的微晶玻璃纖維在600-880°C之間進 行熱處理，并控制槍晶石等復相晶體的生長，確保纖維絲中殘余玻璃相的含量低于5% ;將 微晶玻璃纖維編織成微晶玻璃纖維布；
[0013] (4)在步驟（2)得到的微晶玻璃管外部纏繞1-8_厚的微晶玻璃纖維布，同時涂上 環氧樹脂，然后固化成型。
[0014] 本發明的有益效果為：
[0015] 本發明提供的復合微晶管道的莫氏硬度達7. 5,抗彎強度超過400MPa，斷裂韌性 Kic超過4MPa · m 1/2,抗HS腐蝕是普通鋼的1000倍以上，耐磨性是高錳鋼的12倍以上。本 發明提供的復合微晶管道的抗沖擊性和耐壓性高于單一微晶玻璃管道。本發明的復合微 晶管道將高強度、高韌性、高耐磨性、高防腐性和高抗震性匯集于一身，可應用于石油、天然 氣、化工、礦山、電廠、水泥廠、海底電纜、自來水、軍工等各個領域。
【具體實施方式】
[0016] 以下通過具體實施例對本發明做進一步說明。
[0017] 實施例1
[0018] 本實施例的復合微晶管道中，微晶玻璃管長12. 4m，內徑852mm，壁厚42mm ;外層微 晶玻璃鋼壁厚6mm。要求最大耐壓16MPa。其制備過程具體為：
[0019] 1、確定微晶玻璃管和微晶玻璃纖維的配方（以重量百分比計）：
[0020] 氧化硅63% 氧化鋁3% 氧化鎂4% 氧化媽15% 氧化鉀6% 氧化硼4% 氧化鈉 1% 氟4%
[0021] 2、根據配方，選擇石英砂、鉀長石、滑石、方解石、硼砂、硼酸、螢石、碳酸鉀等原料， 根據配方和各種原料的化學成分，計算出各種原料的用量。
[0022] 3、熔化：將各種原料混合后，投入到1405±5°C的熔爐中熔化。
[0023] 4、成型：
[0024] (1)微晶玻璃管的成型：
[0025] a、熔化好的玻璃液流到1155 ± 5°C的澄清池澄清；
[0026] b、將澄清好的玻璃液注入到事先準備好的離心機上得到預先設計尺寸的玻璃管。
[0027] (2)微晶玻璃纖維的成型：
[0028] a、熔化好的玻璃液流到1025 ± 5°C的澄清池澄清；
[0029] b、由澄清池直接抽絲，控制纖維的直徑為Φ5~6 μπι。
[0030] 5、熱處理：
[0031] (1)微晶玻璃管熱處理：玻璃管在600~880°C之間進行熱處理，控制槍晶石等復 相晶體的生長，確保殘余玻璃相的含量低于5% ;
[0032] (2)微晶玻璃纖維熱處理：玻璃纖維絲經過600~880°C熱處理爐，確保微晶玻璃 纖維絲中殘余玻璃相的含量低于5%。
[0033] 6、微晶玻璃管與微晶玻璃鋼的復合工藝：
[0034] (1)用微晶玻璃纖維編織微晶玻璃纖維布；
[0035] (2)在微晶玻璃管的外層纏繞上6mm厚的帶有環氧樹脂的微晶玻璃纖維布；
[0036] (3)固化成型。
[0037] 7、修整到設計要求的尺寸規格。
[0038] 8、檢測：
[0039] (1)微晶玻璃的檢測：
[0040] a、相結構：
[0041] 槍晶石：~62%
[0042] 黃長石：~19%
[0043] 霞石：~8%
[0044] 透輝石：~4%
[0045] 硅灰石：~3%
[0046] 玻璃相：~4%
[0047] b、晶粒尺寸：
[0048] 30 ~200nm :~15%
[0049] 10 ~30nm :~85%
[0050] 注：> 30nm均為槍晶石。
[0051] c、密度：2. 65g/cm3;
[0052] d、硬度：莫氏硬度7.5 ;
[0053] e、抗彎強度：480MPa ;
[0054] f、抗壓強度：630MPa ;
[0055] g、耐強酸腐蝕：k彡（λ 05% ;
[0056] h、抗強堿腐蝕：k < 0· 05% ;
[0057] i、抗HS腐蝕是35CrMo鋼的1000倍以上。
[0058] (2)微晶玻璃管的檢測：
[0059] 最大耐壓：47MPa。
[0060] (3)復合微晶管道的檢測：
[0061] a、最大耐壓：56MPa ;
[0062] b、溫度影響：-60~100°C，性能基本不變。
[0063] 9、結論：滿足設計要求。
[0064] 實施例2
[0065] 本實施例的復合微晶管道中，微晶玻璃管長22. 8m，內徑1380mm，壁厚48mm ;外層 微晶玻璃鋼壁厚8mm。要求最大耐壓12MPa。其制備過程具體為：
[0066] 1、確定微晶玻璃管和微晶玻璃纖維的配方（以重量百分比計）：
[0067] 氧化硅61% 氧化鋁1% 氧化鎂5% 氧化釣15% 氧化鉀6% 氧化硼5% 氧化鈉 1% 氟6%
[0068] 2、根據配方，選擇石英砂、鉀長石、白云石、方解石、硼砂、硼酸、螢石、碳酸鉀等原 料，計算出各種原料的用量。
[0069] 3、熔化：將各種原料混合后，投入到1395±5°C的熔爐中熔化。
[0070] 4、成型：
[0071] (1)微晶玻璃管的成型：
[0072] a、熔化好的玻璃液流到1170 ± 10 °C的澄清池澄清；
[0073] b、將澄清好的玻璃液注入到事先準備好的離心機上得到預先設計尺寸的玻璃管。
[0074] (2)微晶玻璃纖維的成型：
[0075] a、熔化好的玻璃液流到1005 ± 5°C的澄清池澄清；
[0076] b、由澄清池直接抽絲，控制纖維的直徑為Φ5~7 μπι。
[0077] 5、熱處理：
[0078] (1)微晶玻璃管熱處理：玻璃管在600~880°C之間進行熱處理，控制槍晶石等復 相晶體生長，確保殘余玻璃相的含量低于5% ;
[0079