[发明专利]一种可控膨胀耐火套管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料及其制备技术领域，具体涉及一种具备可控膨胀阻燃性能和高效热防护性能的耐火套管及其制备方法。

背景技术

油田、钢厂等环境中有热源或热辐射源的高温环境下使用的橡胶管，不但要求具有优良的耐油、耐压、耐曲绕、耐疲劳等优点，而且要求橡胶管具有较好的阻燃耐火性能。由于橡胶的耐热温度低于200℃，在高温环境(200～1200℃)中使用时，容易老化分解，导致橡胶管破裂和设备停车，这不但提高了维护成本，降低了生产效率，而且增加了火灾、产品污染等安全和生产方面的隐患。

因此，需要对现有橡胶管进行热防护，现有应用技术主要有：(1)高压钢丝缠绕胶管为基体，外皮包覆耐火涂料层、钢丝编织层和阻燃层；(2)在原有橡胶管的外表面套上玻璃纤维复合的硅橡胶层；(3)以高压缠绕胶管为基础，外层胶采用耐火橡胶，外加隔热层和不锈钢编织网。以上方法可在一定程度上提高油管的使用寿命，但是耐火效果存在一定的局限性，主要体现在以下几个方面：(1)外加阻燃层的橡胶油管，阻燃层具有耐火作用，但是热导率较高，隔热效果不佳，热量通过表层传到橡胶内管，致使橡胶内管失效；(2)在胶管外加耐火套管，以硅橡胶耐火套管为例，套管厚度一定且不可膨胀，耐火作用明显，隔热效果有限；(3)上述第三种方案，既可以耐火又可以隔热，但是耐火橡胶价格高，导致成本增加；(4)耐火胶管的管体中阻燃隔热层失效后需更换整根橡胶管，不但影响生产，而且增加了设备的维护成本。

所以，针对以上几个问题，从传热学原理出发，设计并制备具有高效热防护、可控膨胀阻燃性能的低成本耐火结构是提高液压油管耐高温环境使用寿命的关键。

发明内容

本发明的目的是提供一种具备高效率、低成本、工艺简单、可批量生产的具备高效热防护、可控膨胀性能的耐火套管，由具备高效热防护、可控膨胀性能的防火带套在橡胶管外形成。

本发明首先提供一种具备高效热防护结构的可控膨胀耐火防火带，并应用所述的可控膨胀耐火防火带制备得到可控膨胀耐火套管，所述可控膨胀耐火防火带和可控膨胀耐火套管的制备方法包括如下步骤：

第一步，承载层的制备。

第二步，承载层表面制备粘结层。

第三步，粘结层表面粘附膨胀耐火颗粒，得到单层或双层可控膨胀耐火防火带。

第四步，在制备好的所述的单层或双层可控膨胀耐火防火带表面覆盖一层隔离膜进行卷绕，将卷绕后的可控膨胀耐火防火带置于通风环境中，常温干燥10～24h，备用。

第五步，可控膨胀耐火套管的制备。

根据橡胶管的尺寸，将所述的单层或双层可控膨胀耐火防火带卷绕形成筒状结构，得到单层或双层可控膨胀耐火套管。应用时，将所述的单层或双层可控膨胀耐火套管固定于橡胶管外部，即可对橡胶管起到膨胀耐火阻燃隔热的效果。所述的可控膨胀耐火套管与橡胶管之间可以采用附属结构固定，所述的附属结构包括纽扣、搭扣或拉链等。单层膨胀耐火套管厚度0.65mm～3.2mm，双层膨胀耐火套管厚度1.15mm～6.2mm。

根据应用环境温度等条件，在所述的橡胶管外部可以固定一层以上的单层或双层可控膨胀耐火套管，随着层数的增加，耐火隔热性能也显著增加。

通过上述方法制备得到的可控膨胀耐火套管，包括膨胀耐火颗粒层、粘结层和承载层，其中，承载层厚度0.1mm，粘结层厚度0.05mm～0.1mm，膨胀耐火颗粒层厚度0.5mm～3.0mm。所述膨胀耐火颗粒通过粘结层粘附于承载层表面，在高温环境中，膨胀耐火颗粒膨胀，发挥隔热作用。所述粘结层在常温或低温环境中主要起粘结作用，在高温环境中软化分解。所述承载层在常温或低温环境中主要承载膨胀耐火颗粒，在高温环境中分解炭化。

本发明的优点在于：

(1)本发明提供的耐火套管具有阻燃隔热作用，环境温度较高时，膨胀颗粒膨胀形成膨胀层，阻隔热流，膨胀层通过酚醛树脂膨胀炭化和蛭石膨胀实现阻燃作用。引入白炭黑进行增强，同时可提高树脂基体的耐温性。引入空心玻璃微珠，降低体系的热导率，可提高膨胀体系隔热性能。

(2)本发明提供的耐火防火带具有可变形性，适用于在不同直径的橡胶管外进行缠绕包覆，解决了普通橡胶管在高温环境中的阻燃耐火要求，并可通过调节缠绕层数和缠绕厚度来适应不同阻燃环境要求。

(3)本发明提供的耐火防火带体积小、厚度薄且具有较大的膨胀度。所述的耐火防火带内含有B阶酚醛树脂和可膨胀蛭石，本体系膨胀倍率可达10倍，膨胀后的体系对橡胶管具有优良的热防护作用。