[发明专利]一种输氢用玄武岩纤维复合管道及其制造方法

说明书

本发明公开属于复合管道技术领域的一种输氢用玄武岩纤维复合管道及其制造方法，其特征在于，管道由内至外依次为内衬层、加强层、防护层,其中，内衬层的材质为氧化石墨烯/热塑性复合材料，加强层的材质为玄武岩纤维复合材料，防护层的材质为由含二氮杂萘酮联苯结构聚芳醚砜酮作为涂层的热塑性树脂；其中，内衬层分为4层，每层由双轴拉伸进行氧化石墨烯平行取向，并螺旋缠绕；加强层是玄武岩纤维/含二氮杂萘酮联苯结构聚芳醚砜酮预浸带缠绕形成；通过双轴拉伸取向的氧化石墨烯以及应变诱导结晶热塑性材料的协同作用，大大提高了复合管道的气体阻隔性，并且玄武岩纤维和高性能热塑性树脂有助于复合管道实现高的耐压性。

技术领域

本发明涉及复合管道技术领域，特别是涉及一种输氢用玄武岩纤维复合管道及其制造方法。

背景技术

随着全球双碳目标的深入贯彻，各行各业逐渐重视和加大可再生能源、清洁能源的高效利用，包括太阳能、风能、地热能、氢能等。氢能由于其能量密度高、零污染、储量丰富、损耗少、形态多变、利用率高等特点，被广泛应用于交通、储能、发电、工业等领域。随着氢能在各行各业里的普及，氢气的储存和输送受到了越来越多的关注。

目前，输氢的管道大部分采用的是金属材料，而氢本身具有高的化学活性、低密度和大的扩散系数，因此，采用金属管道输送氢时，氢容易扩散至金属材料中。在氢扩散进金属材料之后，局部氢浓度达到饱和后聚合形成氢分子，造成应力集中，引起金属材料塑韧性下降、诱发裂纹或断裂的现象，从而导致氢脆。并且随着金属材料强度的提升，其氢脆的敏感度显著增大。另外，由于输氢管道长期暴露在空气中或者长埋于地下，管道的腐蚀以及高温高压对管道的影响，输氢时的安全以及运维保障是管道的技术难题与挑战。因此，如何降低输氢管道的成本以及安全风险是全球的氢运输需要面对的问题。

发明内容

本发明主要是克服现有技术中的不足之处，提出一种输氢用玄武岩纤维复合管道及其制造方法，该复合管道不仅实现了高的阻氢性，还具有优异的耐腐蚀性和耐压性。

本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种输氢用玄武岩纤维复合管道及其制造方法，具体技术方案如下：

一种输氢用玄武岩纤维复合管道，由内至外依次为内衬层、加强层、防护层；其中，所述内衬层分为4层结构，材质为氧化石墨烯/热塑性复合材料，所述加强层的材质为玄武岩纤维复合材料，所述防护层的材质为表面涂层的热塑性树脂。

进一步的技术方案是，氧化石墨烯/热塑性复合材料是由双轴拉伸技术进行氧化石墨烯在热塑性树脂中平行取向的复合材料。

其中更进一步的是，氧化石墨烯含量在1-5wt%之间。

其中更进一步的是，双轴拉伸比为3，拉伸速率为10mm/s，拉伸模式为同步双轴拉伸。

进一步的技术方案是，热塑性树脂包括高密度聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺-6。

进一步的技术方案是，玄武岩纤维复合材料是由表面修饰的玄武岩纤维和含二氮杂萘酮联苯结构聚芳醚砜酮组成的预浸带；玄武岩纤维表面修饰组分是摩尔质量比为1：1的氨基硅烷偶联剂和羧基化碳纳米管。

其中更进一步的是，玄武岩纤维表面修饰层的厚度为0.5-2µm。

进一步的技术方案是，氨基硅烷偶联剂包括单氨基硅烷偶联剂、双氨基硅烷偶联剂、三氨基硅烷偶联剂和多氨基硅烷偶联剂。

进一步的技术方案是，防护层中的表面涂层材质为纳米二氧化硅/含二氮杂萘酮联苯结构聚芳醚砜酮复合材料。

其中更进一步的是，溶解所述含二氮杂萘酮联苯结构聚芳醚砜酮的溶剂为N，N二甲基甲酰胺。

其中更进一步的是，纳米二氧化硅含量为3wt%。

其中更进一步的是，纳米二氧化硅/含二氮杂萘酮联苯结构聚芳醚砜酮复合材料的喷涂厚度为100-200µm。