1.本技术涉及金属骨架复合管的技术领域，更具体地说，它涉及一种导电阻燃封口环、复合金属骨架管及其加工工艺。
背景技术：2.金属骨架复合管是在聚合物芯管内部设有金属骨架的新型管材，具有刚度高、不易变形的特点。
3.相关技术中，公开了一种金属骨架复合管，包括聚合物层，聚合物层内部设有钢丝交叉缠绕而成的金属骨架。聚合物层采用高弹性模量塑料挤出而成，一般选用交联聚乙烯或非交联聚乙烯专料作为高弹性模量塑料。当金属骨架复合管用于介质输送时，需要增强金属骨架复合管的导电、防静电和阻燃性能。因此，在生产过程中，需要使用高弹性模量塑料和功能性添加剂混配而成的母料，来制备聚合物层。
4.针对上述中的相关技术，发明人认为在生产金属骨架复合管时，会因为母料的粘性大、流动性差、熔模压力大，而造成管材很难成型、废品率很高的问题。
技术实现要素：5.为了改善复合金属骨架管很难成型、废品率很高的问题，本技术提供一种导电阻燃封口环、复合金属骨架管及其加工工艺。
6.第一方面，本技术提供一种复合金属骨架管，采用如下的技术方案：一种复合金属骨架管，包括导电封口环和自内而外依次设置的内层管、中间层管和外层管，所述内层管的内部设有金属骨架，所述内层管、中间层管和外层管的端壁均与导电封口环的端壁固定连接。
7.通过采用上述技术方案，本技术的复合金属骨架管采用多层结构，可以将内层管、中间层管、外层管和导电封口环分别进行制备，再复合成一体的复合金属骨架管，有助于改善复合金属骨架管难成型、废品率高的问题。金属骨架优选为至少一根钢丝缠绕焊接在多根均匀分布的轴向钢丝上，通过连续缠绕焊接成型后，缠绕钢丝和轴向钢丝之间有间隙，呈缕空管状的金属骨架。金属骨架还可以为钢板上分布有多个几何状孔、通过卷制并将对接缝焊牢成型后呈多孔管状的金属骨架。
8.在一个具体的可实施方案中，所述导电封口环、内层管、中间层管和外层管均包括高弹性模量塑料，所述高弹性模量塑料为聚乙烯或聚丙烯。
9.通过采用上述技术方案，聚乙烯或聚丙烯制成的管道具有无臭、无毒的性质，还具有优良的耐低温性、化学稳定性好、耐酸碱侵蚀、耐高温性能和电绝缘性优良的优点。
10.在一个具体的可实施方案中，所述导电封口环、内层管、中间层管和外层管中的至少一个还包含纤维。
11.通过采用上述技术方案，纤维有助于增强管道的力学性能，有助于提高管道的抗拉伸性能和韧性。
12.在一个具体的可实施方案中，所述内层管和导电封口环均为导电阻燃母料制成的层，所述导电阻燃母料包括如下重量百分比的原料：导电填料5％-30％，抗静电剂2％-5％，阻燃剂3％-6％，高弹性模量塑料59％-90％，所述导电阻燃母料的表面电阻小于106ω，弯曲模量为700-1400mpa所述导电填料为导电炭黑、羧基化碳纳米管、多壁碳纳米管和碳纤维中的至少一种。
13.通过采用上述技术方案，由于采用上述原料配比的导电阻燃母料，有助于提高复合金属骨架管的导电、抗静电和阻燃性能，导电封口环有助于将内层管和外层管连接，实现内层管与外层管电连通，便于导静电。因此，本技术既可以增强复合金属骨架管放入导电、抗静电和阻燃性能，又可以降低生产成本。而且，由于采用上述原料配比，可以将导电阻燃母料的表面电阻和弯曲模量控制在上述范围内，上述导电阻燃母料可以具有优异的导电、抗静电性能，又具有优异的力学性能，采用上述导电阻燃母料制成的管材，具有较高的环刚度，有助于减少复合金属骨架管变形。高弹性模量塑料是指聚乙烯和/或聚丙烯。上述填料均具有较好的导电性能，有助于改善导电阻燃母料的导电性能和抗静电性能。其中，采用导电炭黑或羧基化碳纳米管的导电阻燃母料，具有更优异的导电性能和抗静电性能。
14.在一个具体的可实施方案中，所述抗静电剂为有机抗静电剂、氧化锌晶须中的至少一种。
15.通过采用上述技术方案，有机抗静电剂和氧化锌晶须均可以提高导电阻燃母料的抗静电性能，其中有机抗静电剂与高弹性模量塑料的相容性更好，有助于提高导电阻燃母料的均匀性；氧化锌晶须还可以提高导电阻燃母料的刚度。
16.在一个具体的可实施方案中，所述外层管由外层母料制成，所述外层母料包括如下重量份的原料：碳纳米管0.1-10％，高弹性模量塑料90.0-99.9％，所述外层母料按如下步骤制备：将碳纳米管分散在水中，得到分散液，将高弹性模量塑料粉碎成粉末后加入分散液中，分散均匀后蒸发除去水分，再烘干，得到外层管粉料；将外层管粉料熔融后挤出造粒，得到外层母料。
17.通过采用上述技术方案，碳纳米管可以增强高弹性模量塑料的导电性能和刚度，从而有助于提高外层管的导电性能，减少外层管变形。采用上述制备步骤，可以将碳纳米管与高弹性模量塑料混合的更加均匀，有助于进一步提高外层管的环刚度，减少外层管变形。
18.在一个具体的可实施方案中，所述中间层管由中间层母料制成，所述中间层母料包括如下重量百分比的原料：高弹性模量塑料62％-91％，增强短纤维5％-30％，表面处理剂4％-8％；所述中间层母料按如下步骤制备：将增强短纤维和表面处理剂混合均匀，得到改性短纤维；将改性短纤维与导电阻燃母料熔融共混后，挤出造粒，得到中间层母料，所述中间层管的屈服强度为22-35mpa。
19.通过采用上述技术方案，增强短纤维可以是玻璃纤维等无机纤维，也可以是尼龙纤维等有机纤维，先使用表面处理剂处理增强短纤维，有助于将增强短纤维与高弹性模量塑料连接在一起，有助于提高中间层管的环刚度，减少中间层管变形；由于采用上述原料配比和制备步骤，可以制备得到上述屈服强度范围内的中间层管，使得中间层管不易变形。
20.第二方面，本技术提供一种导电封口环，采用如下的技术方案：一种导电封口环，按如下步骤进行制备：将导电阻燃母料通过挤出或注塑，形成环形材料，挤出或注塑的温度为200-220
℃，环形材料的壁厚大于或等于内层管、中间层管和外层管三者壁厚之和；当将导电阻燃母料连续挤出时，将环形材料进行分段切割，即得到导电封口环；当导电阻燃母料注塑成环形材料时，直接得到导电封口环。
21.通过采用上述技术方案，采用导电阻燃母料制成导电封口环，既具有优异的导电、抗静电和阻燃性能，又可以与内层管和外层管很好的熔接在一起。
22.第三方面，本技术提供一种复合金属骨架管的加工工艺，采用如下的技术方案：一种复合金属骨架管的加工工艺，包括如下步骤：s1、将导电阻燃母料熔融后，挤出到金属骨架的外表面和内表面上，共挤出成管材，得到内层管；s2、加热内层管，将中间层母料熔融后挤出到内层管的外表面上，共挤出成管材，形成中间层管；s3、加热中间层管，将外层母料熔融后，挤出到中间层管的外周壁上，共挤出成管材，形成外层管；s4、将导电封口环熔接在外层管的端壁上，同时，内层管和中间层管的端壁与导电封口环熔接，即得到复合金属骨架管。
23.通过采用上述技术方案，将内层管、中间层管、外层管和导电封口环分步骤制备，再通过共挤出或熔接等手段复合为一体，得到复合金属骨架管，可以降低复合金属骨架管的生产难度，降低复合金属骨架管的废品率，从而大幅度降低生产成本。而且采用上述步骤制备的复合金属骨架管，具有较高的环刚度，不易变形，导电性能、抗静电性能和阻燃性能均较强。
24.在一个具体的可实施方案中，所述s1、s2、s3和s4中的挤出温度如下：第一段，190-210℃；第二段，200-210℃；第三段，210-220℃；第四段，200-210℃；第五段，200-210℃。
25.通过采用上述技术方案，采用上述挤出温度，有助于降低复合金属骨架管的废品率，而且，有助于提高生产效率。
26.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：1.本技术将内层管、中间层管、外层管和导电封口环分别进行制备，再复合成一体的复合金属骨架管，有助于改善复合金属骨架管难成型、废品率高的问题；2.本技术的复合金属骨架管，具有较高的环刚度，不易变形，导电性能、抗静电性能和阻燃性能均较强；3.本技术的导电封口环，既具有优异的导电、抗静电和阻燃性能，又可以与内层管和外层管很好的熔接在一起。
附图说明
27.图1是本技术实施例1中的复合金属骨架管的整体结构示意图。
28.图2是本技术实施例1中的复合金属骨架管的爆炸结构示意图。
29.附图标记说明：1、导电封口环；2、内层管；3、中间层管；4、外层管；5、金属骨架。
具体实施方式
30.以下结合附图1-2和实施例对本技术作进一步详细说明。
实施例
31.实施例1本实施例提供一种复合金属骨架管。参照图1和图2，包括导电封口环1、内层管2、中间层管3和外层管4，内层管2、中间层管3和外层管4自内而外依次设置，内层管2的外周壁与中间层管3的内周壁粘接，中间层管3的外周壁与外层管4的内周壁粘接，内层管2内部设有金属骨架5，本实施例的金属骨架5是由一根钢丝缠绕焊接在多根均匀分布的轴向钢丝上，通过连续缠绕焊接成型后，缠绕钢丝和轴向钢丝之间有间隙，呈缕空管状的金属骨架5。导电封口环1熔接在内层管2的端壁上，中间层管3和外层管4的端壁均与导电封口环1的端壁熔接，导电封口环1与内层管2同轴。
32.本实施例的导电封口环1和内层管2均由导电阻燃母料制成，中间层管3由中间层母料制成，外层管4由外层母料制成。
33.本实施例提供一种导电阻燃母料，包括如下重量的原料：导电炭黑15kg，双三氟甲烷磺酰亚胺3kg，氢氧化镁4kg，dj200a型交联聚乙烯78kg。
34.导电阻燃母料的制备步骤如下：将导电炭黑、双三氟甲烷磺酰亚胺、氢氧化镁和dj200a型交联聚乙烯加入挤出机中，进行熔融共混，挤出机的长径比l/d为33，将挤出机调整至如下的挤出温度：第一段，200℃；第二段，205℃；第三段，215℃；第四段，205℃；第五段，205℃。挤出造粒，得到导电阻燃母料，本实施例导电母料的表面电阻小于106ω，弯曲模量为1030mpa。
35.本实施例提供一种中间层母料，包括如下重量的原料：dj200a型交联聚乙烯79kg，玻璃短纤维15kg，kh550型硅烷偶联剂6kg。
36.中间层母料的制备步骤如下：将玻璃短纤维和表面处理剂加入混合器中，搅拌均匀，得到改性短纤维。再将改性短纤维与导电阻燃母料同时加入挤出机中，进行熔融共混，挤出机的长径比l/d为33，将挤出机调整至如下的挤出温度：第一段，200℃；第二段，205℃；第三段，215℃；第四段，205℃；第五段，205℃。挤出造粒，得到中间层母料。
37.本实施例提供一种外层母料，包括如下重量的原料：碳纳米管3kg，dj200a型交联聚乙烯97kg。
38.外层母料的制备步骤如下：将碳纳米管加入150kg水中，进行超声分散，分散均匀后，得到分散液。然后，将dj200a型交联聚乙烯加入粉碎机中，粉碎成800-2000目的粉末，将粉末加入分散液中，继续进行超声分散，分散均匀后，蒸发除去水分，再烘干，即得到外层管4粉料。
39.将外层管4粉料加入挤出机中，进行熔融，挤出机的长径比l/d为33，将挤出机调整至如下的挤出温度：第一段，200℃；第二段，205℃；第三段，215℃；第四段，205℃；第五段，205℃。挤出造粒，得到外层母料。
40.本实施例提供一种导电封口环1的制备方法，包括如下步骤：将导电阻燃母料加入挤出机中，进行熔融挤出机的长径比l/d为33，将挤出机调整至如下的挤出温度：第一段，200℃；第二段，205℃；第三段，215℃；第四段，205℃；第五段，205℃。将熔融后的物料挤出至模具中，将模具模芯调整至如下温度：连接段205℃；第一段，205℃；第二段，200℃；第三段，200℃；第四段，200℃，挤出成管材。
41.将管材切割成环，即得到导电封口环1。
42.本实施例提供一种复合金属骨架管的制备方法，包括如下步骤：将导电阻燃母料加入挤出机中，进行熔融，挤出机的长径比l/d为33，将挤出机调整至如下的挤出温度：第一段，200℃；第二段，205℃；第三段，215℃；第四段，205℃；第五段，205℃。将金属骨架5插入模具中，再将熔融的物料挤出至模具中，将模具模芯调整至如下温度：连接段205℃；第一段，205℃；第二段，200℃；第三段，200℃；第四段，200℃，共挤出成管材，形成内层管2。
43.然后，加热内层管2，将中间层母料加入挤出机中，进行熔融，挤出机的长径比l/d为33，将挤出机调整至如下的挤出温度：第一段，200℃；第二段，205℃；第三段，215℃；第四段，205℃；第五段，205℃。将熔融的物料挤出到内层管2的外周壁上，再进行共挤出，即在内层管2的外周壁上形成中间层管3，中间层管3的屈服强度为28mpa。
44.加热中间层管3，再将外层母料加入挤出机中，进行熔融，挤出机的长径比l/d为33，将挤出机调整至如下的挤出温度：第一段，200℃；第二段，205℃；第三段，215℃；第四段，205℃；第五段，205℃。将熔融的物料挤出到中间层管3的外周壁上，再进行共挤出，即在中间层管3的外周壁上形成外层管4。
45.然后将导电封口环1与内层管2同轴放置，内层管2、中间层管3和外层管4的三者壁厚之和等于导电封口环1的壁厚。然后将导电封口环1的端壁与内层管2、中间层管3和外层管4的端壁熔接，即得到复合金属骨架管。
46.实施例2本实施例提供一种复合金属骨架管，本实施例与实施例1的区别在于，导电阻燃母料的原料配比如下：导电炭黑5kg，双三氟甲烷磺酰亚胺2kg，氢氧化镁3kg，dj200a型交联聚乙烯90kg，导电阻燃母料的弯曲模量为700mpa。
47.实施例3本实施例提供一种复合金属骨架管，本实施例与实施例1的区别在于，导电阻燃母料的原料配比如下：导电炭黑30kg，双三氟甲烷磺酰亚胺5kg，氢氧化镁6kg，dj200a型交联聚乙烯59kg，导电阻燃母料的弯曲模量为1400mpa。
48.实施例4本实施例提供一种复合金属骨架管，本实施例与实施例1的区别在于，中间层母料的原料配比如下：dj200a型交联聚乙烯62kg，玻璃短纤维30kg，kh550型硅烷偶联剂8kg，中间层管3的屈服强度为35mpa。
49.实施例5本实施例提供一种复合金属骨架管，本实施例与实施例1的区别在于，中间层母料的原料配比如下：dj200a型交联聚乙烯91kg，玻璃短纤维5kg，kh550型硅烷偶联剂4kg，中间层管3的屈服强度为22mpa。
50.实施例6本实施例提供一种复合金属骨架管，本实施例与实施例1的区别在于，外层母料的原料配比如下：碳纳米管0.1kg，dj200a型交联聚乙烯99.9kg。
51.实施例7本实施例提供一种复合金属骨架管，本实施例与实施例1的区别在于，外层母料的原料配比如下：碳纳米管10kg，dj200a型交联聚乙烯90kg。
52.实施例8本实施例提供一种复合金属骨架管，本实施例与实施例1的区别在于，用等量的羧基化碳纳米管替换导电炭黑。
53.实施例9本实施例提供一种复合金属骨架管，本实施例与实施例1的区别在于，用等量的多壁碳纳米管替换导电炭黑。
54.实施例10本实施例提供一种复合金属骨架管，本实施例与实施例1的区别在于，用等量的碳纤维替换导电炭黑。
55.实施例11本实施例提供一种复合金属骨架管，本实施例与实施例1的区别在于，用等量的氧化锌晶须替换双三氟甲烷磺酰亚胺。
56.实施例12本对比例提供一种复合金属骨架管，本对比例与实施例1的区别在于，在复合金属骨架管的制备步骤中，用等量的导电阻燃母料替换中间层母料。
57.实施例13本对比例提供一种复合金属骨架管，本对比例与实施例1的区别在于，在复合金属骨架管的制备步骤中，用等量的导电阻燃母料替换外层母料。
58.对比例对比例1本对比例提供一种复合金属骨架管，本对比例与实施例1的区别在于，复合金属骨架管不含导电封口环1。
59.对比例2本对比例提供一种复合金属骨架管，本对比例与实施例1的区别在于，复合金属骨架管不含中间层管3。
60.对比例3本对比例提供一种复合金属骨架管，本对比例与实施例1的区别在于，复合金属骨架管不含外层管4。
61.对比例4本对比例提供一种复合金属骨架管，本对比例与实施例1的区别在于，在制备复合金属骨架管时，用等量的dj200a型交联聚乙烯替换导电阻燃母料。
62.性能检测试验针对实施例1-13和对比例1-4提供的复合金属骨架管，进行如下性能检测。
63.其中，根据gb/t9647中的规定，检测样品的环刚度，按照aq1071-2009《煤矿用非金属瓦斯输送管材安全技术要求》的规定，测量样品的阻燃、抗静电性能。
64.检测结果如表1所示。
65.表1
结合实施例1和对比例1-3并结合表1可以看出，相比于实施例1，对比例2、对比例3和对比例4的环刚度均明显减小，对比例1-4的表面电阻均大于106ω，对比例4的阻燃性等较差。这说明，在本技术实施例1的原料配比和工艺条件下，有助于同时提高管材的环刚度、降低管材的表面电阻和提高管材的阻燃性能。
66.结合实施例1-13并结合表1可以看出，实施例1-13的表面电阻均小于106ω，而且环刚度均较大，阻燃性能较好，这说明在本技术实施例1-13的工艺条件下，有助于制备出环刚度较高，易成型、导电性能、抗静电性能和阻燃性能均较好的管材。
67.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。
技术特征：1.一种复合金属骨架管，其特征在于：包括导电封口环(1)和自内而外依次设置的内层管(2)、中间层管(3)和外层管(4)，所述内层管(2)的内部设有金属骨架(5)，所述内层管(2)、中间层管(3)和外层管(4)的端壁均与导电封口环(1)的端壁固定连接。2.根据权利要求1所述的一种复合金属骨架管，其特征在于：所述导电封口环(1)、内层管(2)、中间层管(3)和外层管(4)均包括高弹性模量塑料，所述高弹性模量塑料为聚乙烯或聚丙烯。3.根据权利要求2所述的一种复合金属骨架管，其特征在于：所述导电封口环(1)、内层管(2)、中间层管(3)和外层管(4)中的至少一个还包含纤维。4.根据权利要求1所述的一种复合金属骨架管，其特征在于：所述内层管(2)和导电封口环(1)均为导电阻燃母料制成的层，所述导电阻燃母料包括如下重量百分比的原料：导电填料5%-30%，抗静电剂2%-5%，阻燃剂3%-6%，高弹性模量塑料59%-90%，所述导电阻燃母料的表面电阻小于106ω，弯曲模量为700-1400mpa所述导电填料为导电炭黑、羧基化碳纳米管、多壁碳纳米管和碳纤维中的至少一种。5.根据权利要求4所述的一种复合金属骨架管，其特征在于：所述抗静电剂为有机抗静电剂、氧化锌晶须中的至少一种。6.根据权利要求1所述的一种复合金属骨架管，其特征在于，所述外层管(4)由外层母料制成，所述外层母料包括如下重量份的原料：碳纳米管0.1-10%，高弹性模量塑料90.0-99.9%，所述外层母料按如下步骤制备：将碳纳米管分散在水中，得到分散液，将高弹性模量塑料粉碎成粉末后加入分散液中，分散均匀后蒸发除去水分，再烘干，得到外层管(4)粉料；将外层管(4)粉料熔融后挤出造粒，得到外层母料。7.根据权利要求1所述的一种复合金属骨架管，其特征在于：所述中间层管(3)由中间层母料制成，所述中间层母料包括如下重量百分比的原料：高弹性模量塑料62%-91%，增强短纤维5%-30%，表面处理剂4%-8%；所述中间层母料按如下步骤制备：将增强短纤维和表面处理剂混合均匀，得到改性短纤维；将改性短纤维与导电阻燃母料熔融共混后，挤出造粒，得到中间层母料，所述中间层管(3)的屈服强度为22-35mpa。8.一种权利要求1-7任意一项所述的导电封口环，其特征在于：按如下步骤进行制备：将导电阻燃母料通过挤出或注塑，形成环形材料，挤出或注塑的温度为200-220℃，环形材料的壁厚大于或等于内层管(2)、中间层管(3)和外层管(4)三者壁厚之和；当将导电阻燃母料连续挤出时，将环形材料进行分段切割，即得到导电封口环(1)；当导电阻燃母料注塑成环形材料时，直接得到导电封口环(1)。9.一种权利要求1-7任意一项所述的复合金属骨架管的加工工艺，其特征在于，包括如下步骤：s1、将导电阻燃母料熔融后，挤出到金属骨架(5)的外表面和内表面上，共挤出成管材，得到内层管(2)；s2、加热内层管(2)，将中间层母料熔融后挤出到内层管(2)的外表面上，共挤出成管材，形成中间层管(3)；s3、加热中间层管(3)，将外层母料熔融后，挤出到中间层管(3)的外周壁上，共挤出成管材，形成外层管(4)；s4、将导电封口环(1)熔接在外层管(4)的端壁上，同时，内层管(2)和中间层管(3)的端
壁与导电封口环(1)熔接，即得到复合金属骨架管。10.一种权利要求9所述的复合金属骨架管的加工工艺，其特征在于：所述s1、s2、s3和s4中的挤出温度如下：第一段，190-210℃；第二段，200-210℃；第三段，210-220℃；第四段，200-210℃；第五段，200-210℃。
技术总结本发明公开了一种导电阻燃封口环、复合金属骨架管及其加工工艺，涉及金属骨架复合管的技术领域。复合金属骨架管包括导电封口环和自内而外依次设置的内层管、中间层管和外层管，所述内层管的内部设有金属骨架，所述内层管、中间层管和外层管的端壁均与导电封口环的端壁固定连接。本申请既可以增强复合金属骨架管放入导电、抗静电和阻燃性能，又可以降低生产成本。成本。
技术研发人员：徐冶锋
受保护的技术使用者：徐冶锋
技术研发日：2022.07.20
技术公布日：2022/11/1
