用于煤矿井下充填的玻璃纤维增强聚氯乙烯热塑性复合管材的设计与制造

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2022.01.009

中国塑料 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (1): 61-66.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2022.01.009

用于煤矿井下充填的玻璃纤维增强聚氯乙烯热塑性复合管材的设计与制造

张云鹏¹(), 刘祥威¹, 王志明¹, 张兆², 王庆昭¹()

^1.山东科技大学化学与生物工程学院，山东青岛 266590
^2.青岛海聚新材料科技有限公司，山东青岛 266590

收稿日期:2021-07-21 出版日期:2022-01-26 发布日期:2022-01-21
作者简介:张云鹏（1996—），男，在读硕士研究生，主要从事复合材料的研究，1301348404@qq.com
基金资助:
北京工商大学高分子材料无卤阻燃剂工程实验室

Design and manufacture of glass⁃fiber⁃reinforced PVC thermoplastic composite pipes for underground filling in coal mine

ZHANG Yunpeng¹(), LIU Xiangwei¹, WANG Zhiming¹, ZHANG Zhao², WANG Qingzhao¹()

^1.School of Chemistry and Biological Engineering，Shandong University of Science and Technology，Qingdao 266590，China
^2.Qingdao Haiju New Material Technology Co，Ltd，Qingdao 266590，China

Received:2021-07-21 Online:2022-01-26 Published:2022-01-21
Contact: WANG Qingzhao E-mail:1301348404@qq.com;qzhwang001@126.com

摘要/Abstract

摘要：

针对煤矿膏体输送所用的无缝钢管耐磨性差、更换困难等问题，制备了玻璃纤维增强聚氯乙烯热塑性复合管（PVC?RTP）用于煤矿井下充填，对管材的组成、连接方式、工艺流程和工艺参数进行了全面介绍，并检测了公称压力为9.5 MPa的管材的性能。结果表明，管材爆破压力为38.95 MPa，大于4倍公称压力；当试验压力为14.25 MPa、试验时间为100 h时，管材未破裂，未渗漏；试验压力为11.4 MPa、试验时间为1 000 h时，管材未破裂，未渗漏；公称压力为11.4 MPa、ΔP/PN为48 %，循环次数达到12 000时，管材未破裂，未渗漏，具有质轻、高耐磨和耐蚀性能强的优点，能较好地满足煤矿膏体输送。

关键词: 输送管道, 煤矿充填, 热塑性复合管, 工艺参数

Abstract:

In view of the poor wear resistance and difficulty of replacement of seamless steel pipes used in coal mine paste delivery， the glass?fiber?reinforced PVC thermoplastic composite pipes （PVC?RTP） were developed for the use in the underground filling of coal mine， and their part composition， connection mode， process flow and process parameters were introduced comprehensively. The performance of the pipes at a nominal pressure of 9.5 MPa was also detected. The results indicated that the pipe exhibited a blasting pressure of 38.95 MPa， which was 4 times greater than the nominal pressure. There is no crack occurring in the pipe under the test time of 100 h and test pressure of 14.25 MPa. There is no leakage at 11.4 MPa. After 1 000 h， the pipes showed no rupture and no leakage. At a nominal pressure of 11.4 MPa and a ΔP/PN ratio of 48 %， the number of cycles reached 12 000， and no rupture and leakage were observed. With the characteristics of light weight， high wear resistance， and strong corrosion resistant， the composite pipes can better meet the requirement for the transportation of coal mine paste.

Key words: pipeline, coal mine filling, thermoplastic composite pipe, process parameters

中图分类号:

TQ327.1

张云鹏, 刘祥威, 王志明, 张兆, 王庆昭. 用于煤矿井下充填的玻璃纤维增强聚氯乙烯热塑性复合管材的设计与制造[J]. 中国塑料, 2022, 36(1): 61-66.

ZHANG Yunpeng, LIU Xiangwei, WANG Zhiming, ZHANG Zhao, WANG Qingzhao. Design and manufacture of glass⁃fiber⁃reinforced PVC thermoplastic composite pipes for underground filling in coal mine[J]. China Plastics, 2022, 36(1): 61-66.

图/表 10

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型号	基体	增强材料	玻璃纤维型号	玻璃纤维强度/ N·（tex）^-1	厚度/ mm	玻璃纤维束厚度/mm	纵向拉力/N	横向强度/ MPa	纤维质量分数/%	纤维体积分数/%
GFR150?05	改性聚乙烯（MPE）	玻璃纤维无捻粗砂（E?glass）	1200TEX	≥0.5	0.5	0.25	≥19 800	≥20.5	53.2	25.2
GFR300?05			1200TEX		0.5	0.25	≥39 600	≥20.5	53.2	25.2
GFR150?07			2400TEX		0.7	0.45	≥39 600	≥20.5	65.3	34.1
GFR300?07			2400TEX		0.7	0.45	≥79 200	≥20.5	65.3	34.1
GFR150?09			3600TEX		0.9	0.65	≥59 400	≥20.5	71.3	38.3
GFR300?09			3600TEX		0.9	0.65	≥118 800	≥20.5	71.3	38.3

型号	基体	增强材料	玻璃纤维型号	玻璃纤维强度/ N·（tex）^-1	厚度/ mm	玻璃纤维束厚度/mm	纵向拉力/N	横向强度/ MPa	纤维质量分数/%	纤维体积分数/%
GFR150?05	改性聚乙烯（MPE）	玻璃纤维无捻粗砂（E?glass）	1200TEX	≥0.5	0.5	0.25	≥19 800	≥20.5	53.2	25.2
GFR300?05			1200TEX		0.5	0.25	≥39 600	≥20.5	53.2	25.2
GFR150?07			2400TEX		0.7	0.45	≥39 600	≥20.5	65.3	34.1
GFR300?07			2400TEX		0.7	0.45	≥79 200	≥20.5	65.3	34.1
GFR150?09			3600TEX		0.9	0.65	≥59 400	≥20.5	71.3	38.3
GFR300?09			3600TEX		0.9	0.65	≥118 800	≥20.5	71.3	38.3

项目	结果	检测方法
密度/g·cm^-3	0.88±0.02	GB/T 1033.1-2008
拉伸强度/MPa	≥20	GB/T 1040.3—2006 （5型哑铃试样）
断裂拉伸应变/%	≥600	GB/T 1040.3—2006 （5型哑铃试样）
低温冲击脆化温度/℃	≤-40	GB/T 5470—2008
氧化诱导时间（200 ℃）/min	≥30	GB/T 19466.6—2009
砂浆磨耗率/%	≤0.30	QB/T 5101—2017

项目	结果	检测方法
密度/g·cm^-3	0.88±0.02	GB/T 1033.1-2008
拉伸强度/MPa	≥20	GB/T 1040.3—2006 （5型哑铃试样）
断裂拉伸应变/%	≥600	GB/T 1040.3—2006 （5型哑铃试样）
低温冲击脆化温度/℃	≤-40	GB/T 5470—2008
氧化诱导时间（200 ℃）/min	≥30	GB/T 19466.6—2009
砂浆磨耗率/%	≤0.30	QB/T 5101—2017

树脂	拉伸强度/MPa	弹性模量/MPa	密度/g·cm^-3
PVC	45	3 000	1.43
PE80	22	700	0.93

用于煤矿井下充填的玻璃纤维增强聚氯乙烯热塑性复合管材的设计与制造

Design and manufacture of glass⁃fiber⁃reinforced PVC thermoplastic composite pipes for underground filling in coal mine

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材料	一区温度/℃	二区温度/℃	三区温度/℃	四区温度/℃	机头温度/℃	牵引速率/ m·min^-1
POE	150	160	170	175	175	0.5~8
PE	150	160	200	220	220	0.5~8
EAA	100	130	150	160	160	0.1~4
PVC	100	130	170	190	190	0.5~10

试验类型	试验指标	试验结果
爆破压力	≥公称压力×4	38.95 MPa、破裂
静液压试验	公称压力×1.5、100 h、不破裂、不渗漏	14.25 MPa、未破裂、未渗漏
长期静液压试验	公称压力×1.2、1 000 h、不破裂、不渗漏	11.4 MPa、未爆破、未渗漏
压力循环试验	公称压力×1.2、次数 12 000、不破裂、不渗漏	11.4 MPa、未爆破、未渗漏

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