【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于制備氫氣運輸管道，特別是一種防氫氣泄漏的復合材料管道
技術介紹
1、隨著氫氣作為清潔能源的重要性不斷提升，氫氣的生產、儲存、運輸及使用技術正在快速發展。輸送氫氣的管道系統是氫氣產業鏈中關鍵的一環，目前，純輸氫管道大多數采用鋼材質。然而，鋼材在高壓氫氣環境中容易發生氫脆現象，即氫分子被分解為氫原子并滲透到鋼材內部，導致材料的性能退化和脆化，最終可能導致管道的裂紋及失效。因此，傳統的碳鋼材料在輸氫管道中存在嚴重的安全隱患。
2、為了克服這一問題，有選擇使用合金鋼材料來提高管道的抗氫脆性能。然而，合金鋼的成本較高，且由于鋼材缺乏柔性，難以制造成適合長距離運輸和鋪設的盤管。此外，鋼管仍然需要額外的防腐涂層，增加了管道的鋪設和維護成本，并且施工過程復雜，耗時較長。
3、另一方面，一些低壓氫氣輸送場合已經開始使用聚乙烯或聚氯乙烯等塑料材料作為替代材料。這些塑料材料具有耐氫脆和抗腐蝕性能，但在高壓和高溫環境下，塑料材料的強度和耐溫性較差，難以滿足高壓氫氣輸送的要求，且易因高壓氫氣的滲透而導致泄漏。限制了其在高壓輸氫管道中的應用，
4、因此，如何研發一種復合管道，在解決氫氣泄露問題的同時，又能具備良好的強度、耐高溫和耐腐蝕性，是亟需解決的問題。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是針對現有的技術存在上述問題，提出了一種防氫氣泄漏的復合材料管道。
2、本專利技術的目的可通過下列技術方案來實現：一種防氫氣泄漏的復合材料管道，其特征在于，復合
3、上述復合材料管道的層級設計按照以下原則進行設置：阻氣性能：通過復合阻氣層的多層結構，利用pvdc、evoh和pa的組合，以逐層增加阻氣效果，確保氫氣的有效隔離。耐高溫性：耐高溫共聚物層有效提升管道在高溫環境下的穩定性，避免因高溫導致材料軟化或性能下降。機械強度：增強層提供必要的物理強度，防止外界沖擊或壓力引起管道破損。耐腐蝕性：耐腐蝕保護層確保管道在惡劣環境中的長期使用，避免腐蝕破壞。這種順序設置旨在提供氫氣泄漏防護、耐高溫、耐腐蝕及足夠的機械強度，確保管道在長期使用中的安全性和可靠性。
4、復合阻氣層是防氫氣泄漏復合材料管道中至關重要的部分，它的功能是通過多個層次的材料協同作用，顯著提高管道的氣體阻隔性能，這一設計是基于以下幾個關鍵因素：1.?氣體阻隔性能的逐層增強：氫氣作為一種非常小且高擴散性的分子，需要特別強的材料來有效阻隔其滲透。復合阻氣層通過使用多種材料組合，以實現多重氣體阻隔。pvdc層位于最內層，主要起到核心的氣體阻隔作用。pvdc具有出色的低氣體滲透性，尤其是對氫氣的滲透有很強的抵抗力，因此，它是復合阻氣層的首要防線。pvdc樹脂本身能有效減少氫氣的泄漏，但由于其物理特性（如脆性），通常需要增強其機械性能。evoh層位于pvdc層外面。evoh具有非常好的氣體阻隔性能，尤其在阻隔氫氣、氧氣和二氧化碳等氣體方面表現卓越。其主要作用是增強氣體阻隔性并彌補pvdc層的不足，特別是對某些較小氣體分子的屏障作用更加有效。evoh的結構具有良好的極性，使其對小分子氣體具有更高的吸附性和阻隔性。改性pa層（改性聚酰胺）位于evoh層外。pa層的加入是為了進一步增強層間的機械強度，主要作用是提高材料的韌性和抗沖擊性能。pa樹脂通常有較好的化學穩定性和物理強度，而通過改性（加入聚乙烯醇和納米蒙脫土）可以提高其對溫度、濕度的適應性以及氣體阻隔性能。2.?不同材料的協同作用：每一層材料都有其獨特的性能優勢，復合材料的設計充分利用了不同材料的特點，使其能夠互補并發揮最佳效果。pvdc和evoh的協同作用：pvdc和evoh都具有優異的氣體阻隔性能，但是pvdc本身較為脆弱，容易在外部沖擊下開裂。而evoh在這種情況下可以起到支撐作用，提高整個阻氣層的抗沖擊性。通過將pvdc和evoh層組合，可以發揮它們各自的優勢，減少氫氣的滲透，并且提高材料的整體耐用性。改性pa層不僅有助于提高材料的抗沖擊性，還有助于改善內外層的粘結性，防止層間分離。3.?材料的加工與耐用性：層間的互相依賴性：這種分層設計不僅在氣體阻隔性上起到了多重防護作用，還考慮到各層的加工工藝。pvdc、evoh和pa層可以通過共擠成型技術制備，因此設計時需要考慮材料的互補性和加工兼容性。4.?設計順序的優化：按照由內到外的順序設置材料的層次，能夠使氫氣首先被最強的氣體阻隔材料（pvdc）阻擋，然后通過evoh的補充進一步加強阻隔效果，再通過pa層的增強和韌性提升確保管道能夠在高壓、沖擊等條件下使用。
5、優選的，在共混改性pvdc層中，添加納米黏土、pvdc層增韌劑、pvdc層交聯劑和抗氧化劑，使用的物料按照重量比，pvdc樹脂:納米黏土:pvdc層增韌劑:pvdc層交聯劑:抗氧化劑為75-77:3-5:6-8:1-2:0.3-0.5；pvdc層增韌劑為聚乙烯或者聚丙烯，pvdc層交聯劑具體為tbpb。pvdc層要加入其他材料原因如下：納米黏土的加入：作用：通過在pvdc層中加入納米黏土，可以顯著提升pvdc的機械強度、熱穩定性以及阻隔性能。納米黏土顆粒的尺寸小且具有高表面積，能夠填充pvdc層的微小孔隙，進一步減少氫氣的滲透通道。此外，納米黏土還能改善pvdc的?抗沖擊性和韌性，防止材料在高壓條件下破裂。增韌劑（聚乙烯或聚丙烯）的使用：增韌劑的添加有助于提高pvdc層的韌性，減少其脆性。純pvdc在一些極端環境下會表現出脆性，導致在外力作用下發生開裂或破損，從而降低其防氣性能。聚乙烯或聚丙烯作為增韌劑，具有良好的加工性和優異的耐候性，它們的引入可以增強pvdc的柔韌性，減少管道在低溫或受外力作用時發生破裂的風險。因此，增韌劑的使用能夠提升pvdc層的機械性能和耐用性，確保管道長期承受氫氣及其它氣體的泄漏壓力。tbpb（tert-butylperoxide）是一種機過氧化物交聯劑，能夠促進pvdc分子鏈之間的交聯反應，交聯劑能夠在pvdc分子鏈之間形成交聯結構，增強機械強度和阻隔性能，通過交聯反應，可以改善pvdc材料的熱穩定性、抗氧化性和機械強度。在復合材料管道中，交聯能夠使pvdc層在高溫條件下更加穩定，避免在長期使用過程中出現老化、脆化等問題。特別是在高溫環境下，pvdc分子鏈的交聯有助于增強其結構的穩定性，從而提高復合材料的綜合性能。tbpb交聯劑的使用，能夠確保pvdc層在高溫下的性能保持一致，進一步加強其在高溫氣體運輸中的抗老化和抗降解能力。抗氧化劑的加入可以有效阻止pvdc層長時間使用過程中發生氧化反應。氧化會導致材料的性能下降，尤其是氣體阻隔性和韌性。因此，通過添加抗氧化劑，可以提高pvdc層的長期穩定性，確保管道在長期使用中的氣密性和結構完整性。根據所給的材料本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種防氫氣泄漏的復合材料管道，其特征在于，復合材料管道包括內管層、位于內管層外表面的復合阻氣層、位于復合阻氣層外表面的耐高溫共聚物層、位于耐高溫共聚物層外表面的增強層和位于增強層外表面的耐腐蝕聚合物保護層；復合阻氣層為多層共擠成型結構，按照由內向外的順序，復合阻氣層包括共混改性PVDC層、共混改性EVOH層和共混改性PA層。
2.如權利要求1所述防氫氣泄漏的復合材料管道，其特征在于，在共混改性PVDC層中，添加納米黏土、PVDC層增韌劑、PVDC層交聯劑和抗氧化劑，使用的物料按照重量比，PVDC樹脂:納米黏土:PVDC層增韌劑:PVDC層交聯劑:抗氧化劑為75-77:3-5:6-8:1-2:0.3-0.5；PVDC層增韌劑為聚乙烯或者聚丙烯，PVDC層交聯劑具體為TBPB。
3.如權利要求1所述防氫氣泄漏的復合材料管道，其特征在于，在共混改性EVOH層中，添加滑石粉、EVOH層交聯劑和抗氧化劑，使用的物料按照重量比，EVOH樹脂:滑石粉:EVOH層交聯劑:抗氧化劑78-82:7-9:1.5-2:0.4-0.6;在制備EVOH層過程中，添加甘油，按照重量
4.如權利要求1所述防氫氣泄漏的復合材料管道，其特征在于，在共混改性PA層中，添加聚乙烯醇、納米蒙脫土、PA層增塑劑和抗氧化劑，使用的物料按照重量比，PA樹脂:聚乙烯醇:納米蒙脫土:PA層增塑劑:抗氧化劑為100:2.5-3:3-5:1.5-2.5:0.4-0.6；PA層增塑劑為TPP。
5.如權利要求1所述防氫氣泄漏的復合材料管道，其特征在于，增強層采用真空輔助樹脂轉移模塑方法制備，使用的物料按照重量比，碳纖維:環氧樹脂:無定形納米二氧化硅為60-70:30-40:5-8。
6.如權利要求1所述防氫氣泄漏的復合材料管道，其特征在于，內管層的材料為RTP和TCP中的一種。
7.如權利要求1所述防氫氣泄漏的復合材料管道，其特征在于，耐高溫共聚物層的使用的材料為聚酰亞胺。
8.如權利要求1所述防氫氣泄漏的復合材料管道，其特征在于，耐腐蝕聚合物保護層使用的材料為聚四氟乙烯或和氟化乙烯-丙烯共聚物。
9.如權利要求1所述防氫氣泄漏的復合材料管道，其特征在于，增強層采用多層交織纖維結構，各層纖維的鋪設方向為?0°/90°?或?±45°，層數為?3-7層，至少一層采用?±45°；增強層在固化過程中采用溫控固化箱，固化箱內的溫度設置為130℃至150℃?；選擇改性多胺類固化劑為環氧樹脂的固化劑，固化時間為?2-4小時。
...【技術特征摘要】
1.一種防氫氣泄漏的復合材料管道，其特征在于，復合材料管道包括內管層、位于內管層外表面的復合阻氣層、位于復合阻氣層外表面的耐高溫共聚物層、位于耐高溫共聚物層外表面的增強層和位于增強層外表面的耐腐蝕聚合物保護層；復合阻氣層為多層共擠成型結構，按照由內向外的順序，復合阻氣層包括共混改性pvdc層、共混改性evoh層和共混改性pa層。
2.如權利要求1所述防氫氣泄漏的復合材料管道，其特征在于，在共混改性pvdc層中，添加納米黏土、pvdc層增韌劑、pvdc層交聯劑和抗氧化劑，使用的物料按照重量比，pvdc樹脂:納米黏土:pvdc層增韌劑:pvdc層交聯劑:抗氧化劑為75-77:3-5:6-8:1-2:0.3-0.5；pvdc層增韌劑為聚乙烯或者聚丙烯，pvdc層交聯劑具體為tbpb。
3.如權利要求1所述防氫氣泄漏的復合材料管道，其特征在于，在共混改性evoh層中，添加滑石粉、evoh層交聯劑和抗氧化劑，使用的物料按照重量比，evoh樹脂:滑石粉:evoh層交聯劑:抗氧化劑78-82:7-9:1.5-2:0.4-0.6;在制備evoh層過程中，添加甘油，按照重量比，evoh樹脂:甘油為100:3-5；evoh層交聯劑為dcp。
4.如權利要求1所述防氫氣泄漏的復合材料管道，其特征在...
【專利技術屬性】
技術研發人員：于志猛，楊峰，李洪浩，于春振，賈翠偉，王滿義，
申請(專利權)人：滄州明珠塑料股份有限公司，
類型：發明
國別省市：
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