一种低温管道异形件用可拆卸式绝热壳及其制备工艺的制作方法

本发明涉及绝热材料，具体涉及一种低温管道异形件用可拆卸式绝热壳及其制备工艺。

背景技术：

1、在石油化工、液化天然气等工业领域，低温管道系统中的弯头、三通、阀门等异型管件的绝热效果直接影响系统能耗与运行安全，由于异型件几何结构复杂、曲面多变，现场发泡或包扎式绝热方案存在贴合度不足、施工效率低、维护不便等问题。

2、目前，基于三维扫描定制的可拆卸式绝热壳逐渐得到应用，通过工厂预制模块化结构、泡沫玻璃等高性能绝热材料配合铝箔防潮层与金属外护层，在一定程度上改善了异型件绝热的施工便捷性与结构完整性，可满足多数常规工况的绝热需求。

3、然而，在长期服役过程中，传统的可拆卸绝热结构仍有进一步优化的空间，一方面，泡沫玻璃等单一绝热材料的导热性能受材料本征特性限制，在温度波动较大的工况下，热量传递的缓冲能力有待提升，冷量损失控制效果仍可进一步改善，另一方面，绝热层与防潮层多为分层设置，界面处易成为水汽渗透的薄弱环节，高湿环境下水汽可能沿界面或材料微裂纹侵入，导致绝热性能随时间逐渐下降，甚至引发材料劣化，此外，异型件安装与反复拆装过程中，绝热层边缘与表面易受到挤压、碰撞，部分材料的抗形变能力与表面耐磨性能仍有增强空间，以提高产品的使用寿命与重复拆装稳定性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种低温管道异形件用可拆卸式绝热壳及其制备工艺，主要针对如何进一步提高可拆卸式绝热壳的绝热性能、低吸湿性能和高抗压性能的技术问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种低温管道异形件用可拆卸式绝热壳，包括由功能涂料辊涂绝热基体的复合绝热结构和包覆在复合绝热基体结构外部的安装外壳；

3、所述绝热基体为根据低温管道异型件尺寸裁切得到的泡沫玻璃；

4、所述功能涂料包括按重量份计的以下组成：77-78份沥青乳液、12-16份硬脂酸修饰钡基石墨相变微胶囊、0.8-1.2份镝活化介孔氧化锌、3-5份去离子水和0.2-0.3份辅助添加剂；

5、所述辅助添加剂包括按重量份计的以下组成：0.03-0.05份分散剂、0.05-0.08份润湿剂和0.2份消泡剂。

6、进一步的，所述功能涂料由以下步骤制备得到：所述功能涂料由以下步骤制备得到：将分散剂、润湿剂加入去离子水中搅拌5-10min后，接着加入镝活化介孔氧化锌，在600-900r/min的转速下分散10-20min后，继续加沥青乳液，在200-400r/min转速下搅拌10-15min后，最后向其中加入硬脂酸修饰钡基石墨相变微胶囊和消泡剂，在100-200r/min的转速下搅拌5-10min后，静置10-20min，过80-120目筛，得到功能涂料。

7、进一步的，所述硬脂酸修饰钡基石墨相变微胶囊由以下步骤制备得到：

8、a1、将硬脂酸加入盛有无水乙醇的反应釜中，在60-70℃下搅拌至完全溶解后，接着向其中加入微晶石墨，在60-70℃下搅拌1-2h，反应结束后，过滤，将滤饼用无水乙醇洗涤2-3次后，转移至真空干燥箱中，在60-70℃下干燥6-8h，得到改性石墨；

9、a2、将改性石墨和正十八烷加入反应釜中，在40-50℃下搅拌20-30min，再加入十六烷基三甲基溴化铵水溶液，在50-60℃下搅拌1-2h，接着向其中加入硫酸钠水溶液，并向其中滴加氢氧化钠溶液调节ph至9，继续搅拌3-4h后，以1ml/min的速度向其中滴加络合前驱液，在50-60℃下搅拌2-3h，反应结束后，离心分离，将产物分别用无水乙醇和去离子水洗涤2-3次后，在-40℃下冷冻后于冻干机中冻干至恒重，得到硬脂酸修饰钡基石墨相变微胶囊。

10、进一步的，步骤a1中，所述硬脂酸、无水乙醇和微晶石墨的用量比为0.8-1g:100ml:20g；步骤a2中，所述改性石墨、正十八烷、十六烷基三甲基溴化铵水溶液、硫酸钠水溶液和络合前驱液的用量比为0.04g:2g:25ml:10ml:1ml，所述十六烷基三甲基溴化铵水溶液的质量分数为3%，所述硫酸钠水溶液的质量分数为13%，所述氢氧化钠溶液的质量分数为3%。

11、进一步的，步骤a2中，所述络合前驱液的制备方法为：将乙二胺四乙酸二钠溶解在去离子水中后，向其中滴加氢氧化钠溶液调节ph至9，再向其中加入氯化钡溶液，搅拌至溶液澄清，得到络合前驱液；所述乙二胺四乙酸二钠、去离子水和氯化钡溶液的用量比为3.8-3.9g:17ml:2.5ml，所述氯化钡溶液的质量分数为25%。

12、进一步的，所述镝活化介孔氧化锌由以下步骤制备得到：

13、b1、将六水合硝酸锌和六水合硝酸镝加入盛有去离子水的反应釜中，搅拌至固体物质完全溶解后，向其中加入三乙醇胺，在20-30℃下搅拌10-20min后，进行分阶段升温，先升温至50-60℃搅拌40-60min，再升温至75-85℃搅拌40-60min后，继续升温至95-105℃搅拌20-30min，最后升温至110-115℃搅拌15-25min后，得到金属-有机络合凝胶；

14、b2、将金属-有机络合凝胶转移至烘干箱中，以3-5℃/min的升温速率升温至250℃触发自燃，自燃结束后，在280-300℃下保温5-10min后，将产物研磨后，在400-500℃马弗炉中煅烧1-2h后，随炉冷却至室温，得到镝活化介孔氧化锌。

15、进一步的，步骤b1中，所述六水合硝酸锌、六水合硝酸镝、去离子水和三乙醇胺的用量比为8.8g:0.4g:25-35ml:4ml。

16、其中，一种低温管道异形件用可拆卸式绝热壳的制备工艺，包括以下步骤：

17、s1、对低温管道异型件进行三维扫描，根据扫描数据，建立异型件模型，并结合绝热工况确定绝热壳的结构尺寸和绝热厚度；

18、s2、将泡沫玻璃按照异型件模型尺寸进行裁切，将裁切的泡沫玻璃用砂纸打磨后用无水乙醇擦拭并干燥后，将功能涂料辊涂在其表面，厚度控制在15-25μm，辊涂3-4次，每次辊涂中间间隔100-120min，辊涂结束后，静置固化，随后转移至异型件模型中，在异型件模型内部预留0.5-1cm的安装公差，用柔性绝热材料进行填充，得到复合绝热结构；

19、s3、将制得的复合绝热结构安装于异型件外侧，并在复合绝热结构外表面设置防潮密封层和外护层，形成可拆卸式绝热壳。

20、进一步的，步骤s2中，所述柔性绝热材料包括低温海绵、玻璃面、弹性毡、二烯烃、橡塑、气凝胶毡、三聚氰胺泡沫中的一种或几种。

21、本发明具备下述有益效果：

22、1、本发明的硬脂酸修饰钡基石墨相变微胶囊以正十八烷为相变内核、硫酸钡为致密无机外壳，内部分散的改性石墨片层可调控热量传递路径，而硫酸钡壳层则形成稳定的热障界面，镝活化介孔氧化锌则凭借镝离子掺杂引发的晶格畸变与介孔多孔结构，增加声子散射路径并滞留静止空气，二者协同形成多级热阻体系，相变微胶囊填充涂层中的宏观孔隙，凭借相变潜热缓冲温度波动，将热量以潜热形式储存而非传导，镝活化介孔氧化锌则进一步填充微胶囊间的微观缝隙，利用介孔内静止空气的低导热特性阻断对流传热，同时镝离子调控产生的晶格缺陷增强声子散射效应，进一步降低固相热传导，此外，石墨片层的定向导热特性与氧化锌的无序散射结构形成互补，避免了单一填料导致的热桥效应，使整体导热系数得到有效降低，从而赋予绝热壳优异的绝热能力。

23、2、本发明的硬脂酸修饰钡基石墨相变微胶囊外层为致密的硫酸钡无机壳层，钡基无机盐晶体结构致密且水分子难以渗透，同时微胶囊表面的硬脂酸修饰层赋予其疏水特性，可有效排斥液态水与水汽浸润，镝活化介孔氧化锌则凭借氧化锌颗粒的高表面活性与镝离子调控的晶界结构，可深入填充泡沫玻璃表层微裂纹与涂层内部孔隙，封堵水汽扩散通道，二者协同构建“宏-微”双重阻隔体系，硫酸钡微胶囊作为宏观阻隔单元，其连续致密的无机壳层形成第一道水汽屏障，硬脂酸疏水表面进一步降低水汽吸附倾向，镝活化介孔氧化锌作为微观封堵相，沿着微胶囊与沥青基体的界面缝隙填充，消除界面渗透路径，同时镝离子掺杂优化了氧化锌晶界结构，减少晶界处的水汽扩散通道，此外，钡基无机壳与锌基氧化物在涂层固化过程中形成化学键合界面，消除了不同填料间的界面缝隙，使阻湿因子显著提升，有效防止绝热工况下因水汽渗透导致的绝热性能劣化与结露风险。

24、3、本发明的硬脂酸修饰钡基石墨相变微胶囊的硫酸钡刚性外壳具有较高的力学强度，可作为微观承载单元分散外部压力，内部正十八烷相变核则提供柔性缓冲作用，而分散于核内的石墨片层可沿应力方向传递并分散载荷，镝活化介孔氧化锌凭借氧化锌颗粒的高硬度与镝离子活化的晶格结构，增强涂层基体的内聚强度，介孔结构则可吸收部分压缩变形能，二者协同形成“刚性骨架-柔性填充”的多级增强体系，硫酸钡微胶囊作为刚性承载骨架，均匀分散于涂层中承担主要压应力，石墨片层在胶囊内部形成二维增强网络，进一步提升壳层的抗形变能力，镝活化介孔氧化锌作为界面增强相，填充于微胶囊之间并强化与沥青基体的界面粘结，镝离子引发的晶格畸变提高了氧化锌晶界强度，使填料与基体间的应力传递更为高效，同时，相变核的柔性缓冲特性与介孔结构的能量吸收效应相互配合，在受压时通过塑性变形与孔隙闭合耗散能量，避免应力集中导致的涂层开裂，从而整体提升绝热壳的压缩强度，满足低温管道异型件安装挤压与长期服役的力学性能要求。