CN102705633A - 高剪切力三层聚烯烃防腐保温钢管及其制作工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于防腐保温钢管领域，具体涉及一种高剪切力三层聚烯烃防腐保温钢管及其制作工艺，该钢管包括三层聚烯烃防腐管，防腐管由内到外依次包括钢管管体、环氧粉末层、胶粘结层和聚烯烃层，防腐管外套装聚乙烯夹克管，防腐管和聚乙烯夹克管之间设有聚氨酯发泡材料层，制作工艺主要是对聚烯烃层进行抛丸、火焰加热极化复合处理。通过本工艺既能增强聚氨酯发泡材料层与3PE防腐管表面聚乙烯层的粘接性能，以提高成品3PE防腐泡沫夹克管的剪切强度，又不会破坏3PE防腐管中环氧粉末层的耐腐蚀性能，从而突破了3PE防腐管制作大剪切力保温管的限制，解决了行业难题，为穿越沼泽、泥潭等特殊地域提供了一种可靠的防腐保温钢管产品。
Description
技术领域
本发明涉及一种高剪切力三层聚烯烃防腐保温钢管及其制作工艺，属于防腐保温钢管领域。
背景技术
国内长输管道的防腐保温通常应用聚烯烃泡沫夹克管，内层防腐管根据耐腐蚀等级的要求而采用不同防腐工艺。通常状况下，内层防腐管采用单层环氧涂料、双层环氧涂料等工艺进行生产。但是对于用于穿越沼泽、泥潭等特殊地域的防腐保温管，因环境较为恶劣，要求提高管道耐腐蚀能力，钢管防腐通常采用三层聚烯烃（3LPO）防腐结构。
三层聚烯烃（3LPO）防腐层技术，组成为底层环氧涂料，中间层为改性胶粘剂，面层为高密度聚烯烃。目前国内工程普遍使用的是，环氧涂料为热固性环氧粉末，胶粘剂为马来酸酐接枝的低密度聚乙烯，面层为黑色的高密度聚乙烯或聚丙烯等。因三层聚烯烃（3LPO）防腐管道防腐结构集成了熔结环氧粉末涂层优异的耐化学介质性能和聚烯烃涂层极佳的耐水气渗透和机械保护性能，使之成为目前世界上最先进的管道外防腐涂层结构。
传统的防腐保温管是在防腐管的外层套接聚乙烯夹克，中间填充聚氨酯等发泡材料。对于用单层环氧、双层环氧防腐管生产泡沫夹克管，因环氧涂料可以有效的与泡沫层粘接，因此可以满足泡沫与防腐层之间剪切强度的要求。如果采用三层聚烯烃（3LPO）防腐管生产泡沫夹克管，对防腐层没有有效的极化处理，就很难保证泡沫与防腐层之间剪切强度。三层聚烯烃（3LPO）防腐管防腐层外层是聚烯烃材料，以聚乙烯为例：聚乙烯属于非极性材料，因其结晶度高、存在若边界层等原因，造成聚乙烯层很难与聚氨酯泡沫保温层进行有效的粘接。通常状况下，聚乙烯层与聚氨酯泡沫塑料之间粘接力接近于零。而对于部分用于穿越的防腐保温管，要求三层聚烯烃防腐层与保温层之间在常温23℃时轴向剪切强度大于0.12MPa，切向剪切强度大于0.2MPa。要满足剪切强度的要求，最有效的方法是对防腐管表层聚烯烃极化。由于高极化电压会破坏环氧的耐腐蚀性能，因此为了保证钢管三层聚烯烃防腐层质量，对防腐成品管表层聚烯烃极化不能采用传统的电晕法极化工艺。
发明内容
根据以上现有技术中的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种高剪切力三层聚烯烃防腐保温钢管及其制作工艺，既能够解决防腐管表面聚烯烃层难以与聚氨酯发泡材料层进行有效粘接的难题，又能够解决防腐管表层聚烯烃极化过程中环氧粉末层的耐腐蚀性能被破坏的难题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：所述的高剪切力三层聚烯烃防腐保温钢管，包括三层聚烯烃防腐管，防腐管由内到外依次包括钢管管体、环氧粉末层、胶粘结层和聚烯烃层，其特征在于：防腐管外套装聚乙烯夹克管，防腐管和聚乙烯夹克管之间设有聚氨酯发泡材料层。
高剪切力三层聚烯烃防腐保温钢管的制作工艺，其特征在于：包括如下步骤：
①采用抛丸机对钢管管体表面进行抛丸除锈处理；
②采用喷枪对钢管管体表面进行环氧粉末静电喷涂，得到环氧粉末层；
③通过胶粘结剂将聚烯烃层包覆在环氧粉末层外，在钢管管体表面形成防腐层，得到三层聚烯烃防腐管；
④采用抛丸机对防腐管表面的聚烯烃层进行抛丸处理；
⑤用火焰对抛丸后的聚烯烃层进行火焰加热极化复合处理；
⑥在防腐管外套装聚乙烯夹克管，确保聚乙烯夹克管与防腐管的中心轴重合；
⑦在防腐管和聚乙烯夹克管之间填充聚氨酯发泡材料，形成聚氨酯泡沫材料层。
其中：
所述的步骤④抛丸处理时间为3~5min，抛丸处理采用的介质包括钢丸、钢砂，钢丸质量含量为20%~50%，钢砂质量含量为50%~80%。
所述的钢丸与钢砂质量比为1：3。
所述的步骤⑤中火焰加热极化复合处理的火焰加热温度为800~1200℃，连续加热时间0.5~1秒，循环加热4次。
三层聚烯烃防腐管（即：3LPO防腐管）最外层的聚烯烃层经抛丸处理后，表面由光滑变粗糙，并且表面形成大量细小的凹坑。当聚氨酯发泡材料发泡时，由于分子的扩散作用，泡沫分子进入聚烯烃层表面的凹坑内，泡沫固化后被机械的镶嵌在凹坑中，形成许许多多微小的机械连接点，从而大大提高了聚烯烃层与聚氨酯发泡材料层之间的粘接力。
步骤⑤中，火焰瞬间高温效应，使得聚烯烃表面产生自由基，这些活性基团以共键形式互相结合，从而形成分子交联，聚烯烃表面极性提高，从而使聚烯烃表面张力也大大增强了，活性基团的出现和表面张力的提高，可以大大增强聚氨酯发泡材料层与聚烯烃层表面的粘接性能。
步骤⑦中的聚氨酯发泡工艺为传统工艺，操作前，在防腐管和聚乙烯夹克管之间用模具堵塞两端，形成封闭区间，将封闭好的聚乙烯夹克管倾斜30~45度，然后将聚醚或聚酯多元醇（白料）和多异氰酸酯（黑料）、水、催化剂、表面活性剂、发泡剂以及其他添加剂等发泡原料混合均匀注入到上述封闭区间中自然发泡即可，待发泡完成后将模具拆除，防腐管和聚乙烯夹克管之间即形成聚氨酯泡沫材料层。
按照本发明的抛丸、火焰加热极化复合处理工艺得到的高剪切力三层聚烯烃防腐保温钢管，经测试极化后的三层聚烯烃防腐管表面张力高于50dyn/cm，由此制作的3LPO防腐泡沫夹克管的防腐管与保温层（即聚氨酯发泡材料层）之间在常温23℃时轴向剪切强度大于0.12Mpa、切向剪切强度大于0.2MPa，并且该工艺保护了3LPO防腐管中环氧粉末层的耐腐蚀性能，从而解决了3LPO防腐管制作大剪切力保温管的难题，是一种适用于穿越沼泽、泥潭等特殊地域，输送已被加热的重质黏性原油或燃料油等且需要保温的防腐蚀保温管道。
本发明所具有的有益效果是：
本发明采用抛丸、火焰加热极化复合处理工艺，既能增强聚氨酯发泡材料层与3PE防腐管表面聚乙烯层的粘接性能，以提高成品3PE防腐泡沫夹克管的剪切强度，又不会破坏3PE防腐管中环氧粉末层的耐腐蚀性能，从而突破了3PE防腐管制作大剪切力保温管的限制，解决了行业难题，为穿越沼泽、泥潭等特殊地域提供了一种可靠的防腐保温钢管产品。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：1、钢管管体；2、环氧粉末层；3、胶粘结层；4、聚烯烃层；5、聚氨酯泡沫材料层；6、聚乙烯夹克管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例做进一步描述：
如图1所示，高剪切力三层聚烯烃防腐保温钢管，包括三层聚烯烃防腐管，防腐管由内到外依次包括钢管管体1、环氧粉末层2、胶粘结层3和聚烯烃层4，防腐管外套装聚乙烯夹克管6，防腐管和聚乙烯夹克管6之间设有聚氨酯发泡材料层5。
三层聚烯烃防腐管（即：3LPO防腐管）的种类很多，现以三层聚乙烯防腐管（3PE防腐管，即聚烯烃层为聚乙烯层）为例，描述本发明的制作工艺：
（1）按照常规工艺制得3PE防腐管：
先采用抛丸机对钢管管体表面进行抛丸除锈处理，然后用喷枪对钢管管体表面进行环氧粉末静电喷涂，得到环氧粉末层，再通过胶粘结剂将聚乙烯层包覆在环氧粉末层外，在钢管管体表面形成防腐层，得到3PE防腐管；
（2）采用抛丸、火焰加热极化复合工艺处理3PE防腐管的聚乙烯层：
将上述所得的3PE防腐管通过抛丸机进行抛丸处理，抛丸处理采用的介质包括钢丸、钢砂，其中，钢丸质量含量为35%，钢砂质量含量为65%，经3~5min抛丸处理，使3PE防腐管表面的聚乙烯层由光滑变粗糙，并且表面形成大量细小的凹坑；然后，用800~1200℃的火焰对抛丸后的3PE防腐管表层进行瞬间加热，加热时间控制在0.5~1s，循环加热4次；之后，在3PE防腐管外套装聚乙烯夹克管，并确保聚乙烯夹克管与3PE防腐管的中心轴重合；采用传统聚氨酯发泡工艺在3PE防腐管和聚乙烯夹克管之间填充聚氨酯发泡材料层，最后得到满足技术要求的3PE防腐泡沫夹克管。
3PE防腐管表面的聚乙烯层经抛丸处理后形成大量细小的凹坑，当聚氨酯发泡材料发泡时，由于分子的扩散作用，泡沫分子进入聚乙烯层表面的凹坑内，泡沫固化后被机械的镶嵌在凹坑中，形成许许多多微小的机械连接点，从而大大提高了聚乙烯层与聚氨酯发泡材料层之间的粘接力；在火焰加热极化工艺中，通过火焰瞬间高温效应，使得聚乙烯表面产生自由基，这些活性基团以共键形式互相结合，从而形成分子交联，原来聚乙烯的线性分子结构变成三维网状结构，聚乙烯表层分子形成极性活性基团，随着聚乙烯表面极性的提高表面张力也大大增强了，极性基团的出现和表面张力的提高，可以大大增强聚氨酯发泡材料层与聚乙烯层表面的粘接性能。聚乙烯表面张力是检测聚乙烯极性的一项重要指标，用甲酰胺—乙二醇乙醚测定液测定抛丸、火焰加热极化处理后的3PE防腐管表面作为检测聚乙烯表面张力的检测手段。在常温（23±2℃）用50dyn/cm测定液（90.7%甲酰胺9.3%乙二醇乙醚混合液）、52dyn/cm测定液（93.7%甲酰胺6.3%乙二醇乙醚混合液）、54dyn/cm测定液（96.5%甲酰胺3.5%乙二醇乙醚混合液）检测通过本实施例所得3PE防腐管PE层表面，测定结果张力52~54dyn/cm。用极化后的3PE防腐管生产3PE防腐泡沫夹克管，经测试钢管外防腐保温层中，防腐层（即3PE层）与保温层（即聚氨酯发泡材料层）之间在常温23℃时轴向剪切强度为0.14Mpa、切向剪切强度为0.22MPa。因此通过本工艺得到的3PE防腐泡沫夹克管满足技术要求。
本发明采用抛丸、火焰加热极化复合处理工艺，既能增强聚氨酯发泡材料层与3PE防腐管表面聚乙烯层的粘接性能，以提高成品3PE防腐泡沫夹克管的剪切强度，又不会破坏3PE防腐管中环氧粉末层的耐腐蚀性能，从而突破了3PE防腐管制作大剪切力保温管的限制，解决了行业难题，为穿越沼泽、泥潭等特殊地域提供了一种可靠的防腐保温钢管产品。
Claims (5)
1.一种高剪切力三层聚烯烃防腐保温钢管，包括三层聚烯烃防腐管，防腐管由内到外依次包括钢管管体、环氧粉末层、胶粘结层和聚烯烃层，其特征在于：防腐管外套装聚乙烯夹克管，防腐管和聚乙烯夹克管之间设有聚氨酯发泡材料层。
2.一种权利要求1所述的高剪切力三层聚烯烃防腐保温钢管的制作工艺，其特征在于包括如下步骤：
①采用抛丸机对钢管管体表面进行抛丸除锈处理；
②采用喷枪对钢管管体表面进行环氧粉末静电喷涂，得到环氧粉末层；
③通过胶粘结剂将聚烯烃层包覆在环氧粉末层外，在钢管管体表面形成防腐层，得到三层聚烯烃防腐管；
④采用抛丸机对防腐管表面的聚烯烃层进行抛丸处理；
⑤用火焰对抛丸后的聚烯烃层进行火焰加热极化复合处理；
⑥在防腐管外套装聚乙烯夹克管，确保聚乙烯夹克管与防腐管的中心轴重合；
⑦在防腐管和聚乙烯夹克管之间填充聚氨酯发泡材料，经发泡工艺形成聚氨酯泡沫材料层。
3.根据权利要求2所述的高剪切力三层聚烯烃防腐保温钢管的制作工艺，其特征在于：所述的步骤④抛丸处理时间为3~5min，抛丸处理采用的介质包括钢丸、钢砂，钢丸质量含量为20%~50%，钢砂质量含量为50%~80%。
4.根据权利要求3所述的高剪切力三层聚烯烃防腐保温钢管的制作工艺，其特征在于：所述的钢丸与钢砂质量比为1:3。
5.根据权利要求2所述的高剪切力三层聚烯烃防腐保温钢管的制作工艺，其特征在于：所述的步骤⑤中火焰加热极化复合处理的火焰加热温度为800~1200℃，连续加热时间0.5~1秒，循环加热4次。
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2012
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