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1、应用技术粘接2006,27(6)埋地钢质管道3PE防腐材料及其粘接机理12张汝义,赵世闻(1.华北石油金合科技有限公司,河北任丘062552;2.华北石油管理局固井工程技术服务处,河北任丘062552)摘要:介绍了埋地钢质管道3PE防腐体系所用的粉末环氧、胶粘剂和聚乙烯的分子结构、性能及其分子中的活性基团,论述了粉末环氧和胶粘剂的反应过程以及胶粘剂和聚乙烯的熔接过程,探讨了3PE涂层的各层能够形成一个整体、表现出优异性能的机理。关键词:3PE;防腐材料;粘接机理+中图分类号:TQ050.96、TQ430.1文献标识码:B文章编号:1001-5922(2
2、006)06-0043-031前言2.2熔结粉末环氧的性能指标国内埋地钢质管道防腐结构历经多年的完善,由最初的中国石油天然气行业标准SY/T0413-2002对粉末环氧石油沥青发展到3PE防腐结构,3PE以其优异的综合性能已的质量标准作了明确的规定(见表1、2)。成为大型管道的首选涂层。近10年来无论陕京输气管线、西气东输管线还是双兰管线都采用了3PE结构防腐。3PETab.1Propertyindexofepoxypowdercoating防腐结构是上世纪80年代中期首先由欧洲开发并成功应表1粉末环氧的性能指标用,我国于90年代中期铺设陕西靖边到北京
3、的输气管线时项目性能指标开始引进并应用。它由熔结粉末环氧底层、胶粘剂中间层和150μm筛上粉末≤3粒径分布/%250μm筛上粉末≤0.2聚乙烯外层3种材料组成,体现了粉末环氧和聚乙烯防腐结挥发分/%≤0.6构的优势互补。3PE防腐结构的优异性能主要是由于它能够3(200℃)/s≥12胶化时间将底层、中间层和外层3者结合成一个有机的整体,其中胶粘剂是实现3PE防腐体系优越性能的关键。固化时间(200℃)/min≤3本文介绍了各层材料的分子结构、性能并阐述了3层之3胶化时间是指自粉末环氧熔化至初固的时间。间的粘接机理。Tab.2Propertyindexo
4、fepoxypowdercoatingfusingbondinglayer2熔结粉末环氧底层表2熔结粉末环氧涂层的性能指标3PE防腐体系底层的熔结粉末环氧与单独作为管线防腐项目性能指标涂层的粉末环氧有所不同,其涂敷厚度只需60～100μm(行粘附力/级≤2业标准规定≥80μm)即可满足要求,而单独作为管线防腐涂阴极剥离距离(65℃,48h)/mm≤8层的粉末环氧,涂敷厚度须大于300μm。另外,对胶化时间、固化时间的要求等也有所区别。3胶粘剂中间层熔体粉末环氧应具备以下几项主要性能:1)能够牢固地胶粘剂是3PE防腐体系的中间层,其作用是将环氧底层粘附在
5、金属上,形成连续的保护膜并具有极好的抗阴极剥离和聚乙烯外层有机地结合起来。性能;2)耐化学腐蚀性优良;3)抗氧气渗透性好;4)环氧树脂3.1胶粘剂的技术要求可在聚乙烯挤出温度下固化。对胶粘剂的基本要求除能够将底层粉末环氧与外层聚2.1粉末环氧的组成乙烯粘接在一起之外,还要具有良好的加工性能。对聚乙烯粉末环氧由环氧树脂、固化剂、催化剂、促进剂、改性剂、这类高分子材料而言,仅靠分子间力很难形成牢固的粘接,填充剂、流平剂、颜料、触变剂等组分组成,经过混合、熔融挤在界面形成化学键结合最为理想。而熔接是高分子材料在出、研磨、筛分等工序制成。其中固化剂为酸酐或酚醛
6、类。熔融状态下、在一定压力下分子相互扩散、渗透的熔合过程,收稿日期:2006-09-11最后形成没有界面的一相,其粘接效果也较理想。作者简介:张汝义,高级工程师,一直从事防腐材料研究工作,已完成3PE用胶粘剂和聚乙烯夹克料、3PP用胶粘剂和聚丙烯夹克料等3.2胶粘剂的组成科研成果多项,多次获省(部)、局级科技进步奖,现已发表论文16篇。粉末环氧底层的成型是化学反应的过程,而外层聚乙烯·43·埋地钢质管道3PE防腐材料及其粘接机理ZHANJIE2006,27(6)的成型是熔融挤出的过程,所以中间层胶粘剂应该具有能与Tab.4Propertyindexof
7、PEmaterial粉末环氧进行化学反应及与聚乙烯融合的特性。要使中间表4聚乙烯材料的性能指标层胶粘剂具备上述特征,其分子结构主链必须与聚乙烯一样项目性能指标(或相近),即-CH-3)≥0.942长链;分子结构侧链必须含有可参与固密度/(g/cm化反应的活性基团。凡能与环氧树脂或固化剂在成型条件熔体流动速率(190℃,2.16kg)/(g/10min)≥0.12下反应的基团均可作为中间层胶粘剂分子的侧链。但可以炭黑质量分数/%2.0～2.4接入聚乙烯分子中形成侧链的基团却很少。目前国内外多耐热老化(100℃,2400h)/%≤35(MFR变化率)采用酸
8、酐改性聚乙烯作3PE胶粘剂,所制胶粘剂既能够与环氧底层反应又可与外层聚乙烯熔合。如上所述,酸酐
