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三层PE防腐保温管的复合极化处理及工程应用

2019-05-10 17:15:15

高密度聚乙烯外护聚氨酷泡沫塑料预制直埋保温管由于工程造价低,热损耗低,节约能源,防腐绝缘性能好,使用寿命长,占地少,施工快,有利环境保护等优点而被广泛用于液体和气体的输送管网、石油化工保温工程、集中供热管网、空调通风管道、市政工程等。

聚氨酷泡沫塑料预制直埋保温管由钢管一防腐层一硬质聚氨酷泡沫塑料保温层一高密度聚乙烯防护层一端面防水帽组成。保温管中的防腐层通常采用单层环氧粉末涂层、双层环氧粉末涂层、环氧液体涂料涂层。

对于穿越沼泽、河流、泥潭等特殊地域的防腐保温管,因地域环境恶劣提高钢管的防腐能力,钢管防腐层大多采用三层PE防腐结构。单层环氧粉末涂层、双层环氧粉末涂层、环氧液体涂料涂层是极性材料,可以有效地与聚氨酷硬质泡沫塑料保温层粘接,满足保温层与防腐层之间剪切强度的要求。

三层PE防腐层中,高密度聚乙烯(HDPE)是一种结晶度高、非极性、低表面能的树脂材料。高密度聚乙烯层与聚氨酷硬质泡沫保温层之间存在弱边界层,即内聚强度很低,二者之间不能很好的接触浸润,导致粘接力很弱,在外力或温差作用下,接触面一旦滑动分离,必然导致脱壳。为了形成“四位一体”结构,保证整体使用寿命,满足定向穿越对防腐保温管剪切强度的要求,较有效的方法是对高密度聚乙烯层进行极化处理。

对于三层PE防腐层,使用常规的电晕极化方式存在以下不足:

其一,电晕的高极化电压容易击穿防腐层,破坏了防腐质量。

其二,不能满足连续作业的要求。

其三,难以保证稳定的极化效果。

通过反复比较试验,在原有钢管抛丸除锈作业线上,增加了火焰加热环节,成功开发了对三层PE防腐层进行抛丸、火焰加热复合极化处理的工艺,提高了三层PE各界面层之间的粘接力。

1抛丸、火焰加热复合极化工艺流程及设备

爱波网1)三层PE防腐层的复合极化工艺流程如下:

三层PE防腐管一抛丸一干燥纯净压缩空气吹扫一高温火焰加热一质量检验。

2)三层PE防腐层的抛丸强化。采用原有钢管抛丸除锈线进行三层PE防腐层的抛丸强化、极化处理。钢管直径360~1620mm,长度8一13m;抛丸器功率为2x75kW;钢丸与钢砂的配比为1:3;防腐管的移动速度为1。5一2m/min。

3)火焰加热极化。火焰加热喷枪数量8一12把,火焰加热枪距防腐管距离为15一20cm,火焰加热区域温度为1500一2000℃,防腐管的移动速度为1.5一2m/min。

抛丸、火焰加热复合极化处理对粘接力的影响

1)表面粗糙度的影响。三层PE防腐层经抛丸、火焰加热复合极化处理后,表面由光滑变粗糙,并且表面形成均匀、细小的凹坑和孔隙。当聚氨酷泡沫塑料发泡时,由于分子的扩散渗透作用,泡沫分子进入聚乙烯表面的凹坑和孔隙中,泡沫固化后被机械地镶嵌在凹坑和孔隙中,形成许许多多的机械连接点,从而大大提高了聚乙烯与聚氨酷泡沫塑料之间的粘接力。

2)表面极性基团的影响。聚乙烯与聚氨酷泡沫塑料之间的吸附作用是由范德华力所引起的。未处理的聚乙烯分子基本上不带极性基团,是一种非极性高分子,不能形成取向力,故附着力很弱;复合极化处理后,聚乙烯表层分子导入了极性基团,形成了色散力、诱导力和取向力,提高了聚乙烯与聚氨酷泡沫塑料之间的吸附力和粘接力。

3)表面能、表面张力的影响。聚乙烯与聚氨酷泡沫塑料之间粘附力的形成可以分为两个阶段,第 一阶段是浸润阶段,即在发泡时泡沫分子的布朗运动,使大分子链吸附在聚乙烯表面上;是粘接,即分子之间的力发生作用。

未处理的聚乙烯表面能和表面张力比较小,接触角大,聚氨酷泡沫在其表面不能很好地浸润,故不能形成良好的粘接力。经复合极化处理后,聚乙烯的表面能和表面张力得到提高,接触角下降,聚氨酷泡沫的浸润性能得以改善,从而有利于粘接性能的提高。另外,复合极化处理还能除掉和烧掉析出后留在聚乙烯表面上的低分子物质,以及吸附在聚乙烯表面上的灰尘、油污、水汽,这对粘接力的提高也很有好处。


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