CN104371272A - 一种管道补强材料体系及补强方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种管道补强材料体系及补强方法。本发明所提供的管道补强材料体系包括单组份湿气固化型表面修复剂,芳纶纤维布以及单组份湿气固化型胶黏剂组成。本发明采用能够在潮湿环境下自发固化的单组份胶黏剂以及具备高韧性/高强度的芳纶纤维布作为复合材料,能有效地避免了碳纤维类复合材料由于导电性而引发的电偶腐蚀,所以本发明省去了抗阴极剥离涂层,简化了施工工艺,降低了使用成本。另外芳纶纤维具有较强的韧性而避免了碳纤维类修复材料体系韧性不足,不耐冲击等缺点。
Description
技术领域
本发明涉及管道技术领域,具体涉及一种管道补强材料体系及补强方法。
背景技术
管道补强方法主要分为焊接类补强、夹具类补强和复合材料类补强等方法。焊接类补强方法工艺复杂,成本高昂,且在运营中的油气管线上施工风险较高;夹具类补强方法主要用于临时抢修,且多用于已经发生泄漏的管线;采用复合材料类补强方法工艺简单,成本低廉且免于动火,已经成为国内外各个管道公司都能接受的补强方法。复合材料类补强方法多集中于碳纤维和玻璃纤维类复合材料。碳纤维虽然强度高,但导电性强,韧性不足且价格高昂,材料耐冲击性不足。玻璃纤维类复合材料成本低廉,但只能用于强度要求不高的管线补强。玻璃纤维类产品代表性的有美国的Clock Spring和APPW,碳纤维类代表性的产品有中国的Perpe Wrap、Anko Wrap、和美国的Black Diamond、Diamond Wrap等产品。
现有的复合材料补强油气管道技术一般包括湿法和干法两种。湿法补强操作灵活,能够修复补强具有较高焊缝余高和错边严重的螺旋焊缝和环焊缝,由于此类方法对纤维强度要求高,多采用碳纤维复合材料;干法施工快捷,成本较低,适用于修复强度要求不高的管线,不能用于修复螺旋焊缝和环焊缝,此类多为玻璃纤维复合材料。碳纤维类由于具有导电性,会引发管线的电偶腐蚀,导致阴极剥离,所以一般要配套的使用一层抗阴极剥离涂层,提高了工艺复杂性。另外这两种复合材料补强方法对表面要求都很高,尤其是表面的水分控制十分严格,一般要求在无水环境下操作,否则引起附着不牢固和阴极剥离现象,引发泄漏事故。对于表面结露有水的管线,如LNG管线和输送低温轻质原油管线(夏季中俄原油管道漠大线大量结露,无法清理),当前的复合材料补强技术基本束手无策。
发明内容
本发明的目的是提供一种管道补强材料体系及补强方法,可适用于管线表面有水存在的潮湿环境。
为了达到上述目的,本发明采用的技术方案为:
一种管道补强材料体系,所述材料体系包括单组份湿气固化型表面修复剂、芳纶纤维布和单组份湿气固化型胶黏剂,所述材料体系用于管线表面有水存在的潮湿环境。
进一步地,所述单组份湿气固化型表面修复剂为填平材料,包括如下重量份的组分:
进一步地,所述环氧树脂为双酚A和双酚F类双官能团环氧树脂,在25℃条件下的粘度范围为1000~14000mPa·s;所述气相二氧化硅为二甲基二氯硅烷处理后的气相纳米二氧化硅,比表面积范围为80~300m2/g,平均原生粒径为8~50nm;所述云母粉末粒径为200~500目;所述石英粉末粒径为200~800目;所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二甲酯和邻苯二甲酸二乙酯中的一种或多种混合;所述潜伏固化剂具有以下分子结构:其中R1,R2,R3为碳原子数大于1,小于8的烷基、环烷基和芳基。
进一步地,所述芳纶纤维布为聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)、聚间苯二甲酰间苯二胺(MPIA)、聚对苯甲酰胺(PBA)和共聚芳酰胺纤维布中的一种或多种混合。
进一步地,所述单组份湿气固化型胶黏剂包括如下重量份的组分:
进一步地,所述环氧树脂A为双酚A和双酚F类双官能团环氧树脂,在25℃条件下的粘度范围为1000~14000mPa·s;所述环氧树脂B为四官能团环氧树脂混合物,在25℃条件下的粘度范围为1000~14000mPa·s;所述液体丁腈橡胶为端羧基液体丁腈橡胶、端羟基液体丁腈橡胶和端环氧基液体丁腈橡胶中的一种或多种混合;所述气相二氧化硅为二甲基二氯硅烷处理后的气相纳米二氧化硅,比表面积范围为80~300m2/g,平均原生粒径为8~50nm;所述潜伏固化剂具有以下分子结构:其中R1,R2,R3为碳原子数大于1,小于8的烷基、环烷基和芳基;所述活性稀释剂为具有两个以上环氧官能团的活性稀释剂,所述活性稀释剂为聚乙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、丁二醇二缩水甘油醚、二缩水甘油苯胺、三甲醇基丙烷三缩水甘油醚和丙三醇三缩水甘油醚中的一种或多种混合。
一种应用上述的管道补强材料体系的管道补强方法,包括如下步骤:
对基材管道表面进行处理;
对所述基材管道表面进行填平;
对所述基材管道表面进行湿法缠绕补强。
进一步地,所述对基材管道表面进行处理是采用喷砂处理至表面Sa2.5级或手工打磨至St3级。
进一步地,所述对所述基材管道表面进行填平是用单组份湿气固化型表面修复剂填平表面缺陷。
进一步地,所述对所述基材管道表面进行湿法缠绕补强是采用芳纶纤维布涂抹单组份湿气固化型胶黏剂后缠绕于填平后的管道上。
本发明相比现有技术具有以下优点及有益效果:
本发明将单组份湿气固化型表面修复剂、芳纶纤维布和单组份湿气固化型胶黏剂作为管道补强材料体系,在管线表面有水存在的潮湿环境中对钢制管道的缺陷进行修复。本发明提供的补强材料体系采用能够在潮湿环境下自发固化的单组份胶黏剂以及具备高韧性/高强度的芳纶纤维布作为复合材料,能有效地避免了碳纤维类复合材料由于导电性而引发的电偶腐蚀,所以本发明省去了抗阴极剥离涂层,简化了施工工艺,降低了使用成本。另外芳纶纤维具有较强的韧性而避免了碳纤维类修复材料体系韧性不足,不耐冲击等缺点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。
本发明实施例提供一种管道补强材料体系,所述材料体系包括单组份湿气固化型表面修复剂、芳纶纤维布和单组份湿气固化型胶黏剂,所述材料体系用于管线表面有水存在的潮湿环境。
进一步地,所述单组份湿气固化型表面修复剂为填平材料,包括如下重量份的组分:环氧树脂100份,气相二氧化硅1~10份,云母粉末10~50份,石英粉末10~50份,增塑剂1~20份,潜伏固化剂20~40份,γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷1~10份。
具体地,所述环氧树脂为双酚A和双酚F类双官能团环氧树脂,在25℃条件下的粘度范围为1000~14000mPa·s;所述气相二氧化硅为二甲基二氯硅烷处理后的气相纳米二氧化硅,比表面积范围为80~300m2/g,平均原生粒径为8~50nm;所述云母粉末粒径为200~500目;所述石英粉末粒径为200~800目;所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二甲酯和邻苯二甲酸二乙酯中的一种或多种混合;所述潜伏固化剂具有以下分子结构:其中R1,R2,R3为碳原子数大于1,小于8的烷基、环烷基和芳基。
进一步地,所述芳纶纤维布为聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)、聚间苯二甲酰间苯二胺(MPIA)、聚对苯甲酰胺(PBA)和共聚芳酰胺纤维布中的一种或多种混合。
进一步地,所述单组份湿气固化型胶黏剂包括如下重量份的组分:环氧树脂A 100份,环氧树脂B 20~90份,液体丁腈橡胶10~50份,气相二氧化硅2~20份,潜伏固化剂30~80份,活性稀释剂10~60份,γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷2~10份。
具体地,所述环氧树脂A为双酚A和双酚F类双官能团环氧树脂,在25℃条件下的粘度范围为1000~14000mPa·s;所述环氧树脂B为四官能团环氧树脂混合物,在25℃条件下的粘度范围为1000~14000mPa·s;所述液体丁腈橡胶包括端羧基液体丁腈橡胶、端羟基液体丁腈橡胶和端环氧基液体丁腈橡胶;所述气相二氧化硅为二甲基二氯硅烷处理后的气相纳米二氧化硅,比表面积范围为80~300m2/g,平均原生粒径为8~50nm;所述潜伏固化剂具有以下分子结构:
其中R1,R2,R3为碳原子数大于1,小于8的烷基、环烷基和芳基;所述活性稀释剂为具有两个以上环氧官能团的活性稀释剂,所述活性稀释剂为聚乙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、丁二醇二缩水甘油醚、二缩水甘油苯胺、三甲醇基丙烷三缩水甘油醚和丙三醇三缩水甘油醚中的一种或多种混合。
本发明实施例还提供一种应用上述的管道补强材料体系的管道补强方法,包括如下步骤:
步骤110,对基材管道表面进行处理;
具体地,对基材管道表面进行处理是采用喷砂处理至表面Sa2.5级或手工打磨至St3级。
步骤120,对所述基材管道表面进行填平;
具体地,对所述基材管道表面进行填平是用单组份湿气固化型表面修复剂填平表面缺陷。
步骤130,对所述基材管道表面进行湿法缠绕补强。
具体地,对所述基材管道表面进行湿法缠绕补强是采用芳纶纤维布涂抹单组份湿气固化型胶黏剂后缠绕于填平后的管道上。
实施例1:
一、管道基材表面处理
将管道缺陷附近进行喷砂处理至Sa2.5级,对缺陷的整个环向方向都进行处理,并使得缠带补强范围小于表面处理范围。
二、表面填平
采用湿气固化型表面修复剂对管道缺陷进行填平,以湿气固化型表面修复剂完全填充缺陷处为止。室温潮湿环境下湿气固化型表面修复剂需要2h表干。所用的单组分湿气固化型表面修复剂组成为:
100份CYD127环氧树脂
7份R972气相二氧化硅
25份200目云母粉末
44份250目石英粉末
12份邻苯二甲酸二丁酯增塑剂
30份双-N,N-(甲基-甲基)-乙二胺潜伏固化剂(丙酮与乙二胺反应获得)
5份γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
三、湿法缠绕补强
待湿气固化型表面修复剂表干后,首先在管道缺陷处表面和芳纶纤维布的一端刷涂湿气固化型单组份胶黏剂,随后采用边刷涂纤维布变缠绕的方法进行补强。在室温潮湿环境下,材料2小时基本表干,24小时内完全固化。所用的单组分湿气固化型胶黏剂组成为:
100份CYD127环氧树脂
45份MY-720环氧树脂
10份CHX100端环氧基液体丁腈橡胶
9份R972型气相二氧化硅
50份双-N,N-(甲基-甲基)-乙二胺潜伏固化剂(甲基异丁基酮与乙二胺反应获得)
25份DER736聚乙二醇二缩水甘油醚活性稀释剂
10份γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
实施例2:
一、管道基材表面处理
将管道缺陷附近进行喷砂处理至Sa2.5级,对缺陷的整个环向方向都进行处理,并使得缠带补强范围小于表面处理范围。
二、表面填平
采用湿气固化型表面修复剂对管道缺陷进行填平,以湿气固化型表面修复剂完全填充缺陷处为止。室温潮湿环境下湿气固化型表面修复剂需要2小时表干。所用的单组分湿气固化型表面修复剂组成为:
100份E51环氧树脂
5份R974气相二氧化硅
30份200目云母粉末
40份250目石英粉末
10份邻苯二甲酸二辛酯增塑剂
30份双-N,N-(甲基-异丁基)-己二胺潜伏固化剂(甲基异丁基酮与己二胺反应获得)
3份γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
三、湿法缠绕补强
待湿气固化型表面修复剂表干后,首先在管道缺陷处表面和芳纶纤维布的一端刷涂湿气固化型单组份胶黏剂,随后采用边刷涂纤维布变缠绕的方法进行补强。在室温潮湿环境下,材料2小时基本表干,24小时内完全固化。所用的单组分湿气固化型胶黏剂组成为:
100份E51环氧树脂
50份AG80环氧树脂
15份端羧基液体丁腈橡胶
10份R974型气相二氧化硅
60份双-N,N-(甲基-异丁基)-己二胺潜伏固化剂(甲基异丁基酮与己二胺反应获得)
30份DER732聚乙二醇二缩水甘油醚活性稀释剂
10份γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
本发明实施例产生的有益效果如下:
1、本发明提供的补强材料体系采用能够在潮湿环境下自发固化的单组份胶黏剂以及具备高韧性/高强度的芳纶纤维布作为复合材料,能有效地避免了碳纤维类复合材料由于导电性而引发的电偶腐蚀,所以本发明省去了抗阴极剥离涂层,简化了施工工艺,降低了使用成本。另外芳纶纤维具有较强的韧性而避免了碳纤维类修复材料体系韧性不足,不耐冲击等缺点。
2、现有的管道补强复合材料体系不仅对管道表面的处理要求如粗糙度等要求极高,而且也要求管线表面无水且环境相对湿度不能高于85%。本发明所涉及的补强材料体系解决管道表面潮湿或有水条件下的补强问题的方法是在传统补强材料体系的基础上,增加能够在湿气或有水条件下起到固化作用的潜伏性固化剂:其中R1,R2,R3为碳原子数大于1,小于8的烷基、环烷基和芳基。该组份能够在湿气或有水分的条件下缓慢分解出活性胺组分,进而交联固化树脂体系中的环氧基团,从而达材料在湿气或有水分的环境下固化。本发明能够解决水下、表面长期存在冷凝水以及潮湿环境下的管道修复补强问题。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种管道补强材料体系,其特征在于,所述材料体系包括单组份湿气固化型表面修复剂、芳纶纤维布和单组份湿气固化型胶黏剂,所述材料体系用于管线表面有水存在的潮湿环境。
2.根据权利要求1所述的管道补强材料体系,其特征在于,所述单组份湿气固化型表面修复剂为填平材料,包括如下重量份的组分:
3.根据权利要求2所述的管道补强材料体系,其特征在于,所述环氧树脂为双酚A和双酚F类双官能团环氧树脂,在25℃条件下的粘度范围为1000~14000mPa·s;所述气相二氧化硅为二甲基二氯硅烷处理后的气相纳米二氧化硅,比表面积范围为80~300m2/g,平均原生粒径为8~50nm;所述云母粉末粒径为200~500目;所述石英粉末粒径为200~800目;所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二甲酯和邻苯二甲酸二乙酯中的一种或多种混合;所述潜伏固化剂具有以下分子结构:其中R1,R2,R3为碳原子数大于1,小于8的烷基、环烷基和芳基。
4.根据权利要求1所述的管道补强材料体系,其特征在于,所述芳纶纤维布为聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)、聚间苯二甲酰间苯二胺(MPIA)、聚对苯甲酰胺(PBA)和共聚芳酰胺纤维布中的一种或多种混合。
5.根据权利要求1所述的管道补强材料体系,其特征在于,所述单组份湿气固化型胶黏剂包括如下重量份的组分:
6.根据权利要求5所述的管道补强材料体系,其特征在于,所述环氧树脂A为双酚A和双酚F类双官能团环氧树脂,在25℃条件下的粘度范围为1000~14000mPa·s;所述环氧树脂B为四官能团环氧树脂混合物,在25℃条件下的粘度范围为1000~14000mPa·s;所述液体丁腈橡胶为端羧基液体丁腈橡胶、端羟基液体丁腈橡胶和端环氧基液体丁腈橡胶中的一种或多种混合;所述气相二氧化硅为二甲基二氯硅烷处理后的气相纳米二氧化硅,比表面积范围为80~300m2/g,平均原生粒径为8~50nm;所述潜伏固化剂具有以下分子结构:其中R1,R2,R3为碳原子数大于1,小于8的烷基、环烷基和芳基;所述活性稀释剂为具有两个以上环氧官能团的活性稀释剂,所述活性稀释剂为聚乙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、丁二醇二缩水甘油醚、二缩水甘油苯胺、三甲醇基丙烷三缩水甘油醚和丙三醇三缩水甘油醚中的一种或多种混合。
7.一种应用如权利要求1-6中任一项所述的管道补强材料体系的管道补强方法,其特征在于,包括如下步骤:
对基材管道表面进行处理;
对所述基材管道表面进行填平;
对所述基材管道表面进行湿法缠绕补强。
8.根据权利要求7所述的管道补强方法,其特征在于,所述对基材管道表面进行处理是采用喷砂处理至表面Sa2.5级或手工打磨至St3级。
9.根据权利要求7所述的管道补强方法,其特征在于,所述对所述基材管道表面进行填平是用单组份湿气固化型表面修复剂填平表面缺陷。
10.根据权利要求7所述的管道补强方法,其特征在于,所述对所述基材管道表面进行湿法缠绕补强是采用芳纶纤维布涂抹单组份湿气固化型胶黏剂后缠绕于填平后的管道上。
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