CN104960251A - 一种高阻隔多层复合热塑性塑料管及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种复合热塑性塑料管,由外而内依次为阻隔外层,中间层和阻隔内层。本发明还提供一种复合热塑性塑料管的生产方法,从不对称分布的三台挤塑机分别挤出阻隔外层,中间层和阻隔内层,之后在多层共挤模具中挤压熔成一体,然后经冷却得到产品复合热塑性塑料管,该产品由外而内依次为阻隔外层,中间层和阻隔内层;在冷却后进一步包括打码和切割工序。经实验测定,其对CH4的渗透系数比高密度聚乙烯(HDPE)的渗透系数降低了4个数量级,具有优异的气体阻隔性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种高阻隔多层复合热塑性塑料管及其生产方法,本发明可用于油田地面油气输送管线非开挖修复领域,用于防止气体小分子渗透后管线负压坍塌。
背景技术
在石油行业的地面油气输送生产管线的使用过程中,对于服役时间长、腐蚀严重、泄漏事故频发、无法进行及时更换的地面油气输送生产管线,通常采用高密度聚乙烯(High density polyethylene,简称为“HDPE”)管内穿插修复技术将HDPE管经过等径压缩后由牵引机拉入待修复管道内,形成“管中管”的复合结构,达到有效延长管线使用寿命目的。在这类管线使用过程中,若输送介质中含有较多的CH4、CO2和H2S等小分子气体,小分子可通过渗透进入内穿插管和钢管之间的夹层,夹层内压力等于管线内压力时达到平衡状态。当管线在停输时,夹层内压力大于管线内压力,HDPE管坍塌失效,带来安全生产隐患。
HDPE结构式为〔-CH2-CH2-〕n,是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂,也包括乙烯与少量α-烯烃的共聚物;其熔点约为130℃,相对密度为0.94g/cm3~0.96g/cm3。研究表明:热塑性树脂的聚合物普遍存在气体渗透性,即在一定压力作用下小分子气体(CH4、CO2和H2S等)向聚合物内部移动,再从聚合物的另一侧表面离开聚合物;微观上气体渗透过程是由于聚合物中的分子存在孔穴,在压力条件下,气体小分子在浓度梯度的驱动下由一个孔迁移到另一个孔穴,最终从聚合物中渗透过去。
原钢管管线采用HDPE管内穿插修复后,若输送介质中含有较多CH4、CO2和H2S等小分子气体时,在运行压力工况下,小分子可通过渗透进入内穿插管和原钢管管线之间的夹层,当管线停输时,在夹层渗透压力大于管线内压,负压条件下HDPE内穿插管存在坍塌风险。国外油田已存在HDPE内穿插管失效,导致整个管道变形、不能继续使用的案例。
为降低HDPE管的小分子气体渗透率,避免HDPE内穿插管负压条件下坍塌失效,有效提高HDPE聚乙烯树脂的气体阻隔性能,降低渗透速率是关键。
目前,EVOH(乙烯/乙烯醇共聚物Ethylene-vinyl alcohol copolymer)和HDPE的共混成为高阻隔材料研究的热点之一。陈永芬等研究认为EVOH/HDPE共混体系中,当采用EVOH/增容剂为4/1的阻隔母粒,所得材料的结构为大而均匀的片状形态,具有优异的阻隔性。李连贵等采用HDPE接枝马来酸酐(MAH)或甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)作为增容剂,当质量比HDPE∶EVOH∶HDPE-g-GMA=80∶20∶8时,共混物氧气透过率比HDPE降低约96%。孟俊等细致考察了EVOH/HDPE共混生产工艺参数对管材阻隔性能的影响。
由于EVOH与HDPE的在热力学上具有不相容特性,无论是二者简单共混体系还是加入相容剂的共混体系都呈两相结构,管材较难实现稳定的阻隔性能质量控制,因此解决EVOH阻隔树脂与HDPE聚乙烯树脂的有机结合是关键。
如何研发一种阻隔性能稳定,适用油田腐蚀严重的天然气集输管线PE内穿插修复专用管材是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
目前常用层状共混技术制备高阻隔管,层状共混技术是通过控制聚合物共混物的形态结构,使材料的阻隔层与基体形成多层状的结构,从而获得层状结构聚合物复合材料的方法。研究表明:层状共混技术阻隔性能依赖于共混物中各相的形态结构,当阻隔性树脂在基体聚合物中形成层状分散,则能大大提高共混物的阻隔性能;若阻隔性树脂在基体中呈球状或纤维状形态分散,则不能提高共混物的阻隔性能。EVOH树脂在HDPE基体聚合物中形成层状分散受挤出机转速、牵引速度、加工温度、增容剂等生产条件影响较大,较难实现稳定的产品质量控制。
故此,为满足现场油田现场生产需要,消除内穿插管坍塌失效带来安全生产隐患,改进生产工艺获得稳定质量的高阻隔管势在必行。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种高阻隔的多层复合热塑性塑料管。具体来说,本发明提供一种油田腐蚀严重的天然气集输管线PE内穿插修复专用管材。该管材可以从根本上消除天然气集输管线修复用内穿插管在输送介质含有CH4、CO2和H2S等小分子气体时负压条件下产生的坍塌隐患,保障了修复管线的“安、稳、长、满、优”运行。
为了解决上述技术问题,本发明通过如下技术方案实现:
本发明提供一种复合热塑性塑料管,由外而内依次为阻隔外层,中间层和阻隔内层。
其中,所述阻隔外层占管材厚度3%~7%,中间层占管材厚度86%~94%,阻隔内层占管材厚度3%~7%;优选所述阻隔外层占管材厚度5%,中间层占管材厚度90%以及阻隔内层占管材厚度5%。
其中,阻隔外层的材料为EVOH、PVDC(聚偏二氯乙烯Polyvinylidenechloride)、PA(聚酰胺Polyamide)中的一种或多种;中间层的材料为HDPE、PE-RT(耐热聚乙烯,Polyethylene of raised temperature resistance)、PE-X(交联聚乙烯Crosslinked polyethylene)、UHMWPE(超高分子量聚乙烯Ultrahigh molecular weight polyethylene)中的一种或多种;阻隔内层的材料为EVOH、PVDC、PA中的一种或多种;优选阻隔外层和阻隔内层的材料为EVOH;中间层的材料为HDPE。
本发明还提供一种所述复合热塑性塑料管的生产方法,从不对称分布的三台挤塑机分别挤出阻隔外层,中间层和阻隔内层,之后在多层共挤模具中挤压熔成一体,然后经冷却得到产品;优选在冷却后进一步包括打码和切割工序。
本发明还提供一种复合热塑性塑料管的生产方法,从不对称分布的三台挤塑机分别挤出阻隔外层,中间层和阻隔内层,之后在多层共挤模具中挤压熔成一体,然后经冷却得到产品复合热塑性塑料管,该产品由外而内依次为阻隔外层,中间层和阻隔内层;优选在冷却后进一步包括打码和切割工序。
其中,所述复合热塑性塑料管的阻隔外层占管材厚度3%~7%,中间层占管材厚度86%~94%,阻隔内层占管材厚度3%~7%;优选所述阻隔外层占管材厚度5%,中间层占管材厚度90%以及阻隔内层占管材厚度5%。
其中,阻隔外层的材料为EVOH、PVDC、PA中的一种或多种;中间层的材料为HDPE、PE-RT、PE-X、UHMWPE中的一种或多种;阻隔内层的材料为EVOH、PVDC、PA中的一种或多种;优选阻隔外层和阻隔内层的材料为EVOH;中间层的材料为HDPE。
其中,所述挤出阻隔内层和阻隔外层的挤塑机的挤出工艺参数如下:机头压力控制在6MPa~8MPa之间,机筒区分为4段,第1段温度为150℃~160℃,第2段温度为180℃~190℃,第3段温度为215℃~225℃,第4段温度为220℃~230℃;模头区分为4段,第1段温度为215℃~225℃,第2段温度为220℃-230℃,第3段温度为225℃~235℃,第4段温度为230℃~340℃;挤出机转速为20rad/min~30rad/min,牵引速度为90cm/min~110cm/min;
中间层挤塑机挤出工艺参数控制如下:机头压力控制在7MPa~10MPa之间,机筒区分为4段,第1段温度为155℃~165℃,第2段温度为165℃~175℃,第3段温度为185℃~195℃,第4段温度为180℃~190℃;模头区分为4段,第1段温度为220℃~230℃,第2段温度为220℃~230℃,第3段温度为225℃~235℃,第4段温度为225℃~235℃;挤出机转速为15rad/min~25rad/min,牵引速度为90cm/min~110cm/min。
其中,所述挤出阻隔内层和阻隔外层的挤塑机的挤出工艺参数如下:机头压力控制在6MPa~8MPa之间,机筒区分为4段,第1段温度为155℃,第2段温度为185℃,第3段温度为220℃,第4段温度为225℃;模头区分为4段,第1段温度为220℃,第2段温度为225℃,第3段温度为230℃,第4段温度为235℃;挤出机转速为25rad/min,牵引速度为100cm/min;中间层机头压力控制在7MPa~10MPa之间,机筒区分为4段,第1段温度为160℃,第2段温度为170℃,第3段温度为190℃,第4段温度为185℃;模头区分为4段,第1段温度为225℃,第2段温度为225℃,第3段温度为230℃,第4段温度为230℃;挤出机转速为20rad/min,牵引速度为100cm/min
其中,所述冷却为在真空度为0.2MPa~0.3MPa、温度为20℃~30℃一次真空水冷定径后,在常压下经20℃~30℃二次水冷。
本发明的有益技术效果如下:
本发明高阻隔多层复合高密度聚乙烯管,一是利用EVOH树脂的高阻透性,有效提高了高密度聚乙烯(HDPE)树脂的气体阻隔性能,降低渗透速率,二是利用共挤出结构技术,有效规避了EVOH与HDPE共混体系难以稳定形成的均一两相结构的难题,制成的气体高阻隔性能稳定管材,从根本上消除了天然气集输管线修复用内穿插管在输送介质含有CH4、CO2和H2S等小分子气体时负压条件下产生的坍塌隐患,保障了修复管线的“安、稳、长、满、优”运行。
本发明高阻隔多层复合高密度热塑性塑料管可用在油田地面油气输送管线非开挖内穿插修复领域,特别是油田伴生气管线的内穿插修复;也可用于地板采暖工程中,作为防渗氧的加热塑料管道,防止管道内滋生藻类。
经实验测定,本发明高阻隔符合热塑性塑料管对CH4的渗透系数比高密度聚乙烯(HDPE)的渗透系数降低了4个数量级,具有优异的气体阻隔性能。
附图说明
图1为本发明生产方法的生产工艺流程示意图,其中1为挤出EVOH内管的1#挤塑机,2为挤出HDPE管的2#挤塑机,3为挤出EVOH外管的3#挤塑机,4为多层共挤模具,5为后处理工序(包括定径、冷却、打码等),6为产品定尺切割。
图2是本发明的产品复合热塑性塑料管结构剖面图,其中7为EVOH内层,8为HDPE中间层、9为EVOH外层。
具体实施方式
为充分说明本发明所解决的技术问题和达到的技术效果,通过下述具体实施方式和实施例对本发明进行详细说明。
本发明提供了一种复合热塑性塑料管,由外而内依次为阻隔外层,中间层和阻隔内层。
在一种具体实施方式中,所述阻隔外层占管材厚度3%~7%,中间层占管材厚度86%~94%,阻隔内层占管材厚度3%~7%;优选所述阻隔外层占管材厚度5%,中间层占管材厚度90%以及阻隔内层占管材厚度5%。
在一种具体实施方式中,所述阻隔外层的材料为EVOH、PVDC、PA中的一种或多种;中间层的材料为HDPE、PE-RT、PE-X、UHMWPE中的一种或多种;阻隔内层的材料为EVOH、PVDC、PA中的一种或多种;优选阻隔外层和阻隔内层的材料为EVOH;中间层的材料为HDPE。
HDPE结构式为〔-CH2-CH2-〕n,是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂,也包括乙烯与少量α-烯烃的共聚物;其熔点约为130℃,相对密度为0.941g/cm3~0.960g/cm3。
乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)、聚偏二氯乙烯(PVDC)、聚酰胺(PA)是常用的三大阻隔树脂,均可以用于阻隔气体。EVOH树脂具有良好的机械强度、伸缩性、耐磨性和热稳定性,阻隔性能是PVDC的10倍、是PA的100倍,因此优选EVOH树脂制备高阻隔管材。
EVOH集聚乙烯聚合物良好的加工性和乙烯醇聚合物极高的气体阻隔性于一体,最显著特点是其对气体的阻隔作用。同时EVOH还具有很强的耐油性、耐有机溶剂和抗静电性能,其机械强度、弹性、耐磨性和热稳定性良好,可将其作为有效提高HDPE聚乙烯树脂的气体阻隔性能的材料。
与现有技术相比,发明涉及的高阻隔多层复合热塑性塑料管采用多层共挤技术,即分别将EVOH树脂和HDPE树脂加热后,由同一出口模挤出,形成有EVOH外层(约占管材厚度5%)、HDPE中间层(约占管材厚度90%)、EVOH内层(约占管材厚度5%)的多层共挤、相邻层紧密结合的复合热塑性塑料管。
与层状共混技术相比,多层共挤技术更加稳定,管材形成了稳定的高阻隔EVOH层,获得了CH4、CO2和H2S等小分子气体高阻隔性能的同时,还保持了HDPE管较高的拉伸强度和冲击强度,便于管材进行内穿插修复施工。
现有技术主要在增容剂条件下,采用层状共混技术制备HDPE/EVOH阻隔热塑性树脂管,增容剂主要有马来酸酐(MAH)或甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)等。当HDPE∶EVOH∶HDPE-g-GMA=80∶20∶8(质量比),共混物和EVOH氧气透过率达到同一个数量级水平,远远小于HDPE的氧气渗透率。
层状共混技术是提高阻隔性能依赖共混物中各相的形态结构,当阻隔性树脂在基体聚合物中形成层状分散,则能大大提高共混物得阻隔性能;若阻隔性树脂在基体中呈球状或纤维状形态分散,则共混物得阻隔性能并没有较大的提高。阻隔性树脂共混后在基体树脂中的分散形态由分散物的流变性能、界面张力、共混料和加工条件(流动模式、剪切速率、加工温度)等决定,产品质量稳定性较差。
本发明还提供了一种复合热塑性塑料管的生产方法,从不对称分布的三台挤塑机分别挤出阻隔外层,中间层和阻隔内层,之后在多层共挤模具中挤压熔成一体,然后经冷却得到产品复合热塑性塑料管,该产品由外而内依次为阻隔外层,中间层和阻隔内层;优选在冷却后进一步包括打码和切割工序。
在生产过程中,除控制下列规定的参数外,其他工序步骤以及参数控制均是本领域常规技术可以确定。
在一种具体实施方式中,将密度为1.17g/cm3的EVOH和密度为0.94g/cm3的HDPE树脂经过加热后,采用不对称分布的3台挤塑机由同一挤出口模同时挤出(图1),1#挤塑机(1)挤出EVOH内层、2#挤塑机(2)挤出HDPE中间层、3#挤塑机(3)挤出EVOH外层。3层结构在多层共挤模具(4)中通过多层共挤,之后经过定径打码等后处理工序(5),以及对产品的定尺切割(6),最终形成相邻层之间紧密结合的复合热塑性塑料管(图2),由外而内依次为EVOH阻隔外层(7),HDPE中间层(8)和EVOH阻隔内层(9)。其中,EVOH内层和外层约占管材厚度5%、HDPE中间层约占管材厚度90%。
EVOH内层和外层挤塑机挤出工艺参数控制如下:机头压力控制在6MPa~8MPa之间,机筒区分为4段,第1段温度为155℃,第2段温度为185℃,第3段温度为220℃,第4段温度为225℃;模头区分为4段,第1段温度为220℃,第2段温度为225℃,第3段温度为230℃,第4段温度为235℃;挤出机转速为25rad/min,牵引速度为100cm/min。
HDPE中间层挤塑机挤出工艺参数控制如下:机头压力控制在7MPa~10MPa之间,机筒区分为4段,第1段温度为160℃,第2段温度为170℃,第3段温度为190℃,第4段温度为185℃;模头区分为4段,第1段温度为225℃,第2段温度为225℃,第3段温度为230℃,第4段温度为230℃;挤出机转速为20rad/min,牵引速度为100cm/min。
高阻隔多层复合热塑性塑料管经真空度为0.2MPa~0.3MPa、25℃一次真空水冷定径后,在常压下经25℃二次水冷,然后经打码、定尺切割等工序成型。
依照《GB/T 1038-2000塑料薄膜和薄片气体透过性试验方法压差法》,在30℃试验条件下,测试CH4在高阻隔多层复合热塑性塑料渗透系数为4.229×10-17cm3·cm/cm2·s·Pa,比相同条件下高密度聚乙烯(HDPE)的渗透系数1.651×10-13cm3·cm/cm2·s·Pa降低了4个数量级,表现出优异的气体阻隔性能。
高阻隔多层复合热塑性塑料管的拉伸屈服强度为20MPa,断裂伸长率>500%,满足PE内穿插修复用管材技术要求。
下面结合附图1对本发明作进一步的说明:
3台挤塑机不对称分布,1#挤塑机(1)挤出高阻隔EVOH内管,2#挤塑机(2)挤出具有拉伸强度和冲击强度的HDPE管,3#挤塑机(3)挤出高阻隔EVOH外管,然后经多层共挤模具(4)由同一出口模挤出,然后经冷却、产品打码等后处理工序(5)和产品定尺切割工序(6),形成有EVOH/HDPE/EVOH高阻隔多层复合热塑性塑料管。
在生产过程中,本发明复合热塑性塑料管在塔河油田穿越塔里木河段伴生气外输管线防护改造工程中,在KZ1站伴生气外输管线应用高阻隔多层复合热塑性塑料管3.6km;本发明管材的应用解决了伴生气管线非开挖防护工作问题,消除了穿河段伴生气管线腐蚀穿孔带来的环保隐患问题。
实施例
实施例1:
将密度为1.17g/cm3的EVOH和密度为0.94g/cm3的HDPE树脂经过加热后,采用不对称分布的3台挤塑机由同一挤出口模同时挤出EVOH阻隔内层、HDPE中间层、EVOH阻隔外层。3层结构通过多层共挤,形成相邻层之间紧密结合的复合热塑性塑料管。之后在真空度为0.2MPa~0.3MPa、温度为25℃一次真空水冷定径后,在常压下经25℃二次水冷,然后经打码、定尺切割等工序成型。
其中,EVOH内层和外层约占管材厚度5%、HDPE中间层约占管材厚度90%。
EVOH内层和外层挤塑机挤出工艺参数控制如下:机头压力控制在6MPa~8MPa之间,机筒区分为4段,第1段温度为155℃,第2段温度为185℃,第3段温度为220℃,第4段温度为225℃;模头区分为4段,第1段温度为220℃,第2段温度为225℃,第3段温度为230℃,第4段温度为235℃;挤出机转速为25rad/min,牵引速度为100cm/min。
HDPE中间层挤塑机挤出工艺参数控制如下:机头压力控制在7MPa~10MPa之间,机筒区分为4段,第1段温度为160℃,第2段温度为170℃,第3段温度为190℃,第4段温度为185℃;模头区分为4段,第1段温度为225℃,第2段温度为225℃,第3段温度为230℃,第4段温度为230℃;挤出机转速为20rad/min,牵引速度为100cm/min。
依照《GB/T 1038-2000塑料薄膜和薄片气体透过性试验方法压差法》,在30℃试验条件下,测试CH4在高阻隔多层复合热塑性塑料渗透系数为4.229×10-17cm3·cm/cm2·s·Pa,比相同条件下高密度聚乙烯(HDPE)的渗透系数1.651×10-13cm3·cm/cm2·s·Pa降低了4个数量级,表现出优异的气体阻隔性能。
高阻隔多层复合热塑性塑料管的拉伸屈服强度为20MPa,断裂伸长率>500%,满足PE内穿插修复用管材技术要求。
实施例2:
将密度为1.17g/cm3的EVOH和密度为0.96g/cm3的HDPE树脂经过加热后,采用不对称分布的3台挤塑机由同一挤出口模同时挤出EVOH阻隔内层、HDPE中间层、EVOH阻隔外层。3层结构通过多层共挤,形成相邻层之间紧密结合的复合热塑性塑料管。之后在真空度为0.2MPa~0.3MPa、温度为20℃一次真空水冷定径后,在常压下经20℃二次水冷,然后经打码、定尺切割等工序成型。
其中,EVOH内层和外层约占管材厚度3%、HDPE中间层约占管材厚度94%。
EVOH内层和外层挤塑机挤出工艺参数控制如下:机头压力控制在6MPa~8MPa之间,机筒区分为4段,第1段温度为150℃,第2段温度为180℃,第3段温度为215℃,第4段温度为220℃;模头区分为4段,第1段温度为215℃,第2段温度为220℃,第3段温度为225℃,第4段温度为230℃;挤出机转速为20rad/min,牵引速度为90cm/min。
HDPE中间层挤塑机挤出工艺参数控制如下:机头压力控制在7MPa~10MPa之间,机筒区分为4段,第1段温度为155℃,第2段温度为165℃,第3段温度为185℃,第4段温度为180℃;模头区分为4段,第1段温度为220℃,第2段温度为220℃,第3段温度为225℃,第4段温度为225℃;挤出机转速为15rad/min,牵引速度为90cm/min。
依照《GB/T 1038-2000塑料薄膜和薄片气体透过性试验方法压差法》,在30℃试验条件下,测试CH4在高阻隔多层复合热塑性塑料渗透系数为4.373×10-17cm3·cm/cm2·s·Pa,比相同条件下高密度聚乙烯(HDPE)的渗透系数1.651×10-13cm3·cm/cm2·s·Pa降低了4个数量级,表现出优异的气体阻隔性能。
高阻隔多层复合热塑性塑料管的拉伸屈服强度为20.4MPa,断裂伸长率>500%,满足PE内穿插修复用管材技术要求。
实施例3:
将密度为1.17g/cm3的EVOH和密度为0.94g/cm3的HDPE树脂经过加热后,采用不对称分布的3台挤塑机由同一挤出口模同时挤出EVOH阻隔内层、HDPE中间层、EVOH阻隔外层。3层结构通过多层共挤,形成相邻层之间紧密结合的复合热塑性塑料管。之后在真空度为0.2MPa~0.3MPa、温度为30℃一次真空水冷定径后,在常压下经30℃二次水冷,然后经打码、定尺切割等工序成型。
其中,EVOH内层和外层约占管材厚度7%、HDPE中间层约占管材厚度86%。
EVOH内层和外层挤塑机挤出工艺参数控制如下:机头压力控制在6MPa~8MPa之间,机筒区分为4段,第1段温度为160℃,第2段温度为190℃,第3段温度为225℃,第4段温度为230℃;模头区分为4段,第1段温度为225℃,第2段温度为230℃,第3段温度为235℃,第4段温度为240℃;挤出机转速为30rad/min,牵引速度为110cm/min。
HDPE中间层挤塑机挤出工艺参数控制如下:机头压力控制在7MPa~10MPa之间,机筒区分为4段,第1段温度为165℃,第2段温度为175℃,第3段温度为195℃,第4段温度为190℃;模头区分为4段,第1段温度为230℃,第2段温度为230℃,第3段温度为235℃,第4段温度为235℃;挤出机转速为25rad/min,牵引速度为110cm/min。
依照《GB/T 1038-2000塑料薄膜和薄片气体透过性试验方法压差法》,在30℃试验条件下,测试CH4在高阻隔多层复合热塑性塑料渗透系数为4.157×10-17cm3·cm/cm2·s·Pa,比相同条件下高密度聚乙烯(HDPE)的渗透系数1.651×10-13cm3·cm/cm2·s·Pa降低了4个数量级,表现出优异的气体阻隔性能。
高阻隔多层复合热塑性塑料管的拉伸屈服强度为20.1MPa,断裂伸长率>500%,满足PE内穿插修复用管材技术要求。
实施例4:
将密度为1.17g/cm3的EVOH和密度为0.955g/cm3的PE-RT树脂经过加热后,采用不对称分布的3台挤塑机由同一挤出口模同时挤出EVOH阻隔内层、PE-RT中间层、EVOH阻隔外层。3层结构通过多层共挤,形成相邻层之间紧密结合的复合热塑性塑料管。之后在真空度为0.2MPa~0.3MPa、温度为25℃一次真空水冷定径后,在常压下经25℃二次水冷,然后经打码、定尺切割等工序成型。
其中,EVOH内层和外层约占管材厚度5%、PE-RT中间层约占管材厚度90%。
EVOH内层和外层挤塑机挤出工艺参数控制如下:机头压力控制在6MPa~8MPa之间,机筒区分为4段,第1段温度为155℃,第2段温度为185℃,第3段温度为220℃,第4段温度为225℃;模头区分为4段,第1段温度为220℃,第2段温度为225℃,第3段温度为230℃,第4段温度为235℃;挤出机转速为25rad/min,牵引速度为100cm/min。
PE-RT中间层挤塑机挤出工艺参数控制如下:机头压力控制在7MPa~10MPa之间,机筒区分为4段,第1段温度为160℃,第2段温度为170℃,第3段温度为190℃,第4段温度为185℃;模头区分为4段,第1段温度为225℃,第2段温度为225℃,第3段温度为230℃,第4段温度为230℃;挤出机转速为20rad/min,牵引速度为100cm/min。
依照《GB/T 1038-2000塑料薄膜和薄片气体透过性试验方法压差法》,在30℃试验条件下,测试CH4在高阻隔多层复合热塑性塑料渗透系数为4.319×10-17cm3·cm/cm2·s·Pa,比相同条件下高密度聚乙烯(PE-RT)的渗透系数1.651×10-13cm3·cm/cm2·s·Pa降低了4个数量级,表现出优异的气体阻隔性能。
高阻隔多层复合热塑性塑料管的拉伸屈服强度为20.6MPa,断裂伸长率>500%,满足PE内穿插修复用管材技术要求。
实施例5:
将密度为1.65g/cm3的PVDC和密度为0.94g/cm3的HDPE树脂经过加热后,采用不对称分布的3台挤塑机由同一挤出口模同时挤出PVDC阻隔内层、HDPE中间层、PVDC阻隔外层。3层结构通过多层共挤,形成相邻层之间紧密结合的复合热塑性塑料管。之后在真空度为0.2MPa~0.3MPa、温度为25℃一次真空水冷定径后,在常压下经25℃二次水冷,然后经打码、定尺切割等工序成型。
其中,PVDC内层和外层约占管材厚度5%、HDPE中间层约占管材厚度90%。
PVDC内层和外层挤塑机挤出工艺参数控制如下:机头压力控制在6MPa~8MPa之间,机筒区分为4段,第1段温度为155℃,第2段温度为185℃,第3段温度为220℃,第4段温度为225℃;模头区分为4段,第1段温度为220℃,第2段温度为225℃,第3段温度为230℃,第4段温度为235℃;挤出机转速为25rad/min,牵引速度为100cm/min。
HDPE中间层挤塑机挤出工艺参数控制如下:机头压力控制在7MPa~10MPa之间,机筒区分为4段,第1段温度为160℃,第2段温度为170℃,第3段温度为190℃,第4段温度为185℃;模头区分为4段,第1段温度为225℃,第2段温度为225℃,第3段温度为230℃,第4段温度为230℃;挤出机转速为20rad/min,牵引速度为100cm/min。
依照《GB/T 1038-2000塑料薄膜和薄片气体透过性试验方法压差法》,在30℃试验条件下,测试CH4在高阻隔多层复合热塑性塑料渗透系数为7.425×10-16cm3·cm/cm2·s·Pa,比相同条件下高密度聚乙烯(HDPE)的渗透系数1.651×10-13cm3·cm/cm2·s·Pa降低了3个数量级,表现出优异的气体阻隔性能。
高阻隔多层复合热塑性塑料管的拉伸屈服强度为21.2MPa,断裂伸长率>500%,满足PE内穿插修复用管材技术要求。
实施例6:
将密度为1.15g/cm3的PA66和密度为0.94g/cm3的HDPE树脂经过加热后,采用不对称分布的3台挤塑机由同一挤出口模同时挤出PA阻隔内层、HDPE中间层、PA66阻隔外层。3层结构通过多层共挤,形成相邻层之间紧密结合的复合热塑性塑料管。之后在真空度为0.2MPa~0.3MPa、温度为25℃一次真空水冷定径后,在常压下经25℃二次水冷,然后经打码、定尺切割等工序成型。
其中,PA66内层和外层约占管材厚度5%、HDPE中间层约占管材厚度90%。
PA66内层和外层挤塑机挤出工艺参数控制如下:机头压力控制在6MPa~8MPa之间,机筒区分为4段,第1段温度为155℃,第2段温度为185℃,第3段温度为220℃,第4段温度为225℃;模头区分为4段,第1段温度为220℃,第2段温度为225℃,第3段温度为230℃,第4段温度为235℃;挤出机转速为25rad/min,牵引速度为100cm/min。
HDPE中间层挤塑机挤出工艺参数控制如下:机头压力控制在7MPa~10MPa之间,机筒区分为4段,第1段温度为160℃,第2段温度为170℃,第3段温度为190℃,第4段温度为185℃;模头区分为4段,第1段温度为225℃,第2段温度为225℃,第3段温度为230℃,第4段温度为230℃;挤出机转速为20rad/min,牵引速度为100cm/min。
依照《GB/T 1038-2000塑料薄膜和薄片气体透过性试验方法压差法》,在30℃试验条件下,测试CH4在高阻隔多层复合热塑性塑料渗透系数为9.425×10-16cm3·cm/cm2·s·Pa,比相同条件下高密度聚乙烯(HDPE)的渗透系数1.651×10-13cm3·cm/cm2·s·Pa降低了3个数量级,表现出优异的气体阻隔性能。
高阻隔多层复合热塑性塑料管的拉伸屈服强度为20.8MPa,断裂伸长率>500%,满足PE内穿插修复用管材技术要求。
实施例7:
中试放大实施例
2014年在塔河油田穿越塔里木河段伴生气外输管线防护改造工程中,将实施例1制备得到的3.6km的复合热塑性塑料管用于在KZ1站伴生气外输管线中取得了很好的效果,至今没有出现管道失效的情况,正常运行,没有出现管道坍塌失效,保障了安全生产。
通过上述实施例说明,本发明得到的复合热塑性塑料管具有很高的阻隔效果,可以用于油田开发过程中。
Claims (10)
1.一种复合热塑性塑料管,其特征在于,由外而内依次为阻隔外层,中间层和阻隔内层。
2.如权利要求1所述的复合热塑性塑料管,其中阻隔外层的材料为EVOH、PVDC、PA中的一种或多种;中间层的材料为HDPE、PE-RT、PE-X、UHMWPE中的一种或多种;阻隔内层的材料为EVOH、PVDC、PA中的一种或多种;优选阻隔外层和阻隔内层的材料为EVOH;中间层的材料为HDPE。
3.如权利要求1或2所述的复合热塑性塑料管,其中所述阻隔外层占管材厚度3%~7%,中间层占管材厚度86%~94%,阻隔内层占管材厚度3%~7%;优选所述阻隔外层占管材厚度5%,中间层占管材厚度90%以及阻隔内层占管材厚度5%。
4.一种权利要求1-3任一项所述复合热塑性塑料管的生产方法,其特征在于,从不对称分布的三台挤塑机分别挤出阻隔外层,中间层和阻隔内层,之后在多层共挤模具中挤压熔成一体,然后经冷却得到产品;优选在冷却后进一步包括打码和切割工序。
5.一种复合热塑性塑料管的生产方法,其特征在于,从不对称分布的三台挤塑机分别挤出阻隔外层,中间层和阻隔内层,之后在多层共挤模具中挤压熔成一体,然后经冷却得到产品复合热塑性塑料管,该产品由外而内依次为阻隔外层,中间层和阻隔内层;优选在冷却后进一步包括打码和切割工序。
6.如权利要求4或5所述复合热塑性塑料管的生产方法,其中所述复合热塑性塑料管的阻隔外层占管材厚度3%~7%,中间层占管材厚度86%~94%,阻隔内层占管材厚度3%~7%;优选所述阻隔外层占管材厚度5%,中间层占管材厚度90%以及阻隔内层占管材厚度5%。
7.如权利要求4-6任一项所述的复合热塑性塑料管的生产方法,其中阻隔外层的材料为EVOH、PVDC、PA中的一种或多种;中间层的材料为HDPE、PE-RT、PE-X、UHMWPE中的一种或多种;阻隔内层的材料为EVOH、PVDC、PA中的一种或多种;优选阻隔外层和阻隔内层的材料为 EVOH;中间层的材料为HDPE。
8.如权利要求4-7任一项所述的复合热塑性塑料管的生产方法,其中所述挤出阻隔内层和阻隔外层的挤塑机的挤出工艺参数如下:机头压力控制在6MPa~8MPa之间,机筒区分为4段,第1段温度为150℃~160℃,第2段温度为180℃~190℃,第3段温度为215℃~225℃,第4段温度为220℃~230℃;模头区分为4段,第1段温度为215℃~225℃,第2段温度为220℃~230℃,第3段温度为225℃~235℃,第4段温度为230℃~340℃;挤出机转速为20rad/min~30rad/min,牵引速度为90cm/min~110cm/min;
中间层挤塑机挤出工艺参数控制如下:机头压力控制在7MPa~10MPa之间,机筒区分为4段,第1段温度为155℃~165℃,第2段温度为165℃~175℃,第3段温度为185℃~195℃,第4段温度为180℃~190℃;模头区分为4段,第1段温度为220℃~230℃,第2段温度为220℃~230℃,第3段温度为225℃-235℃,第4段温度为225℃~235℃;挤出机转速为15rad/min~25rad/min,牵引速度为90cm/min~110cm/min。
9.如权利要求4-8任一项所述的复合热塑性塑料管的生产方法,其中所述挤出阻隔内层和阻隔外层的挤塑机的挤出工艺参数如下:机头压力控制在6MPa~8MPa之间,机筒区分为4段,第1段温度为155℃,第2段温度为185℃,第3段温度为220℃,第4段温度为225℃;模头区分为4段,第1段温度为220℃,第2段温度为225℃,第3段温度为230℃,第4段温度为235℃;挤出机转速为25rad/min,牵引速度为100cm/min;中间层机头压力控制在7MPa~10MPa之间,机筒区分为4段,第1段温度为160℃,第2段温度为170℃,第3段温度为190℃,第4段温度为185℃;模头区分为4段,第1段温度为225℃,第2段温度为225℃,第3段温度为230℃,第4段温度为230℃;挤出机转速为20rad/min,牵引速度为100cm/min 。
10.如权利要求4-9任一项所述的复合热塑性塑料管的生产方法,其中所述冷却为在真空度为0.2MPa~0.3MPa、温度为20℃~30℃一次真空水冷定径后,在常压下经20℃~30℃二次水冷。
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- 2015-06-10 CN CN201510316251.5A patent/CN104960251A/zh active Pending
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