WO2019066670A1 - Стальная труба и способ получения радиационно-модифицированного покрытия - Google Patents
Стальная труба и способ получения радиационно-модифицированного покрытия Download PDFInfo
- Publication number
- WO2019066670A1 WO2019066670A1 PCT/RU2017/000650 RU2017000650W WO2019066670A1 WO 2019066670 A1 WO2019066670 A1 WO 2019066670A1 RU 2017000650 W RU2017000650 W RU 2017000650W WO 2019066670 A1 WO2019066670 A1 WO 2019066670A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- steel pipe
- coating
- radiation
- layer
- pipe
- Prior art date
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 67
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 62
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 51
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 51
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 67
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 50
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 claims abstract description 23
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 21
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 21
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 18
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims abstract description 17
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000012763 reinforcing filler Substances 0.000 claims description 11
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 10
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 10
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims description 8
- 206010039509 Scab Diseases 0.000 claims 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 6
- 230000007774 longterm Effects 0.000 abstract description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 abstract 1
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 20
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 11
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 11
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 231100000987 absorbed dose Toxicity 0.000 description 7
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 6
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 6
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 5
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 5
- 229920002748 Basalt fiber Polymers 0.000 description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 4
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 4
- 229920001903 high density polyethylene Polymers 0.000 description 4
- 239000004700 high-density polyethylene Substances 0.000 description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 102100037373 DNA-(apurinic or apyrimidinic site) endonuclease Human genes 0.000 description 3
- 101000806846 Homo sapiens DNA-(apurinic or apyrimidinic site) endonuclease Proteins 0.000 description 3
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 3
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 3
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 3
- 244000043261 Hevea brasiliensis Species 0.000 description 2
- YKFRUJSEPGHZFJ-UHFFFAOYSA-N N-trimethylsilylimidazole Chemical compound C[Si](C)(C)N1C=CN=C1 YKFRUJSEPGHZFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 description 2
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 2
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 2
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical group [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 239000002998 adhesive polymer Substances 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 229920003052 natural elastomer Polymers 0.000 description 2
- 229920001194 natural rubber Polymers 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 2
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 2
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 2
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 2
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 2
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920003051 synthetic elastomer Polymers 0.000 description 2
- 239000005061 synthetic rubber Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 229920002430 Fibre-reinforced plastic Polymers 0.000 description 1
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 1
- 239000010425 asbestos Substances 0.000 description 1
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 1
- 229910052810 boron oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N diboron trioxide Chemical compound O=BOB=O JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000007590 electrostatic spraying Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000011151 fibre-reinforced plastic Substances 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000009878 intermolecular interaction Effects 0.000 description 1
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 229910052895 riebeckite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D1/00—Processes for applying liquids or other fluent materials
- B05D1/36—Successively applying liquids or other fluent materials, e.g. without intermediate treatment
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
- B05D3/06—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by exposure to radiation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D5/00—Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures
- B05D5/08—Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures to obtain an anti-friction or anti-adhesive surface
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D7/00—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
- B05D7/14—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials to metal, e.g. car bodies
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B1/00—Layered products having a non-planar shape
- B32B1/08—Tubular products
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
- B32B15/04—Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
- B32B15/08—Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of synthetic resin
- B32B15/085—Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of synthetic resin comprising polyolefins
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B7/00—Layered products characterised by the relation between layers; Layered products characterised by the relative orientation of features between layers, or by the relative values of a measurable parameter between layers, i.e. products comprising layers having different physical, chemical or physicochemical properties; Layered products characterised by the interconnection of layers
- B32B7/04—Interconnection of layers
- B32B7/12—Interconnection of layers using interposed adhesives or interposed materials with bonding properties
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D123/00—Coating compositions based on homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Coating compositions based on derivatives of such polymers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D123/00—Coating compositions based on homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Coating compositions based on derivatives of such polymers
- C09D123/02—Coating compositions based on homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Coating compositions based on derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
- C09D123/04—Homopolymers or copolymers of ethene
- C09D123/06—Polyethene
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D123/00—Coating compositions based on homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Coating compositions based on derivatives of such polymers
- C09D123/02—Coating compositions based on homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Coating compositions based on derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
- C09D123/04—Homopolymers or copolymers of ethene
- C09D123/08—Copolymers of ethene
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D131/00—Coating compositions based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an acyloxy radical of a saturated carboxylic acid, of carbonic acid, or of a haloformic acid; Coating compositions based on derivatives of such polymers
- C09D131/02—Homopolymers or copolymers of esters of monocarboxylic acids
- C09D131/04—Homopolymers or copolymers of vinyl acetate
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L57/00—Protection of pipes or objects of similar shape against external or internal damage or wear
- F16L57/06—Protection of pipes or objects of similar shape against external or internal damage or wear against wear
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L58/00—Protection of pipes or pipe fittings against corrosion or incrustation
- F16L58/02—Protection of pipes or pipe fittings against corrosion or incrustation by means of internal or external coatings
- F16L58/04—Coatings characterised by the materials used
- F16L58/10—Coatings characterised by the materials used by rubber or plastics
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L9/00—Rigid pipes
- F16L9/02—Rigid pipes of metal
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L9/00—Rigid pipes
- F16L9/02—Rigid pipes of metal
- F16L9/04—Reinforced pipes
Definitions
- the invention relates to the field of engineering, namely, to the production technology of steel pipes with reinforced polymer coating used for the construction and operation of oil and gas pipelines, heat supply systems and water supply, including large diameter pipes.
- Reinforcing fibers in combination with a polymer matrix provide composites with an increase in mechanical strength indicators: impact resistance, wear resistance.
- One of the main tasks in the construction and operation of steel pipelines is to ensure high performance characteristics of polymer anticorrosive coatings on pipes in such parameters as impact strength, wear resistance, penetration resistance, coating resistance to cathodic peeling, increased adhesion, and adhesion stability during long-term pipe operation.
- factory protective polymeric coatings are currently being used, which are applied to the external prepared pipe surface.
- you can use a multilayer polymer coating which may consist of a primer layer, an adhesive layer and an outer layer made of a polymer composition based on polyolefins and specialized additives.
- the described anticorrosion polymer coating of steel pipes does not provide the required modern level of resistance to corrosive media, mechanical damage. There is also a lack of adhesion of the polymer coating material to the base material of the pipe and the stability of the adhesion of the polymer coating during long-term operation of the pipes.
- the proposed polymer-insulated pipe has a multilayer structure to protect the surface from damage, in which the first lower layer consists of epoxy primer, the second middle layer consists of adhesive polymer underlayer, the third upper layer consists of high density polyethylene of HDPE series, and the fourth outer layer consists of silane-modified HDPE (according to ⁇ -b classification) with which it is possible to increase the impact strength and impact strength of the sample.
- the steel pipe, modified with multilayer insulation "TSIM” contains the lower, middle and outer polymer layers, while the lower layer of the polymer coating is made of epoxy primer, the middle layer of the polymer coating is made of adhesive adhesive polymer underlayer, and the outer layer is made of a modified composite based on polyolefin, and the outer the layer is made with the possibility of deposition on the middle layer by extrusion of a composite based on polyolefins and subsequent radiation crosslinking under the action of an electron accelerator.
- the disadvantages of the coating obtained are the unsatisfactory mechanical strength of the coating, which does not allow the use of coated pipes in rocky and frozen soils without additional protection measures. This complicates the work and entails additional costs in the construction of pipelines.
- the task of the claimed group of inventions is to develop a method for applying a radiation-modified reinforced polymer coating on a steel pipe in order to obtain a steel pipe with high mechanical characteristics.
- the technical result of the claimed group of inventions is to increase the impact strength and wear resistance of the coating on the pipe.
- the method of obtaining a radiation-modified wear-resistant polymer coating on a steel pipe involves applying a primer layer to the surface of a steel pipe, applying an adhesive layer to the primer layer, followed by applying a composite polymer layer to the adhesive layer polyolefins and reinforcing filler - fibers, and radiation modification of the coating using at least one electron accelerator with a dose of th exposure 1-100 Mrad, when the ratio of the speed of movement to the speed of rotation of the pipe is 0.1-5.0.
- the method of obtaining radiation-modified polymer coating on a steel pipe involves applying a primer layer to the surface of the steel pipe, followed by applying to the primer layer a composite polymer monolayer in the form of a matrix containing polyolefins and a glue based on polyolefins and a reinforcing filler - fiber, and radiation modification coatings using at least one electron accelerator with a dose of 1-100 Mrad with the ratio of the speed of movement to the speed of rotation of the would be 0.1-5.0.
- FIG. 1 is a cross section of a steel pipe with a three-layer coating.
- FIG. 2 is a cross section of a steel pipe with a monolayer coating.
- FIG. 3 is a plot of tensile strength (MPa) versus radiation dose for beams of 5 and 10 MeV.
- FIG. 4 Process of radiation modification of a coated pipe
- the steel pipe (1) contains a primer layer (2) deposited on the outer surface of the steel pipe (1), an adhesive layer (3) deposited on the primer layer (2), composite polymer layer (4) in the form of a matrix based on polyolefins and reinforcing filler - fibers deposited on the adhesive layer (3).
- a steel pipe with a polymer coating containing the layers disclosed above is subjected to radiation modification by an electron beam using at least one electron accelerator.
- the steel pipe (1) contains one primer layer (2) deposited on the outer surface of the steel pipe (1), a composite polymer monolayer (5) deposited on the primer layer (2) in the form of a matrix containing polyolefins and adhesive composition based on polyolefins, and reinforcing filler - fibers.
- a steel pipe with a polymer coating containing the layers disclosed above is subjected to radiation modification by an electron beam using at least one electron accelerator.
- the matrix of the composite polymer layer based on polyolefins (4) is made in the form of a polymer selected from the group: polyethylene, sevilen, polypropylene, polyvinyl chloride, polystyrene, natural rubber, synthetic rubbers, polysiloxanes, polyamides, polyethylene oxide.
- the adhesive layer (3) contains an adhesive composition based on polyolefins selected from the group: based on “Methalen APE-1” polyethylene, based on Sevilen ATI-06; based on sevilen TRISOLEN 190, based on sevilen TRISOLEN 200 / U.
- the primer layer (2) contains a material selected from the group: epoxy primer Primer MB, rubber-resin Primer PL-L, rubber primer Primer NK-50, TRANSCOR-GAS primer.
- the matrix of the composite polymer monolayer (5) contains two components, while the first component contains a polymer based on polyolefins selected from the group: polyethylene, sevilen, polypropylene, polyvinyl chloride, polystyrene, natural rubber, synthetic rubbers, polysiloxanes, polyamides, polyethylene oxide, and the second component is an adhesive based on polyolefins selected from the group: based on Metilen APE-1 polyethylene, based on sevilen ATI-06; based on sevilen TRISOLEN 190, based on sevilen TRISOLEN 200 / U.
- the mass ratio of the content of these components in the matrix is 1: 1.
- Glass, carbon and basalt fibers are used as reinforcing filler.
- a radiation modified coating on a steel pipe is obtained as follows.
- the cleaned surface of the steel pipe (1) is subjected to induction heating to a temperature of at least 200 ° C, followed by applying to the outer surface of the pipe a primer layer (2) in the form of a primer powder based on epoxy composition, for example, primer epoxy Primer MB, thick 90-100 microns by electrostatic spraying.
- a primer layer (2) in the form of a primer powder based on epoxy composition, for example, primer epoxy Primer MB, thick 90-100 microns by electrostatic spraying.
- Particles of dry powder deposited on the surface of the steel pipe (1) are held on it mainly due to the forces of electrostatic attraction. Wetting occurs when the powder particles melt at a temperature above 200 ° C. In this case, the epoxy powder on the surface of the pipe melts and polymerizes, forming a soft continuous film.
- an adhesive layer (3) is applied to the primer layer (2), which contains an adhesive composition based on polyolefins, for example, on the basis of “Methalen APE-1” polyethylene.
- the adhesive layer (3) is applied by conventional methods used for coating pipelines, for example, by the method of side melt extrusion of the adhesive composition.
- the adhesive composition heated to the state of melt is squeezed into the flat die of the extruder to form a tape with a thickness of 100 to 500 ⁇ m, which is wound on the primer layer (2).
- a composite polymer layer (4) is applied over the adhesive layer (3) in the form of a matrix based on polyolefins and a reinforcing filler - glass, carbon or basalt fibers, by spiral winding of a composite polymer tape heated to the state of melt (extrusion), also extruded through a flat-slit head extruder thickness of 5-50 mm.
- the obtained multilayer coating is rolled under pressure to the outer surface of the steel pipe (1) with a roller, and then the steel pipe (1) is cooled to a temperature not higher than 60 ° C and radiation modification of the polymer coating of the steel pipe (1) is performed using electronic accelerator technology (see Fig. 4).
- a steel pipe (1), coated with a multilayer coating is exposed to electron beams with an energy of 0.5-10 MeV and an irradiation dose of 1-100 Mrad using at least one electron accelerator (6) of the type ELV and ILU and similar.
- the steel pipe (1) under the electron beam (7) passes with certain speeds of movement and rotation of the pipe, with a ratio of the speed of movement to the speed of rotation of the pipe equal to 0.1-5.0.
- the speed of movement is determined by the required dose, which is absorbed by the polymer coating, and the rotation ensures the uniformity of the absorbed dose over the entire surface of the polymer coating of the pipe.
- the absorbed dose collected by the polymer coating of the pipe is chosen to cover the polymer material from the free molecular state to the partially cross-linked state, which is characterized by the formation of three-dimensional molecular structures with a higher molecular weight. Due to this, there is an increase in impact strength, wear resistance, resistance to penetration of the polymer coating, adhesive strength and stability of the adhesion of the polymer coating of steel pipes.
- a primer layer (2) is applied to the cleaned outer surface (cleaning operations similar to those described above) of a steel pipe (1), as described above, followed by applying a composite polymer monolayer (5), similar to applying a composite polymer layer ( 4) as described above.
- the pipe with a two-layer coating is cooled to a temperature not higher than 60 ° C and radiation modification of the polymer coating of the steel pipe (1) is carried out using the technology of electronic accelerators, as described above.
- the claimed invention when applying the technology of radiation modification of polymer coatings by an electron beam, allows to improve the strength characteristics of the obtained polymer wear-resistant coating, the results of experiments on a steel pipe with a wear-resistant polymer coating are presented in Table. one.
- Vx - the speed of movement of the pipe
- D is the diameter of the pipe
- H is the beam width of the electron accelerator
- N- pipe rotation speed N- pipe rotation speed
- the presence of more than one electron accelerator allows us to speed up the process of radiation modification of the pipe coating, which is important in the industrial production of pipes with radiation-modified insulation.
- the fibers of the reinforcing filler perceive mechanical stresses, determining the basic physicomechanical properties of the polymer coating: strength, deformability, rigidity, wear resistance.
- the matrix (polyethylene, sevilen, polypropylene and their composites), located in the interfibre space, serves to distribute the mechanical stresses between the fibers, also partially perceives these mechanical stresses, and, very importantly, determines the solidity of the material.
- the interaction of reinforcing fibers with the matrix should ensure a high realization of the mechanical properties of the fibers in the reinforced material and its solidity. This requires: good wettability of the fibers by the matrix and / or binder; high adhesion between the fiber and the matrix, characterized by shear strength at the interface of the fiber-matrix; high adhesion should be maintained for a long time under the operating conditions of the composite with active external influences, including moisture; preservation or minimal change in the properties of fibers under the influence of the components of the matrix; relaxation of internal stresses in the elementary volume of the fiber-matrix during heat treatment or under the influence of components of the binder and other factors.
- Radiation modification results in efficient crosslinking of polyolefin molecules. Also increases the value of adhesion between molecules of polyolefins with reinforcing filler. Due to this, the physicomechanical properties of the polymer coating increase synergistically: strength, deformability, rigidity, wear resistance. Wear resistance (intensity of mass wear of the polymer composite) was determined by testing according to generally accepted methods (GOST 11629-75) on a CETR friction machine (USA).
- the samples were treated with ethyl alcohol and weighed on an analytical balance before and after friction. After treatment with ethyl alcohol, the samples were left for a day in order to evaporate the alcohol.
- the content of the reinforcing filler in the prepared composition has a significant impact on the process of its homogenization in a single-screw mixer in the process of factory extrusion and the imposition of the surface layer of polymer insulation of steel pipe.
- a volumetric filling of more than 30% the highly viscous mixture moves in the dosing zone not in a laminar, but in the so-called piston mode, and the polymer component melt forms a lubricating layer, as it were, at the boundary with the surface of the cylinder and screw screw channel.
- the invention allows to increase the impact strength and wear resistance of the polymer coating in the process of long-term operation of pipes.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Rigid Pipes And Flexible Pipes (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области машиностроения, а именно, к технологии производства стальных труб с полимерным износостойким покрытием, используемым для строительства и эксплуатации нефте- и газопроводов, систем теплоснабжения и водоснабжения, в том числе труб большого диаметра. Техническим результатом заявленной группы изобретений является повышение ударной прочности и износостойкости полимерного покрытия в процессе длительной эксплуатации труб. Способ получения радиационно-модифицированного износостойкого полимерного покрытия на стальной трубе, включающий нанесение грунтовочного слоя на поверхность стальной трубы, нанесение адгезионного слоя на грунтовочный слой, с последующим нанесением на адгезионный слой композиционного полимерного слоя в виде матрицы на основе полиолефинов и армирующего наполнителя - волокна и радиационной модификацией покрытия при помощи, по крайней мере, одного ускорителя электронов с дозой облучения 1-100 Мрад, при отношении скорости перемещения к скорости вращения трубы равной 0,1-5,0.
Description
СТАЛЬНАЯ ТРУБА И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАДИАЦИОННО- МОДИФИЦИРОВАННОГО ПОКРЫТИЯ
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к области машиностроения, а именно, к технологии производства стальных труб с полимерным армированным покрытием, используемым для строительства и эксплуатации нефте- и газопроводов, систем теплоснабжения и водоснабжения, в том числе труб большого диаметра.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Объемы производства и области применения армирующих модифицированных волокнами полимерных композитов во всем мире непрерывно растут. Перспективны для ответственных конструкций полимерные материалы, модифицированные асбестовыми, стеклянными, углеродными, базальтовыми и другими волокнами.
Армирующие волокна в сочетании с полимерной матрицей обеспечивают композитам повышение показателей механической прочности: сопротивление удару, износостойкость.
Углеродные волокна являются дорогостоящими для массового применения в промышленности и строительстве, а производство стекловолокнистых наполнителей сдерживается из-за дефицита специальных компонентов (оксида бора, соды и др.). В связи с этим особенное значение приобретают наполнители, которые способны заменить стекловолокно и углеродное волокно. Таковыми могут быть базальтовые волокна, т.к. они, являясь разновидностью стекловолокон, имеют практически все позитивные свойства стеклянных и углеродных волокон, а также ряд существенных преимуществ: при производстве базальтовых волокон не нужно введение специальных компонентов, сырье общедоступно и дешевое, а запасы его неограниченны. (Перепел кин К.Е., Армирующие волокна и волокнистые полимерные композиты. - С-Пб., 2009. - 118).
Одной из основных задач при строительстве и эксплуатации стальных трубопроводов является обеспечение высоких эксплуатационных характеристик полимерных антикоррозионных покрытий труб по таким параметрам, как ударная прочность, износостойкость сопротивление пенетрации, стойкость покрытия к катодному отслаиванию, повышенную адгезию, стабильность адгезии в процессе длительной эксплуатации труб. Для решения этой задачи в настоящее время используются заводские защитные полимерные покрытия, которые наносят на наружную подготовленную
поверхность трубы. Для антикоррозионной защиты наружной поверхности трубы можно использовать многослойное полимерное покрытие, которое может состоять из грунтовочного слоя, адгезивного слоя и наружного слоя, выполненных из полимерных композиции на основе полиолефинов и специализированных добавок. Способ получения указанного многослойного покрытия и труба с многослойным покрытием раскрыта в RU 2458952 С2, опубл. 20.08.2012. Также появились монослойные полимерные покрытия, объединяющие свойства адгезивного и наружного полимерных слоев. Труба с подобным заводским антикоррозионным полимерным покрытием, характеризуется достаточно высоким уровнем эксплуатационных механических свойств покрытия.
Однако описанное антикоррозионное полимерное покрытие стальных труб не обеспечивает требуемый современный уровень устойчивости к воздействию агрессивных сред, механическому повреждению. Имеет место также недостаточная адгезия полимерного материала покрытия к основному материалу трубы и стабильность адгезии полимерного покрытия в процессе длительной эксплуатации труб.
Известен способ нанесения многослойной полимерной изоляции на стальную трубу и труба стальная с многослойной полимерной изоляцией состоящей из четырех слоев, раскрытые в RU 2413615 С2, опубл. 10.03.2011. Предложенная труба с полимерной изоляцией имеет многослойную конструкцию для защиты поверхности от повреждения, у которого первый нижний слой состоит из эпоксидного праймера, второй средний слой состоит из адгезионного полимерного подслоя, третий верхний слой состоит из полиэтилена высокой плотности серии ПЭВП, а четвертый наружный слой состоит из модифицированного силаном ПЭВП (по классификации ΡΕΧ-b) с помощью которого достигается повышение ударной прочности и ударной вязкости образца.
Недостатком известного способа и стальной трубы с многослойным покрытием является требование применения сложных дополнительных и, следовательно, дорогостоящих технологических операции по нанесению дополнительного полимерного четвертого слоя, модифицированного силаном ПЭВП (по классификации ΡΕΧ-b). Также для модификации по технологии РЕХ-Ь необходимо в течение нескольких часов выстаивать сшиваемый силаном полиолефин в водяной бане при температуре около 95°С, что ограничивает производительность технологии в целом и существенно повышает затраты на производство.
Кроме того, известен способ нанесения многослойного покрытия и стальная труба модифицированная с многослойной изоляцией «ТСИМ», раскрытая в RU 164448 U1 , опубл. 27.08.2016 (прототип). Стальная труба, модифицированная с многослойной изоляцией «ТСИМ» содержит нижний, средний и наружный полимерные слои, при этом нижний слой полимерного покрытия выполнен из эпоксидного праймера, средний слой полимерного покрытия - из клейкого адгезионного полимерного подслоя, а наружный слой - из модифицированного композита на основе полиолефинов, причем наружный
слой выполнен с возможностью нанесения на средний слой экструдированием композита на основе полиолефинов и последующего радиационного сшивания под действием ускорителя электронов.
К недостаткам полученного покрытия можно отнести неудовлетворительную механическую прочность покрытия, не позволяющую применять трубы с покрытием в скалистых и мерзлых грунтах без дополнительных мер по защите. Это усложняет производство работ и влечет за собой дополнительные затраты при строительстве трубопроводов.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей заявленной группы изобретений является разработка способа нанесения радиационно-модифицированного армированного полимерного покрытия на стальную трубу с целью получения стальной трубы с высокими механическими характеристиками.
Техническим результатом заявленной группы изобретений является повышение ударной прочности и износостойкости покрытия на трубе.
Указанный технический результат достигается за счет того, что способ получения радиационно-модифицированного износостойкого полимерного покрытия на стальной трубе включает нанесение грунтовочного слоя на поверхность стальной трубы, нанесение адгезионного слоя на грунтовочный слой, с последующим нанесением на адгезионный слой композиционного полимерного слоя в виде матрицы на основе полиолефинов и армирующего наполнителя - волокна, и радиационной модификацией покрытия при помощи, по крайней мере, одного ускорителя электронов с дозой облучения 1-100 Мрад, при отношении скорости перемещения к скорости вращения трубы равной 0,1-5,0.
Способ получения радиационно-модифицированного полимерного покрытия на стальной трубе включает нанесение грунтовочного слоя на поверхность стальной трубы, с последующим нанесением на грунтовочный слой композиционного полимерного монослоя в виде матрицы, содержащей полиолефины и клеевого состава на основе полиолефинов, и армирующего наполнителя - волокна, и радиационной модификацией покрытия при помощи, по крайней мере, одного ускорителя электронов с дозой облучения 1-100 Мрад при отношении скорости перемещения к скорости вращения трубы равной 0,1-5,0.
Стальная труба с радиационно-модифицированным полимерным покрытием, содержащая покрытие на основе слоев, полученных в соответствии с вышераскрытыми способами, при этом покрытие радиационно-модифицировано при помощи, по крайней мере, одного ускорителя электронов.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение будет более понятным из описания, не имеющего ограничительного характера и приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
Фиг. 1 - поперечный разрез стальной трубы с трехслойным покрытием.
Фиг. 2 - поперечный разрез стальной трубы с монослойным покрытием.
Фиг. 3 - График зависимости предела прочности при растяжении (МПа) от дозы облучения для пучков 5 и 10 МэВ.
Фиг. 4 - Процесс радиационной модификации трубы с покрытием
1 - стальная труба; 2 - грунтовочный слой; 3 - адгезионный слой; 4 - полимерный слой на основе полиолефинов; 5 - полимерный монослой; 6 - ускоритель электронов; 7 - пучок электронов.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с первым вариантом изобретения (см. фиг. 1 ,) стальная труба (1) содержит грунтовочный слой (2), нанесенный на наружную поверхность стальной трубы (1), адгезионный слой (3), нанесенный на грунтовочный слой (2), композиционный полимерный слой (4) в виде матрицы на основе полиолефинов и армирующего наполнителя - волокна, нанесенный на адгезионный слой (3). При этом стальную трубу с полимерным покрытием, содержащим выше раскрытые слои, подвергают радиационной модификации пучком электронов при помощи по крайней мере, одного ускорителя электронов.
В соответствии со вторым вариантом изобретения (см. фиг. 2) стальная труба (1) содержит, один грунтовочный слой (2), нанесенный на наружную поверхность стальной трубы (1), нанесенный на грунтовочный слой (2) композиционный полимерный монослой (5) в виде матрицы, содержащий полиолефины и клеевой состав на основе полиолефинов, и армирующего наполнителя - волокна. При этом стальную трубу с полимерным покрытием, содержащим выше раскрытые слои, подвергают радиационной модификацией пучком электронов при помощи, по крайней мере, одного ускорителя электронов.
Матрица композиционного полимерного слоя на основе полиолефинов (4) выполнена в виде полимера выбранного из группы: полиэтилен, сэвилен, полипропилен, поливинилхлорид, полистирол, натуральный каучук, синтетические каучуки, полисилоксаны, полиамиды, полиэтиленоксид.
Адгезионный слой (3) содержит клеевую композицию на основе полиолефинов, выбранную из группы: на основе полиэтилена «Метален АПЭ-1 », на основе сэвилена АТИ-06; на основе сэвилена TRISOLEN 190, на основе сэвилена TRISOLEN 200/U.
Грунтовочный слой (2) содержит материал, выбранный из группы: грунтовка эпоксидная «Праймер МБ», каучуко-смоляной «Праймер ПЛ-Л», каучуко-смоляной «Праймер НК-50», грунтовка "ТРАНСКОР-ГАЗ».
Матрица композиционного полимерного монослоя (5) содержит два компонента, при этом первый компонент содержит полимер на основе полиолефинов выбранных из группы: полиэтилен, сэвилен, полипропилен, поливинилхлорид, полистирол, натуральный
каучук, синтетические каучуки, полисилоксаны, полиамиды, полиэтиленоксид, а второй компонент - клеевой состав на основе полиолефинов, выбранный из группы: на основе полиэтилена «Метален АПЭ-1 », на основе сэвилена АТИ-06; на основе сэвилена TRISOLEN 190, на основе сэвилена TRISOLEN 200/U. Массовое соотношение содержания указанных компонентов в матрице составляет 1 :1.
В качестве армирующего наполнителя применяют стеклянные, углеродные и базальтовые волокна.
Радиационно-модифицированное покрытие на стальной трубе получают следующим образом.
В соответствии с первым вариантом изобретения наружную поверхность стальной трубы (1) подвергают предварительной очистке. Для этого сначала производят ее обезжиривание щелочным раствором путем подачи его на наружную поверхность трубы под давлением, после чего стальную трубу подвергают сушке и струйной очистке до получения шероховатости наружной поверхности трубы, которая не превышает Rz=100 мкм.
После чего очищенную поверхность стальной трубы (1) подвергают индукционному нагреву до температуры не менее 200°С с последующим нанесением на наружную поверхность трубы грунтовочного слоя (2) в виде порошка грунтовки на основе эпоксидной композиции, например, грунтовка эпоксидная «Праймер МБ», толщиной 90- 100 мкм при помощи электростатического напыления. Частицы сухого порошка, нанесенные на поверхность стальной трубы (1), удерживаются на ней преимущественно за счет сил электростатического притяжения. Смачивание происходит, когда частицы порошка расплавляются при температуре выше 200°С. При этом эпоксидный порошок на поверхности трубы плавится и полимеризуется, образуя мягкую непрерывную пленку.
Затем на грунтовочный слой (2) наносят адгезионный слой (3), содержащий клеевую композицию на основе полиолефинов, например, на основе полиэтилена «Метален АПЭ-1 ». Адгезионный слой (3) наносят обычными способами, используемыми для покрытия трубопроводов, например, методом боковой «плоскощелевой» экструзии расплава клеевой композиции. Для нанесения адгезионного слоя (3), нагретую до состояния расплава адгезионную композицию, выдавливают в плоскощелевую головку экструдера с образованием ленты толщиной от 100 до 500 мкм, которую наматывают на грунтовочный слой (2).
Затем поверх адгезионного слоя (3) наносят композиционный полимерный слой (4) в виде матрицы на основе полиолефинов и армирующего наполнителя - стеклянные, углеродные или базальтовые волокна, путем спиральной намотки нагретой до состояния расплава (экструзия) композиционной полимерной ленты, выдавливаемую также через плоскощелевую головку экструдера толщиной 5-50 мм.
После чего полученное многослойное покрытие прикатывают под давлением к наружной поверхности стальной трубы (1) роликом, а затем производят охлаждение стальной трубы (1) до температуры не выше 60°С и осуществляют радиационную модификацию полимерного покрытия стальной трубы (1) с применением технологии электронных ускорителей (см. фиг. 4).
При радиационной модификации, стальную трубу (1), с нанесенным многослойным покрытием, подвергают воздействию пучков электронов с энергией 0,5-10 МэВ и дозой облучения 1-100 Мрад при помощи, по крайней мере, одного ускорителя электронов (6) типа ЭЛВ и ИЛУ и аналогичных. При радиационной модификации стальная труба (1) под пучком электронов (7) проходит с определенными скоростями перемещения и вращения трубы, при отношении скорости перемещения к скорости вращения трубы равной 0,1 - 5,0. Скорость перемещения определяется требуемой дозой, которая поглощается полимерным покрытием, а вращение обеспечивает однородность поглощенной дозы по всему поверхности полимерного покрытия трубы.
Поглощенную дозу, набираемую полимерным покрытием трубы, подбирают достаточной для перехода полимерного материала покрытия из свободномолекулярного состояния в частично сшитое состояние, характеризуемое формирование трехмерных молекулярных структур с более высокой молекулярной массой. За счет этого происходит повышение ударной прочности, износостойкости, сопротивлению пенетрации полимерного покрытия, адгезионной прочности и стабильность адгезии полимерного покрытия стальных труб.
В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения на очищенную наружную поверхность (операции очистки аналогичны раскрытым выше) стальной трубы (1) наносят грунтовочный слой (2), как описано выше, с последующим нанесением композиционного полимерного монослоя (5), аналогично нанесению композиционного полимерного слоя (4), описанному выше. Далее производят охлаждение трубы с двухслойным покрытием до температуры не выше 60°С и осуществляют радиационную модификацию полимерного покрытия стальной трубы (1) с применением технологии электронных ускорителей, как описано выше.
Исследования по изучению структурных изменений и свойств облученных полимеров на примере полиэтилена позволили выделить отчетливо выраженные стадии, через которые проходит полимер по мере увеличения дозы. На начальной стадии радиационной модификации, при поглощенной дозе до 2,0 Мрад, происходит образование поперечных ковалентных связей между отдельными атомами углерода линейных молекул и создание трехмерных пространственных полимеров с более высокой молекулярной массой. Приобретаемые на этой стадии свойства полимера обуславливаются не столько вновь возникающими жесткими связями, формирующими разветвленные молекулярные системы, сколько межмолекулярными взаимодействиями
между этими системами, допускающими возможность их взаимных смещений и деформаций при внешних механических воздействий. В таких условиях полиэтилен по своим свойствам становится близким к каучукоподобным материалам. При дальнейшем увеличении поглощенной дозы плотность поперечных связей возрастает и структура полиэтилена превращается в единую пространственную сетку. Благодаря этому материал приобретает новые полезные свойства: увеличивается модуль упругости, возрастает предел прочности на разрыв, возникает стойкость к химическим и температурным воздействиям. Изменения зависимости предела прочности при растяжении (МПа) от дозы облучения для полиэтилена отмечены на графике (Фиг. 3).
Заявленное изобретение, при применении технологии радиационной модификации полимерных покрытий электронным пучком позволяет улучшить прочностные характеристики полученного полимерного износостойкого покрытия, результаты экспериментов стальной трубы с полимерным износостойким покрытием покрытием представлены в табл. 1.
Таблица 1
На скорости вращения и перемещения трубы влияют такие факторы, как мощность пучка электронов, энергия электронного пучка, длина развертки электронного пучка, заданная поглощенная доза и диаметр трубы. Зависимость этих параметров в общем виде можно описать формулой:
216 « P / D = 25 ' 103 ' R » H ' Vx,
где P - мощность электронного пучка ускорителя; D - заданное значение поглощенной дозы; Н - ширина зоны облучения; Vx - скорость перемещения трубы; R - глубина проникновения электронов (для полиэтилена R=2,4 г/см2).
Отношение скорости перемещения трубы и скорости её вращения в общем виде описывается формулой: νχ = ϊ^ Ν·
где Vx - скорость перемещения трубы; D - диаметр трубы; Н- ширина пучка электронного ускорителя; N- скорость вращения трубы.
Практически отношение скорости перемещения к скорости вращения трубы попадает в диапазон 0,1-5,0. Правильно подобранное отношение скорости перемещения к скорости вращения позволяет добиться равномерного уровня поглощенной дозы покрытия на всей поверхности обрабатываемой трубы
Наличие более одного ускорителя электронов позволяет ускорить процесс радиационной модификации покрытия трубы, что немаловажно при промышленном производстве труб с радиационно-модифицированной изоляцией.
Волокна армирующего наполнителя воспринимают механические напряжения, определяя основные физико-механические свойства полимерного покрытия: прочность, деформативность, жесткость, износостойкость. Матрица (полиэтилен, сэвилен, полипропилен и их композиты), находящаяся в межволоконном пространстве, служит для распределения механических напряжений между волокнами, тоже частично воспринимает эти механические напряжения, и, что очень важно, определяет монолитность материала.
Взаимодействие армирующих волокон с матрицей должно обеспечивать высокую реализацию механических свойств волокон в армированном материале и его монолитность. Для этого необходимы: хорошая смачиваемость волокон матрицей и/или связующим; высокая адгезия между волокном и матрицей, характеризуемая сдвиговой прочностью на границе раздела волокно-матрица; высокая адгезия должна долговременно сохраняться в условиях эксплуатации композита при активных внешних воздействиях, в том числе влаги; сохранение или минимальное изменение свойств волокон под влиянием компонентов матрицы; релаксация внутренних напряжений в элементарном объеме волокно-матрица при термообработке или под влиянием компонентов связующего и других факторов.
При радиационной модификации происходит эффективное сшивание молекул полиолефинов. Также повышается значение адгезии между молекулами полиолефинов с армирующим наполнителем. За счет этого синергично возрастают параметры физико- механические свойства полимерного покрытия: прочность, деформативность, жесткость, износостойкость.
Износостойкость (интенсивность массового изнашивания полимерного композита) определяли при испытаниях по общепринятым методикам (ГОСТ 11629-75) на машине трения CETR (США). Использовали схему «палец-диск» (образец - столбик с диаметром 10 мм, высотой 20 мм, контртело - стальной вал из стали 45 с твердостью 45-50 HRC и шероховатостью Ra=0,06-0,07 мкм, нагрузка 150 Н, скорость скольжения - 200 об/мин). Время испытаний - 3 часа.
Для определения массового износа образцы обрабатывали этиловым спиртом и взвешивали на аналитических весах до и после трения. После обработки этиловым спиртом образцы оставляли на сутки для того, чтобы испарился спирт.
Содержание армирующего наполнителя в приготавливаемом составе оказывает существенное влияние на процесс его гомогенизации в одношнековом смесителе в процессе заводской экструзии и наложении поверхностного слоя полимерной изоляции стальной трубы. При объемном наполнении более 30 % высоковязкая смесь движется в зоне дозирования не в ламинарном, а в так называемом поршневом режиме, причем расплав полимерного компонента образует как бы смазочный слой на границе с поверхностью цилиндра и винтового канала шнека. Это ограничивает технологические возможности экструзии полимерного покрытия при создании изоляционного покрытия стальной трубы. Поэтому наполнение армирующими волокнами возможно в долях не более 30%.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет повысить ударную прочность и износостойкость полимерного покрытия в процессе длительной эксплуатации труб.
Изобретение было раскрыто выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления изобретения, не меняющие его сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно, изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.
Claims
1. Способ получения радиационно-модифицированного износостойкого полимерного покрытия на стальной трубе, включающий нанесение грунтовочного слоя на поверхность стальной трубы, нанесение адгезионного слоя на грунтовочный слой, с последующим нанесением на адгезионный слой композиционного полимерного слоя в виде матрицы на основе полиолефинов и армирующего наполнителя - волокна и радиационной модификацией покрытия при помощи, по крайней мере, одного ускорителя электронов с дозой облучения 1-100 Мрад, при отношении скорости перемещения к скорости вращения трубы равной 0,1-5,0.
2. Способ получения радиационно-модифицированного полимерного покрытия на стальной трубе, включающий нанесение грунтовочного слоя на поверхность стальной трубы, с последующим нанесением на грунтовочный слой композиционного полимерного монослоя в виде матрицы, содержащей полиолефины и клеевой состав на основе полиолефинов, и армирующего наполнителя - волокна, и радиационной модификацией покрытия при помощи, по крайней мере, одного ускорителя электронов с дозой облучения 1-100 Мрад при отношении скорости перемещения к скорости вращения трубы равной 0,1-5,0.
3. Стальная труба с радиационно-модифицированным полимерным покрытием, содержащая покрытие на основе слоев, полученных по любому из п. п.1-2, при этом покрытие радиационно-модифицировано при помощи, по крайней мере, одного ускорителя электронов.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/RU2017/000650 WO2019066670A1 (ru) | 2017-09-26 | 2017-09-26 | Стальная труба и способ получения радиационно-модифицированного покрытия |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/RU2017/000650 WO2019066670A1 (ru) | 2017-09-26 | 2017-09-26 | Стальная труба и способ получения радиационно-модифицированного покрытия |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2019066670A1 true WO2019066670A1 (ru) | 2019-04-04 |
Family
ID=65903238
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/RU2017/000650 WO2019066670A1 (ru) | 2017-09-26 | 2017-09-26 | Стальная труба и способ получения радиационно-модифицированного покрытия |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
WO (1) | WO2019066670A1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2789043C1 (ru) * | 2022-09-06 | 2023-01-27 | Акционерное Общество "Делан" (Ао "Делан) | Многослойное изоляционное ленточное покрытие для трубопроводов |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2277199C1 (ru) * | 2005-05-11 | 2006-05-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Мост-1" | Способ нанесения изоляционного покрытия на металлическую поверхность |
RU2315784C1 (ru) * | 2006-03-31 | 2008-01-27 | Некоммерческая организация Учреждение Институт проблем химической физики Российской академии наук (статус государственного учреждения (ИПХФ РАН) | Термопластичные армированные композиционные материалы и способы их приготовления |
WO2013149915A1 (en) * | 2012-04-04 | 2013-10-10 | Borealis Ag | High-flow fiber reinforced polypropylene composition |
RU164448U1 (ru) * | 2015-07-22 | 2016-08-27 | Закрытое акционерное общество "Уральский завод полимерных технологий "Маяк" | Стальная труба модифицированная с многослойной изоляцией "тсим" |
-
2017
- 2017-09-26 WO PCT/RU2017/000650 patent/WO2019066670A1/ru active Application Filing
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2277199C1 (ru) * | 2005-05-11 | 2006-05-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Мост-1" | Способ нанесения изоляционного покрытия на металлическую поверхность |
RU2315784C1 (ru) * | 2006-03-31 | 2008-01-27 | Некоммерческая организация Учреждение Институт проблем химической физики Российской академии наук (статус государственного учреждения (ИПХФ РАН) | Термопластичные армированные композиционные материалы и способы их приготовления |
WO2013149915A1 (en) * | 2012-04-04 | 2013-10-10 | Borealis Ag | High-flow fiber reinforced polypropylene composition |
RU164448U1 (ru) * | 2015-07-22 | 2016-08-27 | Закрытое акционерное общество "Уральский завод полимерных технологий "Маяк" | Стальная труба модифицированная с многослойной изоляцией "тсим" |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2789043C1 (ru) * | 2022-09-06 | 2023-01-27 | Акционерное Общество "Делан" (Ао "Делан) | Многослойное изоляционное ленточное покрытие для трубопроводов |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Wu et al. | Layer-by-layer assembled nacre-like polyether amine/GO hierarchical structure on carbon fiber surface toward composites with excellent interfacial strength and toughness | |
Afshar et al. | Enhancing durability of 3D printed polymer structures by metallization | |
RU164448U1 (ru) | Стальная труба модифицированная с многослойной изоляцией "тсим" | |
RU2553024C1 (ru) | Винт | |
Kumar et al. | Experimental study wear rate of glass fibre reinforced epoxy polymer composites filled with aluminium powder | |
RU2679266C1 (ru) | Способ получения радиационно-модифицированного износостойкого полимерного покрытия на стальной трубе и стальная труба с радиационно-модифицированным износостойким полимерным покрытием | |
EP3393766A1 (en) | Coating method of polyure thane pultrusion composite material | |
Yenier et al. | Effect of surface modification of carbon fibers on properties of carbon/epoxy composites | |
Naito | Tensile properties of polyimide composites incorporating carbon nanotubes-grafted and polyimide-coated carbon fibers | |
US20210388216A1 (en) | Crosslinked Aromatic Polymer Compositions and Methods of Making Insulation Coatings For Use on Components Subject to High Temperature, Corrosive and/or High Voltage End Applications | |
ATE500597T1 (de) | Oberflächenmodifiziertes elektrisches isolationssystem mit verbessertem tracking und erosionswiderstand | |
WO2019066670A1 (ru) | Стальная труба и способ получения радиационно-модифицированного покрытия | |
Jin et al. | Effect of electropolymer sizing of carbon fiber on mechanical properties of phenolic resin composites | |
RU93737U1 (ru) | Стальная труба с внутренним защитным покрытием | |
Comte et al. | Void formation and transport during SMC manufacturing: effect of the glass fiber sizing | |
Babu et al. | Wear characteristics of epoxy resin based composites reinforced with aloe fibers in combination with Al2O3/SiC | |
KR102039519B1 (ko) | 아민계 폴리머 피막처리 후 방향족 아라미드가 함유된 복합 강관용 코팅조성물 제조방법, 이 방법을 이용하는 코팅강관 제조방법 및 이 방법으로 제조된 코팅강관 | |
Zhang et al. | Tribological properties of the epoxy resin-based solid lubricant coating modified by Kevlar fibers | |
Barhoumi et al. | Improving the mechanical, wear and anti-corrosion performance of polyester coating on structural steel by graphite addition | |
RU2640228C1 (ru) | Способ получения радиационно-модифицированного полимерного покрытия на стальной трубе и стальная труба с радиационно-модифицированным полимерным покрытием | |
RU2673921C1 (ru) | Способ получения электронно-лучевого модифицированного полимерного покрытия на стальной трубе и стальная труба с электронно-лучевым модифицированным полимерным покрытием | |
Zhong et al. | Influence of interfacial property param of short fiber/rubber composites on fatigue behavior | |
JP7173477B2 (ja) | 蓄熱性炭素繊維強化プラスチック | |
Brostow et al. | Improving the long-term performance of poly (vinyl chloride) | |
KR101709339B1 (ko) | 알킬 메타크릴레이트 단량체의 코로나 커플링 처리에 의해 계면접착력이 향상된 PVdF-PVC 필름의 제조 방법 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 2017133257 Country of ref document: RU |
|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 17926735 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 17926735 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |