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管道防腐层大修材料--无溶剂环氧玻璃钢 |
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作者：中石油天然气管道科学研究院 崔超 董彬 |
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20世纪70年代，中国第一代管道人修建了著名的大庆至铁岭的输油管道，由于当时的技术条件比较落后，这条管线全线采用热浇石油沥青防腐。30多年后，很多地段的防腐层已经严重老化，甚至出现严重穿孔现象，因此对于老管道防腐层大修材料的研究成为一个重要课题。近年来，出现的管道防腐层大修的材料有很多，如环氧煤沥青、冷缠带、无溶剂液体环氧、100%固体刚性聚氨酯等，这些材料在确保管线不停输的条件下对防腐层的大修起到了重要作用。本文旨在讨论一种新型的管道防腐层大修防腐材料———无溶剂环氧玻璃钢，该材料不仅可以起到防腐作用，还在一定程度上弥补了管道石油沥青防腐层因失效、老化带来的严重锈蚀、穿孔等造成管体强度下降的缺陷。
材料研制部分
1.1 原材料及实验设备
实验原材料包括环氧树脂、改性胺类固化剂、环氧活性稀释剂、体质颜料、中碱无捻无蜡玻璃纤维布、助剂。实验设备有烘箱、电子秤、搅拌器、胶体磨、烧杯、玻璃棒等。
1.2 胶粘剂的制备
先将环氧树脂加热到80～110℃将其黏度降低，然后将环氧树脂、环氧活性稀释剂称量后加入烧杯搅拌均匀，依次加入助剂和体质颜料，高速搅拌30min，研磨包装制成胶粘剂的甲组分；把环氧固化剂过滤包装为胶粘剂的乙组分。甲乙组分按比例混合后即得无溶剂环氧玻璃钢的胶粘剂。
1.3 试板制备
先将样板进行喷砂处理，使其表面达到GB/T8923规定的Sa2.5级以上，然后用有机溶剂将表面擦净，待溶剂完全挥发后即可进行玻璃钢试板的制作。试板制作时胶粘剂应浸透玻璃布，严禁出现漏涂现象。此过程除第一道胶粘剂需要表干后再进行下一工序，其他过程均可湿碰湿涂装。制作的试板实干后，经烘箱110℃加热40min即可进行各项性能的检测。试板的制作流程为：样板喷砂→涂第1道胶粘剂→涂第2道胶粘剂→贴第1道玻璃布→涂第3道胶粘剂→贴第2道玻璃布→涂第4道胶粘剂。
1.4 性能指标
性能的检测委托国家级实验室中国石油管道公司科技中心综合实验室进行，检测结果见表1。表1无溶剂环氧玻璃钢性能指标
 注：本实验的测试项目和技术指标参照了中国石油天然气行业标准，SY/T0315—2005钢质管道单层熔结环氧粉末外涂层技术规范，SY/T0413—2002埋地钢质管道聚乙烯防腐涂层技术标准。
结果与讨论
2.1 成膜物质的选择
环氧树脂是制备无溶剂玻璃钢最重要的成膜物质之一，其分子结构中大量的羟基和醚键能对钢铁表面提供良好的粘接力，分子结构中的苯环结构能提供良好的耐化学性。环氧树脂固化后形成高密度的网状结构，但网格可透过水分子，因而能透过阴极保护电流。文献介绍，透水率低的覆盖层的防腐性能较好，但透水率并不是覆盖层防腐性能的决定控制因素，而覆盖层的透氧率可能会控制腐蚀速度，加速覆盖层的失效过程，环氧树脂固化后形成高密度的网状结构恰好能够阻挡氧气的输送，从而使钢质管道的阴极因没有足够的氧气，腐蚀不能进行。因为相对分子质量大、分子链长的环氧树脂结构中含有大量的羟基和甲基，但羟基的亲水性，造成其耐介质浸泡性能差；相反，相对分子质量小的环氧树脂，体现的性能正好与前者相反。而且研究还表明大分子的环氧树脂固化后的表面电阻率高于小分子环氧树脂。经大量实验筛选，最终确定选择环氧值为0.50～0.54的低黏度的环氧树脂作为成膜物质。
2.2 稀释剂的选择
活性稀释剂参与环氧树脂的固化反应，降低环氧树脂的黏度，增加了固化交连后分子链段长度，提高交联密度，改进了韧性、耐腐蚀性能。所以选择1%～20%用量的活性稀释剂来降低环氧树脂的黏度，提高机械性能。
2.3 固化剂的选择
环氧树脂固化剂主要有脂肪胺类、聚酰胺类、酚醛胺类、改性脂环胺类等。脂肪胺类固化剂固化性能良好，但它与环氧树脂混合时易挥发，毒性大，不宜用于环保型涂料体系中；聚酰胺类固化剂虽然具有良好的弹性粘接力和耐酸碱性能，但它固化缓慢且黏度大，不适合做无溶剂涂料；酚醛胺类固化剂可以使环氧树脂在低温、潮湿的条件下固化，耐蚀性良好，但黏度较大；改性脂环胺类固化剂由于分子结构的特殊，黏度低，毒性很小，固含量达到100%，且耐化学性优良，克服了脂肪胺类固化剂毒性大，酚醛胺黏度大的缺点，机械性能、耐蚀性能均有所提高，因此选用酚醛胺类和改性脂环胺类固化剂进行复配，既保证了涂层的综合防腐性能又降低了成本。
2.4 玻璃纤维布的选择
耐腐蚀玻璃制品所采用的玻璃纤维为无碱纤维、中碱纤维。玻璃纤维物理机械性能符合表2的规定。为了提高涂层的性能，考虑到环氧树脂具有较好的耐碱性，所以采用含碱量不大于12%中碱且无捻无蜡的平纹玻璃纤维布。表2 玻璃纤维的物理机械性能
 注：表2参考了HG/T20696—1999玻璃钢化工设备设计规定。
2.5其他材料的选择
体质填料选择了可以提高涂层强度，又能降低涂膜因固化产生收缩的惰性体质填料和提高抗渗性的鳞片状填料；助剂方面，选择了分散剂和消泡剂改善无溶剂环氧玻璃钢胶粘剂的贮存稳定性和施工性，另外有研究表明，在环氧涂料中加入2%左右的硅烷偶联剂能够显著提高涂层与基材的附着力。
推荐防腐层等级与结构
无溶剂环氧玻璃钢的等级与结构应根据不同的腐蚀环境和工程的具体要求，按表3的规定选定。表3 推荐防腐层等级与结构
 结语
无溶剂环氧玻璃钢具有良好的附着力，优异的机械力学性能、耐腐蚀性和抗阴极剥离性能，所以特别适合作为采用涂层和阴极保护联合防护的埋地管道防腐层大修的材料。尤其是无溶剂环氧玻璃钢对老化管线的增强、补强作用更突出了其作为管道防腐层大修材料的优越性。(end)
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(7/20/2010) |
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