电晕极化提高油气管道3PE补口搭接区粘结强度机理.pdf

电晕极化提高油气管道 3PE补 口搭接区粘结强度的机理 孙玉伟 ，赵勇强 ，傅骏雄 ，晏利君 。王 涛 ，李海坤 (中国石油天然气管道局，a．国内事业部，b．局机关 ， c．中油管道机械制造有限责任公司，d．油气输送安全国家工程实验室，河北 廊坊 610500) 摘『 要1 对3PE(3层结构的聚 乙烯)防腐蚀层聚 乙烯表面进行 电晕极化可以提高其粘接强度，为 了解其改善机 理，采用x射线光电子能谱仪分析 3PE防腐蚀层 电晕极化后的结构；采用差热扫描量热仪模拟 PE表面羧基与环 氧的缩合反应。采用热水浸泡研究了电晕极化前后聚 乙烯的粘结效果。结果表 明：通过 电晕极化，聚乙烯表面生 成了羧基、羟基等极性官能团，其中c，O，N元素的含量分别(原子分数)为75．8％，20．7％，3．5％，在含0官能团 中，COH，C=O，co(OH)所 占比例 (原子分数)分别为48．3％，20．8％，30．9％；羧基与环氧 160oC开始发生反应 ， 在 235℃时可达到反应放热峰值；90℃热水浸泡7d后，未电晕极化聚乙烯的粘结完全失效，环氧涂层出现部分脱 落，而电晕极化聚 乙烯的粘结强度仍保持 7MPa以上。 [关键词] 补 口；电晕极化；聚乙烯；化学粘结；热水浸泡；粘结强度；机理 [中图分类号]TQ639．1 [文献标识码]A [文章编号]1001—1560(2014)11—0020—03 O 前 言 面化学结构进 了表征；利用差热扫描量热仪 (DSC)模 拟试验研究了其化学反应条件，从机理上研究了化学 油气管道的防腐蚀多采用 3PE(三层结构的聚乙 粘结的可行性，最后通过热水浸泡试验验证 了本法粘 烯)防腐蚀层结构，抗划伤能力强、防蚀性好。然而，由 结效果的可靠性。 于聚乙烯为非极性，其与管道补 口材料的搭接强度差， 导致金属管体腐蚀，这已成为研究的难点与热点_J2J。 1 试 验 目前，大部分研究主要是从补 口材料方面着手，包括热 收缩带补 口、环氧补 口E31、聚氨酯补 口，而从表面处理 1．1 补 口材料预处理 方面着手的仅局限于喷砂 、人工打毛、火焰极化等，并 补 口材料选用表面光滑的3PE防腐蚀层聚乙烯 以机械嵌合或氢键为主要粘结方式，界面容易遭受水 片，尺寸为 10cm×20cmx1cm，先用酒精清洗表面残 的浸入而导致脱粘 。通过 电晕极化可提高搭接处聚乙 留杂质，再用去离子水清洗 ，吹干 ，放人干燥皿 中备用。 烯的表面极性，一定程度上提高了涂料与聚乙烯表面 1．2 电晕处理工艺 的粘结强度 ，但 目前的研究未对表面官能团进行分 采用 自主研发 的介质 阻挡放 电电晕机 ，控制温度 析，也没有研究表面官能团与环氧涂料的化学反应特 为25℃，工作电流 1．8A，以10crn／45S的速度对聚乙 性，其粘结机理并非化学键合，耐水性、长效性仍不够 烯表面电晕极化90s，之后放回干燥皿待用，时间不得 理想。本工作通过对补 口搭接区聚乙烯材料表面进行 超过2d。 电晕极化改变其表面化学结构，以提高其结合强度；采 用 x射线光电子能谱仪 (XPS)对 电晕极化后的PE表 1．3 测试表征 采用 Phi-5000versaprobeX射线光电子能谱仪 (XPS)对 电晕极化前后聚乙烯表面化学元素组态进行 [收稿 日期] 201