管道防腐熱熔膠的研究

李鳳娟

(四川久潤環保科技有限公司，四川 綿陽 621900)

1 引言

管道運輸作為連接油氣生產與市場的重要環節，在石油天然氣工業乃至國民經濟中發揮越來越重要的作用。由于鋼質管道長期埋置地下，會受到土壤、地下水、空氣、植物根系等一系列的氧化、破壞和腐蝕，因此鋼管的防腐是延長埋地管道使用壽命的重要手段[1-2]。

目前，鋼質油氣管道焊口部位環形焊縫的三層聚乙烯防腐處理(補口)是國際管道防腐主流技術，但在我國還尚未成熟。對重點管道工程質量抽查發現，焊口部位出現腐蝕已不是個別現象，管線中30%的泄漏、破爆事故是由管材腐蝕引起的。因此當前對管道防腐的要求越來越高，尤其是管道防腐用熱熔膠要求無論在高溫還是低溫下，除達到國家及企業相關標準值外，還要求最好達到內聚破壞，以達到更好的防腐效果。為此，我們在借鑒集成國內外補口技術的基礎上，加以整合、改進和創新，研制出了適用于管道防腐用三層聚乙烯防腐補口熱熔膠。經測試，其綜合性能已完全達到實用要求。

2 實驗部分

2.1 實驗原料

EMV樹脂，自制；橡膠彈性體SIS、DOP、PIB500、PIB550、B10N、B12N，綿陽市榮盛科技有限公司；萜烯樹脂，河南明利化工產品有限公司；抗氧化劑1010，河南省鄭州金達化工公司。

2.2 試驗儀器

HAAKE轉矩流變儀，德國耐馳儀器制造有限公司；RG2000-50型電子萬能拉力機，深圳瑞格爾儀器有限公司；SY-6210-B型平板硫化機，東莞市世研精密儀器有限公司；高低溫試驗箱，重慶銀河試驗儀器有限公司；環球法軟化點測定儀，上海過望化工有限公司；低溫脆化溫度測定儀，自制。

2.3 管道防腐熱熔膠的制備

按配方設計準確稱取EMV樹脂、橡膠彈性體、萜烯樹脂、抗氧劑等，在哈克密煉機上進行密煉(密煉參數為：溫度：TM1=TM2=TM3=150℃，扭矩：n=30r/min，時間：t=15min)，使物料充分混合均勻。然后取出樣品，在平板硫化機上(110～120℃，6～8MPa)壓成1.5mm厚的膠片，用于性能測試。

2.4 性能測試

(1) 環球軟化點，按照GB/T 4507-1999標準進行測定；

(2) 1800剝離強度，按照GB/T 2792-1998標準進行測定；

(3) 搭接剪切強度，按照YD/T 590.2-2005標準進行測定；

(4) 低溫脆化溫度，按照GB/T 5470-2008標準進行測定。

3 結果與討論

3.1 EMV對熱熔膠性能的影響

EMV樹脂是構成熱熔膠的主要成分，它能提供粘結強度、內聚強度和柔韌性，關系到膠的固化速度和粘度等性能，對膠的性能起著直接的、決定性的作用。表1是EMV樹脂用量多少對熱熔膠的性能的影響。由表1可知，隨著EMV含量的增加，環球軟化點逐漸升高，常溫及高溫剝離強度先增加后減小，出現一個峰值。膠的軟化點受被粘熱收縮材料的熱收縮溫度限制，前者應低于后者一定值才能達到膠對基材的有效粘接[3]，因此膠的軟化點溫度不宜過高。當膠的軟化點為111℃時，PE/PE的常溫及高溫剝離強度均達到最大值，分別為221 N/cm和54.7 N/cm，所以選定EMV用量為40 %時為最佳用量。

表1 EMV用量對熱熔膠性能的影響

3.2 增粘劑對熱熔膠性能的影響

表2 萜烯樹脂對熱熔膠性能的影響

增粘劑在熱熔膠配方中的作用是降低粘度改變膠的潤濕性，能提高膠液與被粘表面的浸潤性和初粘性，使其與被粘物充分粘合，從而提高粘結強度[4-5]。由于選擇的主基材熔融溫度偏高，遇冷凝結晶速度快，對被粘物表面的浸潤性和初粘性不夠好，故加入增粘劑萜烯降低熔融溫度，控制固化速度，改善浸潤性和初粘性，達到改進性工藝，提高強度的目的。由表2可知，增粘劑的加入會降低膠的軟化點，同時膠的柔韌性下降，脆性增大，剝離強度在萜烯樹脂含量為40%時達到最大，常溫和高溫剝離強度分別為202 N/cm和43.5 N/cm，因此選擇40%增粘劑為最佳用量。

3.3 低溫增韌劑對熱熔膠性能的影響

由于EMV樹脂低溫柔韌性較差，且在配方中又添加了脆性增粘樹脂，因此在-30℃下其低溫脆化性能達不到要求，很容易發生脆裂，影響粘接強度。為此，通過添加10%的特殊種類的橡膠彈性體SIS、DOP、PIB500、PIB550、B12N、B10N來改善所得熱熔膠的低溫柔韌性。如表3所示，橡膠彈性體的加入，對熱熔膠的環球軟化點影響不大，但是對熱熔膠的低溫脆化溫度有很大的改善。在低溫、常溫及高溫條件下，剝離現象非常好，幾乎均為內聚破壞，尤其是加入了PIB500的熱熔膠，對PE/PE的剝離現象從4～50℃均發生內聚破壞，極大的提高了管道防腐性能。這是因為在制作好的熱熔膠中，軟樹脂狀橡膠彈性體在熱熔膠里以均勻分散的橡膠相存在，低溫狀態下，當受到外力作用時，在橡膠相和樹脂相的界面區域能產生大量的銀紋和應力剪切帶，可以吸收大量的撞擊能量，從而可以改善熱熔膠的低溫性能[6-9]。但橡膠彈性體的加入，使熱熔膠與被粘材料的剝離強度有所降低，這是因為橡膠彈性體為非極性結構，具有較低的表面能，容易向熱熔膠的表面或粘接界面遷移，這樣在粘接界面容易形成弱的粘結層，導致剝離強度下降，但是所制備的熱熔膠的剝離強度值仍明顯高于國家標準(≥10N/cm)，因而并不影響其應用。因此選用增韌效果最好的PIB500作為增韌劑。

表3 橡膠彈性體對熱熔膠的低溫柔韌性的影響

備注：內-內聚破壞；界-界面破壞；混-內聚破壞和界面破壞同時存在

3.4 本文膠與國標(GB)性能的比較

表4 本文膠與GB性能比較

由表4可知，所制備的管道防腐熱熔膠對聚乙烯、鋼及底漆鋼的剝離強度高，23℃剝離強度分別為172 N/cm、243 N/cm和270 N/cm，50℃剝離強度為39 N/cm、47 N/cm和53 N/cm；23℃和50℃搭接剪切強度分別為2.3MPa和0.34MPa；低溫脆化溫度≤-30℃；各項性能指標均遠高于國標值。由于橡膠彈性體PIB500的加入，使所制備的熱熔膠具有良好的流動性、浸潤性、低溫柔韌性和耐熱性，適用各種惡劣氣候條件，可反復多次加熱使用，滿足了管道防腐用三層聚乙烯防腐補口的需要。

4 結論

(1) 采用EMV作為主基材制備出一種適用于管道防腐用熱熔膠，根據實驗所得的最佳配比為：當EMV含量為40%、萜烯樹脂含量為40%，PIB500含量為10%時，所得熱熔膠性能最佳。

(2) 通過添加特殊種類的橡膠彈性體，使得所制備出的熱熔膠對PE/PE的剝離現象從4～50℃均發生內聚破壞，極大的提高了管道防腐性能。

(3) 所制備的管道防腐熱熔膠對聚乙烯、鋼及底漆鋼的剝離強度高，23℃剝離強度分別為172 N/cm、243 N/cm和270 N/cm，50℃剝離強度為39 N/cm、47 N/cm和53 N/cm；23℃和50℃搭接剪切強度分別為2.3MPa和0.34MPa；低溫脆化溫度≤-30℃；各項性能指標均遠高于國標值。

(4) 制備出的熱熔膠由于具有良好的流動性、浸潤性、低溫柔韌性和耐熱性，適用各種惡劣氣候條件，可反復多次加熱使用，滿足了管道防腐用三層聚乙烯防腐補口的需要。