管道防腐热熔胶的研究

李凤娟

(四川久润环保科技有限公司，四川 绵阳 621900)

1 引言

管道运输作为连接油气生产与市场的重要环节，在石油天然气工业乃至国民经济中发挥越来越重要的作用。由于钢质管道长期埋置地下，会受到土壤、地下水、空气、植物根系等一系列的氧化、破坏和腐蚀，因此钢管的防腐是延长埋地管道使用寿命的重要手段[1-2]。

目前，钢质油气管道焊口部位环形焊缝的三层聚乙烯防腐处理(补口)是国际管道防腐主流技术，但在我国还尚未成熟。对重点管道工程质量抽查发现，焊口部位出现腐蚀已不是个别现象，管线中30%的泄漏、破爆事故是由管材腐蚀引起的。因此当前对管道防腐的要求越来越高，尤其是管道防腐用热熔胶要求无论在高温还是低温下，除达到国家及企业相关标准值外，还要求最好达到内聚破坏，以达到更好的防腐效果。为此，我们在借鉴集成国内外补口技术的基础上，加以整合、改进和创新，研制出了适用于管道防腐用三层聚乙烯防腐补口热熔胶。经测试，其综合性能已完全达到实用要求。

2 实验部分

2.1 实验原料

EMV树脂，自制；橡胶弹性体SIS、DOP、PIB500、PIB550、B10N、B12N，绵阳市荣盛科技有限公司；萜烯树脂，河南明利化工产品有限公司；抗氧化剂1010，河南省郑州金达化工公司。

2.2 试验仪器

HAAKE转矩流变仪，德国耐驰仪器制造有限公司；RG2000-50型电子万能拉力机，深圳瑞格尔仪器有限公司；SY-6210-B型平板硫化机，东莞市世研精密仪器有限公司；高低温试验箱，重庆银河试验仪器有限公司；环球法软化点测定仪，上海过望化工有限公司；低温脆化温度测定仪，自制。

2.3 管道防腐热熔胶的制备

按配方设计准确称取EMV树脂、橡胶弹性体、萜烯树脂、抗氧剂等，在哈克密炼机上进行密炼(密炼参数为：温度：TM1=TM2=TM3=150℃，扭矩：n=30r/min，时间：t=15min)，使物料充分混合均匀。然后取出样品，在平板硫化机上(110～120℃，6～8MPa)压成1.5mm厚的胶片，用于性能测试。

2.4 性能测试

(1) 环球软化点，按照GB/T 4507-1999标准进行测定；

(2) 1800剥离强度，按照GB/T 2792-1998标准进行测定；

(3) 搭接剪切强度，按照YD/T 590.2-2005标准进行测定；

(4) 低温脆化温度，按照GB/T 5470-2008标准进行测定。

3 结果与讨论

3.1 EMV对热熔胶性能的影响

EMV树脂是构成热熔胶的主要成分，它能提供粘结强度、内聚强度和柔韧性，关系到胶的固化速度和粘度等性能，对胶的性能起着直接的、决定性的作用。表1是EMV树脂用量多少对热熔胶的性能的影响。由表1可知，随着EMV含量的增加，环球软化点逐渐升高，常温及高温剥离强度先增加后减小，出现一个峰值。胶的软化点受被粘热收缩材料的热收缩温度限制，前者应低于后者一定值才能达到胶对基材的有效粘接[3]，因此胶的软化点温度不宜过高。当胶的软化点为111℃时，PE/PE的常温及高温剥离强度均达到最大值，分别为221 N/cm和54.7 N/cm，所以选定EMV用量为40 %时为最佳用量。

表1 EMV用量对热熔胶性能的影响

3.2 增粘剂对热熔胶性能的影响

表2 萜烯树脂对热熔胶性能的影响

增粘剂在热熔胶配方中的作用是降低粘度改变胶的润湿性，能提高胶液与被粘表面的浸润性和初粘性，使其与被粘物充分粘合，从而提高粘结强度[4-5]。由于选择的主基材熔融温度偏高，遇冷凝结晶速度快，对被粘物表面的浸润性和初粘性不够好，故加入增粘剂萜烯降低熔融温度，控制固化速度，改善浸润性和初粘性，达到改进性工艺，提高强度的目的。由表2可知，增粘剂的加入会降低胶的软化点，同时胶的柔韧性下降，脆性增大，剥离强度在萜烯树脂含量为40%时达到最大，常温和高温剥离强度分别为202 N/cm和43.5 N/cm，因此选择40%增粘剂为最佳用量。

3.3 低温增韧剂对热熔胶性能的影响

由于EMV树脂低温柔韧性较差，且在配方中又添加了脆性增粘树脂，因此在-30℃下其低温脆化性能达不到要求，很容易发生脆裂，影响粘接强度。为此，通过添加10%的特殊种类的橡胶弹性体SIS、DOP、PIB500、PIB550、B12N、B10N来改善所得热熔胶的低温柔韧性。如表3所示，橡胶弹性体的加入，对热熔胶的环球软化点影响不大，但是对热熔胶的低温脆化温度有很大的改善。在低温、常温及高温条件下，剥离现象非常好，几乎均为内聚破坏，尤其是加入了PIB500的热熔胶，对PE/PE的剥离现象从4～50℃均发生内聚破坏，极大的提高了管道防腐性能。这是因为在制作好的热熔胶中，软树脂状橡胶弹性体在热熔胶里以均匀分散的橡胶相存在，低温状态下，当受到外力作用时，在橡胶相和树脂相的界面区域能产生大量的银纹和应力剪切带，可以吸收大量的撞击能量，从而可以改善热熔胶的低温性能[6-9]。但橡胶弹性体的加入，使热熔胶与被粘材料的剥离强度有所降低，这是因为橡胶弹性体为非极性结构，具有较低的表面能，容易向热熔胶的表面或粘接界面迁移，这样在粘接界面容易形成弱的粘结层，导致剥离强度下降，但是所制备的热熔胶的剥离强度值仍明显高于国家标准(≥10N/cm)，因而并不影响其应用。因此选用增韧效果最好的PIB500作为增韧剂。

表3 橡胶弹性体对热熔胶的低温柔韧性的影响

备注：内-内聚破坏；界-界面破坏；混-内聚破坏和界面破坏同时存在

3.4 本文胶与国标(GB)性能的比较

表4 本文胶与GB性能比较

由表4可知，所制备的管道防腐热熔胶对聚乙烯、钢及底漆钢的剥离强度高，23℃剥离强度分别为172 N/cm、243 N/cm和270 N/cm，50℃剥离强度为39 N/cm、47 N/cm和53 N/cm；23℃和50℃搭接剪切强度分别为2.3MPa和0.34MPa；低温脆化温度≤-30℃；各项性能指标均远高于国标值。由于橡胶弹性体PIB500的加入，使所制备的热熔胶具有良好的流动性、浸润性、低温柔韧性和耐热性，适用各种恶劣气候条件，可反复多次加热使用，满足了管道防腐用三层聚乙烯防腐补口的需要。

4 结论

(1) 采用EMV作为主基材制备出一种适用于管道防腐用热熔胶，根据实验所得的最佳配比为：当EMV含量为40%、萜烯树脂含量为40%，PIB500含量为10%时，所得热熔胶性能最佳。

(2) 通过添加特殊种类的橡胶弹性体，使得所制备出的热熔胶对PE/PE的剥离现象从4～50℃均发生内聚破坏，极大的提高了管道防腐性能。

(3) 所制备的管道防腐热熔胶对聚乙烯、钢及底漆钢的剥离强度高，23℃剥离强度分别为172 N/cm、243 N/cm和270 N/cm，50℃剥离强度为39 N/cm、47 N/cm和53 N/cm；23℃和50℃搭接剪切强度分别为2.3MPa和0.34MPa；低温脆化温度≤-30℃；各项性能指标均远高于国标值。

(4) 制备出的热熔胶由于具有良好的流动性、浸润性、低温柔韧性和耐热性，适用各种恶劣气候条件，可反复多次加热使用，满足了管道防腐用三层聚乙烯防腐补口的需要。