20世紀(jì)70年代，中國第一代管道人修建了著名的大慶至鐵嶺的輸油管道，由于當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件比較落后，這條管線全線采用熱澆石油瀝青防腐。30多年后，很多地段的防腐層已經(jīng)嚴(yán)重老化，甚至出現(xiàn)嚴(yán)重穿孔現(xiàn)象，因此對(duì)于老管道防腐層大修材料的研究成為一個(gè)重要課題。近年來，出現(xiàn)的管道防腐層大修的材料有很多，如環(huán)氧煤瀝青、冷纏帶、無溶劑液體環(huán)氧、100%固體剛性聚氨酯等，這些材料在確保管線不停輸?shù)臈l件下對(duì)防腐層的大修起到了重要作用。本文旨在討論一種新型的管道防腐層大修防腐材料———無溶劑環(huán)氧玻璃鋼，該材料不僅可以起到防腐作用，還在一定程度上彌補(bǔ)了管道石油瀝青防腐層因失效、老化帶來的嚴(yán)重銹蝕、穿孔等造成管體強(qiáng)度下降的缺陷。

材料研制部分

1.1 原材料及實(shí)驗(yàn)設(shè)備

      實(shí)驗(yàn)原材料包括環(huán)氧樹脂、改性胺類固化劑、環(huán)氧活性稀釋劑、體質(zhì)顏料、中堿無捻無蠟玻璃纖維布、助劑。實(shí)驗(yàn)設(shè)備有烘箱、電子秤、攪拌器、膠體磨、燒杯、玻璃棒等。

1.2 膠粘劑的制備

       先將環(huán)氧樹脂加熱到80～110℃將其黏度降低，然后將環(huán)氧樹脂、環(huán)氧活性稀釋劑稱量后加入燒杯攪拌均勻，依次加入助劑和體質(zhì)顏料，高速攪拌30min，研磨包裝制成膠粘劑的甲組分；把環(huán)氧固化劑過濾包裝為膠粘劑的乙組分。甲乙組分按比例混合后即得無溶劑環(huán)氧玻璃鋼的膠粘劑。

1.3 試板制備 

       先將樣板進(jìn)行噴砂處理，使其表面達(dá)到GB/T8923規(guī)定的Sa2.5級(jí)以上，然后用有機(jī)溶劑將表面擦凈，待溶劑完全揮發(fā)后即可進(jìn)行玻璃鋼試板的制作。試板制作時(shí)膠粘劑應(yīng)浸透玻璃布，嚴(yán)禁出現(xiàn)漏涂現(xiàn)象。此過程除第一道膠粘劑需要表干后再進(jìn)行下一工序，其他過程均可濕碰濕涂裝。制作的試板實(shí)干后，經(jīng)烘箱110℃加熱40min即可進(jìn)行各項(xiàng)性能的檢測。試板的制作流程為：樣板噴砂→涂第1道膠粘劑→涂第2道膠粘劑→貼第1道玻璃布→涂第3道膠粘劑→貼第2道玻璃布→涂第4道膠粘劑。

1.4 性能指標(biāo)

        性能的檢測委托國家級(jí)實(shí)驗(yàn)室中國石油管道公司科技中心綜合實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，檢測結(jié)果見表1。

表1無溶劑環(huán)氧玻璃鋼性能指標(biāo)

       注：本實(shí)驗(yàn)的測試項(xiàng)目和技術(shù)指標(biāo)參照了中國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，SY/T0315—2005鋼質(zhì)管道單層熔結(jié)環(huán)氧粉末外涂層技術(shù)規(guī)范，SY/T0413—2002埋地鋼質(zhì)管道聚乙烯防腐涂層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)果與討論

2.1 成膜物質(zhì)的選擇 

       環(huán)氧樹脂是制備無溶劑玻璃鋼最重要的成膜物質(zhì)之一，其分子結(jié)構(gòu)中大量的羥基和醚鍵能對(duì)鋼鐵表面提供良好的粘接力，分子結(jié)構(gòu)中的苯環(huán)結(jié)構(gòu)能提供良好的耐化學(xué)性。環(huán)氧樹脂固化后形成高密度的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，但網(wǎng)格可透過水分子，因而能透過陰極保護(hù)電流。文獻(xiàn)介紹，透水率低的覆蓋層的防腐性能較好，但透水率并不是覆蓋層防腐性能的決定控制因素，而覆蓋層的透氧率可能會(huì)控制腐蝕速度，加速覆蓋層的失效過程，環(huán)氧樹脂固化后形成高密度的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)恰好能夠阻擋氧氣的輸送，從而使鋼質(zhì)管道的陰極因沒有足夠的氧氣，腐蝕不能進(jìn)行。因?yàn)橄鄬?duì)分子質(zhì)量大、分子鏈長的環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)中含有大量的羥基和甲基，但羥基的親水性，造成其耐介質(zhì)浸泡性能差；相反，相對(duì)分子質(zhì)量小的環(huán)氧樹脂，體現(xiàn)的性能正好與前者相反。而且研究還表明大分子的環(huán)氧樹脂固化后的表面電阻率高于小分子環(huán)氧樹脂。經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)篩選，最終確定選擇環(huán)氧值為0.50～0.54的低黏度的環(huán)氧樹脂作為成膜物質(zhì)。

2.2 稀釋劑的選擇 

       活性稀釋劑參與環(huán)氧樹脂的固化反應(yīng)，降低環(huán)氧樹脂的黏度，增加了固化交連后分子鏈段長度，提高交聯(lián)密度，改進(jìn)了韌性、耐腐蝕性能。所以選擇1%～20%用量的活性稀釋劑來降低環(huán)氧樹脂的黏度，提高機(jī)械性能。

2.3 固化劑的選擇

       環(huán)氧樹脂固化劑主要有脂肪胺類、聚酰胺類、酚醛胺類、改性脂環(huán)胺類等。脂肪胺類固化劑固化性能良好，但它與環(huán)氧樹脂混合時(shí)易揮發(fā)，毒性大，不宜用于環(huán)保型涂料體系中；聚酰胺類固化劑雖然具有良好的彈性粘接力和耐酸堿性能，但它固化緩慢且黏度大，不適合做無溶劑涂料；酚醛胺類固化劑可以使環(huán)氧樹脂在低溫、潮濕的條件下固化，耐蝕性良好，但黏度較大；改性脂環(huán)胺類固化劑由于分子結(jié)構(gòu)的特殊，黏度低，毒性很小，固含量達(dá)到100%，且耐化學(xué)性優(yōu)良，克服了脂肪胺類固化劑毒性大，酚醛胺黏度大的缺點(diǎn)，機(jī)械性能、耐蝕性能均有所提高，因此選用酚醛胺類和改性脂環(huán)胺類固化劑進(jìn)行復(fù)配，既保證了涂層的綜合防腐性能又降低了成本。

2.4 玻璃纖維布的選擇

      耐腐蝕玻璃制品所采用的玻璃纖維為無堿纖維、中堿纖維。玻璃纖維物理機(jī)械性能符合表2的規(guī)定。為了提高涂層的性能，考慮到環(huán)氧樹脂具有較好的耐堿性，所以采用含堿量不大于12%中堿且無捻無蠟的平紋玻璃纖維布。

表2 玻璃纖維的物理機(jī)械性能

                   注：表2參考了HG/T20696—1999玻璃鋼化工設(shè)備設(shè)計(jì)規(guī)定。

2.5其他材料的選擇

       體質(zhì)填料選擇了可以提高涂層強(qiáng)度，又能降低涂膜因固化產(chǎn)生收縮的惰性體質(zhì)填料和提高抗?jié)B性的鱗片狀填料；助劑方面，選擇了分散劑和消泡劑改善無溶劑環(huán)氧玻璃鋼膠粘劑的貯存穩(wěn)定性和施工性，另外有研究表明，在環(huán)氧涂料中加入2%左右的硅烷偶聯(lián)劑能夠顯著提高涂層與基材的附著力。

推薦防腐層等級(jí)與結(jié)構(gòu) 

      無溶劑環(huán)氧玻璃鋼的等級(jí)與結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)不同的腐蝕環(huán)境和工程的具體要求，按表3的規(guī)定選定。

表3 推薦防腐層等級(jí)與結(jié)構(gòu)

結(jié)語 

       無溶劑環(huán)氧玻璃鋼具有良好的附著力，優(yōu)異的機(jī)械力學(xué)性能、耐腐蝕性和抗陰極剝離性能，所以特別適合作為采用涂層和陰極保護(hù)聯(lián)合防護(hù)的埋地管道防腐層大修的材料。尤其是無溶劑環(huán)氧玻璃鋼對(duì)老化管線的增強(qiáng)、補(bǔ)強(qiáng)作用更突出了其作為管道防腐層大修材料的優(yōu)越性。(end)