CN101575419B

CN101575419B - 含缺陷管道修补预浸料的制备方法

Info

Publication number: CN101575419B
Application number: CN2008101062353A
Authority: CN
Inventors: 李荣光; 张丰; 吴长访; 高强; 张永盛; 陈洪源
Original assignee: China Petroleum and Natural Gas Co Ltd
Current assignee: China Oil and Gas Pipeline Network Corp
Priority date: 2008-05-09
Filing date: 2008-05-09
Publication date: 2011-08-03
Anticipated expiration: 2028-05-09
Also published as: CN101575419A

Abstract

本发明是一种含缺陷管道修补预浸料的制备方法。它是将纤维或纤维布浸润专用树脂体系；专用树脂体系包括在总重量为100中占45-55％的环氧树脂、占2.5-15％的改性脂肪族胺固化剂、占2.5-30％的低分子聚酰胺固化剂、占0.5-2.5％的2，4，6-三苯酚促进剂、占0.5-3.5％的咪唑促进剂、占0-7.5％的环氧类活性稀释剂。浸润树脂体系的步骤：a将环氧树脂、固化剂、促进剂、稀释剂组分充分混合，倒入带加热元件的胶槽(3)中；b.将纤维织物(1)缠绕在纸筒上，置于旋转轴(2)上，在牵引下使纤维织物(1)通过胶槽(3)，使树脂浸润纤维织物(1)；c.得到的浸润树脂的纤维织物(1)经鼓风烘干通道(5)烘干后缠绕在滚筒上；d将步骤c得到预浸料卷带(6)密封冷藏。

Description

含缺陷管道修补预浸料的制备方法

技术领域

本发明是一种含缺陷管道修补预浸料的制备方法。涉及管道系统技术领域。

背景技术

据统计，我国目前在役长输油气管道总长超过5×10⁴km，其中相当部分经多年服役，产生了不同程度的缺陷，需进行更新、改造、大修或降压运行，因此管道的修复工作已经成为油气集输过程中一项必不可少、经常性的工作，每年均需投入大量人力和财力。传统的管道修复方法包括补焊、补板、套筒等，从安全性、经济性以及可靠性等角度考虑，这些方法已不能适应石油行业对修补技术提出的更高要求。近些年来采用树脂基复合材料进行修补已经成为了研究和应用的热点，这主要是因为与传统的管体缺陷修复方法相比，复合材料修复技术是一种不停产的外补强技术，修复后可充分发挥复合材料轻质高强、抗腐蚀、耐久性好、可设计性强等特点，保证管道在原来的工作条件下长期正常运行。国内外的一些公司已经开发了相关的材料体系和修补技术，并开始用于实际工程当中。

目前，复合材料修复管道技术主要有两种，一种是预成型法，一种是湿缠绕法。预成型法是美国的Clockspring公司最先开发并工程化的，该方法采用不饱和聚酯和玻璃纤维在工厂中预先根据含缺陷管道的管径制备复合套筒，然后在修补现场通过强力胶将复合套筒粘结于管道表面，从而起到恢复管道强度的目的。这种技术的缺点是：首先由于复合套筒刚度较大，不易变形，施工过程中难以保证复合套筒与管体之间紧密贴合，影响了整体的承力效果，而且该技术只能用于曲率较大的圆形管道，不能修复结构不规则的部位，如三通接头等；第二，由于采用的是模量和强度均较低的玻璃纤维，对管体强度的恢复效率有限，而且玻璃纤维复合材料的湿热老化性能差，不易用于湿度较大、温度较高的环境；第三，由于复合套筒是在工厂中经过挤压、烘干、热处理及固化等一系列过程生产出来的，其成本较高，效率较低。湿缠绕法是将不含树脂的柔性纤维布缠绕在管道上，同时将树脂涂刷在纤维布上，在一定温度和时间下树脂固化并与纤维形成复合材料，复合材料紧贴与管道之上，分担了大部分载荷，从而起到修复管道的目的。国内的北京安科管道工程科技有限公司便是以环氧树脂为复合材料的基体、以碳纤维片材为复合材料的增强材料，采用湿缠绕法技术进行管道修补的。这种修复技术也存在着明显的不足：首先由于是在施工现场配制胶液并进行缠绕，胶液中各组分的比例、树脂与纤维的比例、树脂对纤维的浸润程度、纤维布的平整度等参数的一致性是很难控制的，它们均受到施工人员熟练程度、修补量、施工环境、原材料初始状态等因素的影响，因此修复层的有效性和持久性都是不可预知的，修复层的刚度和强度波动性较大，不适于高温高压管道的修复；另外，该技术在实施过程中的劳动环境较差、劳动效率低，树脂中的挥发性组分和纤维布上脱落的纤维毛容易引起皮肤过敏，对人体的健康有一定危害，对环境也有一定的污染；最后碳纤维与金属接触容易引起金属的电位腐蚀，在潮湿的环境中更为明显，这对管道的防腐效果有很大影响。

预浸料是航空航天承力复合材料结构件的常用材料，它是以连续纤维增强体和树脂体系为原料，采用排布机或预浸机使树脂体系处于溶液状态或加热熔融状态，在一定速度下对纤维进行浸润，得到表面由树脂包裹的纤维增强体，并通过收卷得到的一种片材。这种片材中的树脂处于未固化状态，使预浸料有一定的粘性，并且在一定温度和压力下树脂可以发生流动，最终固化形成复合材料。由于预浸料是在自动化的设备上进行生产，生产效率高、树脂含量非常均匀，并且树脂含量的范围可以通过工艺参数的改变而在很大范围内调节。这种片材的质量稳定性好，可以用于各种复合材料成型工艺，尤其适合于手工铺贴工艺，可用于各种复杂结构的制品，制得的复合材料性能优异、纤维含量高且均匀、使用寿命长、可靠性高，在国防和民用领域已经得到了大规模的应用。

但埋地的在役长输油气管道由于其特殊性，上述的预浸料当然是不适用的。如果能解决在役长输油气管道要求的高强、抗腐蚀、耐久性好、可设计性高强及湿度较大、温度较高的环境问题，当然预浸料是一种较好的管道补强技术。与本申请同时申请的含缺陷管道修补预浸料就是解决此问题的一种技术方案，而该含缺陷管道修补预浸料的生产方法则是一新问题。

发明内容

本发明的目的是发明一种用于含缺陷管道修补预浸料的材料性能优异、纤维含量高且均匀、使用寿命长、可靠性高，而生产质量稳定、效率高、树脂含量均匀的含缺陷管道修补预浸料的制备方法。

本预浸料的制备方法是将纤维或纤维布预先浸润专用树脂体系；所述专用树脂体系包括在总重量为100中占45-55％的环氧树脂、占2.5-15％的改性脂肪族胺固化剂、占2.5-30％的低分子聚酰胺固化剂、占0.5-2.5％的2，4，6-三苯酚促进剂、占0.5-3.5％的咪唑促进剂、占0-7.5％的环氧类活性稀释剂。

所述纤维增强体包括玻璃纤维、凯芙拉纤维、碳纤维、玄武岩纤维及这些纤维制成的织物；所述织物可以是无纬布或单向布、平纹布、斜纹布、缎纹布等。

将纤维或纤维布预先浸润专用树脂体系包括如下步骤：

a.将树脂、固化剂、促进剂、增韧剂？、稀释剂等组分充分混合，倒入带加热元件的胶槽中；

b.将纤维粗纱或纤维织物缠绕在纸筒上，并置于排布机的旋转轴上，按照熔融法在牵引力的作用下使纤维通过步骤a所述的胶槽，使树脂浸润纤维；

c.步骤b得到的浸润树脂的纤维缠绕在滚筒上，或采用收卷装置得到预浸料卷带；

d.将步骤c得到预浸料密封冷藏。

其中：

用熔融法使树脂浸润纤维时，要根据树脂粘度和反应活性，胶槽中的温度控制在50～100℃内，加热方式采用电加热或油浴加热；

预浸料密封是用不透气的塑料袋密封；冷藏是置于冰柜或冷库中保存，保存温度小于等于-18℃。

为了增强，在步骤b缠绕在纸筒上的纤维粗纱或纤维织物(1)中加入纤维增强体；

所述纤维增强体选自玻璃纤维、凯芙拉纤维、碳纤维、玄武岩纤维粗纱或这些纤维制成的织物；

所述织物是无纬布或单向布、平纹布、斜纹布、缎纹布。

由于预浸料是在自动化的设备上进行生产，生产效率高、树脂含量非常均匀，并且树脂含量的范围可以通过工艺参数的改变而在很大范围内调节。这种片材的质量稳定性好，可以用于各种复合材料成型工艺，尤其适合于手工铺贴工艺，可用于各种复杂结构的制品，制得的复合材料性能优异、纤维含量高且均匀、使用寿命长、可靠性高。

本发明由于采用不含溶剂的熔融法制备预浸料，预浸料中不含挥发性组分，避免了溶剂存在引起的复合材料内部孔隙缺陷，保证了复合材料的性能和使用可靠性。另外，熔融法制备的预浸料不需去除溶剂的烘干和晾置步骤，可直接收卷保存，提高了生产效率，延长了预浸料的使用期。

具体实施方式

实施例.以本例来说明本发明的具体实施方式并对本发明作进一步的说明。本例是一实验方法，本预浸料的制备方法包含本发明的专用树脂体系和纤维增强体，将纤维或纤维布浸润树脂。

所述专用树脂体系包括：环氧树脂、改性脂肪族胺固化剂、低分子聚酰胺固化剂、2，4，6-三(二甲胺基甲基)苯酚促进剂、咪唑促进剂、环氧类活性稀释剂；其配比为：

a)100重量份数的环氧树脂；

b)20重量份数的改性脂肪族胺固化剂；

c)50重量份数的低分子聚酰胺固化剂；

d)5重量份数的2，4，6-三(二甲胺基甲基)苯酚促进剂；

e)7重量份数的咪唑促进剂；

f)12重量份数的环氧类活性稀释剂。

所用纤维增强体为凯芙拉纤维和碳纤维纤维制成的织物；所述织物是单向布。

本预浸料的制造方法包括如下步骤：

d.将步骤c得到预浸料密封冷藏。

其中：

用熔融法使树脂浸润纤维时，要根据树脂粘度和反应活性，胶槽中的温度控制在60℃内，加热方式采用电加热或油浴加热；

本例是在室内试验的基础上进行的中试，经多次试验，生产设备并不复杂，生产过程易于控制，生产质量稳定、效率高、树脂含量均匀。

Claims

1.一种含缺陷管道修补预浸料的制备方法，其特征是将纤维或纤维布浸润专用树脂体系；所述专用树脂体系包括在总重量为100中占45-55％的环氧树脂、占2.5-15％的改性脂肪族胺固化剂、占2.5-30％的低分子聚酰胺固化剂、占0.5-2.5％的2，4，6-三苯酚促进剂、占0.5-3.5％的咪唑促进剂、占0-7.5％的环氧类活性稀释剂。

2.根据权利要求1所述的含缺陷管道修补预浸料的制备方法，其特征是所述将纤维或纤维布浸润专用树脂体系包括如下步骤：

a.将按比例量的环氧树脂、固化剂、促进剂、稀释剂组分充分混合，倒入带加热元件的胶槽(3)中；

b.将纤维粗纱或纤维织物(1)缠绕在纸筒上，并置于排布机的旋转轴(2)上，按照熔融法在牵引力的作用下使纤维织物(1)通过步骤a所述的胶槽(3)，使树脂浸润纤维织物(1)；

c.步骤b得到的浸润树脂的纤维织物(1)经两端有导向辊(4)的鼓风烘干通道(5)烘干后缠绕在滚筒上，或采用收卷装置得到预浸料卷带(6)；

d.将步骤c得到预浸料卷带(6)密封冷藏。

3.根据权利要求2所述的含缺陷管道修补的预浸料制备方法，其特征是所述用熔融法使树脂浸润纤维时，要根据树脂粘度和反应活性，胶槽(3)中的温度控制在50～100℃内，加热方式采用电加热或油浴加热。

4.根据权利要求2所述的含缺陷管道修补的预浸料制备方法，其特征是所述鼓风烘干通道(5)中温度控制在60～100℃。

5.根据权利要求2所述的含缺陷管道修补的预浸料制备方法，其特征是所述预浸料卷带(6)密封是用不透气的塑料袋密封；冷藏是置于冰柜或冷库中保存，保存温度小于等于-18℃。

6.根据权利要求2所述的含缺陷管道修补的预浸料制备方法，其特征是在步骤b缠绕在纸筒上的纤维粗纱或纤维织物(1)中加入纤维增强体；

所述纤维增强体选自玻璃纤维、凯芙拉纤维、碳纤维、玄武岩纤维粗纱或这些纤维制成的织物。