CN1032556C - 聚偏氟乙烯包覆的具有较好弯曲性的挠性金属管 - Google Patents

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Abstract

包覆聚偏氟乙烯层的一种挠性金属管，其特征是在金属管壁与聚偏氟乙烯层之间有一层聚氨酯热塑性弹性体。这种管子特别适合于在石油和天然气勘探中的应用。

Description

聚偏氟乙烯包覆的具有较好弯曲性的挠性金属管
本发明涉及一种包覆了一层聚偏氟乙烯的挠性金属管，其特征在于，在金属管壁与聚偏氟乙烯层之间插入一层聚氨酯热塑性弹性体，以改善管子整体的挠曲性。
构成挠性金属管的一种熟悉的方法是将许多金属圈一个接一个地相互螺旋搭接和/或互联。圈与圈之间的这种相互搭接或者互联，使金属管表面呈波纹形。而且，这样结构的挠性金属管在圈与圈之间形成缝隙，可透气和渗油，因而在里面或外面没有不渗透性材料包覆时不能使用。
为达到不渗漏，特别对于在石油和天然气中应用的挠性管道来说，可以将这种金属管用氟化聚合物包覆，具体说用聚偏氟乙烯包覆。聚偏氟乙烯由于它的结晶性，对液体和气体几乎不敏感和不渗透，并且它的强度在150℃左右这样的温度条件下，能保持许多年，因此这是被选用为包覆挠性金属管的一种材料。虽然如此，但聚偏氟乙烯的刚性使它不能在这方面使用，特别是对大管径的管子来说，因为卷曲半径很有限。
为克服这个缺点，将聚偏氟乙烯加以增塑，但实践表明，增塑剂会从聚合物中渗移出来，若干时期之后聚合物又开始恢复其起始刚性，并且这还取决于在管道中流体的温度。
本发明管子的卷曲性能比没有聚氨酯弹性体层的同样管子提高30％。值得指出的是这种卷曲性能提高可在整个管子热老化过程中得到的。卷曲性能的这种改进甚至出现在最初用增塑的聚偏氟乙烯包覆挠性金属管时，和在热老化过程中除去了增塑剂的情况下。
本发明的目的是要最大限度地保持该金属管的挠曲性，同时也要防止聚偏氟乙烯在包覆过程中进入管子的联接缝隙，还要使挠性管与聚偏氟乙烯包皮之间不渗漏。
为达到这些效果，在挠性金属管与聚偏氟乙烯包皮之间插入一层聚氨酯热塑性弹性体。
为符合本发明的要求，建议采用肖氏A硬度小于92(按DIN 53505标准测定)的聚氨酯热塑性弹性体。另外也建议在热老化过程中使这种弹性体的粘度大幅度地降低，在120℃下经30天之后，粘度最好能降低至少60％。在200℃时，该聚氨酯热塑性弹性体通常具有的粘度范围限定如下。这些值是按非牛顿流体所用的Rabinowvitch修正值计的。
 修正的剪切速率秒-1     粘度   千帕·秒
     4.0913.6436.15122.91     0.70.250.190.12     1.30.850.780.70
表中的剪切速率也是剪切变形的速度梯度。附图1和2表示本发明管子的剖面图。挠性金属管(3)的铰接互联(1，2)使金属圈之间形成缝隙和空间，(4)。聚氨酯热塑性弹性体层(5)将该金属管覆盖，并填充到金属圈之间的这些空隙。该聚氨酯热塑性弹性体层是作为中间层在挠性金属管与聚偏氟乙烯外层(6)之间。
作为包覆用的聚偏氟乙烯是选自均聚物和共聚物至少含50％1，1—二氟乙烯单元，也可选自增塑的均聚物和共聚物。增塑的聚偏氟乙烯含的增塑剂一般少于16％，该增塑剂通常是从一种聚酯衍生的。
不排除使用其它的氟化或非氟化的聚合物或共聚物与聚偏氟乙烯混合。但该混合物中仍然要使聚偏氟乙烯的含量最多，以便尽可能地限制机械强度和化学性能的损失。
制造本发明管子所采用的方法是包覆金属电缆或管子所常用的一些已知方法。例如可采用共挤塑法，用两台挤塑机将聚偏氟乙烯与聚氨酯热塑性弹性体同时进行共挤塑，用一个机头箱来分布直角机头的料流，在箱的中心接收挠性金属管使之包覆。也可以用传统的挤塑/包覆方法，先用聚氨酯热塑性弹性体包覆挠性金属管，然后在第二次挤塑/包覆时，用聚偏氟乙烯层包覆管子整体。
本发明的管子最好有一层0.1—2mm厚度的聚氨酯热塑性弹性体的中间层，该厚度是指从挠性金属管最外面的脊点测量的，也就是从挠性金属管的圈的脊测量。聚偏氟乙烯外层的厚度可以在1—10mm范围内变化。
本发明的管子特别适合于在石油和天然气勘探上的应用。在此应用中，挠性金属管的工作直径可为20—400mm或者更大。
下面的例子是解释本发明而不是限制本发明。
例1
沿一根直径32mm由许多圈构成、圈与圈之间由凹槽和缝隙使之铰接的挠性金属管，按以下顺序连续挤塑：一层0.5mm厚(从圈的脊算起)的聚酯一聚氨酯(Estane 58271)；然后一层5mm厚的聚偏氟乙烯(FORAFLON 1000HD)(试样1)。聚酯—聚氨酯的肖氏A硬度为88，120℃30天后粘度降低大于70％。
相同的条件下，制备同样的管子，但没有中间的聚氨酯层(试样2)，用于对照。
这两根管子在以下条件下进行比较。
将包覆过的管子放在两个固定支柱上。用一个半径为75mm的弯曲试验轮子在离两个支柱等距点的管子上施加压力。加50巴的压力，管子围绕轮子弯曲。轮子压下去的深度表示此挠性管的变形能力。最大深度为170mm；这相当于此管子完全围在此轮子的曲率半径上。如要在轮子压下去时挠性管断裂，标明发生断裂时的深度，压下去的深度越大，则挠性管弯曲能力也越大。
  温度             压下深度试样1                   试样2
  20℃-30℃  170mm(不断裂)         120mm(断裂)150mm 时断裂          80mm时断裂
例2
按照试样1和2相同的方法制备试样3和4，但将聚偏氟乙烯用7.5％(重量)的N-丁基苯磺酰胺增塑。
试样3有一个聚酯—聚氨酯中间层，厚度从圈的最外脊算起为1mm；外层是增塑的聚偏氟乙烯，厚度为6mm。
试样4没有中间的聚酯—聚氨酯层。
该两种包覆管子在一个半径为68mm的圆柱上相继进行弯曲试验。在每次重新弯曲之间，将管子在-10℃下放置1小时。
试样3能弯曲5次不断裂。
试样4在弯第4次后发白，第5次裂开。
将试样管3和4在一个排气炉中150℃下老化一个月。然后在-10℃进行同样的弯曲试验。
试样3在第3次弯曲时发白；第四次时断裂。
试样4在第一次弯曲时就断裂。

Claims (9)

1.聚偏氟乙烯层包覆的挠性金属管，其特征是在金属管壁与聚偏氟乙烯层之间有一层聚氨酯热塑性弹性体。
2.按照权利要求1的管子。其特征是该聚氨酯热塑性弹性体的肖氏A硬度小于92。
3.按照权利要求1或2的管子，其特征在于该聚氨酯热塑性弹性体在120℃下经30天后粘度降低至少60％。
4.按照权利要求1或2的管子，其特征在于该聚氨酯热塑性弹性体在200℃时的粘度范围如下： 修正的剪切速率秒-1    粘度  千帕·秒      4.0913.6436.15122.91     0.70.250.190.12     1.30.850.780.70
5.按照权利要求3的管子，其特征在于该聚氨酯热塑性弹性体在200℃时的粘度范围如下： 修正的剪切速率秒-1     粘度  千帕·秒      4.0913.6436.15122.91     0.70.250.190.12     1.30.850.780.70
6.按照权利要求1或2的管子，其特征在于中间聚氨酯热塑性弹性体层的厚度为0.1—2mm，从挠性金属管的最外点算起。
7.按照权利要求5的管子，其特征在于中间聚氨酯热塑性弹性体层的厚度为0.1—2mm，从挠性金属管的最外点算起。
8.按照权利要求3的管子，其特征在于中间聚氨酯热塑性弹性体层的厚度为0.1—2mm，从挠性金属管的最外点算起。
9.按照权利要求4的管子，其特征在于中间聚氨酯热塑性弹性体层的厚度为0.1—2mm，从挠性金属管的最外点算起。
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