CN105175859B - 一种柔性管用内衬材料及其柔性管 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种柔性管用内衬材料及其柔性管，本发明提供的内衬材料由第一高分子材料、第二高分子材料和辅剂共混而成；其中，所述第一高分子材料为以高密度聚乙烯为基体的高分子材料；所述第二高分子材料为热塑性弹性体；本发明中，通过将两种高分子材料及其辅剂共混，使得得到的内衬材料制备的到的柔性管的防渗性能提高，不仅可用于输水，也可用于输油和输气，且爆破压力值达到了标准要求，进而使得本发明所述的柔性管的使用寿命延长。
Description
技术领域
本发明涉及管技术领域，尤其涉及一种柔性管用内衬材料及其柔性管。
背景技术
复合柔性管的基本结构主要包括高分子内衬层、中间增强层以及高分子外护套层。其中，内衬层主要作用是用于阻止化学液体进入增强层，即防止柔性管被化学药品侵蚀，因此，内衬层的材料对软管质量起到关键性作用。目前，柔性管内衬层的内衬材料一般选用高密度聚乙烯(HDPE)，HDPE具有较高的耐温、耐油性、耐蒸汽渗透性及抗环境应力开裂性，此外，其电绝缘性和抗冲击性及耐寒性能很好。
虽然PE对水蒸气的透过有极佳的防渗性能，特别是高密度聚乙烯，是防止水蒸气透过的最好的塑料之一，但是，PE对氧、二氧化碳、氮以及众多的有机溶剂，特别是脂肪烃、芳烃类等的防渗性能较差。而在油田输送的实际应用中，常常会输送高温水、油、低温甲醇、液态二氧化碳及污水等。如果内衬层的防渗透性没有达到标准，输送流体就会渗入中间增强层，会造成以下三种失效：(1)增强层如果是金属材料，则金属材料会发生腐蚀，酸性流体会加速金属腐蚀；(2)增强层如果是纤维材料，则纤维材料可能会发生水解，就起不到增强作用；(3)内外护套之间的环间压力发生变化，增大内外护套的承压能力，导致整根管的损坏。因此，内衬材料的防渗性能必须提高。
发明内容
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种柔性管用内衬材料及其制备方法，本发明所述的内衬材料应用于柔性管，能够提高其防渗性能。
本发明提供了一种柔性管用内衬材料，由第一高分子材料、第二高分子材料和辅剂共混而成；
其中，所述第一高分子材料为以高密度聚乙烯为基体的高分子材料；
所述第二高分子材料为热塑性弹性体。
优选的，所述第一高分子材料由高密度聚乙烯和助剂共混而成；
所述助剂为成核剂、片状填料、润滑剂和界面改性剂中的一种或几种。
优选的，所述成核剂为苯甲酸、硬脂酸钠、滑石粉、HPN-20E、二亚苄基山梨醇、硬脂酸钙、硬脂酸钾、硬脂酸锌、1，2-环己烷二羧酸和聚4-甲氧基-4-丙烯酰氧苯甲酸苯酯中的一种或几种。
优选的，所述片状填料为白云母、黑云母、金云母、高岭土、无水高岭土和蒙脱土中的一种或几种。
优选的，所述润滑剂为低分子量聚丙烯、聚乙烯蜡、芥酸酰胺和油酸酰胺中的一种或几种。
优选的，所述界面改性剂为马来酸酐接枝的高密度聚乙烯、马来酸酐接枝的乙烯-1-辛烯嵌段共聚物、丙烯酸接枝的聚乙烯和马来酸酐接枝的乙烯-醋酸乙烯共聚物中的一种或几种。
优选的，所述高密度聚乙烯的熔融指数为0.5～1.5g/10min。
优选的，所述热塑性弹性体为聚酯型热塑性聚氨酯弹性体。
优选的，所述辅料为润滑剂和稳定剂中的一种或两种。
本发明还提供了一种柔性管，包括：内衬层、增强层和外护套层，
其中，所述内衬层由本发明提供的内衬材料制备而成。
与现有技术相比，本发明提供了一种柔性管用内衬材料，由第一高分子材料、第二高分子材料和辅剂共混而成；其中，所述第一高分子材料为以高密度聚乙烯为基体的高分子材料；所述第二高分子材料为热塑性弹性体；本发明中，通过将两种高分子材料及其辅剂共混，使得得到的内衬材料制备的+到的柔性管的防渗性能提高，不仅可用于输水，也可用于输油和输气，且爆破压力值达到了标准要求，进而使得本发明所述的柔性管的使用寿命延长；实验结果表明，本发明制备得到的柔性管，与纯HDPE为内衬材料制备的柔性管相比，其在24小时内的压力损失减少至少10％。
附图说明
图1为本发明实施例提供的柔性管的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的柔性管的结构剖视图。
具体实施方式
本发明提供了一种柔性管用内衬材料，由第一高分子材料、第二高分子材料和辅剂共混而成；
其中，所述第一高分子材料为以高密度聚乙烯为基体的高分子材料；
所述第二高分子材料为热塑性弹性体。
按照本发明，本发明所述柔性管用内衬材料，由第一高分子材料、第二高分子材料和辅剂共混而成；其中，本发明对共混的方式没有特殊要求，本领域公知的用于高分子材料共混的方法均可，如采用螺杆挤出机混合、挤出得到；所述内衬材料中，所述第一高分子材料与所述第二高分子材料的质量比优选为100：(5～15)，更优选为100：(8～12)；所述第一高分子材料与所述辅剂的质量比优选为100：(0.3～1.3)，更优选为100：(0.5～1.1)，最优选为100：(0.8～0.9)。
本发明中，所述第一高分子材料由高密度聚乙烯和助剂共混而成；所述助剂为成核剂、片状填料、润滑剂和界面改性剂中的一种或几种；
其中，所述高密度聚乙烯的熔融指数优选为0.5～1.5g/10min，更优选为0.9～1.2g/10min。所述成核剂优选为苯甲酸、硬脂酸钠、滑石粉、HPN-20E、二亚苄基山梨醇(DBS)、硬脂酸钙、硬脂酸钾、硬脂酸锌、1，2-环己烷二羧酸和聚4-甲氧基-4-丙烯酰氧苯甲酸苯酯(PMAPAB)中的一种或几种，更优选为硬脂酸钠、硬脂酸钙、硬脂酸钾、硬脂酸锌、1，2-环己烷二羧酸和聚4-甲氧基-4-丙烯酰氧苯甲酸苯酯中的一种或几种，最优选为硬脂酸钙、硬脂酸锌和1，2-环己烷二羧酸中的一种或几种，最优选为硬脂酸锌和1，2环己烷二羧酸或硬脂酸钙，其中，当成核剂为硬脂酸锌和1，2-环己烷二羧酸时，所述硬脂酸锌与所述1，2-环己烷二羧酸的质量比为(34～40)：(60～66)。
所述片状填料优选为白云母、黑云母、金云母、高岭土、无水高岭土和蒙脱土中的一种或几种，更优选为白云母、黑云母和金云母中的一种或几种，最优选为金云母，最优选为脱水金云母；所述云母的粒径优选为60～100目。其中，第一高分子材料中的片状填料的添加使得得到的内衬材料中含有的片状结构增大了材料中分子移动的距离，进而使制备的管材具有良好的防腐性和防渗性能，延长了管材的使用寿命。
所述润滑剂优选为低分子量聚丙烯、聚乙烯蜡、芥酸酰胺和油酸酰胺中的一种或几种，更优选为不规整结构的低分子量聚丙烯、芥酸酰胺和油酸酰胺中的一种或几种，最优选为油酸酰胺。
所述界面改性剂为马来酸酐接枝的高密度聚乙烯(马来酸酐接枝的HDPE)、马来酸酐接枝的乙烯-1-辛烯嵌段共聚物(马来酸酐接枝的POE)、丙烯酸接枝的聚乙烯(丙烯酸接枝的PE)和马来酸酐接枝的乙烯-醋酸乙烯共聚物(马来酸酐接枝的EVA)中的一种或几种，更优选为马来酸酐接枝的HDPE、马来酸酐接枝的POE、丙烯酸接枝的PE或马来酸酐接枝的EVA。
所述第一高分子材料中，所述高密度聚乙烯与所述成核剂的质量比优选为100：(0.2～1)，更优选为100：(0.3～0.8)，最优选为100：(0.5～0.7)；所述高密度聚乙烯与所述片状填料的质量比优选为100：(5～50)，更优选为100：(15～40)，最优选为100：(20～25)；所述高密度聚乙烯与所述润滑剂的质量比优选为100：(0.1～1)，更优选为100：(0.3～0.8)，最优选为100：(0.4～0.5)；所述高密度聚乙烯与所述界面改性剂的质量比优选为100：(5～15)，更优选为100：(7～12)，最优选为100：(8～10)；
此外，对于第一高分子材料中各个原料的对共混，本发明对共混的方式没有特殊要求，本领域公知的用于高分子材料共混的方法均可，如采用螺杆挤出机混合、挤出，造粒，得到第一高分子材料。
本发明中，所述热塑性弹性体(TPU)优选为聚酯型热塑性聚氨酯弹性体；其中，所述聚酯型热塑性聚氨酯弹性体的硬度优选为40D。
本发明中，所述辅料优选为润滑剂和稳定剂中的一种或两种；所述润滑剂优选为低分子量聚丙烯、聚乙烯蜡、芥酸酰胺和油酸酰胺中的一种或几种，更优选为不规整结构的低分子量聚丙烯和聚乙烯蜡中的一种或两种；所述第一高分子材料与所述润滑剂的质量比优选为100：(0.1～1)，更优选为100：(0.4～0.8)，最优选为100：(0.5～0.7)；所述稳定剂优选为山梨醇；所述第一高分子材料与所述稳定剂的质量比优选为100：(0.1～1)，更优选为100：(0.3～0.8)，最优选为100：(0.5～0.7)。
本发明提供了一种柔性管用内衬材料，由第一高分子材料、第二高分子材料和辅剂共混而成；其中，所述第一高分子材料为以高密度聚乙烯为基体的高分子材料；所述第二高分子材料为热塑性弹性体；本发明中，通过将两种高分子材料及其辅剂共混，使得得到的内衬材料制备的到的柔性管的防渗性能提高，不仅可用于疏水，也可用于输油和输气，且爆破压力值达到了标准要求，进而使得本发明所述的柔性管的使用寿命延长。
本发明还提供了一种柔性管，包括内衬层、增强层和外护套层，其中，所述内衬层由本发明提供内衬材料制备而成；本发明对所述增强层的材料没有特殊限制，本领域公知的可以应用于增强层的材料均可，本发明优选为芳纶增强层；所述芳纶增强层优选由芳纶纤维粘合纳米二氧化硅制备而成；本发明对所述外护套层的材料没有特殊限制，本领域公知的可以应用于外护套层的材料均可，本发明优选为LLDPE树脂和邻羟基苯甲酸苯酯共混得到；所述LLDPE树脂和邻羟基苯甲酸苯酯的质量比优选为100:0.5。
此外，本发明对柔性管材的制备方法没有特殊限制，本领域技术人员公知的用于制备管材的方法均可。具体的，本发明所述的柔性管的结构见图1～2；其中，图1为本发明实施例提供的柔性管的结构示意图，图2为本发明实施例提供的柔性管的结构剖视图；图中，1为内衬层，2和3为增强层，4为外护套层。
本发明所述的柔性管，通过采用本发明所述的内衬材料作为内衬层，使得制备得到的柔性管在爆破压力值达到了标准要求的同时，防渗性能提高。
本发明专利由国家863项目“柔性海底管道关键技术研究”(2012AA09A212)资助实施。
下面将结合本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例中的原料来源为：HDPE采购自大庆石化的5000S型号，熔融指数为0.9g/10min；油酸酰胺选自海门众腾化工有限公司；硬脂酸锌采购自石家庄台茂化工有限公司，工业级；1，2环己烷二羧酸采购自武汉拉那白医药化工有限公司；云母采购自灵寿县宝丰云母加工有限公司的脱水金云母片，60-100目；马来酸酐接枝HDPE选自青岛绿维高分子材料有限公司，型号为KT-12；聚酯型热塑性聚氨酯弹性体采购自Dn Pont公司的Hytrel4055，硬度为40D；聚乙烯蜡采购自青岛邦尼化工有限公司，型号为BNA100；山梨醇采购自郑州瑞恒化工产品有限公司。
对比例1
内衬层以HDPE树脂为主料，不添加助剂，经第一台挤出机挤出、冷却形成内芯管，芳纶增强复合丝分别从左右两边以左旋右旋的方式缠绕在HDPE内芯管1上，缠绕的角度为55度，使得管材轴向和环向均匀受力，形成为芳纶增强层2和3，芳纶增强层3表面涂抹胶黏剂后，由第二台挤塑机挤出LLDPE外护套层将芳纶增强层2和3包裹，经过水冷和定径后，形成高阻隔复合柔性管。
实施例1
按重量份将HDPE树脂100重量份、油酸酰胺0.3重量份、硬脂酸钙0.3重量份、脱水金云母片25重量份、马来酸酐接枝HDPE 7重量份投入双螺杆挤出机中挤出造粒，得到第一高分子材料；
按重量份将第一高分子材料100重量份、山梨醇0.5重量份、热塑性聚氨酯弹性体8重量份、聚乙烯蜡0.4重量份投入双螺杆挤出机中挤出造粒，内衬材料，将内衬材料经单螺杆挤出机共混、挤出、冷却得到内芯管。
内管芯是由第一台挤塑机挤出，经过水冷和定径后，芳纶增强复合丝分别从左右两边以左旋右旋的方式缠绕在HDPE内芯管1上，缠绕的角度为55度，使得管材轴向和环向均匀受力，形成为芳纶增强层2和3，芳纶增强层3表面涂抹胶黏剂后，由第二台挤塑机挤出LLDPE外护套层将芳纶增强层包裹，经过水冷和定径后，得到柔性管。
实施例2
按重量份将HDPE树脂100重量份、油酸酰胺0.3重量份、硬脂酸锌0.2重量份、1,2-环己烷二羧酸0.3重量份、脱水金云母片25重量份、马来酸酐接枝HDPE 8重量份投入双螺杆挤出机中挤出造粒，得到第一高分子材料；
将第一高分子材料100重量份、山梨醇0.3重量份、热塑性聚氨酯弹性体8重量份、聚乙烯蜡0.5重量份投入双螺杆挤出机中挤出造粒，得到内衬材料，再经单螺杆挤出机共混、挤出、冷却成内芯管。
将由第一台挤塑机挤出的内管芯，经过水冷和定径后，芳纶增强复合丝分别从左右两边以左旋右旋的方式缠绕在HDPE内芯管1上，缠绕的角度为55度，使得管材轴向和环向均匀受力，形成为芳纶增强层2和3，芳纶增强层3表面涂抹胶黏剂后，由第二台挤塑机挤出LLDPE外护套层将芳纶增强层包裹，经过水冷和定径后，得到柔性管。
实施例3
数据检测
按照中华人民共和国国家标准GBT 15560-1995《流体输送用塑料管材液压瞬时爆破和耐压试验方法》进行对比例1以及实施例1～2柔性管道输送污水的耐压试验和爆破试验，其结果显示：实施例1制备得到的柔性管，与对比例1制备得到的柔性管相比，其在24小时内的压力损失减少10％，而实施例2制备得到的柔性管，与对比例1制备得到的柔性管相比，其在24小时内的压力损失减少15％。通过测试结果可以得知，本发明所述的柔性管的密封性能效果比较好。且实施例2的爆破压力值为30MPa；实施例3的爆破压力值为32MPa；都达到标准要求的数值，表明具有较高的强度。
可见，本发明提供的柔性管的具有好的密封性、防腐蚀型能和高阻隔的性能，进而能够延长柔性管的使用寿命。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (8)
1.一种柔性管用内衬材料，由第一高分子材料、第二高分子材料和辅剂共混而成；
其中，所述第一高分子材料由高密度聚乙烯和助剂共混而成；
所述助剂为成核剂、片状填料、润滑剂和界面改性剂中的一种或几种；
所述第二高分子材料为热塑性弹性体；
所述热塑性弹性体为聚酯型热塑性聚氨酯弹性体。
2.根据权利要求1所述的内衬材料，其特征在于，所述成核剂为苯甲酸、硬脂酸钠、滑石粉、HPN-20E、二亚苄基山梨醇、硬脂酸钙、硬脂酸钾、硬脂酸锌、1，2-环己烷二羧酸和聚4-甲氧基-4’-丙烯酰氧苯甲酸苯酯中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的内衬材料，其特征在于，所述片状填料为白云母、黑云母、金云母、高岭土和蒙脱土中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的内衬材料，其特征在于，所述润滑剂为低分子量聚丙烯、聚乙烯蜡、芥酸酰胺和油酸酰胺中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的内衬材料，其特征在于，所述界面改性剂为马来酸酐接枝的高密度聚乙烯、马来酸酐接枝的乙烯-1-辛烯嵌段共聚物、丙烯酸接枝的聚乙烯和马来酸酐接枝的乙烯-醋酸乙烯共聚物中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的内衬材料，其特征在于，所述高密度聚乙烯的熔融指数为0.5～1.5g/10min。
7.根据权利要求1所述的内衬材料，其特征在于，所述辅剂为润滑剂和稳定剂中的一种或两种。
8.一种柔性管，包括：内衬层、增强层和外护套层，
其中，所述内衬层由权利要求1～7任意一项所述的内衬材料制备而成。
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