CN113306053B - 一种快速易修复聚烯烃管材及其修复工艺方法 - Google Patents

一种快速易修复聚烯烃管材及其修复工艺方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于属于塑料管道修复技术领域，尤其是一种快速易修复聚烯烃管材及其修复工艺方法，本发明通过对普通PP、PE料进行改性，使其具有均匀分布的环氧基团，具有极好的耐化学腐蚀性，耐磨损，绝缘性好，耐高温，无毒性，质量轻，便于运输与安装，这是一种比普通PP管刚容易修复的优良产品。浸渍树脂的璃纤维织物在光、热和引发剂的作用下，发生交联反应，形成三维立体交联的不溶、不熔的体型结构分子，单体一旦被引发，产生自由基，分子链即迅速增长而形成大分子，其中梳状大分子聚丙烯酰胺，改善表界面作用，可以改善固化后产品的物理和化学性能，以达到管道修复工艺要求、管道的使用和长期可靠性要求，快速易修复聚烯烃管材本身含有环氧基团，可以实现自修复。

Description

一种快速易修复聚烯烃管材及其修复工艺方法
技术领域
本发明属于塑料管道修复技术领域，尤其是快速易修复聚烯烃管材及其修复工艺方法。
背景技术
聚丙烯(PP)树脂是世界上最早实现工业化生产的塑料品种之一，其产量居于世界树脂产量的第3位。由于其价格低廉，原材料来源广泛，具有耐磨、抗化学腐蚀、电绝缘性能优良和机械强度高等优点，因而在工业、农业、建筑、日用品、包装以及电力等方面具有广泛的应用。随着城市建设的不断完善，非开挖铺管、修管和换管技术以其不影响后交通，铺管速度快、效率高，无环境破坏，不影响人们的正常工作、生活等一系列的优点越来越受到地下管道行业管理部门的青睐。各种管道经过多年运行后，由于腐蚀、运行管理不善等原因，不可避免的会产生各种损伤和泄露，带来严重的经济损失，但全线更换新管道，不仅工程量庞大，而且耗资大、工程期长。如何经济高效、快捷地恢复管道安全运行受到了国内外的极大关注，因此管道修复技术的研究具有十分重要的意义。近年来，随着非开挖管道修复技术的研究与施工技术的改进，已发展具有化学及物理管道清洗技术，穿插聚乙烯管内衬修复旧管道技术、、内衬不锈钢技术和挤涂聚合物水泥砂浆修复技术等多项非开挖管道修复技术，并在全国众多城市成功应用于给排水、石油、燃气、电力等各类管道。但是目前管道修复方法主要采用开挖或非开发挖后，缠绕修补带或套管内衬形成粘结固化的修复系统，缠绕修补带、套管的加衬材料在安装期间可很难遵从主管道的曲线，不能遵从突然的直径变化，难以贴合主管形状的光滑和坚固的衬里材料，反而将修补后的管道寿命缩短。例如聚丙烯管道是非极性表面，包括不锈钢、不饱和聚酯树脂等材料，难以子啊聚丙烯管道上稳定依附。针对以上修复技术，对PP管材制备提出了新的要求，PP管材与浸渍树脂(紫外固化)的玻璃纤维织物的粘接性提出了新的要求。本领域技术人员亟待开发出一种一种快速易修复聚烯烃管材及其修复工艺方法以满足现有的使用需求和性能要求。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种快速易修复聚烯烃管材及其修复工艺方法。
本发明通过以下技术方案实现：
一种快速易修复快速易修复聚烯烃管材，该快速易修复聚烯烃管材选取等规聚丙烯树脂或聚乙烯树脂，加入过氧化二异丙苯和乙烯基环氧乙烷，混合均匀，采用双螺杆挤出机在160℃~180℃，挤出造粒，得到环氧改性的聚丙烯树脂后，采用环氧改性的聚丙烯树脂，采用挤出成型法制造快速易修复聚烯烃管材，挤出定型冷却制得。
上述易修复快速易修复聚烯烃管材的修复工艺方法，包括以下步骤：S1、准备工作：使用管道截止阀将需要修复的快速易修复聚烯烃管材运输的流体截止，并进行清理；S2、检测定位：使用声发射检测快速易修复聚烯烃管材的破损处并进行定位；S3、将浸渍树脂的玻璃纤维织物缠绕包裹在透明充放气囊之上，得到缠绕织物气囊，由运输机器人将缠绕织物气囊运送至破损处，所述浸渍树脂的玻璃纤维织物为多层缠绕空筒状，所述透明充放气囊内部有紫外灯辐照机器人，运输机器人往透明修复气囊内腔充气使得玻璃纤维织物膨胀，进而使得玻璃纤维织物的外侧壁与快速易修复聚烯烃管材相贴合；S4、开启紫外灯辐照机器人的紫外灯，并使得紫外灯管道机器人从修复气囊的一端行驶到修复气囊的另一端循环往复运动，实现对浸渍树脂的玻璃纤维织物的固化；S5、将透明修复气囊排气后，将运输机器人连同透明修复气囊从快速易修复聚烯烃管材内取出，即得。
透明的TPU充放气囊体抗拉伸、抗撕裂、耐磨和耐低温屈挠性能,还具有良好的耐油、耐老化和耐候性能，在材料柔软性及机械强度，适合在修复工艺中使用，充放气效果好。
UVB波段波长275~320nm，又称为中波红斑效应紫外线。中等穿透力，它的波长较短的部分会被透明玻璃吸收，日光中含有的中波紫外线大部分被臭氧层所吸收，只有不足2%能到达地球表面，在夏天和午后会特别强烈。
进一步的，所述步骤S3紫外灯管道机器人负载紫外灯，循环往复运动速度1.3~1.5m/min，所述紫外灯为UVB灯。
进一步的，所述的梳状大分子改性剂为聚丙烯酰胺和环氧丁酸接枝反应改性制得，具体步骤如下：用去离子水将聚丙烯酰胺溶解配成5~10%的水溶液58~65份，称取8~10%环氧丁酸溶液57~63份，在磁力搅拌下加入聚丙烯酰胺溶液，继续搅拌20~30min即得。
环氧丁酸是一种化工合成中间体，来源广泛。
进一步的，所述快速易修复聚烯烃管材带有检修井或排水井，所述的光引发剂为4-（苯硫基）苯基二苯基硫鎓六氟磷酸盐、双（4，4’-硫醚三苯基硫鎓）六氟磷酸盐、4-（苯硫基）苯基二苯基硫鎓六氟锑酸盐、双（4，4’-硫醚三苯基硫鎓）六氟锑酸盐中的其中一种或多种，所述无机填料为滑石粉、硫酸钡中的其中一种。
进一步的，步骤S2所述透明充放气囊为TPU圆柱状罐体，且圆柱状罐体的外径和缠绕织物厚度等于快速易修复聚烯烃管材的内径。
进一步的，所述步骤浸渍树脂的玻璃纤维织物缠绕包裹在透明充放气囊之上前，在透明充放气气囊表面涂抹脱模剂二甲基硅油，涂抹量为2~4g/m2且浸渍树脂为双酚A环氧型乙烯基酯树脂、梳状大分子改性剂、光引发剂、三丙二醇二丙烯酸酯按照重量比100~112∶20~40∶5~8∶15~24混合均匀即得。
以聚丙烯为例，反应机理简述如下：
Figure SMS_1
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Figure SMS_2
Figure SMS_3
梳状大分子改性剂的制备机理如下：
Figure SMS_4
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
本发明的有益效果：
针对以上修复技术，对PP管材制备提出了新的要求，PP管材与浸渍树脂(紫外固化)的玻璃纤维织物的粘接性提出了新的要求。本专利对PP进行改性，添加紫外光敏剂和采用接枝的方法将含有紫外光固化官能团分子接枝到PP树脂中，制备出易紫外固化的PP树脂，采用该树脂制备PP管材，在采用浸渍树脂(紫外光固化))的玻璃纤维进行修复时，粘结强度高，修复效果好，同时还具有自修复功能。
相比现有技术本发明具有如下优点：
本发明公开的快速易修复快速易修复聚烯烃管材，是对普通PP、PE料进行改性，使其具有均匀细腻的环氧基团，具有极好的耐化学腐蚀性，耐磨损，绝缘性好，耐高温，无毒性，质量轻，便于运输与安装，这是一种比普通PP、PE管刚容易修复的优良产品。浸渍树脂的璃纤维织物在光、热和引发剂的作用下，发生交联反应，形成三维立体交联的不溶、不熔的体型结构分子，单体一旦被引发，产生自由基，分子链即迅速增长而形成大分子，其中梳状大分子聚丙烯酰胺，改良表界面作用，可以改善固化后产品的物理和化学性能，以达到管道修复工艺要求、管道的使用和长期可靠性要求，快速易修复聚烯烃管材本身含有环氧基团，可以实现自修复，进一步的环氧基团提高了对浸渍树脂的璃纤维织物的粘接性，同时硬度高、介电性能好、收缩率低、柔韧性好、耐碱和大部分溶剂，环氧基团和玻璃纤维良好结合，提供更高强度，而且可以减薄玻璃纤维织物的厚度，梳状大分子可以以单分子层均匀分散在无机玻璃纤维的表面，实现从微观上解决了分子水平的结合问题，宏观上的材料将具有良好的性能表现。梳状高分子的分子上带有亲油基团和亲水基团，它们都处在高分子的侧链位置，排列成梳子形状。在修复界面上，树脂大分子化合物分子内和分子间容易相互缠结、会集，不易在表面上排列，进而粘附作用较差，因此降低了环氧基团的作用，梳状高分子则由于亲水和亲油基团的相互排斥，使分子内和分子间的卷曲、缠结减少，而且达到提高树脂在玻璃纤维表面亲和偶联的功能作用。本发明公开的易修复快速易修复聚烯烃管材及其修复工艺方法是真正100%非开挖内衬修复。不用开挖工作坑，可以从容施工。如果将传统热固化聚酯树脂和光固化聚酯树脂进行比较发现，光固化可实现厚度大，而强度高，加工效率也明显高于热固化，光固化施工速度快，效率高、成本低，具有很高的经济实用价值。
附图说明
附图1是聚丙烯管道修复示意图；其包括放射状的紫外光1、聚丙烯管道2与浸渍树脂的玻璃纤维织物3。
具体实施方式
下面用具体实施例说明本发明，但并不是对本发明的限制。
实施例1
易修复快速易修复聚丙烯管材的修复工艺方法，包括以下步骤：S1、准备工作：使用管道截止阀将需要修复的快速易修复聚丙烯管材运输的流体截止，并进行清理；S2、检测定位：使用声发射检测快速易修复聚丙烯管材的破损处并进行定位；S3、将浸渍树脂的玻璃纤维织物缠绕包裹在透明充放气囊之上，得到缠绕织物气囊，由运输机器人将缠绕织物气囊运送至破损处，所述浸渍树脂的玻璃纤维织物为多层缠绕空筒状，所述透明充放气囊内部有紫外灯辐照机器人，运输机器人往透明修复气囊内腔充气使得玻璃纤维织物膨胀，进而使得玻璃纤维织物的外侧壁与快速易修复聚丙烯管材相贴合；S4、开启紫外灯辐照机器人的紫外灯，并使得紫外灯管道机器人从修复气囊的一端行驶到修复气囊的另一端循环往复运动，实现对浸渍树脂的玻璃纤维织物的固化；S5、将透明修复气囊排气后，将运输机器人连同透明修复气囊从快速易修复聚丙烯管材内取出，即得。
所述无机填料为硫酸钡CIMBAR BF2500目产品。玻璃纤维织物为无碱玻璃纤维布，三层单位面积质量为1200g/m2，排列角度为0°织物的宽度为420mm，缝线密度为6针/英寸的多轴向缝编织物EUL1200（0）EP-420E6泰山玻纤。聚丙烯中石化PPH-EH01。DN1000且壁厚38.2mm。
选取均聚聚丙烯树脂，加入0.5%的过氧化二异丙苯和5%的乙烯基环氧乙烷，混合均匀，采用双螺杆挤出机在180℃，挤出造粒，得到环氧改性的聚丙烯树脂后，用挤出成型法制造快速易修复聚丙烯管材，模具成型管坯、真空定径套冷却定径、真空喷淋冷却、管材冷却降温、牵引、切割、采用原元康SJB-120单螺杆挤出机生产成型，挤出成型工艺温度设置，机筒的加料段165℃，塑化段180℃，均化段190℃，成型模具温度210℃。上述进一步的，所述步骤浸渍树脂的玻璃纤维织物缠绕包裹在透明充放气囊之上前，在透明充放气气囊表面涂抹脱模剂二甲基硅油，涂抹量为2g/m2且浸渍树脂为双酚A环氧型乙烯基酯树脂Derakane411、梳状大分子改性剂、光引发剂、三丙二醇二丙烯酸酯按照重量比112∶40∶8∶24混合均匀即得，光引发剂为陶氏 UV16990，步骤S2所述透明充放气囊为TPU圆柱状罐体，且圆柱状罐体的外径和缠绕织物厚度等于快速易修复聚丙烯管材的内径，所述步骤S3紫外灯管道机器人负载紫外灯，循环往复运动速度1.3m/min，所述紫外灯为PHILIPS TL 40W/12RSUVB灯。聚丙烯酰胺2B-838所述的梳状大分子改性剂为聚丙烯酰胺和环氧丁酸接枝反应改性制得，具体步骤如下：用去离子水将聚丙烯酰胺溶解配成5%的水溶液58份，称取8%环氧丁酸溶液57份，在磁力搅拌下加入聚丙烯酰胺溶液，继续搅拌20min即得，所述快速易修复聚丙烯管材带有检修井或排水井，运输机器人及缠绕织物气囊从检修井进入管道，
实施例2
所述无机填料为江苏广源超微滑石粉GY950，聚乙烯TR480且壁厚38.2mm；玻璃纤维织物为无碱玻璃纤维布，三层单位面积质量为1200g/m2，排列角度为0°织物的宽度为420mm，缝线密度为6针/英寸的多轴向缝编织物EUL1200（0）EP-420E6泰山玻纤。
选取聚乙烯树脂，加入聚乙烯质量0.5%的过氧化二异丙苯和10%的乙烯基环氧乙烷，混合均匀，采用双螺杆挤出机在180℃，挤出造粒，得到环氧改性的聚乙烯树脂后，用挤出成型法制造快速易修复聚烯烃管材，模具成型管坯、真空定径套冷却定径、真空喷淋冷却、管材冷却降温、牵引、切割，采用原元康SJB-120单螺杆挤出机生产成型，挤出成型工艺温度设置，机筒的加料段165℃，塑化段180℃，均化段190℃，成型模具温度210℃。上述易修复快速易修复聚烯烃管材的修复工艺方法，包括以下步骤：S1、准备工作：使用管道截止阀将需要修复的快速易修复聚烯烃管材运输的流体截止，并进行清理；S2、检测定位：使用声发射检测快速易修复聚烯烃管材的破损处并进行定位；S3、将浸渍树脂的玻璃纤维织物缠绕包裹在透明充放气囊之上，得到缠绕织物气囊，由运输机器人将缠绕织物气囊运送至破损处，所述浸渍树脂的玻璃纤维织物为多层缠绕空筒状，所述透明充放气囊内部有紫外灯辐照机器人，运输机器人往透明修复气囊内腔充气使得玻璃纤维织物膨胀，进而使得玻璃纤维织物的外侧壁与快速易修复聚烯烃管材相贴合；S4、开启紫外灯辐照机器人的紫外灯，并使得紫外灯管道机器人从修复气囊的一端行驶到修复气囊的另一端循环往复运动，实现对浸渍树脂的玻璃纤维织物的固化；S5、将透明修复气囊排气后，将运输机器人连同透明修复气囊从快速易修复聚烯烃管材内取出，即得，所述步骤浸渍重量占比10%树脂的玻璃纤维织物缠绕包裹在透明充放气囊之上前，在透明充放气气囊表面涂抹脱模剂二甲基硅油，涂抹量为4g/m2且浸渍树脂为双酚A环氧型乙烯基酯树脂Derakane411、梳状大分子改性剂、光引发剂、三丙二醇二丙烯酸酯按照重量比100∶20∶5∶24混合均匀即得，步骤S2所述透明充放气囊为TPU圆柱状罐体，且圆柱状罐体的外径和缠绕织物厚度等于快速易修复聚烯烃管材的内径，所述步骤S3紫外灯管道机器人负载紫外灯，循环往复运动速度1.5m/min，所述紫外灯为PHILIPS TL 40W/12RSUVB灯，聚丙烯酰胺2B-838所述的梳状大分子改性剂为聚丙烯酰胺和环氧丁酸接枝反应改性制得，具体步骤如下：用去离子水将聚丙烯酰胺溶解配成10%的水溶液65份，称取10%环氧丁酸溶液63份，在磁力搅拌下加入聚丙烯酰胺溶液，继续搅拌30min即得，进一步的，所述快速易修复聚烯烃管材带有检修井或排水井，运输机器人及缠绕织物气囊排水井进入管道，所述的光引发剂为4-（苯硫基）苯基二苯基硫鎓六氟磷酸盐、双（4，4’-硫醚三苯基硫鎓）六氟磷酸盐的混合物，光引发剂为陶氏 UV16974。
对比例1
本对比例与实施例1相比，在步骤S3中，省去梳状大分子改性剂，除此外的方法步骤均相同。
对比例2
本对比例与实施例1相比，在步骤S3中，聚丙烯树脂替换为未经环氧改性的普通聚丙树脂PPH-EH01，除此外的方法步骤均相同。
对比例3
本对比例与实施例1相比，在步骤S3中，梳状大分子改性剂替换为硅烷偶联剂KH-550，除此外的方法步骤均相同。
将实施例1~2和对比例1~3的修补聚烯烃管道进行性能测试，测试结果见表1
表1不同样品的聚烯烃管道修补性能测试结果
Figure SMS_5
注：参考DIN8077-2008聚丙烯(PP)管；GB/T6111-2018流体输送用热塑性塑料管材耐内压试验方法；GB/T6671-2001热塑性塑料管材纵向回缩率的测定；GB/T18742.1-2017冷热水用聚丙烯管道系统第1部分：总则；GB/T18743-2002流体输送用热塑性塑料管材简支梁冲击试验方法；GB/T8806-2008料管道系统塑料部件尺寸的测定。/>

Claims (4)

1.一种快速易修复聚烯烃管材的修复方法，其特征在于，该聚烯烃管材选取均聚聚丙烯树脂或聚乙烯树脂之一的聚烯烃树脂，加入聚烯烃树脂0.5%的过氧化二异丙苯和5~10%的乙烯基环氧乙烷，混合均匀，采用双螺杆挤出机在160℃~180℃，挤出造粒，得到环氧改性的聚烯烃树脂后用挤出成型法制造快速易修复聚烯烃管材，挤出定型冷却制得；包括以下步骤：S1、准备工作：使用管道截止阀将需要修复的快速易修复聚烯烃管材运输的流体截止，并进行清理；S2、检测定位：使用声发射检测快速易修复聚烯烃管材的破损处并进行定位；S3、将浸渍树脂的玻璃纤维织物缠绕包裹在透明充放气囊之上，得到缠绕织物气囊，由运输机器人将缠绕织物气囊运送至破损处，所述浸渍树脂的玻璃纤维织物为多层缠绕空筒状，所述透明充放气囊内部有紫外灯辐照机器人，运输机器人往透明修复气囊内腔充气使得玻璃纤维织物膨胀，进而使得玻璃纤维织物的外侧壁与快速易修复聚烯烃管材相贴合，所述步骤浸渍树脂的玻璃纤维织物缠绕包裹在透明充放气囊之上前，在透明充放气气囊表面涂抹脱模剂二甲基硅油，涂抹量为2~4g/m2且浸渍树脂为双酚A环氧型乙烯基酯树脂；S4、开启紫外灯辐照机器人的紫外灯，并使得紫外灯管道机器人从修复气囊的一端行驶到修复气囊的另一端循环往复运动，实现对浸渍树脂的玻璃纤维织物的固化；S5、将透明修复气囊排气后，将运输机器人连同透明修复气囊从快速易修复聚烯烃管材内取出，即得。
2.根据权利要求1所述的一种快速易修复聚烯烃管材的修复方法，其特征在于，步骤S2所述透明充放气囊为TPU圆柱状罐体，且圆柱状罐体的外径和缠绕织物厚度等于快速易修复聚烯烃管材的内径。
3.根据权利要求1所述的一种快速易修复聚烯烃管材的修复方法，其特征在于，所述步骤S3紫外灯管道机器人负载紫外灯，循环往复运动速度1.3~1.5m/min，所述紫外灯为UVB灯。
4.一种如权利要求1所述的快速易修复聚烯烃管材的修复方法修复的管材。
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