WO2019066670A1 - Steel pipe and method of producing radiation-modified coating - Google Patents

Steel pipe and method of producing radiation-modified coating Download PDF

Info

Publication number
WO2019066670A1
WO2019066670A1 PCT/RU2017/000650 RU2017000650W WO2019066670A1 WO 2019066670 A1 WO2019066670 A1 WO 2019066670A1 RU 2017000650 W RU2017000650 W RU 2017000650W WO 2019066670 A1 WO2019066670 A1 WO 2019066670A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
steel pipe
coating
radiation
layer
pipe
Prior art date
Application number
PCT/RU2017/000650
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Вячеславович АЛЯВДИН
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "Уральский завод полимерных технологий "Маяк"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое акционерное общество "Уральский завод полимерных технологий "Маяк" filed Critical Закрытое акционерное общество "Уральский завод полимерных технологий "Маяк"
Priority to PCT/RU2017/000650 priority Critical patent/WO2019066670A1/en
Publication of WO2019066670A1 publication Critical patent/WO2019066670A1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05DPROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D1/00Processes for applying liquids or other fluent materials
    • B05D1/36Successively applying liquids or other fluent materials, e.g. without intermediate treatment
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05DPROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/06Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by exposure to radiation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05DPROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D5/00Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures
    • B05D5/08Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures to obtain an anti-friction or anti-adhesive surface
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05DPROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D7/00Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
    • B05D7/14Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials to metal, e.g. car bodies
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B1/00Layered products having a general shape other than plane
    • B32B1/08Tubular products
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/04Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B32B15/08Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of synthetic resin
    • B32B15/085Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of synthetic resin comprising polyolefins
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B7/00Layered products characterised by the relation between layers; Layered products characterised by the relative orientation of features between layers, or by the relative values of a measurable parameter between layers, i.e. products comprising layers having different physical, chemical or physicochemical properties; Layered products characterised by the interconnection of layers
    • B32B7/04Interconnection of layers
    • B32B7/12Interconnection of layers using interposed adhesives or interposed materials with bonding properties
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D123/00Coating compositions based on homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D123/00Coating compositions based on homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D123/02Coating compositions based on homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Coating compositions based on derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C09D123/04Homopolymers or copolymers of ethene
    • C09D123/06Polyethene
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D123/00Coating compositions based on homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D123/02Coating compositions based on homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Coating compositions based on derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C09D123/04Homopolymers or copolymers of ethene
    • C09D123/08Copolymers of ethene
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D131/00Coating compositions based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an acyloxy radical of a saturated carboxylic acid, of carbonic acid, or of a haloformic acid; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D131/02Homopolymers or copolymers of esters of monocarboxylic acids
    • C09D131/04Homopolymers or copolymers of vinyl acetate
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L57/00Protection of pipes or objects of similar shape against external or internal damage or wear
    • F16L57/06Protection of pipes or objects of similar shape against external or internal damage or wear against wear
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L58/00Protection of pipes or pipe fittings against corrosion or incrustation
    • F16L58/02Protection of pipes or pipe fittings against corrosion or incrustation by means of internal or external coatings
    • F16L58/04Coatings characterised by the materials used
    • F16L58/10Coatings characterised by the materials used by rubber or plastics
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L9/00Rigid pipes
    • F16L9/02Rigid pipes of metal
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L9/00Rigid pipes
    • F16L9/02Rigid pipes of metal
    • F16L9/04Reinforced pipes

Definitions

  • the invention relates to the field of engineering, namely, to the production technology of steel pipes with reinforced polymer coating used for the construction and operation of oil and gas pipelines, heat supply systems and water supply, including large diameter pipes.
  • Reinforcing fibers in combination with a polymer matrix provide composites with an increase in mechanical strength indicators: impact resistance, wear resistance.
  • One of the main tasks in the construction and operation of steel pipelines is to ensure high performance characteristics of polymer anticorrosive coatings on pipes in such parameters as impact strength, wear resistance, penetration resistance, coating resistance to cathodic peeling, increased adhesion, and adhesion stability during long-term pipe operation.
  • factory protective polymeric coatings are currently being used, which are applied to the external prepared pipe surface.
  • you can use a multilayer polymer coating which may consist of a primer layer, an adhesive layer and an outer layer made of a polymer composition based on polyolefins and specialized additives.
  • the described anticorrosion polymer coating of steel pipes does not provide the required modern level of resistance to corrosive media, mechanical damage. There is also a lack of adhesion of the polymer coating material to the base material of the pipe and the stability of the adhesion of the polymer coating during long-term operation of the pipes.
  • the proposed polymer-insulated pipe has a multilayer structure to protect the surface from damage, in which the first lower layer consists of epoxy primer, the second middle layer consists of adhesive polymer underlayer, the third upper layer consists of high density polyethylene of HDPE series, and the fourth outer layer consists of silane-modified HDPE (according to ⁇ -b classification) with which it is possible to increase the impact strength and impact strength of the sample.
  • the steel pipe, modified with multilayer insulation "TSIM” contains the lower, middle and outer polymer layers, while the lower layer of the polymer coating is made of epoxy primer, the middle layer of the polymer coating is made of adhesive adhesive polymer underlayer, and the outer layer is made of a modified composite based on polyolefin, and the outer the layer is made with the possibility of deposition on the middle layer by extrusion of a composite based on polyolefins and subsequent radiation crosslinking under the action of an electron accelerator.
  • the disadvantages of the coating obtained are the unsatisfactory mechanical strength of the coating, which does not allow the use of coated pipes in rocky and frozen soils without additional protection measures. This complicates the work and entails additional costs in the construction of pipelines.
  • the task of the claimed group of inventions is to develop a method for applying a radiation-modified reinforced polymer coating on a steel pipe in order to obtain a steel pipe with high mechanical characteristics.
  • the technical result of the claimed group of inventions is to increase the impact strength and wear resistance of the coating on the pipe.
  • the method of obtaining a radiation-modified wear-resistant polymer coating on a steel pipe involves applying a primer layer to the surface of a steel pipe, applying an adhesive layer to the primer layer, followed by applying a composite polymer layer to the adhesive layer polyolefins and reinforcing filler - fibers, and radiation modification of the coating using at least one electron accelerator with a dose of th exposure 1-100 Mrad, when the ratio of the speed of movement to the speed of rotation of the pipe is 0.1-5.0.
  • the method of obtaining radiation-modified polymer coating on a steel pipe involves applying a primer layer to the surface of the steel pipe, followed by applying to the primer layer a composite polymer monolayer in the form of a matrix containing polyolefins and a glue based on polyolefins and a reinforcing filler - fiber, and radiation modification coatings using at least one electron accelerator with a dose of 1-100 Mrad with the ratio of the speed of movement to the speed of rotation of the would be 0.1-5.0.
  • FIG. 1 is a cross section of a steel pipe with a three-layer coating.
  • FIG. 2 is a cross section of a steel pipe with a monolayer coating.
  • FIG. 3 is a plot of tensile strength (MPa) versus radiation dose for beams of 5 and 10 MeV.
  • FIG. 4 Process of radiation modification of a coated pipe
  • the steel pipe (1) contains a primer layer (2) deposited on the outer surface of the steel pipe (1), an adhesive layer (3) deposited on the primer layer (2), composite polymer layer (4) in the form of a matrix based on polyolefins and reinforcing filler - fibers deposited on the adhesive layer (3).
  • a steel pipe with a polymer coating containing the layers disclosed above is subjected to radiation modification by an electron beam using at least one electron accelerator.
  • the steel pipe (1) contains one primer layer (2) deposited on the outer surface of the steel pipe (1), a composite polymer monolayer (5) deposited on the primer layer (2) in the form of a matrix containing polyolefins and adhesive composition based on polyolefins, and reinforcing filler - fibers.
  • a steel pipe with a polymer coating containing the layers disclosed above is subjected to radiation modification by an electron beam using at least one electron accelerator.
  • the matrix of the composite polymer layer based on polyolefins (4) is made in the form of a polymer selected from the group: polyethylene, sevilen, polypropylene, polyvinyl chloride, polystyrene, natural rubber, synthetic rubbers, polysiloxanes, polyamides, polyethylene oxide.
  • the adhesive layer (3) contains an adhesive composition based on polyolefins selected from the group: based on “Methalen APE-1” polyethylene, based on Sevilen ATI-06; based on sevilen TRISOLEN 190, based on sevilen TRISOLEN 200 / U.
  • the primer layer (2) contains a material selected from the group: epoxy primer Primer MB, rubber-resin Primer PL-L, rubber primer Primer NK-50, TRANSCOR-GAS primer.
  • the matrix of the composite polymer monolayer (5) contains two components, while the first component contains a polymer based on polyolefins selected from the group: polyethylene, sevilen, polypropylene, polyvinyl chloride, polystyrene, natural rubber, synthetic rubbers, polysiloxanes, polyamides, polyethylene oxide, and the second component is an adhesive based on polyolefins selected from the group: based on Metilen APE-1 polyethylene, based on sevilen ATI-06; based on sevilen TRISOLEN 190, based on sevilen TRISOLEN 200 / U.
  • the mass ratio of the content of these components in the matrix is 1: 1.
  • Glass, carbon and basalt fibers are used as reinforcing filler.
  • a radiation modified coating on a steel pipe is obtained as follows.
  • the cleaned surface of the steel pipe (1) is subjected to induction heating to a temperature of at least 200 ° C, followed by applying to the outer surface of the pipe a primer layer (2) in the form of a primer powder based on epoxy composition, for example, primer epoxy Primer MB, thick 90-100 microns by electrostatic spraying.
  • a primer layer (2) in the form of a primer powder based on epoxy composition, for example, primer epoxy Primer MB, thick 90-100 microns by electrostatic spraying.
  • Particles of dry powder deposited on the surface of the steel pipe (1) are held on it mainly due to the forces of electrostatic attraction. Wetting occurs when the powder particles melt at a temperature above 200 ° C. In this case, the epoxy powder on the surface of the pipe melts and polymerizes, forming a soft continuous film.
  • an adhesive layer (3) is applied to the primer layer (2), which contains an adhesive composition based on polyolefins, for example, on the basis of “Methalen APE-1” polyethylene.
  • the adhesive layer (3) is applied by conventional methods used for coating pipelines, for example, by the method of side melt extrusion of the adhesive composition.
  • the adhesive composition heated to the state of melt is squeezed into the flat die of the extruder to form a tape with a thickness of 100 to 500 ⁇ m, which is wound on the primer layer (2).
  • a composite polymer layer (4) is applied over the adhesive layer (3) in the form of a matrix based on polyolefins and a reinforcing filler - glass, carbon or basalt fibers, by spiral winding of a composite polymer tape heated to the state of melt (extrusion), also extruded through a flat-slit head extruder thickness of 5-50 mm.
  • the obtained multilayer coating is rolled under pressure to the outer surface of the steel pipe (1) with a roller, and then the steel pipe (1) is cooled to a temperature not higher than 60 ° C and radiation modification of the polymer coating of the steel pipe (1) is performed using electronic accelerator technology (see Fig. 4).
  • a steel pipe (1), coated with a multilayer coating is exposed to electron beams with an energy of 0.5-10 MeV and an irradiation dose of 1-100 Mrad using at least one electron accelerator (6) of the type ELV and ILU and similar.
  • the steel pipe (1) under the electron beam (7) passes with certain speeds of movement and rotation of the pipe, with a ratio of the speed of movement to the speed of rotation of the pipe equal to 0.1-5.0.
  • the speed of movement is determined by the required dose, which is absorbed by the polymer coating, and the rotation ensures the uniformity of the absorbed dose over the entire surface of the polymer coating of the pipe.
  • the absorbed dose collected by the polymer coating of the pipe is chosen to cover the polymer material from the free molecular state to the partially cross-linked state, which is characterized by the formation of three-dimensional molecular structures with a higher molecular weight. Due to this, there is an increase in impact strength, wear resistance, resistance to penetration of the polymer coating, adhesive strength and stability of the adhesion of the polymer coating of steel pipes.
  • a primer layer (2) is applied to the cleaned outer surface (cleaning operations similar to those described above) of a steel pipe (1), as described above, followed by applying a composite polymer monolayer (5), similar to applying a composite polymer layer ( 4) as described above.
  • the pipe with a two-layer coating is cooled to a temperature not higher than 60 ° C and radiation modification of the polymer coating of the steel pipe (1) is carried out using the technology of electronic accelerators, as described above.
  • the claimed invention when applying the technology of radiation modification of polymer coatings by an electron beam, allows to improve the strength characteristics of the obtained polymer wear-resistant coating, the results of experiments on a steel pipe with a wear-resistant polymer coating are presented in Table. one.
  • Vx - the speed of movement of the pipe
  • D is the diameter of the pipe
  • H is the beam width of the electron accelerator
  • N- pipe rotation speed N- pipe rotation speed
  • the presence of more than one electron accelerator allows us to speed up the process of radiation modification of the pipe coating, which is important in the industrial production of pipes with radiation-modified insulation.
  • the fibers of the reinforcing filler perceive mechanical stresses, determining the basic physicomechanical properties of the polymer coating: strength, deformability, rigidity, wear resistance.
  • the matrix (polyethylene, sevilen, polypropylene and their composites), located in the interfibre space, serves to distribute the mechanical stresses between the fibers, also partially perceives these mechanical stresses, and, very importantly, determines the solidity of the material.
  • the interaction of reinforcing fibers with the matrix should ensure a high realization of the mechanical properties of the fibers in the reinforced material and its solidity. This requires: good wettability of the fibers by the matrix and / or binder; high adhesion between the fiber and the matrix, characterized by shear strength at the interface of the fiber-matrix; high adhesion should be maintained for a long time under the operating conditions of the composite with active external influences, including moisture; preservation or minimal change in the properties of fibers under the influence of the components of the matrix; relaxation of internal stresses in the elementary volume of the fiber-matrix during heat treatment or under the influence of components of the binder and other factors.
  • Radiation modification results in efficient crosslinking of polyolefin molecules. Also increases the value of adhesion between molecules of polyolefins with reinforcing filler. Due to this, the physicomechanical properties of the polymer coating increase synergistically: strength, deformability, rigidity, wear resistance. Wear resistance (intensity of mass wear of the polymer composite) was determined by testing according to generally accepted methods (GOST 11629-75) on a CETR friction machine (USA).
  • the samples were treated with ethyl alcohol and weighed on an analytical balance before and after friction. After treatment with ethyl alcohol, the samples were left for a day in order to evaporate the alcohol.
  • the content of the reinforcing filler in the prepared composition has a significant impact on the process of its homogenization in a single-screw mixer in the process of factory extrusion and the imposition of the surface layer of polymer insulation of steel pipe.
  • a volumetric filling of more than 30% the highly viscous mixture moves in the dosing zone not in a laminar, but in the so-called piston mode, and the polymer component melt forms a lubricating layer, as it were, at the boundary with the surface of the cylinder and screw screw channel.
  • the invention allows to increase the impact strength and wear resistance of the polymer coating in the process of long-term operation of pipes.

Abstract

The invention relates to the field of mechanical engineering, and specifically to technology for manufacturing steel pipes having a wear-resistant polymer coating used for building and operating oil and gas pipelines, heat supply systems, and water supply systems, including large-diameter pipes. The technical result of the claimed group of inventions is an increase in the impact resistance and the durability of a polymer coating in the process of long-term pipe operation. A method of producing a radiation-modified wear-resistant polymer coating on a steel pipe, including the application of a primer layer on a surface of the steel pipe, the application of an adhesive layer on the primer layer, and the subsequent application onto the adhesive layer of a composite polymer layer in the form of a matrix based on polyolefins and a reinforcing filler-fiber, and the radiation modification of the coating using at least one electron accelerator with a radiation dose of 1-100 Mrad at a ratio of displacement speed to rotation speed of the pipe equal to 0.1-5.0.

Description

СТАЛЬНАЯ ТРУБА И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАДИАЦИОННО- МОДИФИЦИРОВАННОГО ПОКРЫТИЯ  STEEL PIPE AND METHOD FOR OBTAINING A RADIATION-MODIFIED COATING
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ TECHNICAL FIELD
Изобретение относится к области машиностроения, а именно, к технологии производства стальных труб с полимерным армированным покрытием, используемым для строительства и эксплуатации нефте- и газопроводов, систем теплоснабжения и водоснабжения, в том числе труб большого диаметра.  The invention relates to the field of engineering, namely, to the production technology of steel pipes with reinforced polymer coating used for the construction and operation of oil and gas pipelines, heat supply systems and water supply, including large diameter pipes.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ  BACKGROUND
Объемы производства и области применения армирующих модифицированных волокнами полимерных композитов во всем мире непрерывно растут. Перспективны для ответственных конструкций полимерные материалы, модифицированные асбестовыми, стеклянными, углеродными, базальтовыми и другими волокнами.  Production volumes and application areas of fiber-reinforced polymer composites are constantly increasing worldwide. Polymeric materials modified with asbestos, glass, carbon, basalt and other fibers are promising for critical structures.
Армирующие волокна в сочетании с полимерной матрицей обеспечивают композитам повышение показателей механической прочности: сопротивление удару, износостойкость.  Reinforcing fibers in combination with a polymer matrix provide composites with an increase in mechanical strength indicators: impact resistance, wear resistance.
Углеродные волокна являются дорогостоящими для массового применения в промышленности и строительстве, а производство стекловолокнистых наполнителей сдерживается из-за дефицита специальных компонентов (оксида бора, соды и др.). В связи с этим особенное значение приобретают наполнители, которые способны заменить стекловолокно и углеродное волокно. Таковыми могут быть базальтовые волокна, т.к. они, являясь разновидностью стекловолокон, имеют практически все позитивные свойства стеклянных и углеродных волокон, а также ряд существенных преимуществ: при производстве базальтовых волокон не нужно введение специальных компонентов, сырье общедоступно и дешевое, а запасы его неограниченны. (Перепел кин К.Е., Армирующие волокна и волокнистые полимерные композиты. - С-Пб., 2009. - 118).  Carbon fibers are expensive for mass use in industry and construction, and the production of glass fiber fillers is constrained by the lack of special components (boron oxide, soda, etc.). In this connection, fillers, which are capable of replacing glass fiber and carbon fiber, are of particular importance. These may be basalt fibers, because they, being a type of glass fibers, have practically all the positive properties of glass and carbon fibers, as well as a number of significant advantages: the production of basalt fibers does not require the introduction of special components, the raw materials are generally available and cheap, and its reserves are unlimited. (Quail Kin KE, Reinforcing fibers and fibrous polymer composites. - S-Pb., 2009. - 118).
Одной из основных задач при строительстве и эксплуатации стальных трубопроводов является обеспечение высоких эксплуатационных характеристик полимерных антикоррозионных покрытий труб по таким параметрам, как ударная прочность, износостойкость сопротивление пенетрации, стойкость покрытия к катодному отслаиванию, повышенную адгезию, стабильность адгезии в процессе длительной эксплуатации труб. Для решения этой задачи в настоящее время используются заводские защитные полимерные покрытия, которые наносят на наружную подготовленную поверхность трубы. Для антикоррозионной защиты наружной поверхности трубы можно использовать многослойное полимерное покрытие, которое может состоять из грунтовочного слоя, адгезивного слоя и наружного слоя, выполненных из полимерных композиции на основе полиолефинов и специализированных добавок. Способ получения указанного многослойного покрытия и труба с многослойным покрытием раскрыта в RU 2458952 С2, опубл. 20.08.2012. Также появились монослойные полимерные покрытия, объединяющие свойства адгезивного и наружного полимерных слоев. Труба с подобным заводским антикоррозионным полимерным покрытием, характеризуется достаточно высоким уровнем эксплуатационных механических свойств покрытия. One of the main tasks in the construction and operation of steel pipelines is to ensure high performance characteristics of polymer anticorrosive coatings on pipes in such parameters as impact strength, wear resistance, penetration resistance, coating resistance to cathodic peeling, increased adhesion, and adhesion stability during long-term pipe operation. To solve this problem, factory protective polymeric coatings are currently being used, which are applied to the external prepared pipe surface. For anticorrosive protection of the outer surface of the pipe, you can use a multilayer polymer coating, which may consist of a primer layer, an adhesive layer and an outer layer made of a polymer composition based on polyolefins and specialized additives. The method of obtaining the specified multilayer coating and a pipe with a multilayer coating is disclosed in EN 2458952 C2, publ. 08/20/2012. Also appeared monolayer polymeric coatings that combine the properties of adhesive and outer polymer layers. The pipe with a similar factory anti-corrosion polymer coating is characterized by a fairly high level of operational mechanical properties of the coating.
Однако описанное антикоррозионное полимерное покрытие стальных труб не обеспечивает требуемый современный уровень устойчивости к воздействию агрессивных сред, механическому повреждению. Имеет место также недостаточная адгезия полимерного материала покрытия к основному материалу трубы и стабильность адгезии полимерного покрытия в процессе длительной эксплуатации труб.  However, the described anticorrosion polymer coating of steel pipes does not provide the required modern level of resistance to corrosive media, mechanical damage. There is also a lack of adhesion of the polymer coating material to the base material of the pipe and the stability of the adhesion of the polymer coating during long-term operation of the pipes.
Известен способ нанесения многослойной полимерной изоляции на стальную трубу и труба стальная с многослойной полимерной изоляцией состоящей из четырех слоев, раскрытые в RU 2413615 С2, опубл. 10.03.2011. Предложенная труба с полимерной изоляцией имеет многослойную конструкцию для защиты поверхности от повреждения, у которого первый нижний слой состоит из эпоксидного праймера, второй средний слой состоит из адгезионного полимерного подслоя, третий верхний слой состоит из полиэтилена высокой плотности серии ПЭВП, а четвертый наружный слой состоит из модифицированного силаном ПЭВП (по классификации ΡΕΧ-b) с помощью которого достигается повышение ударной прочности и ударной вязкости образца.  There is a method of applying a multilayer polymer insulation on a steel pipe and steel pipe with multilayer polymer insulation consisting of four layers, disclosed in RU 2413615 C2, publ. 03/10/2011. The proposed polymer-insulated pipe has a multilayer structure to protect the surface from damage, in which the first lower layer consists of epoxy primer, the second middle layer consists of adhesive polymer underlayer, the third upper layer consists of high density polyethylene of HDPE series, and the fourth outer layer consists of silane-modified HDPE (according to ΡΕΧ-b classification) with which it is possible to increase the impact strength and impact strength of the sample.
Недостатком известного способа и стальной трубы с многослойным покрытием является требование применения сложных дополнительных и, следовательно, дорогостоящих технологических операции по нанесению дополнительного полимерного четвертого слоя, модифицированного силаном ПЭВП (по классификации ΡΕΧ-b). Также для модификации по технологии РЕХ-Ь необходимо в течение нескольких часов выстаивать сшиваемый силаном полиолефин в водяной бане при температуре около 95°С, что ограничивает производительность технологии в целом и существенно повышает затраты на производство.  The disadvantage of this method and the steel pipe with a multilayer coating is the requirement to use complex additional and, therefore, expensive technological operations to apply an additional fourth polymer layer modified with silane HDPE (according to ΡΕΧ-b classification). Also for PEX-b modification, it is necessary to stand for several hours with a silane crosslinkable polyolefin in a water bath at a temperature of about 95 ° C, which limits the performance of the technology as a whole and significantly increases production costs.
Кроме того, известен способ нанесения многослойного покрытия и стальная труба модифицированная с многослойной изоляцией «ТСИМ», раскрытая в RU 164448 U1 , опубл. 27.08.2016 (прототип). Стальная труба, модифицированная с многослойной изоляцией «ТСИМ» содержит нижний, средний и наружный полимерные слои, при этом нижний слой полимерного покрытия выполнен из эпоксидного праймера, средний слой полимерного покрытия - из клейкого адгезионного полимерного подслоя, а наружный слой - из модифицированного композита на основе полиолефинов, причем наружный слой выполнен с возможностью нанесения на средний слой экструдированием композита на основе полиолефинов и последующего радиационного сшивания под действием ускорителя электронов. In addition, there is a method of applying a multilayer coating and a steel pipe modified with multilayer insulation "TSIM", disclosed in EN 164448 U1, publ. 08.27.2016 (prototype). The steel pipe, modified with multilayer insulation "TSIM" contains the lower, middle and outer polymer layers, while the lower layer of the polymer coating is made of epoxy primer, the middle layer of the polymer coating is made of adhesive adhesive polymer underlayer, and the outer layer is made of a modified composite based on polyolefin, and the outer the layer is made with the possibility of deposition on the middle layer by extrusion of a composite based on polyolefins and subsequent radiation crosslinking under the action of an electron accelerator.
К недостаткам полученного покрытия можно отнести неудовлетворительную механическую прочность покрытия, не позволяющую применять трубы с покрытием в скалистых и мерзлых грунтах без дополнительных мер по защите. Это усложняет производство работ и влечет за собой дополнительные затраты при строительстве трубопроводов.  The disadvantages of the coating obtained are the unsatisfactory mechanical strength of the coating, which does not allow the use of coated pipes in rocky and frozen soils without additional protection measures. This complicates the work and entails additional costs in the construction of pipelines.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ  DISCLOSURE OF INVENTION
Задачей заявленной группы изобретений является разработка способа нанесения радиационно-модифицированного армированного полимерного покрытия на стальную трубу с целью получения стальной трубы с высокими механическими характеристиками.  The task of the claimed group of inventions is to develop a method for applying a radiation-modified reinforced polymer coating on a steel pipe in order to obtain a steel pipe with high mechanical characteristics.
Техническим результатом заявленной группы изобретений является повышение ударной прочности и износостойкости покрытия на трубе.  The technical result of the claimed group of inventions is to increase the impact strength and wear resistance of the coating on the pipe.
Указанный технический результат достигается за счет того, что способ получения радиационно-модифицированного износостойкого полимерного покрытия на стальной трубе включает нанесение грунтовочного слоя на поверхность стальной трубы, нанесение адгезионного слоя на грунтовочный слой, с последующим нанесением на адгезионный слой композиционного полимерного слоя в виде матрицы на основе полиолефинов и армирующего наполнителя - волокна, и радиационной модификацией покрытия при помощи, по крайней мере, одного ускорителя электронов с дозой облучения 1-100 Мрад, при отношении скорости перемещения к скорости вращения трубы равной 0,1-5,0.  This technical result is achieved due to the fact that the method of obtaining a radiation-modified wear-resistant polymer coating on a steel pipe involves applying a primer layer to the surface of a steel pipe, applying an adhesive layer to the primer layer, followed by applying a composite polymer layer to the adhesive layer polyolefins and reinforcing filler - fibers, and radiation modification of the coating using at least one electron accelerator with a dose of th exposure 1-100 Mrad, when the ratio of the speed of movement to the speed of rotation of the pipe is 0.1-5.0.
Способ получения радиационно-модифицированного полимерного покрытия на стальной трубе включает нанесение грунтовочного слоя на поверхность стальной трубы, с последующим нанесением на грунтовочный слой композиционного полимерного монослоя в виде матрицы, содержащей полиолефины и клеевого состава на основе полиолефинов, и армирующего наполнителя - волокна, и радиационной модификацией покрытия при помощи, по крайней мере, одного ускорителя электронов с дозой облучения 1-100 Мрад при отношении скорости перемещения к скорости вращения трубы равной 0,1-5,0.  The method of obtaining radiation-modified polymer coating on a steel pipe involves applying a primer layer to the surface of the steel pipe, followed by applying to the primer layer a composite polymer monolayer in the form of a matrix containing polyolefins and a glue based on polyolefins and a reinforcing filler - fiber, and radiation modification coatings using at least one electron accelerator with a dose of 1-100 Mrad with the ratio of the speed of movement to the speed of rotation of the would be 0.1-5.0.
Стальная труба с радиационно-модифицированным полимерным покрытием, содержащая покрытие на основе слоев, полученных в соответствии с вышераскрытыми способами, при этом покрытие радиационно-модифицировано при помощи, по крайней мере, одного ускорителя электронов.  A steel pipe with a radiation-modified polymer coating containing a coating based on layers obtained in accordance with the above methods, while the coating is radiation-modified using at least one electron accelerator.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ  BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Изобретение будет более понятным из описания, не имеющего ограничительного характера и приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено: Фиг. 1 - поперечный разрез стальной трубы с трехслойным покрытием.The invention will be more clear from the description, not having a restrictive nature and is given with reference to the accompanying drawings, which depict: FIG. 1 is a cross section of a steel pipe with a three-layer coating.
Фиг. 2 - поперечный разрез стальной трубы с монослойным покрытием. FIG. 2 is a cross section of a steel pipe with a monolayer coating.
Фиг. 3 - График зависимости предела прочности при растяжении (МПа) от дозы облучения для пучков 5 и 10 МэВ.  FIG. 3 is a plot of tensile strength (MPa) versus radiation dose for beams of 5 and 10 MeV.
Фиг. 4 - Процесс радиационной модификации трубы с покрытием  FIG. 4 - Process of radiation modification of a coated pipe
1 - стальная труба; 2 - грунтовочный слой; 3 - адгезионный слой; 4 - полимерный слой на основе полиолефинов; 5 - полимерный монослой; 6 - ускоритель электронов; 7 - пучок электронов.  1 - steel pipe; 2 - primer layer; 3 - adhesive layer; 4 - polymer layer based on polyolefins; 5 - polymer monolayer; 6 - electron accelerator; 7 - electron beam.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ  IMPLEMENTATION OF THE INVENTION
В соответствии с первым вариантом изобретения (см. фиг. 1 ,) стальная труба (1) содержит грунтовочный слой (2), нанесенный на наружную поверхность стальной трубы (1), адгезионный слой (3), нанесенный на грунтовочный слой (2), композиционный полимерный слой (4) в виде матрицы на основе полиолефинов и армирующего наполнителя - волокна, нанесенный на адгезионный слой (3). При этом стальную трубу с полимерным покрытием, содержащим выше раскрытые слои, подвергают радиационной модификации пучком электронов при помощи по крайней мере, одного ускорителя электронов.  In accordance with the first embodiment of the invention (see FIG. 1,) the steel pipe (1) contains a primer layer (2) deposited on the outer surface of the steel pipe (1), an adhesive layer (3) deposited on the primer layer (2), composite polymer layer (4) in the form of a matrix based on polyolefins and reinforcing filler - fibers deposited on the adhesive layer (3). In this case, a steel pipe with a polymer coating containing the layers disclosed above is subjected to radiation modification by an electron beam using at least one electron accelerator.
В соответствии со вторым вариантом изобретения (см. фиг. 2) стальная труба (1) содержит, один грунтовочный слой (2), нанесенный на наружную поверхность стальной трубы (1), нанесенный на грунтовочный слой (2) композиционный полимерный монослой (5) в виде матрицы, содержащий полиолефины и клеевой состав на основе полиолефинов, и армирующего наполнителя - волокна. При этом стальную трубу с полимерным покрытием, содержащим выше раскрытые слои, подвергают радиационной модификацией пучком электронов при помощи, по крайней мере, одного ускорителя электронов.  In accordance with the second variant of the invention (see FIG. 2), the steel pipe (1) contains one primer layer (2) deposited on the outer surface of the steel pipe (1), a composite polymer monolayer (5) deposited on the primer layer (2) in the form of a matrix containing polyolefins and adhesive composition based on polyolefins, and reinforcing filler - fibers. In this case, a steel pipe with a polymer coating containing the layers disclosed above is subjected to radiation modification by an electron beam using at least one electron accelerator.
Матрица композиционного полимерного слоя на основе полиолефинов (4) выполнена в виде полимера выбранного из группы: полиэтилен, сэвилен, полипропилен, поливинилхлорид, полистирол, натуральный каучук, синтетические каучуки, полисилоксаны, полиамиды, полиэтиленоксид.  The matrix of the composite polymer layer based on polyolefins (4) is made in the form of a polymer selected from the group: polyethylene, sevilen, polypropylene, polyvinyl chloride, polystyrene, natural rubber, synthetic rubbers, polysiloxanes, polyamides, polyethylene oxide.
Адгезионный слой (3) содержит клеевую композицию на основе полиолефинов, выбранную из группы: на основе полиэтилена «Метален АПЭ-1 », на основе сэвилена АТИ-06; на основе сэвилена TRISOLEN 190, на основе сэвилена TRISOLEN 200/U.  The adhesive layer (3) contains an adhesive composition based on polyolefins selected from the group: based on “Methalen APE-1” polyethylene, based on Sevilen ATI-06; based on sevilen TRISOLEN 190, based on sevilen TRISOLEN 200 / U.
Грунтовочный слой (2) содержит материал, выбранный из группы: грунтовка эпоксидная «Праймер МБ», каучуко-смоляной «Праймер ПЛ-Л», каучуко-смоляной «Праймер НК-50», грунтовка "ТРАНСКОР-ГАЗ».  The primer layer (2) contains a material selected from the group: epoxy primer Primer MB, rubber-resin Primer PL-L, rubber primer Primer NK-50, TRANSCOR-GAS primer.
Матрица композиционного полимерного монослоя (5) содержит два компонента, при этом первый компонент содержит полимер на основе полиолефинов выбранных из группы: полиэтилен, сэвилен, полипропилен, поливинилхлорид, полистирол, натуральный каучук, синтетические каучуки, полисилоксаны, полиамиды, полиэтиленоксид, а второй компонент - клеевой состав на основе полиолефинов, выбранный из группы: на основе полиэтилена «Метален АПЭ-1 », на основе сэвилена АТИ-06; на основе сэвилена TRISOLEN 190, на основе сэвилена TRISOLEN 200/U. Массовое соотношение содержания указанных компонентов в матрице составляет 1 :1. The matrix of the composite polymer monolayer (5) contains two components, while the first component contains a polymer based on polyolefins selected from the group: polyethylene, sevilen, polypropylene, polyvinyl chloride, polystyrene, natural rubber, synthetic rubbers, polysiloxanes, polyamides, polyethylene oxide, and the second component is an adhesive based on polyolefins selected from the group: based on Metilen APE-1 polyethylene, based on sevilen ATI-06; based on sevilen TRISOLEN 190, based on sevilen TRISOLEN 200 / U. The mass ratio of the content of these components in the matrix is 1: 1.
В качестве армирующего наполнителя применяют стеклянные, углеродные и базальтовые волокна.  Glass, carbon and basalt fibers are used as reinforcing filler.
Радиационно-модифицированное покрытие на стальной трубе получают следующим образом.  A radiation modified coating on a steel pipe is obtained as follows.
В соответствии с первым вариантом изобретения наружную поверхность стальной трубы (1) подвергают предварительной очистке. Для этого сначала производят ее обезжиривание щелочным раствором путем подачи его на наружную поверхность трубы под давлением, после чего стальную трубу подвергают сушке и струйной очистке до получения шероховатости наружной поверхности трубы, которая не превышает Rz=100 мкм. In accordance with the first embodiment of the invention, the outer surface of the steel pipe (1) is pre-cleaned. To do this, first produce its degreasing alkaline solution by filing it on the outer surface of the pipe under pressure, after which the steel pipe is subjected to drying and blasting to obtain a rough surface of the outer surface of the pipe that does not exceed R z = 100 μm.
После чего очищенную поверхность стальной трубы (1) подвергают индукционному нагреву до температуры не менее 200°С с последующим нанесением на наружную поверхность трубы грунтовочного слоя (2) в виде порошка грунтовки на основе эпоксидной композиции, например, грунтовка эпоксидная «Праймер МБ», толщиной 90- 100 мкм при помощи электростатического напыления. Частицы сухого порошка, нанесенные на поверхность стальной трубы (1), удерживаются на ней преимущественно за счет сил электростатического притяжения. Смачивание происходит, когда частицы порошка расплавляются при температуре выше 200°С. При этом эпоксидный порошок на поверхности трубы плавится и полимеризуется, образуя мягкую непрерывную пленку.  Then the cleaned surface of the steel pipe (1) is subjected to induction heating to a temperature of at least 200 ° C, followed by applying to the outer surface of the pipe a primer layer (2) in the form of a primer powder based on epoxy composition, for example, primer epoxy Primer MB, thick 90-100 microns by electrostatic spraying. Particles of dry powder deposited on the surface of the steel pipe (1) are held on it mainly due to the forces of electrostatic attraction. Wetting occurs when the powder particles melt at a temperature above 200 ° C. In this case, the epoxy powder on the surface of the pipe melts and polymerizes, forming a soft continuous film.
Затем на грунтовочный слой (2) наносят адгезионный слой (3), содержащий клеевую композицию на основе полиолефинов, например, на основе полиэтилена «Метален АПЭ-1 ». Адгезионный слой (3) наносят обычными способами, используемыми для покрытия трубопроводов, например, методом боковой «плоскощелевой» экструзии расплава клеевой композиции. Для нанесения адгезионного слоя (3), нагретую до состояния расплава адгезионную композицию, выдавливают в плоскощелевую головку экструдера с образованием ленты толщиной от 100 до 500 мкм, которую наматывают на грунтовочный слой (2).  Then, an adhesive layer (3) is applied to the primer layer (2), which contains an adhesive composition based on polyolefins, for example, on the basis of “Methalen APE-1” polyethylene. The adhesive layer (3) is applied by conventional methods used for coating pipelines, for example, by the method of side melt extrusion of the adhesive composition. To apply the adhesive layer (3), the adhesive composition heated to the state of melt is squeezed into the flat die of the extruder to form a tape with a thickness of 100 to 500 μm, which is wound on the primer layer (2).
Затем поверх адгезионного слоя (3) наносят композиционный полимерный слой (4) в виде матрицы на основе полиолефинов и армирующего наполнителя - стеклянные, углеродные или базальтовые волокна, путем спиральной намотки нагретой до состояния расплава (экструзия) композиционной полимерной ленты, выдавливаемую также через плоскощелевую головку экструдера толщиной 5-50 мм. После чего полученное многослойное покрытие прикатывают под давлением к наружной поверхности стальной трубы (1) роликом, а затем производят охлаждение стальной трубы (1) до температуры не выше 60°С и осуществляют радиационную модификацию полимерного покрытия стальной трубы (1) с применением технологии электронных ускорителей (см. фиг. 4). Then a composite polymer layer (4) is applied over the adhesive layer (3) in the form of a matrix based on polyolefins and a reinforcing filler - glass, carbon or basalt fibers, by spiral winding of a composite polymer tape heated to the state of melt (extrusion), also extruded through a flat-slit head extruder thickness of 5-50 mm. After that, the obtained multilayer coating is rolled under pressure to the outer surface of the steel pipe (1) with a roller, and then the steel pipe (1) is cooled to a temperature not higher than 60 ° C and radiation modification of the polymer coating of the steel pipe (1) is performed using electronic accelerator technology (see Fig. 4).
При радиационной модификации, стальную трубу (1), с нанесенным многослойным покрытием, подвергают воздействию пучков электронов с энергией 0,5-10 МэВ и дозой облучения 1-100 Мрад при помощи, по крайней мере, одного ускорителя электронов (6) типа ЭЛВ и ИЛУ и аналогичных. При радиационной модификации стальная труба (1) под пучком электронов (7) проходит с определенными скоростями перемещения и вращения трубы, при отношении скорости перемещения к скорости вращения трубы равной 0,1 - 5,0. Скорость перемещения определяется требуемой дозой, которая поглощается полимерным покрытием, а вращение обеспечивает однородность поглощенной дозы по всему поверхности полимерного покрытия трубы.  In the case of radiation modification, a steel pipe (1), coated with a multilayer coating, is exposed to electron beams with an energy of 0.5-10 MeV and an irradiation dose of 1-100 Mrad using at least one electron accelerator (6) of the type ELV and ILU and similar. In the case of radiation modification, the steel pipe (1) under the electron beam (7) passes with certain speeds of movement and rotation of the pipe, with a ratio of the speed of movement to the speed of rotation of the pipe equal to 0.1-5.0. The speed of movement is determined by the required dose, which is absorbed by the polymer coating, and the rotation ensures the uniformity of the absorbed dose over the entire surface of the polymer coating of the pipe.
Поглощенную дозу, набираемую полимерным покрытием трубы, подбирают достаточной для перехода полимерного материала покрытия из свободномолекулярного состояния в частично сшитое состояние, характеризуемое формирование трехмерных молекулярных структур с более высокой молекулярной массой. За счет этого происходит повышение ударной прочности, износостойкости, сопротивлению пенетрации полимерного покрытия, адгезионной прочности и стабильность адгезии полимерного покрытия стальных труб.  The absorbed dose collected by the polymer coating of the pipe is chosen to cover the polymer material from the free molecular state to the partially cross-linked state, which is characterized by the formation of three-dimensional molecular structures with a higher molecular weight. Due to this, there is an increase in impact strength, wear resistance, resistance to penetration of the polymer coating, adhesive strength and stability of the adhesion of the polymer coating of steel pipes.
В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения на очищенную наружную поверхность (операции очистки аналогичны раскрытым выше) стальной трубы (1) наносят грунтовочный слой (2), как описано выше, с последующим нанесением композиционного полимерного монослоя (5), аналогично нанесению композиционного полимерного слоя (4), описанному выше. Далее производят охлаждение трубы с двухслойным покрытием до температуры не выше 60°С и осуществляют радиационную модификацию полимерного покрытия стальной трубы (1) с применением технологии электронных ускорителей, как описано выше.  In accordance with another embodiment of the invention, a primer layer (2) is applied to the cleaned outer surface (cleaning operations similar to those described above) of a steel pipe (1), as described above, followed by applying a composite polymer monolayer (5), similar to applying a composite polymer layer ( 4) as described above. Next, the pipe with a two-layer coating is cooled to a temperature not higher than 60 ° C and radiation modification of the polymer coating of the steel pipe (1) is carried out using the technology of electronic accelerators, as described above.
Исследования по изучению структурных изменений и свойств облученных полимеров на примере полиэтилена позволили выделить отчетливо выраженные стадии, через которые проходит полимер по мере увеличения дозы. На начальной стадии радиационной модификации, при поглощенной дозе до 2,0 Мрад, происходит образование поперечных ковалентных связей между отдельными атомами углерода линейных молекул и создание трехмерных пространственных полимеров с более высокой молекулярной массой. Приобретаемые на этой стадии свойства полимера обуславливаются не столько вновь возникающими жесткими связями, формирующими разветвленные молекулярные системы, сколько межмолекулярными взаимодействиями между этими системами, допускающими возможность их взаимных смещений и деформаций при внешних механических воздействий. В таких условиях полиэтилен по своим свойствам становится близким к каучукоподобным материалам. При дальнейшем увеличении поглощенной дозы плотность поперечных связей возрастает и структура полиэтилена превращается в единую пространственную сетку. Благодаря этому материал приобретает новые полезные свойства: увеличивается модуль упругости, возрастает предел прочности на разрыв, возникает стойкость к химическим и температурным воздействиям. Изменения зависимости предела прочности при растяжении (МПа) от дозы облучения для полиэтилена отмечены на графике (Фиг. 3). Studies on the structural changes and properties of irradiated polymers on the example of polyethylene made it possible to distinguish distinct stages through which the polymer passes as the dose increases. At the initial stage of radiation modification, with an absorbed dose of up to 2.0 Mrad, the formation of transverse covalent bonds between individual carbon atoms of linear molecules and the creation of three-dimensional spatial polymers with a higher molecular weight. Acquired at this stage, the properties of the polymer are determined not so much by the newly emerging rigid bonds that form branched molecular systems, as by intermolecular interactions. between these systems, allowing the possibility of their mutual displacements and deformations under external mechanical actions. In such conditions, polyethylene in its properties becomes close to rubber-like materials. With further increase in the absorbed dose, the density of cross-links increases and the structure of polyethylene turns into a single spatial grid. Due to this, the material acquires new useful properties: the modulus of elasticity increases, the tensile strength increases, resistance to chemical and thermal effects occurs. Changes in the tensile strength (MPa) as a function of the radiation dose for polyethylene are marked on the graph (Fig. 3).
Заявленное изобретение, при применении технологии радиационной модификации полимерных покрытий электронным пучком позволяет улучшить прочностные характеристики полученного полимерного износостойкого покрытия, результаты экспериментов стальной трубы с полимерным износостойким покрытием покрытием представлены в табл. 1.  The claimed invention, when applying the technology of radiation modification of polymer coatings by an electron beam, allows to improve the strength characteristics of the obtained polymer wear-resistant coating, the results of experiments on a steel pipe with a wear-resistant polymer coating are presented in Table. one.
Таблица 1  Table 1
Figure imgf000009_0001
Figure imgf000009_0001
На скорости вращения и перемещения трубы влияют такие факторы, как мощность пучка электронов, энергия электронного пучка, длина развертки электронного пучка, заданная поглощенная доза и диаметр трубы. Зависимость этих параметров в общем виде можно описать формулой: Factors such as electron beam power, electron beam energy, electron beam sweep length, specified absorbed dose, and tube diameter affect the speed of rotation and movement of the tube. The dependence of these parameters in general form can be described by the formula:
216 « P / D = 25 ' 103 ' R » H ' Vx, где P - мощность электронного пучка ускорителя; D - заданное значение поглощенной дозы; Н - ширина зоны облучения; Vx - скорость перемещения трубы; R - глубина проникновения электронов (для полиэтилена R=2,4 г/см2). 216 " P / D = 25 '10 3 ' R " H 'Vx, where P is the electron beam power of the accelerator; D is the specified value of the absorbed dose; H is the width of the irradiation zone; Vx - the speed of movement of the pipe; R is the depth of penetration of electrons (for polyethylene R = 2.4 g / cm 2 ).
Отношение скорости перемещения трубы и скорости её вращения в общем виде описывается формулой: νχ = ϊ^ Ν· The ratio of the speed of movement of the pipe and the speed of its rotation in general form is described by the formula: ν χ = ϊ ^ Ν ·
где Vx - скорость перемещения трубы; D - диаметр трубы; Н- ширина пучка электронного ускорителя; N- скорость вращения трубы. where Vx - the speed of movement of the pipe; D is the diameter of the pipe; H is the beam width of the electron accelerator; N- pipe rotation speed.
Практически отношение скорости перемещения к скорости вращения трубы попадает в диапазон 0,1-5,0. Правильно подобранное отношение скорости перемещения к скорости вращения позволяет добиться равномерного уровня поглощенной дозы покрытия на всей поверхности обрабатываемой трубы  Almost the ratio of the speed of movement to the speed of rotation of the pipe falls in the range of 0.1-5.0. Properly selected ratio of the speed of movement to the speed of rotation allows you to achieve a uniform level of absorbed dose of the coating on the entire surface of the pipe
Наличие более одного ускорителя электронов позволяет ускорить процесс радиационной модификации покрытия трубы, что немаловажно при промышленном производстве труб с радиационно-модифицированной изоляцией.  The presence of more than one electron accelerator allows us to speed up the process of radiation modification of the pipe coating, which is important in the industrial production of pipes with radiation-modified insulation.
Волокна армирующего наполнителя воспринимают механические напряжения, определяя основные физико-механические свойства полимерного покрытия: прочность, деформативность, жесткость, износостойкость. Матрица (полиэтилен, сэвилен, полипропилен и их композиты), находящаяся в межволоконном пространстве, служит для распределения механических напряжений между волокнами, тоже частично воспринимает эти механические напряжения, и, что очень важно, определяет монолитность материала.  The fibers of the reinforcing filler perceive mechanical stresses, determining the basic physicomechanical properties of the polymer coating: strength, deformability, rigidity, wear resistance. The matrix (polyethylene, sevilen, polypropylene and their composites), located in the interfibre space, serves to distribute the mechanical stresses between the fibers, also partially perceives these mechanical stresses, and, very importantly, determines the solidity of the material.
Взаимодействие армирующих волокон с матрицей должно обеспечивать высокую реализацию механических свойств волокон в армированном материале и его монолитность. Для этого необходимы: хорошая смачиваемость волокон матрицей и/или связующим; высокая адгезия между волокном и матрицей, характеризуемая сдвиговой прочностью на границе раздела волокно-матрица; высокая адгезия должна долговременно сохраняться в условиях эксплуатации композита при активных внешних воздействиях, в том числе влаги; сохранение или минимальное изменение свойств волокон под влиянием компонентов матрицы; релаксация внутренних напряжений в элементарном объеме волокно-матрица при термообработке или под влиянием компонентов связующего и других факторов.  The interaction of reinforcing fibers with the matrix should ensure a high realization of the mechanical properties of the fibers in the reinforced material and its solidity. This requires: good wettability of the fibers by the matrix and / or binder; high adhesion between the fiber and the matrix, characterized by shear strength at the interface of the fiber-matrix; high adhesion should be maintained for a long time under the operating conditions of the composite with active external influences, including moisture; preservation or minimal change in the properties of fibers under the influence of the components of the matrix; relaxation of internal stresses in the elementary volume of the fiber-matrix during heat treatment or under the influence of components of the binder and other factors.
При радиационной модификации происходит эффективное сшивание молекул полиолефинов. Также повышается значение адгезии между молекулами полиолефинов с армирующим наполнителем. За счет этого синергично возрастают параметры физико- механические свойства полимерного покрытия: прочность, деформативность, жесткость, износостойкость. Износостойкость (интенсивность массового изнашивания полимерного композита) определяли при испытаниях по общепринятым методикам (ГОСТ 11629-75) на машине трения CETR (США). Использовали схему «палец-диск» (образец - столбик с диаметром 10 мм, высотой 20 мм, контртело - стальной вал из стали 45 с твердостью 45-50 HRC и шероховатостью Ra=0,06-0,07 мкм, нагрузка 150 Н, скорость скольжения - 200 об/мин). Время испытаний - 3 часа. Radiation modification results in efficient crosslinking of polyolefin molecules. Also increases the value of adhesion between molecules of polyolefins with reinforcing filler. Due to this, the physicomechanical properties of the polymer coating increase synergistically: strength, deformability, rigidity, wear resistance. Wear resistance (intensity of mass wear of the polymer composite) was determined by testing according to generally accepted methods (GOST 11629-75) on a CETR friction machine (USA). The finger-disk scheme was used (the sample was a column with a diameter of 10 mm, a height of 20 mm, a counterbody was a steel shaft made of steel 45 with a hardness of 45-50 HRC and a roughness of Ra = 0.06-0.07 µm, load 150 N, sliding speed - 200 rpm). Test time - 3 hours.
Для определения массового износа образцы обрабатывали этиловым спиртом и взвешивали на аналитических весах до и после трения. После обработки этиловым спиртом образцы оставляли на сутки для того, чтобы испарился спирт.  To determine the mass wear, the samples were treated with ethyl alcohol and weighed on an analytical balance before and after friction. After treatment with ethyl alcohol, the samples were left for a day in order to evaporate the alcohol.
Содержание армирующего наполнителя в приготавливаемом составе оказывает существенное влияние на процесс его гомогенизации в одношнековом смесителе в процессе заводской экструзии и наложении поверхностного слоя полимерной изоляции стальной трубы. При объемном наполнении более 30 % высоковязкая смесь движется в зоне дозирования не в ламинарном, а в так называемом поршневом режиме, причем расплав полимерного компонента образует как бы смазочный слой на границе с поверхностью цилиндра и винтового канала шнека. Это ограничивает технологические возможности экструзии полимерного покрытия при создании изоляционного покрытия стальной трубы. Поэтому наполнение армирующими волокнами возможно в долях не более 30%.  The content of the reinforcing filler in the prepared composition has a significant impact on the process of its homogenization in a single-screw mixer in the process of factory extrusion and the imposition of the surface layer of polymer insulation of steel pipe. With a volumetric filling of more than 30%, the highly viscous mixture moves in the dosing zone not in a laminar, but in the so-called piston mode, and the polymer component melt forms a lubricating layer, as it were, at the boundary with the surface of the cylinder and screw screw channel. This limits the technological capabilities of the extrusion of a polymer coating when creating an insulating coating for a steel pipe. Therefore, filling with reinforcing fibers is possible in fractions of not more than 30%.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет повысить ударную прочность и износостойкость полимерного покрытия в процессе длительной эксплуатации труб.  Thus, the invention allows to increase the impact strength and wear resistance of the polymer coating in the process of long-term operation of pipes.
Изобретение было раскрыто выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления изобретения, не меняющие его сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно, изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.  The invention has been disclosed above with reference to a specific embodiment. Other embodiments of the invention that do not change its essence as disclosed in the present description may be obvious to those skilled in the art. Accordingly, the invention should be considered limited in scope only by the following claims.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM
1. Способ получения радиационно-модифицированного износостойкого полимерного покрытия на стальной трубе, включающий нанесение грунтовочного слоя на поверхность стальной трубы, нанесение адгезионного слоя на грунтовочный слой, с последующим нанесением на адгезионный слой композиционного полимерного слоя в виде матрицы на основе полиолефинов и армирующего наполнителя - волокна и радиационной модификацией покрытия при помощи, по крайней мере, одного ускорителя электронов с дозой облучения 1-100 Мрад, при отношении скорости перемещения к скорости вращения трубы равной 0,1-5,0.  1. A method of obtaining a radiation-modified wear-resistant polymer coating on a steel pipe, comprising applying a primer layer to the surface of a steel pipe, applying an adhesive layer to the primer layer, followed by applying a composite polymer layer in the form of a matrix based on polyolefins and a reinforcing filler - fiber on the adhesive layer and radiation modification of the coating using at least one electron accelerator with a dose of 1-100 Mrad, with a ratio of the speed of movement to scab rotation equal pipe 0.1-5.0.
2. Способ получения радиационно-модифицированного полимерного покрытия на стальной трубе, включающий нанесение грунтовочного слоя на поверхность стальной трубы, с последующим нанесением на грунтовочный слой композиционного полимерного монослоя в виде матрицы, содержащей полиолефины и клеевой состав на основе полиолефинов, и армирующего наполнителя - волокна, и радиационной модификацией покрытия при помощи, по крайней мере, одного ускорителя электронов с дозой облучения 1-100 Мрад при отношении скорости перемещения к скорости вращения трубы равной 0,1-5,0.  2. A method of producing a radiation-modified polymer coating on a steel pipe, comprising applying a primer layer to the surface of the steel pipe, followed by applying to the primer layer a composite polymer monolayer in the form of a matrix containing polyolefins and an adhesive based on polyolefins, and a reinforcing filler - fibers, and radiation modification of the coating using at least one electron accelerator with an irradiation dose of 1-100 Mrad with a ratio of the speed of movement to the speed of rotation t Rubs equal to 0.1-5.0.
3. Стальная труба с радиационно-модифицированным полимерным покрытием, содержащая покрытие на основе слоев, полученных по любому из п. п.1-2, при этом покрытие радиационно-модифицировано при помощи, по крайней мере, одного ускорителя электронов.  3. A steel pipe with a radiation-modified polymer coating containing a coating based on layers obtained according to any one of claim 1 to 2, wherein the coating is radiation-modified using at least one electron accelerator.
PCT/RU2017/000650 2017-09-26 2017-09-26 Steel pipe and method of producing radiation-modified coating WO2019066670A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2017/000650 WO2019066670A1 (en) 2017-09-26 2017-09-26 Steel pipe and method of producing radiation-modified coating

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2017/000650 WO2019066670A1 (en) 2017-09-26 2017-09-26 Steel pipe and method of producing radiation-modified coating

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019066670A1 true WO2019066670A1 (en) 2019-04-04

Family

ID=65903238

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2017/000650 WO2019066670A1 (en) 2017-09-26 2017-09-26 Steel pipe and method of producing radiation-modified coating

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2019066670A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2789043C1 (en) * 2022-09-06 2023-01-27 Акционерное Общество "Делан" (Ао "Делан) Multilayer insulation tape coating for pipelines

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2277199C1 (en) * 2005-05-11 2006-05-27 Общество с ограниченной ответственностью "Мост-1" Method of applying isolation coating on metallic surface
RU2315784C1 (en) * 2006-03-31 2008-01-27 Некоммерческая организация Учреждение Институт проблем химической физики Российской академии наук (статус государственного учреждения (ИПХФ РАН) Thermoplastic reinforced composite materials and methods for preparing the same
WO2013149915A1 (en) * 2012-04-04 2013-10-10 Borealis Ag High-flow fiber reinforced polypropylene composition
RU164448U1 (en) * 2015-07-22 2016-08-27 Закрытое акционерное общество "Уральский завод полимерных технологий "Маяк" STEEL PIPE MODIFIED WITH MULTI-LAYER INSULATION "TSIM"

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2277199C1 (en) * 2005-05-11 2006-05-27 Общество с ограниченной ответственностью "Мост-1" Method of applying isolation coating on metallic surface
RU2315784C1 (en) * 2006-03-31 2008-01-27 Некоммерческая организация Учреждение Институт проблем химической физики Российской академии наук (статус государственного учреждения (ИПХФ РАН) Thermoplastic reinforced composite materials and methods for preparing the same
WO2013149915A1 (en) * 2012-04-04 2013-10-10 Borealis Ag High-flow fiber reinforced polypropylene composition
RU164448U1 (en) * 2015-07-22 2016-08-27 Закрытое акционерное общество "Уральский завод полимерных технологий "Маяк" STEEL PIPE MODIFIED WITH MULTI-LAYER INSULATION "TSIM"

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2789043C1 (en) * 2022-09-06 2023-01-27 Акционерное Общество "Делан" (Ао "Делан) Multilayer insulation tape coating for pipelines

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU164448U1 (en) STEEL PIPE MODIFIED WITH MULTI-LAYER INSULATION "TSIM"
Afshar et al. Enhancing durability of 3D printed polymer structures by metallization
RU2553024C1 (en) Screw
RU2679266C1 (en) Method of obtaining a radiation-modified wear-resistant polymer coating on a steel pipe and a steel pipe with a radiation-modified wear-resistant polymeric coating
EP3393766A1 (en) Coating method of polyure thane pultrusion composite material
Kumar et al. Experimental study wear rate of glass fibre reinforced epoxy polymer composites filled with aluminium powder
Naito Tensile properties of polyimide composites incorporating carbon nanotubes-grafted and polyimide-coated carbon fibers
Yenier et al. Effect of surface modification of carbon fibers on properties of carbon/epoxy composites
ATE500597T1 (en) SURFACE MODIFIED ELECTRICAL INSULATION SYSTEM WITH IMPROVED TRACKING AND EROSION RESISTANCE
WO2019066670A1 (en) Steel pipe and method of producing radiation-modified coating
Levyts’ kyi et al. Influence of polyvinylchloride on the chemical and thermal resistance of highly filled polyester composites
Jin et al. Effect of electropolymer sizing of carbon fiber on mechanical properties of phenolic resin composites
RU93737U1 (en) STEEL PIPE WITH INTERNAL PROTECTIVE COATING
EP4157941A1 (en) Crosslinked aromatic polymer compositions and methods of making insulation coatings
Babu et al. Wear characteristics of epoxy resin based composites reinforced with aloe fibers in combination with Al2O3/SiC
Comte et al. Void formation and transport during SMC manufacturing: effect of the glass fiber sizing
KR102039519B1 (en) A method for producing a coating composition for a composite steel pipe containing an aromatic aramid after an amine-based polymer coating, a method for producing a coated steel pipe using the method, and a coated steel pipe produced by the method
Zhang et al. Tribological properties of the epoxy resin-based solid lubricant coating modified by Kevlar fibers
RU2640228C1 (en) Method of obtaining radiation-modified polymer coating on steel pipe and steel pipe with radiation-modified polymer coating
RU2673921C1 (en) Method for obtaining electron-ray modified polymer coating on a steel pipe and steel pipe with electron-ray modified polymer coating
TW201829558A (en) Manufacturing method and device of carbon fiber sheet molding compound
CN106813017A (en) Total head is prolonged fine melt and connects reinforcing fiber thermoplastic plastic composite pressure pipe and preparation method thereof
JP7173477B2 (en) Heat storage carbon fiber reinforced plastic
Zhong et al. Influence of interfacial property param of short fiber/rubber composites on fatigue behavior
Brostow et al. Improving the long-term performance of poly (vinyl chloride)

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2017133257

Country of ref document: RU

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17926735

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17926735

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1