新型热缩压敏带防腐材料在油气管道防腐领域的应用(谭南枢)

- 198 - 新型热缩压敏带防腐材料在油气管道防腐领域中的 应用 谭南枢 陈君 徐焕辉 （深圳市长园长通新材料有限公司 深圳 518107） 摘要：针对国内已建管道 3PE 防腐层补口出现的常见问题以及为了解决新建管线的补口防腐问题和老管线 补口修复问题，提高防腐补口质量，生产了一种新型的防腐材料“热缩压敏带防腐材料” ，它是一种把丁基 橡胶改性压敏胶经挤压涂覆在辐射交联高密度聚乙烯基材上形成的一种新型防腐材料，具有优异的耐水、耐 化学腐蚀、抗阴极剥离性能和自修复功能，只需要适度烘烤收缩在钢管上就可与钢、PE、底漆/钢能形成良好 的粘接。热缩压敏带作为一种新型防腐材料，可用于在役油气管线补口修复以及新建管线补口。 关键词：防腐 管道 压敏带 高密度聚乙烯 自修复 1 概述 3PE 是近十年我国长输管道应用最为广泛的管道外防腐层材料 ，而辐射交联聚乙烯热收 缩带（套）是目前国内外公认的成熟技术，是国内 3PE 防腐层补口的首选方式，已在国内外普 遍使用。但是，近年来随着针对不同土壤类型地段进行的补口开挖检测，发现大量热收缩带补 口密封失效、与 PE 黏结不牢等问题 1，而其主要原因是：热熔胶与管体 PE 粘接稳定性差，热 缩带补口受施工操作的影响太大。 如何对原有失效的防腐层进行现场修复； 如何采用一种防腐 性能更加可靠， 现场操作更加便利的防腐材料进行补口， 成为了一个摆在管道防腐材料开发者 面前一个迫在眉睫的问题。 新型热缩压敏带补口材料的诞生很好的解决了以上的问题， 下面就新型热缩压敏带防腐材 料的性能特点以及在油气管道防腐领域中的应用做一个简单的介绍。 2 热缩压敏带的开发与创新 热缩压敏带防腐产品是为了解决在役老管线的补口开挖修复和新建油气管线的补口防腐 所研究生产的一种防腐新产品， 该种材料具有优异的耐水、 耐化学腐蚀和长期抗阴极剥离性能， 与钢、PE、底漆/钢粘接性能良好，还具有自修复功能和抗土壤应力功能 2。 压敏胶是一种在常温下具有初粘力， 在压力下可以粘着在物体表面的胶黏剂。 丁基橡胶改 性压敏是一种永不固化的材料， 具有独特的冷流特性， 在防腐及修复的过程中可以达到自修复 功能，以达到完全保护的效果。而压敏胶所使用的基材是改性辐射交联高密度聚乙烯基材，这 种基材具有很高的高温屈服强度， 具有很好的抗土壤应力能力。 本产品在补口防腐中可以单独 使用，也可以与无溶剂环氧底漆组成复合结构使用，具有很强的粘结力，优异的耐化学腐蚀性 能且无阴极剥离现象，能够彻底杜绝水分侵入及微生物腐蚀、使其具有独特的长效性。 此外，相对于辐射交联聚乙烯热收缩带（套） ，热缩压敏带防腐材料施工简单方便，对表 - 199 - 面的处理要求不高，手工除锈至 St2 级即可满足使用要求。所用材料完全环保，符合现代防腐 设计理念，是防腐保护的理想产品。 2.1 热缩压敏带防腐材料的结构 热缩压敏带采用“改性辐射交联高密度聚乙烯基材丁基橡胶改性压敏胶”结构，压敏胶 为丁基橡胶改性聚异丁烯，压敏胶经挤压涂覆在改性辐射交联高密度聚乙烯基材上。 传统的压敏带为冷缠带， 是将压敏胶直接涂布在 PE 或 PP 基材上制得。 传统压敏带用的胶 黏剂虽然也是压敏型胶黏剂，但大多是丁基或 SIS、SBS 橡胶改性石油沥青类，耐热稳定性和 防腐性能不如丁基橡胶改性聚异丁烯； 冷缠带所用的基材大多为普通PE或PP编织成网状结构， 抗外力冲击和耐土壤应力能力不如改性辐射交联高密度聚乙烯。 2.2 新型热缩压敏带防腐材料的性能指标 新型热缩压敏带的性能指标见表 1、表 2 和表 3 所示 3。 表 1 热缩压敏带基材的性能指标 序号 项 目 性 能 指 标 试验方法 1 拉伸强度 17 GB/T 1040.2 2 断裂伸长率 400 GB/T 1040.2 上屈服值 9 3 拉伸屈服强度（50）MPa 下屈服值 7 GB/T 1040.2 4 维卡软化点 90 GB/T 1633 5 脆化温度 -65 GB/T 5470 6 电气强度 25 GB/T 1408.1 7 体积电阻率 11013 GB/T 1410 8 耐环境应力开裂(F50) 1000 GB/T 1842 10%HCl 85 10%NaOH 85 9 耐化学介质腐蚀 (浸泡 7d)%b 10%NaCl 85 GB/T23257-2009 附录 E 拉伸强度 MPa 14 10 耐热老化(150,21d) 断裂伸长率% 300 GB/T 1040.2 11 热冲击（225，4h） 无裂纹、无流淌、无垂滴GB/T23257-2009 附录 K a 除热冲击外，基材性能需经过 2005,5min.自由收缩后方可进行测定。 b 耐化学介质腐蚀指标为试验后的拉伸强度和断裂伸长率的保持率。 - 200 - 表 2 热缩压敏带胶层的性能指标 序号 项 目 性 能 指 标 试验方法 1 搭接剪切强度 (23)MPa 0.07 GB/T7124 a 2 搭接剪切强度 (最高设计温度)MPa 0.05 GB/T7124 a a 拉伸速度为 10mm/min。 表 3 热缩压敏带安装系统的性能指标 序号 项目 性能指标 试验方法 1 抗冲击强度 J 15 GB/T23257-2009 附录 I 2 阴极剥离（最高设计温度，30d）mm 15 Q/SY GDJ 03302011 附录 C 23 18，内聚破坏 带/钢 最高设计温度4，内聚破坏 23 18，内聚破坏 带/环氧底漆钢 最高设计温度4，内聚破坏 23 18，内聚破坏 3 剥离强度 N/cm 带/管体防腐层 最高设计温度4，内聚破坏 Q/SY GDJ 03302011 附录 D 外观 无鼓泡、无剥离，膜下无水 剥离面胶层覆盖率95% GB/T 23257-2009 附录 M 带/钢 10 带/环氧底漆钢10 4 耐热水浸泡 （最高设计温 度，120d） 剥离强度 N/cm 带/管体防腐层10 Q/SY GDJ 03302011 附录 D 2.3 热缩压敏带防腐材料的性能特点 丁基橡胶改性压敏胶以丁基橡胶和聚异丁烯为主体材料。 丁基橡胶是异丁烯和 1%-3%的异 戊二烯的共聚物，因此其不饱和度极低，透气率低、热稳定性好、耐化学腐蚀、耐水气侵蚀性 能好、耐臭氧和耐候老化性好；而聚异丁烯是饱和线形聚合物，比丁基橡胶更好的热稳定性、 耐化学腐蚀、耐水气侵蚀性能、耐臭氧和耐候老化性能，还具有在负荷作用下易冷流变形（见 下图 1） ，较宽的温度范围内（-50100）仍具有较好的粘弹性等特点。正是由于丁基橡胶 和聚异丁烯的这些性能特点， 使的新型热缩压敏带具有很好的耐水、 耐化学腐蚀和抗阴极剥离 性能，自修复等功能。 - 201 - 图 1 聚异丁烯的冷流特性 图 2 热缩压敏带基材 50应力-应变曲线 图 3 热缩压敏带基材 70应力-应变曲线 改性辐射交联高密度聚乙烯基材以高密度聚乙烯为主体材料，经改性、挤出造粒、挤出片 材和电子加速器辐射交联后得到，其主要特点是具有较高的高温屈服强度，在 50时的上屈 服强度最低为 9MPa， 意味着在 50每平方厘米的基材至少可以承受 900N 的力都不会发生塑性 形变， 这使得热缩压敏带具有很好的抗土壤应力性能， 其 50和 70的应力-应变曲线见上图 2 和图 3。 2.3.1 防腐密封性能 以丁基橡胶和聚异丁烯为主体材料的热缩压敏带具有很好的初粘性和粘接性能， 图 4 为热 缩压敏带对钢和底漆/钢的常温剥离状态， 图 5 为热缩压敏带 60 120d 热水浸泡后的剥离状 态。 图 4 热缩压敏带常温剥离状况 图 5 热缩压敏带 60 120d 热水浸泡后的剥离状态 - 202 - 2.3.2 自修复性能 由于聚异丁烯具有独特的“冷流性能” ，因此选用聚异丁烯为主体材料的热缩压敏带，在 局部受到微小创伤后， 胶层会在较短的时间内将创伤自动流平， 杜绝水分和氧气的渗透而导致 锈蚀的产生，即称为“自修复功能” ，这在用热缩压敏带防腐材料进行管道防腐作业时是具有 非常积极的意义的。 图 6，图 7 为热缩压敏带在受到外界创伤后，7d 前后的对比图片，从图上可以看出，由于 热缩压敏带防腐材料具有独特的“自修复”功能，7d 后创伤已经完全愈合。 图 6 热缩压敏带受创初始状态 图 7 热缩压敏带自修复状态 2.3.3 抗土壤应力性能 李海坤等2对热缩压敏带安装系统进行了砂箱试验，实验结果表明在经过砂箱试验后， 热缩压敏带的防腐层外观完好 （见图 8） ， 剥离强度也达到了 ISO21809-3 标准的要求 （见图 9） 。 经过砂箱试验后， 外观完好， 剥离强度未见衰减， 证明热缩压敏带具有较强的抗土壤应力性能。 图 8 热缩压敏带砂箱试验后外观 图 9 热缩压敏带砂箱试验后剥离测试 3 热缩压敏带防腐材料在油气管道防腐领域的应用 热缩压敏带防腐材料作为一种新型防腐材料， 是为了解决在役管线开挖修复和新建管线补 口防腐而开发出来的防腐密封效果优异的新型防腐材料。 目前， 新型热缩压敏带防腐材料已经 得到市场的认可，已经用于在役管线开挖修复和新建油气管线补口防腐。 针对管体防腐层的配套和土壤的腐蚀性的强弱等现场实际情况， 热缩压敏带施工应用可以 针对性采用三种结构：单一结构，即只安装热缩压敏带，主要用于在役管线补口防腐层修复 或者是砂土地带；复合结构，即配套无溶剂环氧底漆+热缩压敏带，采用干膜安装，并且将 - 203 - 无溶剂环氧底漆厚度提高至 400m 以上，其特点是使底漆具备防腐性能，提高补口防腐层的 整体使用寿命，主要用于新建管线补口防腐；双保险复合结构，粘弹体+热缩压敏带，这种 结构可以起到非常好的保护效果，可用于补口防腐层修复和新建管线补口防腐，但成本较高。 3.1 大型输油气管线管道补口防腐层修复 热缩压敏带施工简单方便，对表面的处理要求不高，单一结构时手工除锈即可，由于压敏 胶是自粘胶，安装时只需烘烤至基材完全收缩，具有包紧力即可，无需补火，烘烤时间短，这 些因素促使热缩压敏带成为良好补口修复材料。 图 10-图 13 是热缩压敏带用于西气东输轮南段补口防腐层修复实验的施工过程图片，图 14 和图 15 是安装两年后开挖的剥离测试图和整体剥离图片。从图 10 至图 15 可以看到，热缩 压敏带用于补口防腐层修复的操作简单， 修复后的防腐密封效果性能优异， 修复区域整体剥离 后覆盖率大于 95%。 图 10 热收缩带整体剥除 图 11 电动工具除锈、手工除尘 图 12 安装热缩压敏带 图 13 手工烘烤热缩压敏带 图 14 修复安装两年后剥离测试 图 15 修复安装两年后整体剥离 - 204 - 3.2 新建油气管线补口防腐 由于热缩压敏带与钢、底漆/钢、管体原 PE 防腐层都能形成很好的粘接，且具有良好的防 水密封性能，耐化学腐蚀性能，抗阴极剥离腐蚀性能、自修复功能和抗土壤应力性能，故热缩 压敏带可用于酸碱盐土壤地带，沙石土壤地带新建管线的补口防腐。 图 16-图 19 是热缩压敏带用于唐山 LNG 新建管线的防腐安装过程。由于这段管线修建在 海边，为盐碱地段，且海边比较潮湿，使用传统的热收缩带很难保证防腐的效果，为了更好地 起到防腐保护的效果，这段管线使用了粘弹体+热缩压敏带的双保险复合结构。 图 16 管体补口喷砂除锈 图 17 安装粘弹体防腐带 图 18 手工烘烤安装热缩压敏带 图 19 热缩压敏带完成安装 4 结语 热缩压敏带防腐材料作为一种新型防腐材料，具有优异的耐水、耐化学腐蚀、抗阴极剥离 性能和自修复功能，只需要适度烘烤收缩在钢管上就可与钢、PE、底漆/钢能形成良好的粘接。 相比热收缩带（套） 、冷缠带等传统的管道防腐产品，热缩压敏带具有操作简单，使用方便， 防腐效果优良，防腐质量稳定可靠等特点，我们相信热缩压敏带的