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摘要:內(nèi)襯玻璃鋼修復(fù)管道的目的就在于獲得鋼塑復(fù)合管，即鋼管和玻璃鋼管二者粘接起來成為一個(gè)整體，只有這樣才能終止鋼管腐蝕；只有這樣才能恢復(fù)鋼管強(qiáng)度。
鋼塑復(fù)合是本研究課題核心技術(shù)的重要組成部分，然而鋼塑復(fù)合創(chuàng)新成果是在粘接理論指導(dǎo)下完成的。因此，本文記述了按照粘接理論指出的原則從事科研實(shí)踐的過程。
關(guān)鍵詞膠粘劑 被粘接物 粘接力 鋼塑復(fù)合
1 前 言
大慶油田工程建設(shè)有限公司自主研發(fā)的“埋地管道不開挖內(nèi)翻襯玻璃鋼修復(fù)技術(shù)”于2011年4月27日通過了石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)在北京組織召開的科技成果鑒定會(huì)。鑒定結(jié)論是：“該技術(shù)取得的技術(shù)創(chuàng)新成果擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，整體技術(shù)達(dá)到國內(nèi)水平，其中小口徑管道內(nèi)翻襯核心技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平并填補(bǔ)國內(nèi)空白，應(yīng)用前景廣闊。”
2 翻轉(zhuǎn)法內(nèi)襯玻璃鋼修復(fù)管道的原理
將帶有防滲透層并浸透膠粘劑的纖維增強(qiáng)軟管作為襯管材料，將被修管道作為內(nèi)襯管的翻襯通道和成型模板，用水壓(或氣壓)將軟管翻轉(zhuǎn)并送入管道內(nèi)，使軟管的浸膠層朝外貼于管道內(nèi)壁，防滲透層朝里成為新管道的內(nèi)壁表面，用加熱(或室溫)固化法使襯管的膠粘劑固化與原管道構(gòu)成鋼塑復(fù)合管，原管道起圍護(hù)支撐作用，襯里層起防腐作用。
簡(jiǎn)而言之，就是通過膠粘劑把被修管段和玻璃鋼管復(fù)合成一個(gè)整體。此時(shí)，玻璃鋼管起兩個(gè)作用，一是將原本處在腐蝕性介質(zhì)中的鋼管與腐蝕性介質(zhì)隔開，使鋼管不再受介質(zhì)腐蝕；二是對(duì)鋼管因腐蝕而損壞部位進(jìn)行修補(bǔ)和加強(qiáng)，使管道的強(qiáng)度得到恢復(fù)，達(dá)到可以繼續(xù)使用的目的。
3 粘接機(jī)理
把兩種固體材料表面連接在一起的媒介物質(zhì)統(tǒng)稱膠粘劑。通過膠粘劑的粘接力使兩個(gè)固體表面連接的方法叫粘接，被粘接的固體材料叫被粘物。
粘接力是膠粘劑與被粘物表面之間通過界面相互吸引和連接的力。粘接力的產(chǎn)生不僅取決于膠粘劑和被粘物表面結(jié)構(gòu)與狀態(tài)，而且和粘接過程的工藝條件密切相關(guān)。
3.1 粘接力的構(gòu)成
粘接力來源于以下幾個(gè)方面：
3.1.1 化學(xué)鍵力
化學(xué)鍵力又稱主價(jià)鍵力，存在于原子(或離子)之間。化學(xué)鍵力包括離子鍵力，共價(jià)鍵力和金屬鍵力。
(1)離子鍵力是帶正電荷的正離子和帶負(fù)電荷的負(fù)離子之間的相互吸引力。離子鍵力與正負(fù)離子所帶電荷的乘積成正比，與正負(fù)離子之間的距離平方成反比。
(2)共價(jià)鍵力即兩個(gè)原子之間通過共用電子對(duì)連接的作用力。共價(jià)鍵能等于共價(jià)鍵力與形成共價(jià)鍵的兩原子間距離的乘積。
(3)金屬鍵力是金屬正離子之問由于電子的自由運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的連接力。
3.1.2 分子間的作用力
分子間的作用力又稱次價(jià)鍵力。分子問的作用力包括取向力，誘導(dǎo)力，色散力，統(tǒng)稱范德華力，另外還有氫鍵力等等。
(1)取向力即極性分子永久偶極之間產(chǎn)生的引力。取向力與分子的偶極矩的平方成正比，與兩分子距離的六次方成反比。
(2)誘導(dǎo)力是指分子固有偶極和誘導(dǎo)偶極間的靜電引力。誘導(dǎo)力與極性分子偶極矩的平方成正比，與兩分子間距離的六次方成反比。
(3)色散力是分子色散作用產(chǎn)生的引力。色散力與分子間距離的六次方成反比。
可見，取向力、誘導(dǎo)力和色散力的共同點(diǎn)是隨分子距離增大而急劇下降。上述力的有效距離小于10A。
3.1.3 界面靜電引力
當(dāng)金屬與非金屬材料(比如高分子膠粘劑)緊密接觸時(shí)，由于金屬對(duì)電子的親和力低，容易失去電子，而非金屬對(duì)電子親和力強(qiáng)，容易得到電子，故電子可從金屬移向非金屬，使界面兩側(cè)產(chǎn)生接觸電勢(shì)，并形成雙電層產(chǎn)生靜電引力。一切具有電子供給體和電子接收體性質(zhì)的兩種物質(zhì)接觸時(shí)，都可能產(chǎn)生界面靜電引力。
3.1.4 機(jī)械作用力
膠粘劑充滿被粘物質(zhì)表面的縫隙和凸凹之處，固化后在界面區(qū)產(chǎn)生嚙合力。其中有嵌合力、鉤合力、錨合力、釘合力以及根合力等等(參見圖1)。在粘合多孔材料、布、織物及紙張時(shí)，機(jī)械作用力是很重要的。
3.2 粘接的基本條件
任何兩種物質(zhì)的分子(或原子)互相靠近時(shí)，由于化學(xué)鍵力或次價(jià)鍵力的作用，使兩分子產(chǎn)生吸附引力。這種吸附引力產(chǎn)生的條件是分子或原子之間必須充分靠近，即它們的相互距離必須處于引力場(chǎng)的范圍內(nèi)。一般說，引力場(chǎng)作用范圍內(nèi)不超過10A，能產(chǎn)生強(qiáng)吸引力的范圍為3~5 A。
4 設(shè)計(jì)粘接結(jié)構(gòu)應(yīng)著重考慮的幾個(gè)因素
4.1 膠粘劑
在粘劑過程中膠粘劑必須易于流動(dòng)，通過流動(dòng)為分子接觸提高機(jī)會(huì)，從這個(gè)角度來說膠粘劑粘度低些比較好。在實(shí)際工藝上又要求膠粘劑有較高的初始粘接力和終的內(nèi)聚力，也就是說既要考慮施工的方便性，又要考慮終的粘接強(qiáng)度。
4.2 被粘接物
為使被粘接物與膠粘劑分子充分靠近，被粘接物表面必須清潔。膠粘劑和被粘接物表面之間必須處于濕潤狀態(tài)，即膠粘劑能夠自動(dòng)地在被粘接物表面充分散開。
4.3 粘接工藝
在實(shí)施粘接過程中必須保證膠粘劑分子和被粘接物分子充分靠近。
5 粘接技術(shù)在翻襯玻璃鋼修復(fù)管道上的應(yīng)用
5.1 材料研究
玻璃鋼防腐襯里是以合成聚酯為粘接劑，化學(xué)纖維及其制品為增強(qiáng)材料制成的復(fù)合材料。
5.1.1 膠粘劑
在研究膠粘劑時(shí)，我們一方面考慮修復(fù)管道的實(shí)際需要，另一方面考慮粘接工藝要求，因此我們認(rèn)為膠粘劑應(yīng)具有無溶劑、低粘度，較高終內(nèi)聚力；與鋼管接近的線脹系數(shù)，并能在室溫和潮濕環(huán)境下自然固化為特點(diǎn)的合成樹脂。
據(jù)此，我們?cè)诃h(huán)氧樹脂基礎(chǔ)上進(jìn)行改性研究，研制成了混合型膠粘劑。該膠粘劑集環(huán)氧樹脂、聚氨酯和不飽和樹脂優(yōu)點(diǎn)于一身，適用于管道修復(fù)的特種“乙烯基酯樹脂。”
5.1.2 玻璃鋼軟管
玻璃鋼軟管由機(jī)編無縫管坯和外敷防滲透層組成。管坯采用與“乙烯基酯”膠粘劑親和性好的滌綸纖維采用單線斜紋編織，質(zhì)地柔軟，帶有絨毛，能夠容納足夠數(shù)量的膠黏劑。由于纖維經(jīng)過脫蠟處理，管坯又有較強(qiáng)的毛細(xì)作用，增強(qiáng)了膠黏劑對(duì)軟管的浸透性。
5.1.3 鋼管內(nèi)壁表面處理
除掉附著在管壁上的全部松動(dòng)的結(jié)垢和銹蝕物，除銹質(zhì)量達(dá)到St3級(jí)以上，并排除水分和油膜，而且盡量在鋼管內(nèi)壁表面 制造一些錨紋，提高與膠粘劑的接觸面積，以便提高與玻璃鋼軟管的粘接力。
5.2 玻璃鋼內(nèi)襯里工藝研究
5.2.1 玻璃鋼內(nèi)襯方案的選擇
在玻璃鋼軟管內(nèi)襯方案上我們選擇以壓縮空氣為推動(dòng)力翻轉(zhuǎn)內(nèi)襯工藝。該工藝具有以下特點(diǎn)：一是翻襯時(shí)玻璃鋼軟管和鋼管內(nèi)壁無相對(duì)滑動(dòng)，不損壞軟管，特別是能將空氣排出，便于膠粘劑與鋼管內(nèi)壁表面充分接觸。二是翻襯時(shí)能自動(dòng)修補(bǔ)鋼管內(nèi)因腐蝕而造成的穿孔和缺陷。
5.2.2 玻璃鋼襯管固化成型
為了使膠粘劑和被粘物表面充分接觸，我們?cè)阡摴軆?nèi)襯玻璃鋼軟管后將鋼管兩頭封堵，然后打氣壓至0.5～0.8 Mpa，在壓力作用下膠粘劑滲透到被粘物界面區(qū)各部位和縫隙中，與被粘物充分接觸，同時(shí)提高管內(nèi)溫度，促進(jìn)膠粘劑固化。經(jīng)24~48 h膠粘劑自然固化，玻璃鋼管定型與鋼管構(gòu)成鋼塑復(fù)合管，在鋼管內(nèi)形成連續(xù)完整的玻璃鋼防腐層。
6 應(yīng)用效果
翻襯玻璃鋼管道修復(fù)技術(shù)經(jīng)過三年多的技術(shù)攻關(guān)，已形成一系列的管道修復(fù)施工工藝和配套施工機(jī)具，2008年在大慶油田采油九廠龍虎泡作業(yè)區(qū)摻水管線修復(fù)施工中進(jìn)行了應(yīng)用，創(chuàng)國內(nèi)次對(duì)D89mm管線一次反翻內(nèi)襯玻璃鋼300 m的記錄,現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)取得圓滿成功。經(jīng)檢測(cè)玻璃鋼與鋼管之間剝離強(qiáng)度超過50 N／cm。
翻襯玻璃鋼管道修復(fù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了低碳、環(huán)保、安全、節(jié)能、低成本的目標(biāo)。具有適用管徑范圍廣，翻轉(zhuǎn)壓力低．翻襯距離長，修復(fù)成本低，環(huán)境污染少．經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益高等特點(diǎn)，技術(shù)水平進(jìn)入先進(jìn)行列，居國內(nèi)地位，擁有13項(xiàng)，其中發(fā)明5項(xiàng)。