Патент на изобретение №2368841
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) МНОГОСЛОЙНОЕ ИЗОЛЯЦИОННОЕ ПОКРЫТИЕ
(57) Реферат:
Изобретение относится к строительству трубопроводного транспорта и используется при коррозионной защите стальных трубопроводов в трассовых условиях. Покрытие содержит последовательно расположенные ударопрочный слой, внутренний дополнительный слой, содержащий бутиловый каучук и добавку, первый внутренний адгезионный слой, содержащий бутиловый каучук, углеводородное вещество, добавки, и дополнительно содержит адгезионный слой, нанесенный на поверхность внутреннего ударопрочного слоя, второй внутренний адгезионный слой и грунтовочный слой, содержащий бутиловый каучук, углеводородное вещество и добавки. Приведены составы слоев. Повышает надежность коррозионной защиты трубопровода. 3 табл.
Изобретение относится к антикоррозионному изоляционному покрытию холодного нанесения на стальные трубопроводы при строительстве и ремонте в трассовых условиях и может быть использовано для защиты наружной поверхности стальных трубопроводов от коррозии. Известно изоляционное покрытие горячего нанесения для герметизации стыков между трубопроводами, состоящее из полиэтиленовой основы, содержащей 21÷58% гель-фракции и дополнительно армированной зигзагообразованным электропроводящим элементом, выполненным из медной проволоки, покрытой сшитым полиэтиленом, содержащим 24÷57% гель-фракции, см. SU Авторское свидетельство 1482513, МПК4 В32В 15/08, F16L 58/10, 1979. Недостатками указанного известного изоляционного покрытия являются расслоение пленки, недостаточная адгезионная прочность к металлической поверхности и высокая температура нанесения покрытия, выше 100°С. Известно изоляционное покрытие для изоляции стальных подземных трубопроводов от коррозии, включающее грунтовочный слой состава: битум, растворенный в бензине в пропорции 3:1, и ингибитор коррозии “Тревис” в соотношении 1:500 по массе, и защитный слой, нанесенный на грунтовку, см. RU Патент 2188980 С1, МПК7 F16L 58/04, F16L 58/12, 2002. Недостатками указанного известного изоляционного покрытия являются недостаточные адгезия к грунтовочному слою и стали, недостаточная стойкость к катодному отслаиванию. Это приводит к доступу влаги и воздуха к металлической поверхности, отслаиванию покрытия и коррозии трубы. Известно многослойное защитное изоляционное покрытие горячего нанесения на основе термоусаживающейся ленты «Донрад-2», включающее слой электронно-химически модифицированного и ориентированного при 100÷150°С полиэтилена или сополимера этилена с винилацетатом и слой полимерно-битумного адгезива, содержащего каучук с полярными группами, высоковязкий битум, наполнитель и специальные добавки, см. RU Патент 2088624, МПК7 С09J 7/02, В32В 27/32, 1997. Недостатком известного защитного многослойного изоляционного покрытия является высокая температура формирования покрытия (в процессе термической усадки) горячим воздухом с температурой более 300°С или размытым пламенем газовой горелки, что создает трудности и требует дополнительного оборудования для нанесения на трубопроводы в трассовых условиях, делая процесс энергоемким. Известно многослойное изоляционное покрытие холодного нанесения, выполненное в виде защитной ленты, подвергнутой термоориентационной вытяжке. Покрытие последовательно включает первый слой полиэтилена, модифицированный облучением ускоренными электронами до содержания гель-фракции 2÷15%, второй слой полиэтилена, третий слой полиэтилена в смеси с бутилкаучуком, четвертый слой полиэтилена в смеси с бутилкаучуком, а последний слой ленты выполнен из бутилкаучука, см. RU Патент 2076992, МПК7 F16L 58/10, 1997. Недостатками указанного покрытия является недостаточная адгезия к стали и недостаточная стойкость к катодному отслаиванию. Известно многослойное изоляционное покрытие, включающее наружный ударопрочный слой на основе полиэтиленов высокого и низкого давления и чувствительный к воздействию давления адгезионный внутренний слой, нанесенный на наружный слой, и дополнительно грунтовочный слой, содержащий, по меньшей мере, одно повышающее адгезию вещество, при этом дополнительный – грунтовочный слой нанесен на свободную поверхность внутреннего слоя, см. RU Патент 2127396, МПК6 F16L 58/10, 1999. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является преимущественное выполнение многослойного изоляционного покрытия по вышеуказанному патенту, когда покрытие включает последовательно: наружный ударопрочный слой на основе полиэтиленов высокого и низкого давления с добавками, внутренний дополнительный слой, включающий бутиловый каучук и добавку, нанесенный на наружный ударопрочный слой, первый адгезионный слой, содержащий бутиловый каучук, добавки, углеводородное вещество для повышения клейкости, далее внутренний ударопрочный слой на основе полиэтиленов высокого и низкого давления с добавкой, второй адгезионный слой, содержащий бутиловый каучук, углеводородное вещество для повышения клейкости и добавки, и грунтовочный слой, содержащий бутиловый каучук, углеводородное вещество для повышения клейкости и добавки. Недостатками известного покрытия являются недостаточные ударная прочность, адгезионная прочность к стальной поверхности, стойкость к катодному отслаиванию, сопротивление сдвигу и адгезия между слоями покрытия. Задачей изобретения является создание многослойного изоляционного покрытия холодного нанесения для антикоррозионной изоляции стальных трубопроводов при строительстве и ремонте в трассовых условиях, обладающего повышенными ударной и адгезионной прочностью и стойкостью к катодному отслаиванию, сопротивлением сдвигу и повышенной адгезией между слоями покрытия. Техническая задача решается тем, что многослойное изоляционное покрытие, включающее последовательно наружный ударопрочный слой на основе полиэтиленов высокого и низкого давления с добавками, внутренний дополнительный слой, содержащий бутиловый каучук и добавку, первый внутренний адгезионный слой, содержащий бутиловый каучук, углеводородное вещество для повышения клейкости, добавки, внутренний ударопрочный слой на основе полиэтиленов высокого и низкого давления с добавкой, второй внутренний адгезионный слой, содержащий бутиловый каучук, углеводородное вещество для повышения клейкости, добавки, и грунтовочный слой, содержащий бутиловый каучук, углеводородное вещество для повышения клейкости и добавки, в котором наружный ударопрочный слой содержит полиэтилен, модифицированный облучением ускоренными электронами, с содержанием гель-фракции 40÷75%, дополнительный слой, нанесенный на наружный ударопрочный слой, содержит дополнительно полиэтилены высокого и низкого давления, а внутренний ударопрочный слой дополнительно содержит бутиловый каучук, покрытие дополнительно включает адгезионный слой, нанесенный на поверхность внутреннего ударопрочного слоя, а первый и второй адгезионные слои, дополнительно содержащие полиэтилен высокого давления, дополнительно армированы стеклосеткой, аппретированной составом для грунтовочного слоя, при этом наружный ударопрочный слой на основе полиэтилена высокого и низкого давления с добавками имеет состав при соотношении компонентов, мас.%:
дополнительный слой, содержащий бутиловый каучук и добавку и нанесенный на наружный ударопрочный слой, дополнительно содержит полиэтилены высокого и низкого давления при соотношении компонентов, мас.%:
первый внутренний адгезионный слой, содержащий бутиловый каучук, добавки, углеводородное вещество для повышения клейкости, включающее нефтеполимерную смолу, битум изоляционный и битум резинотехнический, дополнительно содержит полиэтилен высокого давления, имеет состав при соотношении компонентов, мас.%:
адгезионный слой, дополнительно нанесенный на поверхность внутреннего ударопрочного слоя, содержит полиэтилен высокого давления, бутиловый каучук и добавку при соотношении компонентов, мас.%:
внутренний ударопрочный слой на основе полиэтиленов высокого и низкого давления с добавкой дополнительно содержит бутиловый каучук, имеет состав при соотношении компонентов, мас.%:
второй внутренний адгезионный слой, содержащий бутиловый каучук, добавки, углеводородное вещество для повышения клейкости, включающее нефтеполимерную смолу, битум изоляционный и битум резинотехнический, дополнительно содержит полиэтилен высокого давления, имеет состав при соотношении компонентов, мас.%:
и грунтовочный слой, содержащий бутиловый каучук, добавки, углеводородное вещество для повышения клейкости, включающее нефтеполимерную смолу, битум изоляционный и битум резинотехнический, имеет состав при соотношении компонентов, мас.%:
Решение технической задачи позволяет создать многослойное изоляционное покрытие холодного нанесения для антикоррозионной изоляции стальных трубопроводов при строительстве и ремонте в трассовых условиях, превосходящее покрытие по прототипу по эксплуатационным показателям: по адгезионной прочности к стали в 1,7 раза, стойкости к катодному отслаиванию в 1,6 раза, ударной прочности в 1,2 раза, сопротивлению сдвигу в 1,9-2,5 раза, по адгезии между слоями покрытия в 1,9-2,8 раза. Для лучшего понимания изобретения приводим примеры конкретного выполнения. Примеры конкретного выполнения по заявляемому объекту. Пример 1. На экструдере с плоскощелевой головкой из состава, содержащего, мас.%: полиэтилен высокого давления марки 153 – 70, полиэтилен низкого давления марки 273 – 28,8, технический углерод марки ПМ-100 – 1 и термостабилизатор марки Ирганокс 1010 – 0,2, получают ленту наружного ударопрочного слоя, после чего ее облучают ускоренными электронами до содержания гель-фракции 40%, осуществляя сшивку молекул полиэтилена. Затем на облученную ленту наружного ударопрочного слоя экструзией через плоскощелевую головку наносят внутренний дополнительный слой, содержащий, мас.%: полиэтилен высокого давления марки 153 – 28, полиэтилен низкого давления марки 273 – 26,5, бутиловый каучук марки БК-1570С – 45, технический углерод марки ПМ-100 – 0,5. На неохлажденный внутренний дополнительный слой наносят стеклосетку, аппретированную составом для грунтовочного слоя с последующей ее сушкой, а затем экструдируют первый внутренний адгезионный слой, содержащий, мас.%: бутиловый каучук марки БК-1570С – 25, полиэтилен высокого давления марки 153 – 2,5, нефтеполимерную смолу марки Эскорец 1401 – 13, битум изоляционный марки БН5 – 15, битум резинотехнический марки Г – 3, оксид цинка – 1, технический углерод марки ПМ-100 – 0,5, тальк – 40, с последующей его прикаткой. Аппретирование стеклосетки ведут путем пропускания ее через ванну с растворенными в толуоле составом компонентов грунтовочного слоя. Первый внутренний адгезионный слой защищают антиадгезивной лентой и сматывают полученную трехслойную ленту (называемую наружной оберткой) в рулон. Затем на экструдере с плоскощелевой головкой из состава, содержащего, мас.%: полиэтилен высокого давления марки 153 – 53,5, полиэтилен низкого давления марки 273 – 29,5, бутиловый каучук марки БК-1570С – 15 и технический углерод марки ПМ-100 – 2, получают ленту внутреннего ударопрочного слоя, на одну из поверхностей которой коэкструзией наносится дополнительно адгезионный слой, содержащий, мас.%: полиэтилен высокого давления марки 153 – 59,5, бутиловый каучук марки БК-1570С – 40, технический углерод марки ПМ-100 – 0,5. На неохлажденную свободную поверхность внутреннего ударопрочного слоя наносят стеклосетку, предварительно аппретированную составом для грунтовочного слоя. После этого на поверхность с нанесенной стеклосеткой экструдируют второй внутренний адгезионный слой, содержащий, мас.%: бутиловый каучук марки БК-1570С – 22,3, полиэтилен высокого давления марки 153 – 5, нефтеполимерную смолу марки Эскорец 1401-17,2, битум изоляционный марки БН5 – 25, битум резинотехнический марки Г – 7, тальк – 22, оксид цинка – 1, технический углерод марки ПМ-100 – 0,5, с последующей его прикаткой. Второй внутренний адгезионный слой защищают антиадгезивной лентой и сматывают полученную трехслойную ленту (называемую внутренней лентой) в рулон. Грунтовочный слой, содержащий, мас.%: бутиловый каучук марки БК-1570С – 25, нефтеполимерную смолу марки Эскорец 1401 – 18, битум изоляционный марки БН5 – 25, битум резинотехнический марки Г – 7, тальк – 22, оксид цинка – 1,5, технический углерод марки ПМ-100 – 1,5, готовят следующим образом: компоненты загружают в закрытый смеситель и при температуре 160°С проводят смешение, затем смесь экструдируют в виде жгута, охлаждают, измельчают и растворяют в толуоле в пропорции 1:5. Многослойное защитное покрытие формируют следующим образом. На очищенную поверхность трубы наносят грунтовочный слой, а после испарения толуола с помощью намоточной машины на трубу наматывают (с удалением антиадгезивной ленты) внутреннюю ленту, включающую адгезионный слой, дополнительно нанесенный на поверхность внутреннего ударопрочного слоя, внутренний ударопрочный слой, стеклосетку и второй адгезионный слой, вторым адгезионным слоем к грунтовочному слою. Затем поверх нанесенной ленты с помощью намоточной машины наматывают (с удалением антиадгезивной ленты) наружную обертку, включающую наружный ударопрочный слой, внутренний дополнительный слой, стеклосетку и первый внутренний адгезионный слой. При этом первый внутренний адгезионный слой оказывается прочно соединенным с адгезионным слоем, дополнительно нанесенным на поверхность внутреннего ударопрочного слоя. Толщина покрытия составляет 2,4-2,5 мм. Примеры 2-3 осуществляют аналогично примеру 1. Пример 4 осуществляют аналогично примеру 1, в качестве полиэтилена берут полиэтилен высокого давления марки 168 и полиэтилен низкого давления марки 276, в качестве термостабилизатора полиэтилена – термостабилизатор марки Фенозан, в качестве бутилового каучука – бутиловый каучук марки БК-1675Н, в качестве технического углерода – технический углерод марки П234, в качестве нефтеполимерной смолы – нефтеполимерную смолу марки Эскорец 1310, в качестве битума изоляционного – битум изоляционный марки БН70/30, в качестве битума резинотехнического – битум резинотехнический марки А-10. Пример 5 осуществляют аналогично примеру 2, в качестве полиэтилена берут полиэтилен высокого давления марки 158 и полиэтилен низкого давления марки ПЭ80, в качестве термостабилизатора полиэтилена – термостабилизатор марки Диафен ФП, в качестве бутилового каучука – бутиловый каучук марки БК-1675Н, в качестве технического углерода – технический углерод марки ПМ-254, в качестве нефтеполимерной смолы – нефтеполимерную смолу марки Пиропласт, в качестве битума изоляционного – битум изоляционный марки БН90/10, в качестве битума резинотехнического – битум резинотехнический марки Б. Пример 6 осуществляют аналогично примеру 3, в качестве полиэтилена берут полиэтилен высокого давления марки 108 и полиэтилен низкого давления марки 271, в качестве термостабилизатора полиэтилена – термостабилизатор марки Диафен НН, в качестве бутилового каучука – бутиловый каучук марки ХБК-139, в качестве технического углерода – технический углерод марки ПМ-50, в качестве нефтеполимерной смолы – нефтеполимерную смолу марки Химпласт, в качестве битума изоляционного – битум изоляционный марки БН4, в качестве битума резинотехнического – битум резинотехнический марки А. Состав слоев покрытия по примерам 1-6 представлен в таблице 1. Свойства покрытия по примерам 1-6 представлены в таблице 2. Поскольку в описании по прототипу, кроме грунтовочного слоя, отсутствуют данные по составу слоев и по свойствам покрытия, приводим контрольные примеры 7-10. Пример 7. Компоненты состава грунтовочного слоя смешивают при нагревании в смесителе в атмосфере азота, затем охлаждают до получения твердого состава грунтовочного слоя, после чего его наносят экструзией на антиадгезивный материал. Ударопрочный слой в виде ленты получают экструзией. Путем экструзии адгезионный внутренний слой наносят на ударопрочный слой. Полученную ленту совмещают с грунтовочным слоем, снабженным антиадгезивным материалом. При преимущественном выполнении многослойное защитное покрытие по прототипу содержит последовательно: – наружный ударопрочный слой; – внутренний дополнительный слой, нанесенный на наружный ударопрочный слой; – первый адгезионный слой; – внутренний ударопрочный слой; – второй внутренний адгезионный слой; – грунтовочный слой. При формировании многослойного защитного покрытия (при преимущественном выполнении) с помощью намоточной машины сначала наносят на очищенную наружную поверхность трубы, покрытую грунтовочным слоем, из рулона ленту, включающую внутренний ударопрочный слой, нанесенный на него второй внутренний адгезионный слой, и грунтовочный слой с антиадгезивным материалом, при одновременном удалении антиадгезивного материала. Затем с помощью намоточной машины дополнительно наносят на внутренний ударопрочный слой ленту, включающую наружный ударопрочный слой, нанесенный на него внутренний дополнительный слой, и первый адгезионный слой с антиадгезивным материалом, одновременно удаляя последний. Толщина покрытия составляет 2,4-2,5 мм. Примеры 8-10. Выполняют аналогично примеру 7. По примеру 7 одноименные компоненты слоев покрытия соответствуют компонентам по примеру 1 заявляемого объекта; по примеру 8 одноименные компоненты слоев покрытия соответствуют компонентам по примеру 4 заявляемого объекта; по примеру 9 одноименные компоненты слоев покрытия соответствуют компонентам по примеру 5 заявляемого объекта; по примеру 10 одноименные компоненты слоев покрытия соответствуют компонентам по примеру 6 заявляемого объекта, кроме грунтовочного слоя, см. таблицу 3. Данные по составу слоев и свойствам покрытия представлены в таблице 3. Покрытие по прототипу испытывают аналогично покрытию по заявляемому объекту: 1. Адгезионную прочность к стали определяют методом отслаивания по ГОСТ Р 51164-98. 2. Стойкость к катодному отслаивания определяют при 40°С по ГОСТ Р 51164-98. 3. Ударную прочность определяют по ГОСТ Р 51164-98. 4. Адгезию между слоями покрытия определяют на разрывной машине «Инстрон» расслаиванием покрытия между первым внутренним адгезионным и дополнительным адгезионными слоями при скорости расслаивания 10 мм/мин. 5. Сопротивление сдвигу определяют по методике ВНИИСТ: «Методика определения сопротивления сдвиговым деформациям для лент холодного нанесения». На металлическую пластину из стали, соответствующей классу 4 (ГОСТ 2789-75), наносят ровным слоем грунтовку в количестве, рекомендуемом для применения в производственных условиях, на невысохшую загрунтованную поверхность накладывают подклеивающим слоем вниз образец изоляционной ленты размером 50×60 мм, затем к основе ленты прикладывают равномерно распределенное давление по всей площади образца, равное 0,2 кг/см2, и выдерживают при 20°С один час, после чего к основе ленты прикладывают касательную силу 0,9 кг, развивающую усилие сдвига, равное 0,03 кг/см2. Величину смещения основы ленты относительно металлической пластины измеряют через 30 минут после приложения касательной силы. О сопротивлении сдвигу судят по скорости смещения, рассчитываемой путем деления величины смещения на время (30 мин). 6. Контроль содержания гель-фракции наружного ударопрочного слоя на основе полиэтиленов низкого и высокого давления осуществляли путем экстракции образца в кипящем п-ксилоле в течение 24 часов с последующей сушкой до постоянного веса.
Как следует из примеров конкретного выполнения, покрытие по заявляемому объекту превосходит покрытие по прототипу по таким важным эксплуатационным показателям, как адгезионная прочность к стали в 1,7 раза, стойкость к катодному отслаиванию в 1,6 раза, ударная прочность в 1,2 раза и сопротивление сдвигу в 1,9÷2,5 раза. Заявляемый объект также превосходит прототип по адгезии между слоями покрытия в 1,9÷2,8 раза. Данный показатель очень важен, так как от него зависит сохранение целостности покрытия.
Формула изобретения
Многослойное изоляционное покрытие, включающее последовательно наружный ударопрочный слой на основе полиэтиленов высокого и низкого давления с добавками, внутренний дополнительный слой, содержащий бутиловый каучук и добавку, первый внутренний адгезионный слой, содержащий бутиловый каучук, углеводородное вещество для повышения клейкости, добавки, внутренний ударопрочный слой на основе полиэтиленов высокого и низкого давления с добавкой, второй внутренний адгезионный слой, содержащий бутиловый каучук, углеводородное вещество для повышения клейкости, добавки и грунтовочный слой, содержащий бутиловый каучук, углеводородное вещество для повышения клейкости и добавки, отличающееся тем, что наружный ударопрочный слой содержит полиэтилен, модифицированный облучением ускоренными электронами, с содержанием гель-фракции 40÷75%, дополнительный слой, нанесенный на наружный ударопрочный слой, содержит дополнительно полиэтилены высокого и низкого давления, а внутренний ударопрочный слой дополнительно содержит бутиловый каучук, покрытие дополнительно включает адгезионный слой, нанесенный на поверхность внутреннего ударопрочного слоя, а первый и второй адгезионные слои, дополнительно содержащие полиэтилен высокого давления, дополнительно армированы стеклосеткой, аппретированной составом для грунтовочного слоя, при этом наружный ударопрочный слой на основе полиэтилена высокого и низкого давления с добавками имеет состав при соотношении компонентов, мас.%:
дополнительный слой, содержащий бутиловый каучук и добавку, и нанесенный на наружный ударопрочный слой, дополнительно содержит полиэтилены высокого и низкого давления при соотношении компонентов, мас.%:
первый внутренний адгезионный слой, содержащий бутиловый каучук, добавки, углеводородное вещество для повышения клейкости, включающее нефтеполимерную смолу, битум изоляционный и битум резинотехнический, дополнительно содержит полиэтилен высокого давления, имеет состав при соотношении компонентов, мас.%:
адгезионный слой, дополнительно нанесенный на поверхность внутреннего ударопрочного слоя, содержит полиэтилен высокого давления, бутиловый каучук и добавку при соотношении компонентов, мас.%:
внутренний ударопрочный слой на основе полиэтиленов высокого и низкого давления с добавкой дополнительно содержит бутиловый каучук, имеет состав при соотношении компонентов, мас.%:
второй внутренний адгезионный слой, содержащий бутиловый каучук, добавки, углеводородное вещество для повышения клейкости, включающее нефтеполимерную смолу, битум изоляционный и битум резинотехнический, дополнительно содержит полиэтилен высокого давления, имеет состав при соотношении компонентов, мас.%:
и грунтовочный слой, содержащий бутиловый каучук, углеводородное вещество для повышения клейкости, включающее нефтеполимерную смолу, битум изоляционный и битум резинотехнический и добавки, имеет состав при соотношении компонентов, мас.%:
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||

