專利名稱：一種新型穿越管道外層材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種用于穿越管道外層材料及制備方法，用于替代傳統(tǒng)3PE結(jié)構(gòu)中最外層的聚烯烴材料，使其保證防腐性能的同時(shí)，提高抗劃傷能力。
背景技術(shù)：
由于地質(zhì)條件的限制，石油天然氣管道經(jīng)常要水平定向穿越(HDD)巖石層，這就要求管道的外層保護(hù)材料不僅具有優(yōu)異的防腐能力，還要具有良好的耐巖石劃傷性能。目前，廣泛使用3PE結(jié)構(gòu)的防腐涂層中，其最外層材料為聚乙烯或聚丙烯材料，這些材料的強(qiáng)度較低，在穿越的過程中很容易被劃傷，造成防腐性能的下降，往往需要在穿越段增加外保護(hù)層。而且聚烯烴材料極性較低，與底層材料以及補(bǔ)口材料的粘結(jié)性能較差，且具有較強(qiáng)的屏蔽陰極保護(hù)電流的作用。另外一種常用的外防腐涂層為熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層(FBE)，在穿越段往往采用雙層FBE或增加涂層的厚度來提高抗劃傷能力，這種涂層具有較高的強(qiáng)度、硬度，被巖石劃傷深度較淺，但這種涂層的缺點(diǎn)是韌性較差，被劃傷后容易造成涂層的脫落。 因此，需要有一種材料，既能夠保證防腐能力，又具有良好的韌性和抗劃傷能力，以及與其它材料良好的粘接能力。目前，在一些耐磨高分子復(fù)合材料的制備中同時(shí)使用增強(qiáng)粒子和潤滑粒子來提高材料的強(qiáng)度、硬度以及耐磨性，例如某些耐磨聚乙烯管道的制備中采用纖維作為增強(qiáng)材料， 并使用石墨和聚乙烯蠟作為潤滑組分(CN101344198A)，也有使用二硫化鉬及聚四氟乙烯作為潤滑體系(CN101831096A)來用于提高物料輸送管道的耐磨性。但石油管道穿越段的防護(hù)材料使用條件更加苛刻，不僅要耐磨，還要抗巖石的劃傷，另外穿越管的外防護(hù)層還涉及與底層材料的粘結(jié)問題。因此要面臨更多的問題需要解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種新型穿越管道外層材料，用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)3PE結(jié)構(gòu)中外層的聚烯烴材料，在保證防腐性能的同時(shí)，具有較高的強(qiáng)度和良好的韌性，優(yōu)異的潤滑性能，能夠有效地提高材料的抗劃傷性能，與底層材料以及補(bǔ)口材料的粘結(jié)性能，并能減小對陰極保護(hù)電流的屏蔽作用。本發(fā)明的另一個目的在于提供一種新型穿越管道外層材料的制備方法。本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種新型穿越管道外層材料，其特征在于該材料是改性高分子復(fù)合材料，由高分子基體、增強(qiáng)無機(jī)粒子、潤滑無機(jī)粒子、極性填料、小分子單體、引發(fā)劑以及其他加工助劑組成，其按重量份的比例如下高分子基體100 份，增強(qiáng)無機(jī)粒子1-20份，潤滑無機(jī)粒子1-10份，極性填料1-5份，小分子單體0. 1-5份， 引發(fā)劑0. 1-1份，其他加工助劑0-3份，優(yōu)選為0. 2-3份。所述的高分子基體為低密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯、 尼龍11、尼龍12、尼龍1212、尼龍1010、尼龍6、聚酯、聚四氟乙烯及聚醚醚酮中的至少一種。所述的增強(qiáng)無機(jī)粒子采用碳納米管、碳纖維、玻璃纖維、二氧化硅及蒙脫土中的至少一種。所述的潤滑無機(jī)粒子為石墨、二硫化鉬、二硫化鎢、硫化亞鐵及氮化硼中的至少一種。所述的極性填料為二氧化硅、蒙脫土、水滑石、二氧化鈦、三氧化二鋁、三氧化二鈷以及使用表面活性劑或偶聯(lián)劑改性的上述粒子中的至少一種。所述的小分子單體為馬來酸、馬來酸酐、丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯及丙烯酰胺中的至少一種。所述的引發(fā)劑為過氧化二異丙苯、過氧化二叔丁基或過氧化二苯甲酰中的一種。所述的其他加工助劑包括抗氧劑、增塑劑等。一種新型穿越管道防護(hù)材料的制備方法，其特征在于將高分子基體、增強(qiáng)無機(jī)粒子、潤滑無機(jī)粒子、極性填料、小分子單體、引發(fā)劑以及其他加工助劑以上述比例，使用單螺桿擠出機(jī)、雙螺桿擠出機(jī)、密煉機(jī)或開煉機(jī)中的一種，在高分子基體熔點(diǎn)以上熔融加工后造粒，即制備得到穿越管道外層防護(hù)材料。其中，高分子基體熔點(diǎn)以上的溫度是170_350°C，優(yōu)選為170-210°C。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)在保證防腐性能的同時(shí)，具有較高的強(qiáng)度與良好的韌性，以及優(yōu)異的潤滑性能，能夠有效地減低巖石的劃傷；(2)具有一定的極性，能夠有效提高與底層材料以及補(bǔ)口材料的粘結(jié)性能；(3)有效降低材料對陰極電流的屏蔽作用；(4)使用本發(fā)明中材料，無需另外增加穿越保護(hù)層，減少了工序，降低成本。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例一將100份高分子基體線性低密度聚乙烯，5份增強(qiáng)粒子改性碳納米管，6份潤滑粒子石墨，2份極性填料偶聯(lián)劑KH560改性的二氧化硅，3份小分子單體馬來酸酐，0. 3 份引發(fā)劑過氧化二異丙苯，加入到單螺桿擠出機(jī)中，在170°C下擠出造粒，即制備得到改性高分子復(fù)合材料。實(shí)施例二將100份高分子基體聚丙烯，1份增強(qiáng)粒子碳纖維，5份潤滑粒子二硫化鉬，5 份極性填料十六烷基三甲基溴化銨改性的二氧化硅，5份小分子單體丙烯酸，0. 5份引發(fā)劑過氧化二叔丁基，加入到密煉機(jī)中，在190°C下混合后粉碎造粒，即制備得到改性高分子復(fù)合材料。實(shí)施例三取100份高分子基體尼龍11，10份增強(qiáng)粒子改性碳納米管，10份潤滑粒子二硫化鎢，1份極性填料二氧化硅，0. 1份小分子單體馬來酸酐，0. 1份引發(fā)劑過氧化二異丙苯，0.5份的抗氧劑1098，加入到雙螺桿擠出機(jī)中，在210°C下擠出造粒即制備得到改性高分子復(fù)合材料。
實(shí)施例四取100份高分子基體尼龍1212，6份增強(qiáng)粒子改性碳納米管，4份潤滑粒子二硫化鉬，3份極性填料蒙脫土，0. 2份小分子單體丙烯酸，0. 1份引發(fā)劑過氧化二苯甲酰，0. 2份的抗氧劑1098，加入到雙螺桿擠出機(jī)中，在210°C下擠出造粒即制備得到改性高分子復(fù)合材料。實(shí)施例五取100份高分子基體聚醚醚酮，5份增強(qiáng)粒子改性碳纖維，3份潤滑粒子石墨， 2極性填料二氧化鈦，0. 4份小分子單體甲基丙烯酸，0. 2引發(fā)劑過氧化二叔丁基，2份的增塑劑鄰苯二甲酸二辛酯，加入到雙螺桿擠出機(jī)中，在360°C下擠出造粒即制備得到改性高分子復(fù)合材料。以下對三個實(shí)施例中所制備的復(fù)合材料性能進(jìn)行總結(jié)，如表1所示。表1三個實(shí)施例中材料及高密度聚乙烯性能比較
權(quán)利要求
1.一種新型穿越管道外層材料，其特征在于該材料是改性高分子復(fù)合材料，由高分子基體、增強(qiáng)無機(jī)粒子、潤滑無機(jī)粒子、極性填料、小分子單體、引發(fā)劑以及其他加工助劑組成，其比例如下高分子基體 100份，增強(qiáng)無機(jī)粒子1-20份，潤滑無機(jī)粒子1-10份，極性填料 1-5份，小分子單體 0. 1-5份，引發(fā)劑0.1-1份，其他加工助劑0-3份，優(yōu)選0.2-3份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型穿越管道外層材料，其特征在于所述的高分子基體為低密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯、尼龍11、尼龍12、尼龍 1212、尼龍1010、尼龍6、聚酯、聚四氟乙烯及聚醚醚酮中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型穿越管道外層材料，其特征在于所述的增強(qiáng)無機(jī)粒子采用碳納米管、碳纖維、玻璃纖維、二氧化硅及蒙脫土中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型穿越管道防護(hù)材料，其特征在于所述的潤滑無機(jī)粒子為石墨、二硫化鉬、二硫化鎢、硫化亞鐵及氮化硼中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型穿越管道防護(hù)材料，其特征在于所述的極性填料為二氧化硅、蒙脫土、水滑石、二氧化鈦、三氧化二鋁、三氧化二鈷以及使用表面活性劑或偶聯(lián)劑改性的上述粒子中的至少一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型穿越管道外層材料，其特征在于所述的小分子單體為馬來酸、馬來酸酐、丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯及丙烯酰胺中的至少一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型穿越管道外層材料，其特征在于所述的交聯(lián)劑為過氧化二異丙苯、過氧化二叔丁基或過氧化二苯甲酰中的一種。
8.權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的一種新型穿越管道防護(hù)材料的制備方法，其特征在于 將高分子基體、增強(qiáng)無機(jī)粒子、潤滑無機(jī)粒子、極性填料、小分子單體、引發(fā)劑以及其他加工助劑按照比例，使用單螺桿擠出機(jī)、雙螺桿擠出機(jī)、密煉機(jī)或開煉機(jī)，在高分子基體熔點(diǎn)以上的溫度熔融加工后造粒，即制備得到穿越管道外層防護(hù)材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于高分子基體熔點(diǎn)以上的溫度是 170-350°C。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于高分子基體熔點(diǎn)以上的溫度是 170-210°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型穿越管道外層材料及制備方法，用于替代傳統(tǒng)3PE結(jié)構(gòu)中最外層的聚烯烴材料，在保證防腐性能的同時(shí)，具有較高的強(qiáng)度和良好的潤滑性能，有效地提高了材料的抗劃傷性能，而無須另外增加穿越防護(hù)層。此材料具有一定的極性，能夠提高與底層材料以及補(bǔ)口材料的粘結(jié)性能，并能減小對陰極保護(hù)電流的屏蔽作用。與傳統(tǒng)的熔結(jié)環(huán)氧涂層相比具有較好的韌性，不容易造成涂層的脫落。
文檔編號C08K3/34GK102504391SQ20111034261
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月3日
發(fā)明者叢川波, 周瓊, 孟曉宇, 秦瑞紅, 董玉華 申請人:中國石油大學(xué)(北京)