專利名稱：聚乙烯表面處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及管道防護(hù)和表面處理技術(shù)領(lǐng)域，更具體而言，涉及一種聚乙烯表面處
理方法。
背景技術(shù)：
目前石油天然氣管道一般使用3LPE(3層聚乙烯)防腐體系，高密度聚乙烯覆蓋在鋼質(zhì)管道表面，但是在鋼管接頭焊接部位，需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)修補(bǔ)?，F(xiàn)在新型解決方案是使用聚氨酯類涂料，聚氨酯類涂料同鋼管有很好的結(jié)合力，但是同聚乙烯的結(jié)合力不好，主要是因?yàn)榫垡蚁┍砻骐y以粘接。因此，需要能夠加強(qiáng)聚乙烯同聚氨酯類涂料之間的結(jié)合力的技術(shù)。目前用于提高聚乙烯同聚氨酯類涂料之間結(jié)合力的常用聚乙烯表面處理包括打·砂，砂紙打磨和鋼絲刷打磨等機(jī)械處理方法；以及火焰處理方法。但是經(jīng)機(jī)械處理后，聚氨酯類涂料同聚乙烯之間的附著力仍比較低；打砂后火焰處理雖然可以增強(qiáng)附著力，但不同區(qū)域之間存在差異。等離子體表面處理技術(shù)是用于處理聚乙烯表面的新型技術(shù)，尤其是真空等離子體表面處理能夠極大地提高聚乙烯同聚氨酯類涂料之間的結(jié)合力。目前用于聚乙烯表面處理的等離子體放電技術(shù)主要包括真空等離子體技術(shù)，其中在一個(gè)密閉的真空腔體里形成等離子體，并且腔體內(nèi)的壓強(qiáng)明顯小于大氣壓，通常壓力為IOPa-IOOOPa ;以及大氣環(huán)境下介質(zhì)阻擋放電型等離子體技術(shù)，如電暈放電。盡管真空等離子體表面處理效果非常好，但缺點(diǎn)是設(shè)備投資過高，而且由于石油天然氣輸送管道體積巨大，因此應(yīng)用真空等離子體對(duì)石油天然氣輸送管道聚乙烯層進(jìn)行表面處理可行性很差。另外，使用常壓空氣作為主要工藝氣體的常壓等離子體處理技術(shù)，如大氣環(huán)境下介質(zhì)阻擋放電型等離子體，例如電暈放電，雖然可以比較方便地應(yīng)用于處理輸油管聚乙烯層，但效果遠(yuǎn)遜于真空等離子體表面處理，不能達(dá)到令人滿意的程度。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出了一種新的通過等離子體處理技術(shù)提高聚乙烯同聚氨酯類涂料之間結(jié)合力的方法，其中采用壓縮空氣或壓縮空氣和惰性氣體的混合氣體作為等離子體處理的工藝氣體，以簡(jiǎn)單、實(shí)用的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)了聚乙烯同聚氨酯類涂料之間結(jié)合力的極大提高。具體而言，本發(fā)明涉及一種用于提高聚乙烯材料同聚氨酯類涂料之間的結(jié)合力的聚乙烯表面處理方法，所述方法包括在聚氨酯類涂料接觸聚乙烯材料之前，用等離子體處理技術(shù)處理聚乙烯材料的表面，其中等離子體處理中使用的工藝氣體是壓縮空氣或壓縮空氣和惰性氣體的混合氣體。本發(fā)明的等離子體處理中使用的壓縮空氣是普通除水除油壓縮空氣。對(duì)于壓縮空氣的壓力沒有特別的限制，可以采用在通常的壓縮空氣的壓力范圍內(nèi)的壓力，如2atm至IOatm,優(yōu)選4atm至8atm,最優(yōu)選約6atm。
作為本發(fā)明的等離子體處理中的另一種工藝氣體，壓縮空氣和惰性氣體的混合氣體是指摻入一定比例的惰性氣體的壓縮空氣，其中惰性氣體包括氬氣、氦氣等，其摻入的體積百分比為0% -5%。惰性氣體如氬氣、氦氣的摻入可以改善處理效果，如可以得到更高的粘接結(jié)合強(qiáng)度，可以延長(zhǎng)處理效果的保留時(shí)間。但如果摻入的體積百分比超過5%，過多的惰性氣體對(duì)進(jìn)一步改善處理效果已經(jīng)不明顯，并會(huì)帶來處理成本過高的問題。一般情況下，純壓縮空氣可以達(dá)到滿意的效果前提下，沒有必要添加惰性氣體，此時(shí)添加量為0% ;需要得到更好的處理效果時(shí)，可以添加一定量的惰性氣體，優(yōu)選為1_3%，最優(yōu)選為約2%。本發(fā)明的聚乙烯材料包括適用于鋼質(zhì)管道的聚乙烯防腐層材料，如2PE，3PE等，優(yōu)選3LPE(3層聚乙烯)。本發(fā)明的聚氨酯類涂料包括常規(guī)的液體雙組分聚氨酯類涂料，其中一個(gè)組分含有多元醇結(jié)構(gòu)，另一個(gè)組分為異氰酸酯或/和異氰酸酯預(yù)聚物。優(yōu)選使用具有快干特性，硬觸干時(shí)間小于8小時(shí)的雙組分聚氨酯類涂料。在這方面，最優(yōu)選3M公司的352HT聚氨酯液體涂料。
·
本發(fā)明的等離子體處理可以使用射流型大氣等離子體設(shè)備進(jìn)行，該放電設(shè)備具有設(shè)備簡(jiǎn)單便攜，而且處理效果良好的優(yōu)點(diǎn)，非常適合處理輸油管聚乙烯表面。射流型大氣等離子體設(shè)備的等離子處理工藝參數(shù)，如電壓和電流，能夠一定程度的影響處理效果，但影響較小。一般情況在放電電流為1-2安培時(shí)均能較好的滿足需求。另外，在本發(fā)明的等離子體處理之前，優(yōu)選對(duì)聚乙烯表面進(jìn)行機(jī)械表面粗糙化處理，包括打砂，砂紙打磨和鋼絲刷打磨處理等。根據(jù)本發(fā)明，通過采用壓縮空氣或壓縮空氣和惰性氣體的混合氣體作為工藝氣體的等離子體處理，可以顯著地提高聚乙烯材料同聚氨酯類涂料之間的結(jié)合力，且處理之后的結(jié)合強(qiáng)度可以長(zhǎng)時(shí)間保持。


圖I顯示了本發(fā)明樣品的拉力測(cè)試試樣，左圖是樣品7，右圖是樣品8 ；圖2是顯示涂層附著力測(cè)試結(jié)果的圖，其中右圖是樣品6的局部放大圖。
具體實(shí)施例方式以下通過具體實(shí)施例更詳細(xì)地描述本發(fā)明，這些實(shí)施例僅是示例性的，而不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明范圍的限制。實(shí)施例中使用的主要材料和設(shè)備如下。覆蓋有高密度聚乙烯的鋼板寶雞鋼管廠生產(chǎn)的X70鋼管上截取的附著有HDPE的鋼板，HDPE為市場(chǎng)普遍供應(yīng)的3LPE防腐用高密度聚乙烯，典型的供應(yīng)商為淄博歐齊。聚氨酯類涂料3M公司的352HT聚氨酯液體涂料。可移動(dòng)式等離子處理機(jī)煙臺(tái)金鷹科技有限公司的JYS-B型等離子處理機(jī)，放電工作電壓為200-300V，優(yōu)選250V。壓縮空氣為普通除水除油壓縮空氣，壓力為約6atm。氬氣、氦氣均采用液化空氣公司生產(chǎn)的鋼瓶氬氣、鋼瓶氦氣,純度均為99. 99%。打砂機(jī)施勇機(jī)械設(shè)備公司SY9080。
燃燒機(jī)青島山紡M601。砂紙、鋼絲刷市場(chǎng)購(gòu)買的普通粗砂紙和鋼絲刷。實(shí)施例中采用的附著力測(cè)試方法如下。I.拉力測(cè)試?yán)υ囼?yàn)儀Elcometer106-3測(cè)試程序在涂料固化過程中，將測(cè)試頭(直徑20mm)粘在涂層上，用拉力試驗(yàn)儀做拉力測(cè)試，測(cè)量結(jié)果的單位是Mpa。手動(dòng)旋轉(zhuǎn)拉力試驗(yàn)儀，當(dāng)測(cè)試頭到達(dá)整數(shù)或0. 5Mpa值時(shí)，停留30s，如果沒有脫離，則認(rèn)為通過該拉力。2.涂層附著力測(cè)試(參照SY/T0315-附錄G)·
I)將帶有聚氨酯類涂料涂層的試樣放置在普通塑料桶中，加入水浸沒試樣；2)調(diào)節(jié)烘箱(Heraeus Thermo T12)到40°C,把桶放入烘箱中；3)每12小時(shí)用溫度計(jì)測(cè)試溫度，并保證水面高于試樣；4)浸泡40天后，取出試樣；5)待冷卻到室溫后，將刀尖插入涂層下面，以水平方向的力撬剝涂層，連續(xù)推進(jìn)刀尖直到涂層全部撬離或涂層表現(xiàn)出明顯的抗撬性能為止。按下列分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定附著力等級(jí)I級(jí)一涂層明顯地不能被撬剝下來；2級(jí)——被撬離的涂層小于或等于50% ;3級(jí)一被撬離的涂層大于50%，但涂層表現(xiàn)出明顯的抗撬性能；4級(jí)——涂層很容易被撬剝成條狀或大塊碎屑；5級(jí)一涂層成一整片被剝離下來。實(shí)施例I選用寶雞鋼管廠生產(chǎn)的X70鋼管上截取的附著有HDPE的鋼板，HDPE為淄博歐齊的3LPE防腐用高密度聚乙烯。在聚乙烯表面上進(jìn)行如下所述的不同處理，隨后將液體雙組分聚氨酯類涂料，3M公司的352HT聚氨酯液體涂料，混合并刷涂在聚乙烯表面，常溫固化7天，從而制備出樣品1-8。按照上述的拉力測(cè)試程序和附著力測(cè)試程序，對(duì)樣品1-8進(jìn)行附著力測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表I和表2。表面處理方式樣品I :無處理聚乙烯表面；樣品2 :表面打砂處理的聚乙烯表面，表面錨紋深度40 50 ii m ;樣品3 :砂紙?zhí)幚磉^的聚乙烯表面；樣品4 :聚乙烯表面打砂并用火焰處理表面，使用火焰藍(lán)焰處理；樣品5 :聚乙烯表面鋼絲刷處理；樣品6 :聚乙烯表面使用鋼絲刷處理，并使用射流型等離子設(shè)備進(jìn)行處理，使用的介質(zhì)是普通除水除油壓縮空氣，壓力為6atm。樣品7 :聚乙烯表面使用鋼絲刷處理，并使用射流型等離子設(shè)備進(jìn)行處理，使用的介質(zhì)是摻入2%! 氣的壓縮空氣,壓力為6atm ；樣品8 :聚乙烯表面使用鋼絲刷處理，并使用射流型等離子設(shè)備進(jìn)行處理，使用的介質(zhì)是摻入2%氦氣的壓縮空氣，壓力為6atm。
樣品7和樣品8的拉力測(cè)試試樣分別顯示于圖I的左圖和右圖中。表I.拉力測(cè)試結(jié)果
樣品~I ~2 ~3 ~4 ~5 ~6 ~7 ~8
Mpa<2 ~2 2^5 2.5 — 5 2.8 平均 5 平均 5 平均 4.6~拉力試驗(yàn)結(jié)果顯示在聚乙烯表面處理單獨(dú)為-不處理，打砂，砂紙打磨和鋼絲刷打磨的情況下，涂料同聚乙烯之間的附著力低于3Mpa ;打砂后火焰處理可以增強(qiáng)附著力，但不同區(qū)域存在差異；鋼絲刷打磨后適用射流型等離子設(shè)備進(jìn)行處理，使用的介質(zhì)是壓縮空氣或摻入比例惰性氣體的壓縮空氣，可以大幅度提升涂料和聚乙烯的拉力，達(dá)到與真空等離子體處理相當(dāng)?shù)乃??！け?.附著力撬剝測(cè)試結(jié)果
「n樣品 ^ I} Vl----
評(píng)價(jià)等級(jí)I 4 I I I I圖2顯示了涂層附著力測(cè)試的結(jié)果，其中附圖標(biāo)記5、6、7分別表示樣品5、6和7。從表2和圖2的涂層附著力試驗(yàn)結(jié)果可以看出鋼絲刷打磨后適用射流型等離子設(shè)備進(jìn)行處理，使用的介質(zhì)是壓縮空氣或摻入比例惰性氣體的壓縮空氣，可以大幅度提升涂料和聚乙烯的熱水浸泡后的附著力。
權(quán)利要求
1.一種用于提高聚乙烯材料同聚氨酯類涂料之間的結(jié)合力的聚乙烯表面處理方法，所述方法包括在聚氨酯類涂料接觸聚乙烯材料之前，用等離子體處理技術(shù)處理聚乙烯材料的表面，其中等離子體處理中使用的工藝氣體是壓縮空氣或壓縮空氣和惰性氣體的混合氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的聚乙烯表面處理方法，其中所述的壓縮空氣是普通除水除油壓縮空氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的聚乙烯表面處理方法，其中所述的壓縮空氣的壓力范圍為2atm 至 IOatm0
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的聚乙烯表面處理方法，其中所述的壓縮空氣的壓力范圍為4atm 至 8atm。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的聚乙烯表面處理方法，其中所述的惰性氣體包括氬氣和氦氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的聚乙烯表面處理方法，其中所述惰性氣體在壓縮空氣和惰性氣體的混合氣體中的體積百分比為5%以下。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的聚乙烯表面處理方法，其中所述惰性氣體在壓縮空氣和惰性氣體的混合氣體中的體積百分比為1%至3%。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的聚乙烯表面處理方法，其中所述的聚乙烯材料是鋼質(zhì)管道聚乙烯防腐層材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的聚乙烯表面處理方法，其中所述的聚乙烯材料是3LPE，即3層聚乙火布。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的聚乙烯表面處理方法，其中所述的聚氨酯類涂料是液體雙組分聚氨酯類涂料，其中一個(gè)組分含有多元醇結(jié)構(gòu)，另一個(gè)組分為異氰酸酯或/和異氰酸酯預(yù)聚物。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的聚乙烯表面處理方法，其中所述的聚氨酯類涂料是3M公司的352HT聚氨酯液體涂料。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的聚乙烯表面處理方法，其中所述的等離子體處理是使用射流型大氣等離子體設(shè)備進(jìn)行的。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的聚乙烯表面處理方法，所述方法還包括在等離子體處理之前，對(duì)聚乙烯表面進(jìn)行機(jī)械表面粗糙化處理的步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的聚乙烯表面處理方法，所述的機(jī)械表面粗糙化處理包括打砂，砂紙打磨和鋼絲刷打磨處理中的至少一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種聚乙烯表面處理方法，用于提高聚乙烯材料同聚氨酯類涂料之間的結(jié)合力，所述方法包括在聚氨酯類涂料接觸聚乙烯材料之前，用等離子體處理技術(shù)處理聚乙烯材料的表面，其中等離子體處理中使用的工藝氣體是壓縮空氣或壓縮空氣和惰性氣體的混合氣體。根據(jù)本發(fā)明，通過采用壓縮空氣或壓縮空氣和惰性氣體的混合氣體作為工藝氣體的等離子體處理，可以顯著地提高聚乙烯材料同聚氨酯類涂料之間的結(jié)合力，且處理之后的結(jié)合強(qiáng)度可以長(zhǎng)時(shí)間保持。
文檔編號(hào)C08L23/06GK102785376SQ201210288369
公開日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月14日
發(fā)明者關(guān)錚, 吳 榮 申請(qǐng)人:明尼蘇達(dá)礦業(yè)制造特殊材料(上海)有限公司