專利名稱：含缺陷管道修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)的碳纖維復(fù)合材料和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用樹脂基碳纖維復(fù)合材料對(duì)含缺陷管道，特別是金屬管道進(jìn)行修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)的技術(shù)，更具體地，本發(fā)明涉及用于含缺陷管道，特別是含缺陷金屬管道修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)的補(bǔ)強(qiáng)材料，該材料為樹脂基碳纖維復(fù)合材料，用所述材料對(duì)管道缺陷進(jìn)行修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)的方法，以及所述材料和方法在油氣輸送管道缺陷的修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
油氣管道運(yùn)輸是五大運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)之一，僅目前我國(guó)油氣長(zhǎng)輸管道就達(dá)3萬余公里。這些管道在長(zhǎng)期服役過程中，由于受到地層壓力、土壤腐蝕、電偶腐蝕、外力損傷等作用，造成管道爆裂、泄漏等事故發(fā)生，影響管道的正常輸送作業(yè)。國(guó)內(nèi)外常有油氣管道爆破和泄漏事故發(fā)生，如1989年，前蘇聯(lián)烏拉爾輸氣管道爆破一次傷亡1024人；北美也曾發(fā)生輸氣管道一次爆破開裂13公里的大事故。大量的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查表明，我國(guó)在役油氣管線60％以上已進(jìn)入事故多發(fā)期。通常，有缺陷的油氣輸送管道在運(yùn)行作業(yè)時(shí)，往往采取降壓輸送的做法，這樣不僅影響了正常的生產(chǎn)作業(yè)，而且大大增加了運(yùn)行成本。因此開發(fā)一種效果好、便于實(shí)施的補(bǔ)強(qiáng)材料和方法是本領(lǐng)域追求的目標(biāo)。在現(xiàn)有的油氣管道外缺陷修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)中，主要有傳統(tǒng)的焊接補(bǔ)疤和復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)等方法。由于焊接補(bǔ)疤過程中有可能發(fā)生焊穿和產(chǎn)生氫脆的危險(xiǎn)，特別對(duì)于不停輸?shù)妮敋夤芫€，一般建議不采用此方法。而樹脂基復(fù)合材料由于具有輕質(zhì)高強(qiáng)、抗腐蝕、耐久性好、施工簡(jiǎn)便、不影響結(jié)構(gòu)的外觀等優(yōu)異特性，已被國(guó)外的油公司用于管道補(bǔ)強(qiáng)。如美國(guó)Clockspring公司的復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)，它是采用間苯二甲酸型不飽和聚酯與E-玻璃纖維復(fù)合成片材，采用干鋪法包裹于金屬管道表面，在層與層之間用環(huán)氧粘結(jié)劑粘結(jié)。這種技術(shù)的缺點(diǎn)有兩個(gè)一是施工過程中，無法保證復(fù)合片材與管體、復(fù)合片材層與層之間的緊密貼合；另一是玻璃纖維的彈性模量及強(qiáng)度均較低，所以補(bǔ)強(qiáng)層的厚度會(huì)較厚，對(duì)后續(xù)防腐造成一定困難，對(duì)基體承載能力的提高程度也很有限。
近年來有一些關(guān)于使用碳纖維進(jìn)行金屬管道外損傷缺陷補(bǔ)強(qiáng)的報(bào)道，但沒有公開具體的實(shí)施方案。
碳纖維以其強(qiáng)度高、彈性模量大而著稱，最適合于作為補(bǔ)強(qiáng)材料所用。表1示出碳纖維布、碳纖維樹脂復(fù)合材料和X60管線鋼的性能比較。
表1碳纖維、碳纖維復(fù)合材料與X60管線鋼的性能比較

由表1可以看出，用碳纖維作為補(bǔ)強(qiáng)材料有如下優(yōu)點(diǎn)1.樹脂基碳纖維復(fù)合材料的彈性模量等于或大于210Gpa，和鋼的彈性模量207GPa十分接近，非常有利于碳纖維復(fù)合材料與鋼的協(xié)同變形，有利于載荷在鋼和碳纖維復(fù)合材料之間的均勻分布，從而有利于達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)效果。
2.樹脂基碳纖維復(fù)合材料具有足夠的變形量，大于1.4％。一般情況下，管體變形遠(yuǎn)小于碳纖維復(fù)合材料的變形量，使用碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)從管體變形的角度來說也是足夠保險(xiǎn)的。
3.碳纖維補(bǔ)強(qiáng)材料的強(qiáng)度比玻璃纖維大一個(gè)數(shù)量級(jí)，這使得較薄的碳纖維復(fù)合材料便可以達(dá)到很厚的玻璃纖維補(bǔ)強(qiáng)材料才能具有的補(bǔ)強(qiáng)效果。
本發(fā)明目的在于研制一種將碳纖維用于含缺陷管道，特別是金屬管道補(bǔ)強(qiáng)的新型技術(shù)，所使用的補(bǔ)強(qiáng)材料的比強(qiáng)度、比模量與金屬管體材料接近，施工過程簡(jiǎn)便，并有利于補(bǔ)強(qiáng)材料和管體之間、補(bǔ)強(qiáng)層與層之間的緊密貼合，它可與管道形成一體，共同承載管內(nèi)壓力，并使最終構(gòu)成的復(fù)合修復(fù)層承壓能力達(dá)到并超過原始管道的承壓能力。本發(fā)明的技術(shù)可在管線不停輸?shù)那闆r下進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)作業(yè)，施工過程中不需要大型的機(jī)械吊裝設(shè)備，不需要焊接或切割管道，施工空間要求很低，并且有抗腐蝕、耐老化等優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于含缺陷管道，特別是金屬管道修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)的樹脂基碳纖維復(fù)合材料，所述的樹脂基碳纖維復(fù)合材料包括碳纖維片材和本發(fā)明的專用樹脂。
本發(fā)明的另一目的是提供了一種用于含缺陷管道修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)的補(bǔ)強(qiáng)材料，該材料包括多層所述的樹脂基碳纖維復(fù)合材料，和位于樹脂基碳纖維復(fù)合材料外的一或多層外防腐材料。
本文所用的術(shù)語“管道”是指用各種材料制成的管道，特別是金屬管道，例如鋼管。
本文所用的術(shù)語“碳纖維片材”包括以各種原料制作的碳纖維片材，例如碳纖維布。優(yōu)選的，本發(fā)明所使用的碳纖維片材其彈性模量范圍為(1.0-3.0)×105MPa，抗拉強(qiáng)度范圍為2500～3500Mpa，延伸率δ范圍為0.2-3.0％，單位面積重量范圍為200～300g/m2。
本文所用的術(shù)語“樹脂基碳纖維復(fù)合材料”是指碳纖維與樹脂復(fù)合固化后的材料。
本發(fā)明用于含缺陷管道修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)的材料包括樹脂基碳纖維復(fù)合材料和外防腐材料。所述樹脂基碳纖維復(fù)合材料包括碳纖維片材和專用配套樹脂。
本發(fā)明的專用配套樹脂包括修補(bǔ)膠和粘浸膠兩種。修補(bǔ)膠用于管道外損傷缺陷的填平修補(bǔ)；粘浸膠用于滲浸碳纖維片材，以及碳纖維與管體之間、碳纖維片材之間的粘結(jié)。修補(bǔ)膠和粘浸膠分別可分為冬用與夏用兩種。冬用和夏用配方略有不同，通?？赏ㄟ^調(diào)整固化促進(jìn)劑的用量來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)使用環(huán)境溫度降低時(shí)，可適當(dāng)加大固化促進(jìn)劑的用量。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本領(lǐng)域的常識(shí)，或通過簡(jiǎn)單試驗(yàn)即可知道在某一使用溫度下應(yīng)該如何調(diào)節(jié)固化促進(jìn)劑用量。
修補(bǔ)膠修補(bǔ)膠由甲、乙兩組分組成，甲乙兩組分的配比為2∶1。
甲組分包括(A)30％～50％(重量)的液態(tài)雙酚A型環(huán)氧樹脂，(B)10％～20％(重量)的液態(tài)酚醛型環(huán)氧樹脂(C)5％～10％(重量)的氣相二氧化硅，和(D35％～40％(重量)的硅灰石或氧化鋁填料；乙組分包括(E)60％～80％(重量)的改性胺類環(huán)氧固化劑，和(F)20％～40％(重量)的促進(jìn)劑2，4，6-三(二甲氨基)-甲基苯酚；所述乙組分中(E)的固化劑例如可以是改性脂肪族胺，例如二乙烯三胺基甘油正丁基醚(例如商品593)或酚醛改性多元胺(例如商品T31)。
構(gòu)成缺陷填平修補(bǔ)膠的甲、乙兩組分混合固化后的性能如表1。
表2修補(bǔ)膠的規(guī)格性能

修補(bǔ)膠可按下述方法制備將配套樹脂的甲、乙組分分別混合和儲(chǔ)存，使用前按規(guī)定比例準(zhǔn)確稱量后放入容器內(nèi)，用攪拌器拌合均勻。一次配膠量應(yīng)以在可使用時(shí)間內(nèi)用完為宜。
粘浸膠粘浸膠由甲、乙兩組分組成，甲乙兩組分的配比以(3～4)∶1為宜。
甲組分包括(A)68％～84％(重量)的液態(tài)環(huán)氧樹脂，(B)10％～15％(重量)的丙烯酸酯液體橡膠，(C)5％～15％(重量)的氣相二氧化硅，和(D)1％～2％(重量)的顏料；乙組分包括(E)70％～90％(重量)的改性胺類環(huán)氧固化劑，和(F)10％～30％(重量)的環(huán)氧固化促進(jìn)劑2，4，6-三(二甲氨基)-甲基苯酚；所述甲組分(A)的環(huán)氧樹脂可以是雙酚A型環(huán)氧樹脂或乙烯基改性環(huán)氧樹脂；乙組分(E)的固化劑可以是改性脂肪族胺，例如二乙烯三胺基甘油正丁基醚(例如商品593)或酚醛改性多元胺(例如商品T31)。
構(gòu)成粘浸膠的甲、乙兩組分混合固化后的性能如表2。
表3粘浸膠的規(guī)格性能

粘浸膠可按下述方法制備將配套樹脂的甲、乙組分分別混合和儲(chǔ)存，使用前按規(guī)定比例準(zhǔn)確稱量后放入容器內(nèi)，用攪拌器拌合均勻。一次配膠量應(yīng)以在可使用時(shí)間內(nèi)用完為宜。
具體的，本發(fā)明用于含缺陷管道修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)的樹脂基碳纖維復(fù)合材料包括以下材料1、用于將管道表面缺陷填平修補(bǔ)的修補(bǔ)膠層；2、多層碳纖維片材，其中的碳纖維片材涂刷了粘浸膠，且根據(jù)需要使各碳纖維片材層以一定角度交錯(cuò)鋪設(shè)。
本發(fā)明還提供了用于含缺陷管道修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)的補(bǔ)強(qiáng)材料，該材料包括多層所述的樹脂基碳纖維復(fù)合材料，其中各層樹脂基碳纖維復(fù)合材料沿管道的徑向或環(huán)向放置，相鄰的兩層復(fù)合材料可以平行的、垂直的或以一定角度交錯(cuò)鋪設(shè)。
該補(bǔ)強(qiáng)材料還包括位于樹脂基碳纖維復(fù)合材料外的多層外防腐材料。所述外防腐材料原則上與需要補(bǔ)強(qiáng)管道的原始外防腐材料相同。常用的外防腐材料是聚乙烯冷纏膠粘帶，所述的聚乙烯膠粘帶厚度以0.7mm～2.0mm為宜；抗拉強(qiáng)度大于18Mpa為宜。
在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，根據(jù)管道缺陷的具體情況，本專業(yè)技術(shù)人員可按照通常的缺陷補(bǔ)強(qiáng)參數(shù)設(shè)計(jì)方法確定補(bǔ)強(qiáng)層的厚度、寬度和補(bǔ)強(qiáng)材料用量。
本發(fā)明的另一目的是提供一種用本發(fā)明的材料對(duì)含缺陷管道，特別是含缺陷金屬管道進(jìn)行修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)的方法，該方法具有良好的施工安全性和性能優(yōu)越性。
本發(fā)明的另一目的是提供一種油氣管道外損傷缺陷的修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)材料和方法，即采用以上所述的材料和方法對(duì)油氣管道外損傷缺陷進(jìn)行修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)的技術(shù)。
用本發(fā)明的材料對(duì)管道，例如對(duì)油氣金屬管道的外損傷缺陷進(jìn)行修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)的方法包括以下步驟1.對(duì)管道進(jìn)行表面清理；2.對(duì)管道表面的缺陷進(jìn)行修補(bǔ)將管道表面凹陷部位，例如蜂窩、麻面、小孔、焊縫附近等用修補(bǔ)膠填平，修復(fù)至表面平整；3.濕法粘貼碳纖維布按一定的尺寸及層數(shù)粘貼碳纖維布，且根據(jù)需要將各樹脂基碳纖維復(fù)合材料層沿管道的徑向或環(huán)向放置，使相鄰的兩層復(fù)合材料之間是以平行、垂直或一定角度交錯(cuò)鋪設(shè)。其中所述的碳纖維布涂刷或浸漬了本發(fā)明的粘浸膠；4.對(duì)作業(yè)區(qū)進(jìn)行防腐修復(fù)在粘貼的碳纖維復(fù)合材料表面用聚乙烯冷纏膠粘帶對(duì)其進(jìn)行纏繞防護(hù)。
在實(shí)施該方法之前，必須首先對(duì)管道進(jìn)行表面清理，對(duì)管道表面的缺陷例如蜂窩、麻面、小孔、焊縫附近等用修補(bǔ)膠，即修補(bǔ)膩?zhàn)油抗翁钇?，修?fù)至表面平整，表面仍存在凹凸糙紋的，應(yīng)該用砂紙打磨平整。
碳纖維布的粘貼采用濕法粘貼的方法，即首先將碳纖維布涂刷或浸漬本發(fā)明的環(huán)氧樹脂粘浸膠，然后用其進(jìn)行纏繞補(bǔ)強(qiáng)。為確保施工質(zhì)量，碳纖維片的縱橫向搭接應(yīng)保持一定長(zhǎng)度。
作業(yè)區(qū)的防腐修復(fù)，應(yīng)該在補(bǔ)強(qiáng)作業(yè)區(qū)域內(nèi)各粘貼面的膠粘劑表干后進(jìn)行。纏繞層與原防腐層的搭接寬度應(yīng)保持一定長(zhǎng)度。纏繞時(shí)膠粘帶邊縫應(yīng)平行，不得扭曲皺折。
為保證施工質(zhì)量，在需要進(jìn)行開挖和回填時(shí)，應(yīng)該按照規(guī)定的施工要求進(jìn)行。例如對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)已確定的缺陷位置，必須在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)護(hù)人員的監(jiān)護(hù)下實(shí)施人工開挖。開挖過程中注意測(cè)量埋深，防止鐵器損壞防腐層及鋼管。在補(bǔ)強(qiáng)施工完成，并確認(rèn)開挖管段無漏點(diǎn)后，采用細(xì)沙或素土進(jìn)行分層夯實(shí)回填，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行清理和恢復(fù)地形原貌，保證管線的埋深達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
下面通過對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施方式
的描述，結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的材料及方法予以詳盡的說明。


圖1為爆破試驗(yàn)用管道及缺陷示意圖，其中，缺陷一是進(jìn)行修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)的部位，缺陷二是用于進(jìn)行對(duì)比而不進(jìn)行修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)的部位。
圖2水壓爆破試驗(yàn)的壓力-時(shí)間關(guān)系圖。
圖3是爆破試驗(yàn)中補(bǔ)強(qiáng)部位形貌的照片。由照片可以看出在壓力下補(bǔ)強(qiáng)部位兩側(cè)管道發(fā)生隆起，而補(bǔ)強(qiáng)部位沒有任何變化。
圖4是實(shí)施例2管道機(jī)械劃痕缺陷形貌的照片。
圖5是實(shí)施例2管道外力致傷缺陷形貌的照片。
圖6是實(shí)施例2修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)后管道形貌的照片。
具體實(shí)施例方式
為了進(jìn)一步闡述本技術(shù)所涉材料及施工工藝，給出了下述實(shí)施例。但是，這些實(shí)施例不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。
實(shí)施例1用水壓爆破試驗(yàn)方法對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)為了檢驗(yàn)本技術(shù)的實(shí)施效果，以φ660輸氣鋼管為例，模擬輸氣管道可能存在的缺陷尺寸，采用水壓爆破試驗(yàn)方法對(duì)該技術(shù)進(jìn)行了評(píng)價(jià)。試驗(yàn)用管及缺陷示意見圖1，試驗(yàn)過程如下截取與某輸氣管線主干線用管相同尺寸、材質(zhì)的管子5.45m(該管子為X60螺旋焊管，管徑為660mm，壁厚為8.7mm，設(shè)計(jì)工作壓力為6.4Mpa)，兩端用留有排氣孔、進(jìn)水孔的封頭封堵(見圖2)。
對(duì)需要補(bǔ)強(qiáng)的管體部位進(jìn)行清理，以去除管子外表面的防腐層、環(huán)氧涂層及污物，并使其表面處理質(zhì)量達(dá)到GB/T8923-1988中規(guī)定的St3級(jí)。
在被剝除防腐層的部位制作50mm×30mm×4mm的缺陷(缺陷一)，采用本發(fā)明的技術(shù)(參見實(shí)施例2)對(duì)該缺陷進(jìn)行修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)。為便于試驗(yàn)對(duì)比，在該試驗(yàn)管的另一部位又制作了50mm×30mm×2.0mm的一個(gè)缺陷(缺陷二)，這一缺陷不進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。
對(duì)試驗(yàn)用管進(jìn)行注水排氣，在檢查試樣注滿水并不漏氣的情況下，進(jìn)行逐級(jí)加壓，直至試樣破壞。加壓過程見圖2。該爆破試驗(yàn)結(jié)果顯示破壞是在未經(jīng)修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)的小缺陷(缺陷二)處產(chǎn)生的，破壞為典型的撕裂型破壞；試驗(yàn)管有明顯的膨脹現(xiàn)象，而經(jīng)修復(fù)、補(bǔ)強(qiáng)的缺陷處并無明顯變化，在壓力下補(bǔ)強(qiáng)部位兩側(cè)試驗(yàn)管發(fā)生隆起，產(chǎn)生明顯的膨脹現(xiàn)象(見圖3)；補(bǔ)強(qiáng)后的管體爆破壓力為16.4Mpa，遠(yuǎn)高于試樣的設(shè)計(jì)工作壓力(6.4Mpa)，表明該技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了補(bǔ)強(qiáng)的目的。
實(shí)施例2天然氣管道缺陷的修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)本發(fā)明技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施例為應(yīng)用于陜京輸氣管線的缺陷補(bǔ)強(qiáng)實(shí)例。利用本發(fā)明所述的補(bǔ)強(qiáng)材料和修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)方法對(duì)該處的缺陷進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。具體實(shí)施過程如下1、開挖和對(duì)管道進(jìn)行表面清理補(bǔ)強(qiáng)施工的缺陷點(diǎn)位于陜京管線陜西某段某處。該處位于沙漠的邊沿，屬沙土結(jié)構(gòu)，地表水水層較淺，管道埋深1300mm左右，管體外表面溫度約40℃。管體有三處機(jī)械損傷。一處為明顯的機(jī)械劃痕，長(zhǎng)150mm，深3.5mm，最深處寬度為20mm(見圖4)；另兩處為碰傷，深1.5mm，長(zhǎng)20mm(見圖5)。
對(duì)管道進(jìn)行表面清理，例如表面處理的結(jié)果應(yīng)該使基層預(yù)處理質(zhì)量達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T8923-1988中規(guī)定的St3級(jí)。
2、對(duì)管道進(jìn)行修補(bǔ)對(duì)鋼管表面缺陷例如蜂窩、麻面、小孔、焊縫附近等用修補(bǔ)膠，即修補(bǔ)膩?zhàn)油抗翁钇?，修?fù)至表面平整，表面仍存在凹凸糙紋的，應(yīng)該用砂紙打磨平整。其中所述修補(bǔ)膠的配方和用量見表4。
3、采用濕法粘貼碳纖維布首先按上文所述制備方法和表3所述配方制備粘浸膠和修補(bǔ)膠，然后將碳纖維布涂刷所述的環(huán)氧樹脂粘浸膠(粘浸膠的用量見表3)，并用其進(jìn)行纏繞補(bǔ)強(qiáng)。
表3 補(bǔ)強(qiáng)材料及用量

所述碳纖維布纏繞的層數(shù)和方向是環(huán)向二層、軸向一層、環(huán)向二層、軸向一層和環(huán)向二層，共計(jì)八層。
4、對(duì)作業(yè)區(qū)進(jìn)行防腐修復(fù)防腐修復(fù)應(yīng)該在補(bǔ)強(qiáng)作業(yè)區(qū)域內(nèi)各粘貼面的膠粘劑表干后進(jìn)行。所使用的外防腐材料為聚乙烯膠粘帶，纏繞一層。纏繞層與原防腐層的搭接寬度應(yīng)不少于100mm。膠粘帶始端與末端搭接長(zhǎng)度應(yīng)不少于1/4管子周長(zhǎng)，且不少于100mm。纏繞時(shí)膠粘帶邊縫應(yīng)平行，不得扭曲皺折。
修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)后管道的形貌見圖6。
本實(shí)施例所述的管段由于該缺陷的存在，一直在低于設(shè)計(jì)工作壓力下運(yùn)行，無形中提高了管道的運(yùn)行成本；經(jīng)過此次修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)后，運(yùn)行工作壓力可提高到設(shè)計(jì)水平。
總之，本發(fā)明是一種適合管道修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)的全新配套技術(shù)，適合于不同管徑的，由于腐蝕、機(jī)械或其它原因所造成的損傷管道補(bǔ)強(qiáng)。其施工過程無需管線停產(chǎn)作業(yè)，且補(bǔ)強(qiáng)材料可以緊緊的纏繞著管道，對(duì)管道自重的增加影響很少。它可與管道形成一體，共同承載管內(nèi)壓力，并使修復(fù)后管道的承壓能力達(dá)到并超過原始管道的承壓能力。
以上已詳細(xì)描述了本發(fā)明的實(shí)施方案，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說很顯然可以做很多改進(jìn)和變化而不會(huì)背離本發(fā)明的基本精神。所有這些變化和改進(jìn)都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.用于含缺陷管道修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)的樹脂基碳纖維復(fù)合材料，其中包括用粘浸膠涂刷或浸漬的碳纖維片材，所述粘浸膠由甲乙兩組分組成，其中甲組分包括(A)68％～84％(重量)的液態(tài)環(huán)氧樹脂，(B)10％～15％(重量)的丙烯酸酯液體橡膠，(C)5％～15％(重量)的氣相二氧化硅，和(D)1％～2％(重量)的顏料；乙組分包括(E)70％～90％(重量)的改性胺類環(huán)氧固化劑，和(F)10％～30％(重量)的環(huán)氧固化促進(jìn)劑2，4，6-三(二甲氨基)-甲基苯酚；其中甲組分(A)的環(huán)氧樹脂可以是雙酚A型環(huán)氧樹脂或乙烯基改性環(huán)氧樹脂；乙組分(E)的固化劑可以是改性脂肪族胺；甲、乙兩組分在使用前以(3～4)∶1的比例用攪拌器均勻混合。
2.權(quán)利要求1的樹脂基碳纖維復(fù)合材料，其中所述材料還包括用于將管道外缺陷填平修補(bǔ)的修補(bǔ)膠，所述修補(bǔ)膠由甲、乙兩組分組成，其中甲組分包括(A)30％～50％(重量)的液態(tài)雙酚A型環(huán)氧樹脂，(B)10％～20％(重量)的液態(tài)酚醛型環(huán)氧樹脂(C)5％～10％(重量)的氣相二氧化硅，和(D)35％～40％(重量)的硅灰石或氧化鋁填料；乙組分包括(E)60％～80％(重量)的改性胺類環(huán)氧固化劑，和(F)20％～40％(重量)的促進(jìn)劑2，4，6-三(二甲氨基)-甲基苯酚；其中乙組分中(E)的固化劑可以是改性脂肪族胺；甲、乙兩組分在使用前以2∶1比例用攪拌器均勻混合。
3.權(quán)利要求1或2的樹脂基碳纖維復(fù)合材料，其中所述碳纖維片材的彈性模量范圍為(1.0-3.0)×105Mpa，延伸率δ的范圍為0.2-3.0％。
4.權(quán)利要求3的樹脂基碳纖維復(fù)合材料，其中所述的改性脂肪族胺是二乙烯三胺基甘油正丁基醚或酚醛改性多元胺。
5.用于含缺陷管道修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)的補(bǔ)強(qiáng)材料，該材料包括多層權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的樹脂基碳纖維復(fù)合材料，其中各層樹脂基碳纖維復(fù)合材料沿管道的徑向或環(huán)向放置，相鄰的兩層復(fù)合材料可以是平行的、垂直的或以一定角度交錯(cuò)鋪設(shè)的。
6.權(quán)利要求5所述的補(bǔ)強(qiáng)材料，其中所述的補(bǔ)強(qiáng)材料還包括位于樹脂基碳纖維復(fù)合材料外的一或多層外防腐材料。
7.權(quán)利要求6的補(bǔ)強(qiáng)材料，其中所述的外防腐材料是聚乙烯膠粘帶。
8.用權(quán)利要求1-7任意一項(xiàng)的材料對(duì)含缺陷管道進(jìn)行修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)的方法，該方法包括以下步驟(1)用權(quán)利要求2所述的修補(bǔ)膠對(duì)管道表面的缺陷進(jìn)行修補(bǔ)，將其修復(fù)至表面平整；(2)濕法粘貼碳纖維片材按一定的尺寸及層數(shù)粘貼碳纖維片材，所述碳纖維片材涂刷了權(quán)利要求1所述粘浸膠，或用所述的粘浸膠浸漬，且根據(jù)需要使各碳纖維片材層沿管道的徑向或環(huán)向放置，相鄰的兩層碳纖維片材可以是平行的、垂直的或以一定角度交錯(cuò)鋪設(shè)的。
9.按照權(quán)利要求8的方法，該方法還包括對(duì)作業(yè)區(qū)進(jìn)行防腐處理的步驟，該步驟包括在粘貼了所述碳纖維片材后的外表面按一定的尺寸和層數(shù)用聚乙烯冷纏膠粘帶對(duì)其進(jìn)行纏繞防護(hù)。
10.按照權(quán)利要求8或9的方法，該方法還包括在對(duì)管道進(jìn)行修補(bǔ)之前需要對(duì)損傷部位進(jìn)行表面清理。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于含缺陷管道，特別是金屬管道的修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)材料，和用該材料對(duì)含缺陷管道修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)的方法。所述修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)材料包括(1)將管道外缺陷填平修補(bǔ)的修補(bǔ)膠層；(2)用于恢復(fù)和提高缺陷處管體承載強(qiáng)度的碳纖維片材層，該片材用粘浸膠涂刷或浸漬；(3)用于外表面的防腐材料層。本發(fā)明補(bǔ)強(qiáng)材料的比強(qiáng)度、比模量與金屬管體材料接近，可與管道形成一體，共同承載管內(nèi)壓力，并使最終構(gòu)成的復(fù)合修復(fù)層的承壓能力達(dá)到并超過原始管道的承壓能力。本發(fā)明的方法施工簡(jiǎn)便，有利于補(bǔ)強(qiáng)材料和管體之間、補(bǔ)強(qiáng)層之間緊密貼合，并且可在管線不停輸?shù)那闆r下進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)作業(yè)。
文檔編號(hào)C08K7/00GK1616546SQ200410080359
公開日2005年5月18日 申請(qǐng)日期2004年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月30日
發(fā)明者路民旭, 張玉芳, 董紹華, 葛艾天, 陳迎鋒, 李寶瑞, 張國(guó)安 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué), 北京華油天然氣有限責(zé)任公司