專利名稱：：管道聚乙烯防腐層等離子表面處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實(shí)用新型是適用于鋼質(zhì)管道聚乙烯防腐層修補(bǔ)、修復(fù)和現(xiàn)場補(bǔ)口的管道聚乙烯(2PE、3PE)防腐層等離子表面極化處理裝置，涉及塑料的成型或連結(jié)、金屬材料的一般防蝕或防銹和管道系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：目前，聚乙烯(2PE、3PE)防腐層管道在我國應(yīng)用很廣泛。由于PE材料的非極性，PE涂層與其它材料很難粘結(jié)牢固，因此聚乙烯防腐管道補(bǔ)口成為整個(gè)防腐體系的薄弱環(huán)節(jié)。另外，PE防腐層一旦發(fā)生損傷，其修復(fù)也面臨同樣的問題。早在1986年,管道科學(xué)研究院就開始研究PE夾克管體內(nèi)表面電暈處理裝置，PE管道內(nèi)表面整體電暈處理技術(shù)已經(jīng)成熟并得以應(yīng)用。2007年授權(quán)的管道科學(xué)研究院的"管道聚乙烯防腐層電暈處理裝置"專利(ZL200620120264.1)，在一定程度上解決了管道聚乙烯防腐層修補(bǔ)、修復(fù)和現(xiàn)場補(bǔ)口的問題。但該設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中，存在問題有一是電暈放電釆用金屬電極，容易對(duì)鋼管過早放電；二是金屬電極為電弧放電，電弧放電因溫度較高有可能使PE涂層碳化，從而降低處理效果；三是盲區(qū)大。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是利用等離子放電極化原理，設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡單、極化處理均勻、高效、穩(wěn)定的處理改性效果的鋼管聚乙烯外防腐層補(bǔ)傷、補(bǔ)口用管道聚乙烯防腐層等離子表面處理裝置。為了消除極化處理存在問題，通過釆用先進(jìn)的等離子極化處理技術(shù)來實(shí)現(xiàn)管道PE外防腐層均勻極化處理效果。鋼質(zhì)管道PE外防腐層等離子極化處理技術(shù)在國內(nèi)還沒有實(shí)現(xiàn)。本實(shí)用新型解決這個(gè)問題的技術(shù)方案是氣體在高電磁能作用下，變成高能粒子。高能粒子(電子、正離子、負(fù)離子)撞擊PE表面可使PE表面發(fā)生化學(xué)結(jié)構(gòu)變化，改變PE極性，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)PE防腐層表面進(jìn)行極化處理作用。本等離子表面處理裝置的電路構(gòu)成如圖1和圖2所示。它由橋式整流電路、電容濾波電路、逆變電路、高頻耦合變壓器、高頻高壓變壓器、電極組成。"0V交流電依次經(jīng)整流電路、濾波電路、逆變電路、高頻耦合變壓器、高頻高壓變壓器接至電極。220V交流電經(jīng)整流電路、電容濾波電路后成直流,再經(jīng)逆變電路變?yōu)楦哳l交流，后由高頻耦合變壓器、高頻高壓變壓器變?yōu)楦哳l高壓交流電，達(dá)到極化的要求。按上述電路組成，其裝置(見圖3)分為電源、高頻變壓器13、等離子處理電極7、地線磁吸ll四部分。電源部分包括整流電路、濾波電路、逆變電路、高頻耦合變壓及電源輸入接插件l、220V交流電源開關(guān)2、等離子手柄接插件3、等離子功率調(diào)節(jié)旋鈕5、輸出指示6、地線接線柱8、主機(jī)提手10;將整流電路、濾波電路、逆變電路、高頻耦合變壓安裝在機(jī)箱內(nèi),再在機(jī)箱上按裝電源輸入接插件l、220V交流電源開關(guān)2、等離子手柄接插件3、等離子功率調(diào)節(jié)旋鈕5、輸出指示6、地線接線柱8、主機(jī)提手10;高頻變壓器部分包括高頻高壓變壓器13及等離子輸出控制開關(guān)4、手柄9;同樣,將高頻變壓器13安裝在另一機(jī)箱內(nèi)，再在機(jī)箱上安裝等離子輸出控制開關(guān)4、手柄9;高頻變壓器13機(jī)箱外有接線柱接等離子處理電極7,電源機(jī)箱外的地線接線柱8接地線磁吸11。將電源和高頻變壓器分別安裝在兩個(gè)機(jī)箱內(nèi)，是為了減輕單體的重量,便于移動(dòng)。其中逆變電路選IGBT模塊；等離子處理電極7選用陶瓷阻擋介質(zhì)電極，有巿銷產(chǎn)品可選擇；接地的地線磁吸11加有地線磁吸磁靴12，有巿銷產(chǎn)品可選擇,這是為了接地良好；在等離子處理電極7與地線磁吸11之間加的是高頻高壓，頻率為40-lOOKHz，電壓為8-12KV,電流0-0.25A。在使用時(shí)，先接好電源饋線,安裝好放電電極，開啟極化處理裝置電源，使極化處理電極緊貼于試件的PE表面上，設(shè)定極化處理參數(shù)并進(jìn)行極化處理操作，沿PE表面平穩(wěn)移動(dòng)電極，處理一遍。極化處理完成后切斷電源。可將裝置移置下一位置，此處可進(jìn)行下一步的噴涂作業(yè)。等離子處理機(jī)理處于真空狀態(tài)下的氣體在高電磁能作用下，變成高能電子，如它的能量大于氣體原子或分子的激發(fā)能時(shí)，可使與其相碰撞的氣體原子和分子產(chǎn)生激發(fā)原子、激發(fā)分子、自由基、離子及輻射線。這些高能粒子(電子、正離子、負(fù)離子)撞擊PE表面可使其表面發(fā)生物理、化學(xué)變化。其具體作用如下a)高能粒子的撞擊作用使PE表面發(fā)生化學(xué)結(jié)構(gòu)變化而實(shí)現(xiàn)改性；PE材質(zhì)中的C=C鍵能為6.2eV，C二H鍵能為3.5eV，而撞擊PE表面的高能粒子的能量高達(dá)1000eV以上；PE表層受到如此高能粒子撞擊后，C=C、C二H鍵被打斷而釋放出氫氣，從而改變了PE表層的分子結(jié)構(gòu)；PE表層被撞擊的同時(shí)，溫度會(huì)升高,更有利于上述過程的進(jìn)行；另外，在上述過程中，伴隨著氣體放電，會(huì)產(chǎn)生臭氧,臭氧會(huì)在PE表層發(fā)生氧化反應(yīng)，從而形成極性基團(tuán)；b)高能粒子撞擊PE表面使其變粗糙并可去除PE表面污物，也有助于提高PE表面的附著力；c)高能粒子撞擊PE表面，可使PE表層材料消融和蝕刻，從而可消除PE弱邊界層。等離子技術(shù)用于高分子材料改性具有以下特點(diǎn)；a)反應(yīng)溫度低，可避免損傷PE(PP)表面；b)對(duì)被處理材料最終表面化學(xué)結(jié)構(gòu)和物質(zhì)具有可控性，因此處理效率高；c)可顯著地提高PE(PP)表面能，從而提供更潤濕的表面；d)等離子表面處理僅限于被處理表面很淺的深度，不會(huì)影響材料的本體性質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)表面功能化；e)可保持被處理材料表面長期的潤濕性，穩(wěn)定性，減少表面分子降解和親水退化效應(yīng)；f)等離子技術(shù)可對(duì)高分子材料實(shí)現(xiàn)等離子體聚合、接枝和表面改性?？梢姡緦?shí)用新型充分發(fā)揮等離子技術(shù)用于高分子材料改性的特點(diǎn)，極化處理均勻、高效、穩(wěn)定、改性效果好，處理效率高，且結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，實(shí)用。圖1管道PE防腐層等離子極化處理裝置原理框圖圖2管道PE防腐層等離子極化處理裝置電原理圖圖3管道PE防腐層等離子極化處理裝置構(gòu)成示意圖其中l(wèi)一電源輸入接插件2—220V交流電源開關(guān)3—等離子手柄接插件4一等離子輸出控制開關(guān)5—等離子功率調(diào)節(jié)旋鈕6—電源饋線7—等離子處理電極9一手柄ll一地線磁吸8—地線接線柱IO—主機(jī)提手12—地線磁吸磁靴13-高頻變壓器具體實(shí)施方式實(shí)施例以本實(shí)施例說明本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式。本例是用于(J)610mm管道聚乙烯外防腐層補(bǔ)口的工業(yè)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)一GD800P極化處理機(jī)，其電原理如圖2所示，裝置構(gòu)成如圖3所示。它由橋式整流電路、電容濾波電路、逆變電路、高頻耦合變壓器、高頻高壓變壓器、電極組成。將整流電路、濾波電路、逆變電路、高頻耦合變壓器安裝在機(jī)箱內(nèi)，再在機(jī)箱上按裝電源輸入接插件l、220V交流電源開關(guān)2、等離子手柄接插件3、等離子功率調(diào)節(jié)旋鈕5、輸出指示6、地線接線柱8、主機(jī)提手10;同樣，將高頻變壓器13安裝在另一機(jī)箱內(nèi)，再在機(jī)箱上安裝等離子輸出控制開關(guān)4、手柄9;高頻變壓器13機(jī)箱外有接線柱接等離子處理電極7，電源機(jī)箱外的地線接線柱8接地線磁吸11。整流電路選用可控硅橋式整流電路，并在220V交流輸入端并聯(lián)一1KQ功率調(diào)節(jié)電位器；電容濾波電路的電容為lOOiaF;逆變電路如圖2，其中-L、-Li、-L2為150mH,C2、C3為100jaF，逆變電路選IRG4PC40W900V/20AIGBT模塊；高頻耦合變壓器和高頻變壓器自制。等離子處理電極7選AT25型號(hào)電工陶瓷管。GD800P極化處理機(jī)要使PE極化處理達(dá)到48-60dyn/cm表面張力的極化處理參數(shù)為電源輸出電流1.0-1.2A,低溫-20。C條件時(shí)為1.4-1.6A;電源輸出電壓8KV;極化處理速度(電極移動(dòng)速度)0.6m/min左右；極化處理遍數(shù)1。本例GD800P極化處理機(jī)進(jìn)行管道聚乙烯外防腐層補(bǔ)口的技術(shù)參數(shù)如下表表1GD800P處理機(jī)技術(shù)指標(biāo)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>在使用時(shí),先接好電源饋線，安裝好所選放電電極，將電極裝置套在補(bǔ)口近處已有PE防腐層的管道上調(diào)整好位置，然后扣合。在加電中，適當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)電極骨架，將各套放電電極之間的空隙也予以極化。到達(dá)預(yù)先確定的處理時(shí)間后，切斷電源，極化處理完成?？蓪⒀b置移置下一位置，此處可進(jìn)行下一步的噴涂業(yè)。一般來說，PE表面所接收的極化能量密度是決定極化處理效果的關(guān)鍵因素。能量密度太小，達(dá)不到處理效果，且效率低；能量密度過大，又會(huì)引發(fā)PE分子鏈斷裂，從而形成小分子物質(zhì)，并在PE表面堆積顆粒，形成弱邊界層，反而造成PE表面粘結(jié)能力下降。能量密度大小又與極化處理電源輸出電壓、電流和處理時(shí)間等參數(shù)有關(guān)。以PE極化處理后與補(bǔ)口涂料粘結(jié)達(dá)到要求的強(qiáng)度作為極化處理效果的終極檢驗(yàn)尺度，在保證PE表面極化處理后與補(bǔ)口材料達(dá)到規(guī)定的粘結(jié)強(qiáng)度前提下,進(jìn)行極化參數(shù)調(diào)整試驗(yàn)，最后選出最佳極化處理參數(shù)。當(dāng)PE涂層材料的碳黑含量為2%~2.4%，PE涂層厚度在2-4mm時(shí)，其最佳極化處理參數(shù)可根據(jù)PE表面張力(F)、PE與補(bǔ)口涂料的粘結(jié)力(P)及視在能力密度(5)的關(guān)系來確定。PE表面附著力F值隨K值增加而增加，但當(dāng)K值增大到一定數(shù)值后，F(xiàn)隨K值增加的趨勢(shì)變緩。PE極化處理后與TPUA涂料相對(duì)附著力N值開始段隨著K值增大而增大，但當(dāng)K值增大到一定值后，N反而下降。當(dāng)N值接近1(即附著力接近最大)時(shí)，K二O.8-1.6。當(dāng)K=0,8-1.6時(shí),PE表面張力為48-60dyn/cm。相對(duì)附著力N與表面張力F關(guān)系PE與TPUA涂料的附著力隨PE極化處理的表面張力增大而增加，當(dāng)PE表面張力達(dá)到60dyn/cm左右時(shí)，其附著力接近最大值。PE表面張力〉60dyn/cm后，其附著力反而下降。這說明，對(duì)PE表面極化處理時(shí)并非達(dá)到的表面張力越大越好。根據(jù)上述F-K、N-K、N-F關(guān)系得出，要使PE與TPUA涂料的附著力接近最大值，PE表面極化處理的表面張力應(yīng)在48-60dyn/cm范圍內(nèi)?？梢源吮砻鎻埩φ{(diào)試極化裝置的工作參數(shù)。試驗(yàn)表明使PE表面張力達(dá)到48-60dyn/cm,不同形式的極化裝置會(huì)有不同的工作參數(shù)。本例用3PE試件表面極化處理后噴涂補(bǔ)口材料進(jìn)行性能測試。從附著力測試的結(jié)果看(見表2)，效果較為理想，完全滿足管道聚乙烯防腐層的標(biāo)準(zhǔn)要求。表2補(bǔ)口材料噴涂試驗(yàn)檢測數(shù)據(jù)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>本工業(yè)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)曾在蘭州一銀川輸氣管道現(xiàn)場進(jìn)行過管線現(xiàn)場施工應(yīng)用,并經(jīng)測試，證明結(jié)構(gòu)簡單，輕便，組裝容易、方便，補(bǔ)口質(zhì)量符合要求，特別是對(duì)管端補(bǔ)口的質(zhì)量同樣符合要求。權(quán)利要求1.一種管道聚乙烯防腐層等離子表面處理裝置，其特征是它由橋式整流電路、電容濾波電路、逆變電路、高頻耦合變壓器、高頻高壓變壓器、電極組成；220V交流電依次經(jīng)整流電路、濾波電路、逆變電路、高頻耦合變壓器、高頻高壓變壓器接至電極。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道聚乙烯防腐層等離子表面處理裝置，其特征是所述逆變電路選IGBT模塊電路。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道聚乙烯防腐層等離子表面處理裝置,其特征是所述電極選用陶瓷阻擋介質(zhì)電極。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道聚乙烯防腐層等離子表面處理裝置，其特征是所述接地采用地線磁吸(11)和地線磁吸磁靴(12)結(jié)構(gòu)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道聚乙烯防腐層等離子表面處理裝置,其特征是在電極與地線之間加的電壓為高頻高壓，頻率為40-100KHz，電壓為8-12KV，電流0-0.25A。專利摘要本實(shí)用新型是適用于鋼質(zhì)管道聚乙烯防腐層修補(bǔ)、修復(fù)和現(xiàn)場補(bǔ)口的管道聚乙烯(2PE、3PE)防腐層等離子表面極化處理裝置，涉及塑料的成型或連結(jié)、金屬材料的一般防蝕或防銹和管道系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域：
。它由橋式整流電路、電容濾波電路、逆變電路、高頻耦合變壓器、高頻高壓變壓器、電極組成；220V交流電依次經(jīng)整流電路、濾波電路、逆變電路、高頻耦合變壓器、高頻高壓變壓器接至由等離子處理電極(7)和地線磁吸(11)組成的電極。本實(shí)用新型極化處理均勻、高效、穩(wěn)定、改性效果好，處理效率高，且結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，實(shí)用。文檔編號(hào)H05H1/46GK201243403SQ200820079680公開日2009年5月20日申請(qǐng)日期2008年3月31日優(yōu)先權(quán)日2008年3月31日發(fā)明者何金昆,號(hào)周,晶孫,岳莎莎,楊天冰,白世武,瑞蘇,薛振奎,袁欣然,詹春秋,河黃申請(qǐng)人:中國石油天然氣管道局;中國石油天然氣管道科學(xué)研究院