[发明专利]纤维增强型脆性基复合材料管道涂层及其涂覆方法和管道

说明书

技术领域

本发明涉及纤维增强型脆性基复合材料涂层及其涂覆方法以及用该方法涂覆而成的管道。

背景技术

树脂质材料等高分子材料通常作为防腐材料涂覆在油气管道应用领域内使用的金属管外表面，用来防止水或其它腐蚀物侵入，从而保护金属管免受腐蚀损害。在管道安装以后，这一树脂质层对维持管道的完整性无比重要。但在运输和安装的过程中，管子和防腐层都有可能受到损伤，例如搬运和运输过程中的碰撞，施工过程中周围的岩石落下引起的机械损伤、碰撞和磨损，为了防止这种潜在的损伤情况，一般现行的施工方式都是采用细土回填的方式，即在管沟内事先垫上一层沙土，然后将管道小心地放置到管沟中，再在整个管身上面覆盖沙子，这种沙子的颗粒细小，覆盖厚度大约超过30cm，有了这层沙土保护之后，就可以装填本地材料去恢复场地，特别是在多石地区，细土回填方法需要运输大量的沙子去包埋管道，价格高昂和耗费大量的工时。因此如果在管道防腐层外部再涂覆一层坚硬的水泥保护涂层或其它适当的外部涂层材料，则可以对管道实现一种额外的保护，甚至是一种永久性的保护，同时又可以大大地降低施工的成本。但一般的水泥涂层呈现脆性，抗碰撞强度低，同时施工的过程中管道往往需要现场弯曲，典型的弯曲程度为1.5°/管直径。一般脆性的水泥涂层在管道弯曲时会破裂和脱落，而失去对管道保护的作用，因此我们需要一种可弯曲的水泥保护涂层。

美国专利号4,611,635中Harold F.Jarvis和专利号4,759,390中Harold F.Jarvis及Frederick S.Gelfant描述了这种在管道应用中可用于金属管的水泥保护涂层。无论是用美国专利号4,611,635还是4,759,390中描述的涂层材料，为了增加涂层抗张强度和可弯曲性，提高韧性和抗碰撞特性并抑制破裂，它采用多层结构：水泥和沙石内层，钢丝网加强层，水泥和沙石外层，最后再加聚乙烯包裹层。在美国专利号4,544,426中James L. Stockman，专利号4,785,854中Harold F.Jarvis和Frederick S.Gelfant描述了为金属管使用这种结构配置的制造过程，如其所述，这种复杂的分层结构很难加工。

管道的水泥涂层最先用在海洋油气管道的配重方面，加拿大专利号959,744和1,076,343明确地涉及到了这种应用。然而，由于这种涂层具有较高的脆性，应用于陆地受到限制，同时它也是采用钢丝网加强的分层结构，制备工艺复杂。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种具有超高韧性和应变-硬化特性的纤维增强型脆性基复合材料涂层；本发明的目的还在于提供所述涂层的涂覆方法；本发明的目的还在于提供所述方法涂覆而成的管道。

本发明的纤维增强型脆性基复合材料涂层具有超高韧性和应变-硬化特性，最大的拉伸形变量高于4％，比传统的水泥混凝土材料大400倍；以水泥基材料、惰性填料、增强纤维、水和化学添加剂为原料，其中，水泥基材料为水泥及硅土沙子或依靠水硬型机制硬化的复合物；水泥、硅土沙子、惰性填料、水、化学添加剂的重量比为1∶0.5～2.0∶1.2～1.5∶0.5～0.8∶0.01～0.03，上述原料混合后的总体积与增强纤维的体积比为1∶0.01～0.04。

所述惰性填料包括天然沙土、金属矿沙、用于混凝土配重层的粉末、工业废料、碳粉中的一种或多种。

所述增强纤维包括金属纤维、聚合物纤维、无机纤维、天然纤维，或经过表面改性处理过的纤维的一种或多种。

所述化学添加剂包括稳定剂(stabilizing admixtures)、衍生混合物(derivatizedcelluloses)、超塑性材料(superplasticizers)和减水剂中的一种或多种。

本发明的涂层的涂覆方法包括下列步骤：如图(3)，在管体1和塑性薄板4之间注入流动状纤维增强型脆性基复合材料3；闭合铰链模板6，使圆弧模板5压迫塑性薄板4，在管道周围形成涂层；管道涂层顶部增加一层复合材料层，内置一个塑料护套7，形成通道；复合材料层硬化后，打开圆弧模板5和塑性薄板4，移出涂层管。

本发明的涂层的第二种涂覆方法包括下列步骤：如图(4)在半圆管槽8及1/4圆弧模板9形成的槽中注入流动状纤维增强型脆性基复合材料3；将管体1置入槽内，合上两块1/4圆弧模板9，形成涂层。