[发明专利]聚乙烯表面处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及管道防护和表面处理技术领域，更具体而言，涉及一种聚乙烯表面处理方法。

背景技术

目前石油天然气管道一般使用3LPE(3层聚乙烯)防腐体系，高密度聚乙烯覆盖在钢质管道表面，但是在钢管接头焊接部位，需要进行现场修补。现在新型解决方案是使用聚氨酯类涂料，聚氨酯类涂料同钢管有很好的结合力，但是同聚乙烯的结合力不好，主要是因为聚乙烯表面难以粘接。因此，需要能够加强聚乙烯同聚氨酯类涂料之间的结合力的技术。

目前用于提高聚乙烯同聚氨酯类涂料之间结合力的常用聚乙烯表面处理包括打砂，砂纸打磨和钢丝刷打磨等机械处理方法；以及火焰处理方法。但是经机械处理后，聚氨酯类涂料同聚乙烯之间的附着力仍比较低；打砂后火焰处理虽然可以增强附着力，但不同区域之间存在差异。

等离子体表面处理技术是用于处理聚乙烯表面的新型技术，尤其是真空等离子体表面处理能够极大地提高聚乙烯同聚氨酯类涂料之间的结合力。目前用于聚乙烯表面处理的等离子体放电技术主要包括：真空等离子体技术，其中在一个密闭的真空腔体里形成等离子体，并且腔体内的压强明显小于大气压，通常压力为10Pa-1000Pa；以及大气环境下介质阻挡放电型等离子体技术，如电晕放电。尽管真空等离子体表面处理效果非常好，但缺点是设备投资过高，而且由于石油天然气输送管道体积巨大，因此应用真空等离子体对石油天然气输送管道聚乙烯层进行表面处理可行性很差。另外，使用常压空气作为主要工艺气体的常压等离子体处理技术，如大气环境下介质阻挡放电型等离子体，例如电晕放电，虽然可以比较方便地应用于处理输油管聚乙烯层，但效果远逊于真空等离子体表面处理，不能达到令人满意的程度。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提出了一种新的通过等离子体处理技术提高聚乙烯同聚氨酯类涂料之间结合力的方法，其中采用压缩空气或压缩空气和惰性气体的混合气体作为等离子体处理的工艺气体，以简单、实用的技术手段实现了聚乙烯同聚氨酯类涂料之间结合力的极大提高。

具体而言，本发明涉及一种用于提高聚乙烯材料同聚氨酯类涂料之间的结合力的聚乙烯表面处理方法，所述方法包括：在聚氨酯类涂料接触聚乙烯材料之前，用等离子体处理技术处理聚乙烯材料的表面，其中等离子体处理中使用的工艺气体是压缩空气或压缩空气和惰性气体的混合气体。

本发明的等离子体处理中使用的压缩空气是普通除水除油压缩空气。对于压缩空气的压力没有特别的限制，可以采用在通常的压缩空气的压力范围内的压力，如2atm至10atm，优选4atm至8atm，最优选约6atm。

作为本发明的等离子体处理中的另一种工艺气体，压缩空气和惰性气体的混合气体是指掺入一定比例的惰性气体的压缩空气，其中惰性气体包括氩气、氦气等，其掺入的体积百分比为0％-5％。惰性气体如氩气、氦气的掺入可以改善处理效果，如可以得到更高的粘接结合强度，可以延长处理效果的保留时间。但如果掺入的体积百分比超过5％，过多的惰性气体对进一步改善处理效果已经不明显，并会带来处理成本过高的问题。一般情况下，纯压缩空气可以达到满意的效果前提下，没有必要添加惰性气体，此时添加量为0％；需要得到更好的处理效果时，可以添加一定量的惰性气体，优选为1-3％，最优选为约2％。

本发明的聚乙烯材料包括适用于钢质管道的聚乙烯防腐层材料，如2PE，3PE等，优选3LPE(3层聚乙烯)。

本发明的聚氨酯类涂料包括常规的液体双组分聚氨酯类涂料，其中一个组分含有多元醇结构，另一个组分为异氰酸酯或/和异氰酸酯预聚物。优选使用具有快干特性，硬触干时间小于8小时的双组分聚氨酯类涂料。在这方面，最优选3M公司的352HT聚氨酯液体涂料。

本发明的等离子体处理可以使用射流型大气等离子体设备进行，该放电设备具有设备简单便携，而且处理效果良好的优点，非常适合处理输油管聚乙烯表面。射流型大气等离子体设备的等离子处理工艺参数，如电压和电流，能够一定程度的影响处理效果，但影响较小。一般情况在放电电流为1-2安培时均能较好的满足需求。

另外，在本发明的等离子体处理之前，优选对聚乙烯表面进行机械表面粗糙化处理，包括打砂，砂纸打磨和钢丝刷打磨处理等。

根据本发明，通过采用压缩空气或压缩空气和惰性气体的混合气体作为工艺气体的等离子体处理，可以显著地提高聚乙烯材料同聚氨酯类涂料之间的结合力，且处理之后的结合强度可以长时间保持。

附图说明

图1显示了本发明样品的拉力测试试样，左图是样品7，右图是样品8；