一种聚酰亚胺纤维预浸料及其制备方法以及应用技术

本发明专利技术公开了管道修复领域应用的一种聚酰亚胺纤维预浸料及其制备方法以及应用。该预浸料包括增强材料和可固化聚合物；该可固化聚合物按质量份数包括：液体环氧树脂40～80份，固体环氧树脂20～60份，改性双酚A环氧树脂10～30份，煅烧法氧化铝粉30～100份，潜伏性固化剂6～12份，固化促进剂1～5份；所述增强材料为聚酰亚胺纤维布。该预浸料可在工厂进行自动化生产，减少了人为因素的影响，同时树脂体系对纤维的浸润性好，修补材料的质量稳定性高，从而使产品性能充分发挥，保证了修补质量。此外，聚酰亚胺纤维布具有高比强度、高比模量、耐高低温、耐紫外辐照、低吸水率和优异的介电性能等特性，有效提高了产品的修复性能，提升了管道修复效果。

【技术实现步骤摘要】
一种聚酰亚胺纤维预浸料及其制备方法以及应用
本专利技术涉及一种钢质管道表面修复领域的一种聚酰亚胺纤维预浸料及其制备方法以及应用。
技术介绍
管道运输是油气运输方式中最为理想的一种方式。据统计，目前我国陆上长输油气管道总里程已达到12万公里以上。但这些埋地管道通常会因土壤腐蚀、机械损伤、电偶腐蚀等原因产生许多缺陷，随着服役时间的延长，这些缺陷还会不断发展，管道的承压能力逐渐下降，从而给管道的安全运行造成威胁，严重影响在役管道的输送能力和使用寿命。如何对这些含缺陷管道进行有效地修复补强或增强是确保油气管线安全运行和提高油气集输效益的关键技术措施。目前，国内外对缺陷管道进行修复补强通常采取的方法可概括为三大类：1)焊接：堆焊、补疤、打套筒；2)夹具：夹具注环氧、夹具；3)粘贴纤维复合材料：玻璃纤维或碳纤维等复合材料修复体系。焊接类修复方法对施工工艺要求严格，具有焊穿和氢脆等风险，并且油气管线需要停输特别是气管线需要排空才能进行修复，从而产生巨大的经济损失；夹具类修复方法主要适用于对已发生泄漏的管线进行临时抢修，成本高昂；复合材料修复技术作为一种新型的缺陷管道永久性修复方法，具有不动火、不停输、现场施工简便、修复时间短、工程成本较低、适用于各种作业环境、耐腐蚀性和可设计强等优点，得到国内外油气公司的逐渐关注，近年来已在管道领域得到广泛的应用并且加固效果比较理想。含缺陷管道复合材料修复技术主要分为三种：预成型法、湿缠绕法、预浸渍法。前两种修复方法是国内外各个修复补强公司研究开发和在实际应用中使用较多的管道修复补强方式。预成型法是采用树脂和增强纤维在工厂预制成复合材料套筒，材料自身刚度较大，现场施工时难与钢管紧密贴合，影响整体的修复效果，并且只能修复直管不能修复异型件；湿缠绕法是在施工现场将树脂体系涂刷在柔性纤维布上，然后在钢管上进行绕包并固化，因为需要在现场配制胶液并对纤维进行浸渍，受制于施工人员熟练程度、施工环境等原因，容易出现胶黏剂搅拌不均、涂刷不均匀、树脂对纤维的浸润不好，树脂与纤维的比例不可控等问题，这就造成固化后复合材料的力学性能不稳定，修复层的有效性和持久性具有很大的不确定性。预浸渍法能够完美解决上述问题，实现修补质量、适用范围和效率三者的统一，预浸渍法是以增强纤维和可固化聚合物为原料，采用预浸机使可固化聚合物处于溶液状态或加热熔融状态，在一定温度、速度和压力下对纤维进行浸润，得到表面由聚合物包裹的纤维增强体，此时预浸料中的聚合物还处于未固化状态，在一定的加热、加压条件下可最终固化成为复合材料。在现有技术中，修复补强用复合材料中的增强纤维主要采用碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维，能够有效恢复缺陷管道的原承压能力。但是，在使用过程中，玻璃纤维密度较高，比强度和比模量较低，同样修复补强条件下所需的修复层厚度较大；而碳纤维具有优异的导电性能，容易产生电偶腐蚀对管道造成二次腐蚀破坏；芳纶纤维的耐水性较差，在湿环境中容易吸收水份(吸湿率可达7％)，水份的存在使纤维结构变得松散从而加速复合材料的失效，导致修复后的管道使用寿命无法得到保障，另外芳纶纤维的耐紫外辐照性能差从而也限制其在管道补强修复方面的应用。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供一种有效提高管道修复效果的一种聚酰亚胺纤维预浸料。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种聚酰亚胺纤维预浸料，包括增强材料和可固化聚合物；所述可固化聚合物按质量份数包括：液体环氧树脂40～80份，固体环氧树脂20～60份，改性双酚A环氧树脂10～30份，煅烧法氧化铝粉30～100份，潜伏性固化剂6～12份，固化促进剂1～5份；所述增强材料为聚酰亚胺纤维布。该申请利用可固化聚合物与增强材料相结合形成用于修复管道的聚酰亚胺纤维预浸料，该预浸料可在工厂进行自动化生产，减少了人为因素的影响，生产效率较高，同时树脂体系对纤维的浸润性好，修补材料的质量稳定性好，从而能充分发挥材料的性能，保证了修补的质量。此外，聚酰亚胺纤维具有优异的耐高低温性能、高比强度、高比模量、高抗蠕变性、高尺寸稳定性、高电绝缘性、耐紫外辐照、低吸水率和耐腐蚀性等特性，能有效保证对缺陷管道的修复效果，可作为一种永久性修复方法。进一步的是，所述煅烧法氧化铝粉的粒径为200-1250目；所述聚酰亚胺纤维布为双向聚酰亚胺纤维布。进一步的是，所述聚酰亚胺纤维布进行提高与树脂结合性能的有机纤维表面改性处理。一种聚酰亚胺纤维预浸料的制备方法，所述制备步骤如下：A)根据权利要求1所述的一种聚酰亚胺纤维预浸料进行原材料的准备；B)将液体环氧树脂和固体环氧树脂混合并加热搅拌均匀形成胶液，加热温度为70～90℃；C)将煅烧法氧化铝粉填料加入步骤B)生成的胶液中并充分搅拌均匀；D)将潜伏性固化剂加入步骤C)生成的胶液中并搅拌均匀；E)将步骤D)生成的胶液温度降低至50～70℃，加入固化促进剂并搅拌均匀；F)将改性双酚A型环氧树脂加入步骤E)生产产品中，搅拌均匀后制得可固化聚合物；G)将聚酰亚胺纤维布进行有机纤维表面改性处理；H)将步骤F)生成的可固化聚合物，根据实际需求进行涂胶设备的参数设置，制得一种可固化聚合物胶膜；I)根据实际需求进行浸胶设备的参数设置，将步骤G)处理完成的聚酰亚胺纤维布和步骤H)得到的可固化聚合物胶膜通过浸胶设备进行复合，制得一种聚酰亚胺纤维预浸料。一种采用聚酰亚胺纤维预浸料的应用，其操作步骤如下：a)清理待修复管道的表面，采用机械打磨或喷砂的方式除去管道表面的氧化物和杂质，对于腐蚀严重的管道可采用除锈剂对管壁进行除锈之后用砂纸做表面处理；b)利用专用补强腻子对因腐蚀、机械损伤造成的体积型缺陷处进行填平处理；c)在管道需要修复的区域涂刷抗阴极剥离底漆；d)根据管道的缺陷类型和程度，参照ASMEPCC-2或ISO/TS24817标准计算修复管道所需的预浸料层数，然后利用聚酰亚胺纤维预浸料在管道待修复区进行相应的缠绕或铺贴；e)对聚酰亚胺纤维预浸料进行加热和真空辅助固化，抽真空时间为10～40min，待可固化聚合物初步固化后即可停止抽真空，在温度为80～120℃的条件下进行时间为1～3小时的固化操作；f)对聚酰亚胺纤维复合材料的表面采用外防腐材料进行防腐处理，管道修复完成。进一步的是，所述步骤b)中的专用补强腻子由组分A和组分B组成，所述专用补强腻子按质量份数包括：组分A为3～5份，所述组分B为1份；所述组分A按质量百分比包括：双酚A环氧树脂25～45％，酚醛环氧树脂15～25％，煅烧法氧化铝粉20～40％，沉淀法硫酸钡10～20％，气相法二氧化硅3～10％，碳化硅10～20％；所述组分B按质量百分比包括：改性酯环胺固化剂20～40％，改性酰胺固化剂40～55％，硅烷偶联剂5～8％，固化催化剂(DMP-30)10～15％。进一步的是，所述煅烧法氧化铝粉的粒径为200～1250目，所述沉淀法硫酸钡的粒径为800～1250目，所述碳化硅的粒径为800～1250目。进一步的是，所述步骤c)中的抗阴极剥离底漆由组分a和组分b组成，所述抗阴极剥离底漆按质量份数包括：组分a为3～5份，所述组分b为1份；所述组分a按质量百分比包括：双酚A环氧树脂35～55％，酚醛环氧树脂15～25％，绢云母10～30％，玻璃鳞片15～25％本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚酰亚胺纤维预浸料，其特征在于，包括增强材料(2)和可固化聚合物；所述可固化聚合物按质量份数包括：液体环氧树脂40～80份，固体环氧树脂20～60份，改性双酚A环氧树脂10～30份，煅烧法氧化铝粉30～100份，潜伏性固化剂6～12份，固化促进剂1～5份；所述增强材料(2)为聚酰亚胺纤维布。

【技术特征摘要】
1.一种聚酰亚胺纤维预浸料，其特征在于，包括增强材料(2)和可固化聚合物；所述可固化聚合物按质量份数包括：液体环氧树脂40～80份，固体环氧树脂20～60份，改性双酚A环氧树脂10～30份，煅烧法氧化铝粉30～100份，潜伏性固化剂6～12份，固化促进剂1～5份；所述增强材料(2)为聚酰亚胺纤维布。2.根据权利要求1所述的一种聚酰亚胺纤维预浸料，其特征在于，所述煅烧法氧化铝粉的粒径为200-1250目；所述聚酰亚胺纤维布为双向聚酰亚胺纤维布。3.根据权利要求1所述的一种聚酰亚胺纤维预浸料，其特征在于，所述聚酰亚胺纤维布进行提高与树脂结合性能的有机纤维表面改性处理。4.一种聚酰亚胺纤维预浸料的制备方法，其特征在于，所述制备步骤如下：A)根据权利要求1所述的一种聚酰亚胺纤维预浸料进行原材料的准备；B)将液体环氧树脂和固体环氧树脂混合并加热搅拌均匀形成胶液，加热温度为70～90℃；C)将煅烧法氧化铝粉填料加入步骤B)生成的胶液中并充分搅拌均匀；D)将潜伏性固化剂加入步骤C)生成的胶液中并搅拌均匀；E)将步骤D)生成的胶液温度降低至50～70℃，加入固化促进剂并搅拌均匀；F)将改性双酚A型环氧树脂加入步骤E)生产产品中，搅拌均匀后制得可固化聚合物；G)将聚酰亚胺纤维布进行有机纤维表面改性处理；H)将步骤F)生成的可固化聚合物，根据实际需求进行涂胶设备的参数设置，制得一种可固化聚合物胶膜；I)根据实际需求进行浸胶设备的参数设置，将步骤G)处理完成的聚酰亚胺纤维布和步骤H)得到的可固化聚合物胶膜通过浸胶设备进行复合，制得一种聚酰亚胺纤维预浸料。5.一种聚酰亚胺纤维预浸料的应用方法，其特征在于，其操作步骤如下：a)清理待修复管道(8)的表面，采用机械打磨或喷砂的方式除去管道(8)表面的氧化物和杂质，对于腐蚀严重的管道(8)可采用除锈剂对管壁进行除锈之后用砂纸做表面处理；b)利用专用补强腻子(7)对因腐蚀、机械损伤造成的体积型缺陷处进行填平处理；c)在管道(8)需要修复的区域涂刷抗阴极剥离底漆(6)；d)根据管道(8)的缺陷类型和程度，参照ASMEPCC-2或ISO/TS24817标准计算修复管道(8)所需的预浸料层数，然后利用如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄金柏，范小银，刘长海，
申请(专利权)人：江苏宝力泰新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32