专利名称：：管道聚乙烯防腐层等离子表面处理装置的制作方法
技术领域：
：本实用新型是适用于钢质管道聚乙烯防腐层修补、修复和现场补口的管道聚乙烯(2PE、3PE)防腐层等离子表面极化处理装置，涉及塑料的成型或连结、金属材料的一般防蚀或防锈和管道系统
技术领域：
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背景技术：
：目前，聚乙烯(2PE、3PE)防腐层管道在我国应用很广泛。由于PE材料的非极性，PE涂层与其它材料很难粘结牢固，因此聚乙烯防腐管道补口成为整个防腐体系的薄弱环节。另外，PE防腐层一旦发生损伤，其修复也面临同样的问题。早在1986年,管道科学研究院就开始研究PE夹克管体内表面电暈处理装置，PE管道内表面整体电暈处理技术已经成熟并得以应用。2007年授权的管道科学研究院的"管道聚乙烯防腐层电暈处理装置"专利(ZL200620120264.1)，在一定程度上解决了管道聚乙烯防腐层修补、修复和现场补口的问题。但该设备在实际应用中，存在问题有一是电暈放电釆用金属电极，容易对钢管过早放电；二是金属电极为电弧放电，电弧放电因温度较高有可能使PE涂层碳化，从而降低处理效果；三是盲区大。
实用新型内容本实用新型的目的是利用等离子放电极化原理，设计一种结构简单、极化处理均匀、高效、稳定的处理改性效果的钢管聚乙烯外防腐层补伤、补口用管道聚乙烯防腐层等离子表面处理装置。为了消除极化处理存在问题，通过釆用先进的等离子极化处理技术来实现管道PE外防腐层均匀极化处理效果。钢质管道PE外防腐层等离子极化处理技术在国内还没有实现。本实用新型解决这个问题的技术方案是气体在高电磁能作用下，变成高能粒子。高能粒子(电子、正离子、负离子)撞击PE表面可使PE表面发生化学结构变化，改变PE极性，从而实现对PE防腐层表面进行极化处理作用。本等离子表面处理装置的电路构成如图1和图2所示。它由桥式整流电路、电容滤波电路、逆变电路、高频耦合变压器、高频高压变压器、电极组成。"0V交流电依次经整流电路、滤波电路、逆变电路、高频耦合变压器、高频高压变压器接至电极。220V交流电经整流电路、电容滤波电路后成直流,再经逆变电路变为高频交流，后由高频耦合变压器、高频高压变压器变为高频高压交流电，达到极化的要求。按上述电路组成，其装置(见图3)分为电源、高频变压器13、等离子处理电极7、地线磁吸ll四部分。电源部分包括整流电路、滤波电路、逆变电路、高频耦合变压及电源输入接插件l、220V交流电源开关2、等离子手柄接插件3、等离子功率调节旋钮5、输出指示6、地线接线柱8、主机提手10;将整流电路、滤波电路、逆变电路、高频耦合变压安装在机箱内,再在机箱上按装电源输入接插件l、220V交流电源开关2、等离子手柄接插件3、等离子功率调节旋钮5、输出指示6、地线接线柱8、主机提手10;高频变压器部分包括高频高压变压器13及等离子输出控制开关4、手柄9;同样,将高频变压器13安装在另一机箱内，再在机箱上安装等离子输出控制开关4、手柄9;高频变压器13机箱外有接线柱接等离子处理电极7,电源机箱外的地线接线柱8接地线磁吸11。将电源和高频变压器分别安装在两个机箱内，是为了减轻单体的重量,便于移动。其中逆变电路选IGBT模块；等离子处理电极7选用陶瓷阻挡介质电极，有巿销产品可选择；接地的地线磁吸11加有地线磁吸磁靴12，有巿销产品可选择,这是为了接地良好；在等离子处理电极7与地线磁吸11之间加的是高频高压，频率为40-lOOKHz，电压为8-12KV,电流0-0.25A。在使用时，先接好电源馈线,安装好放电电极，开启极化处理装置电源，使极化处理电极紧贴于试件的PE表面上，设定极化处理参数并进行极化处理操作，沿PE表面平稳移动电极，处理一遍。极化处理完成后切断电源。可将装置移置下一位置，此处可进行下一步的喷涂作业。等离子处理机理处于真空状态下的气体在高电磁能作用下，变成高能电子，如它的能量大于气体原子或分子的激发能时，可使与其相碰撞的气体原子和分子产生激发原子、激发分子、自由基、离子及辐射线。这些高能粒子(电子、正离子、负离子)撞击PE表面可使其表面发生物理、化学变化。其具体作用如下a)高能粒子的撞击作用使PE表面发生化学结构变化而实现改性；PE材质中的C=C键能为6.2eV，C二H键能为3.5eV，而撞击PE表面的高能粒子的能量高达1000eV以上；PE表层受到如此高能粒子撞击后，C=C、C二H键被打断而释放出氢气，从而改变了PE表层的分子结构；PE表层被撞击的同时，温度会升高,更有利于上述过程的进行；另外，在上述过程中，伴随着气体放电，会产生臭氧,臭氧会在PE表层发生氧化反应，从而形成极性基团；b)高能粒子撞击PE表面使其变粗糙并可去除PE表面污物，也有助于提高PE表面的附着力；c)高能粒子撞击PE表面，可使PE表层材料消融和蚀刻，从而可消除PE弱边界层。等离子技术用于高分子材料改性具有以下特点；a)反应温度低，可避免损伤PE(PP)表面；b)对被处理材料最终表面化学结构和物质具有可控性，因此处理效率高；c)可显著地提高PE(PP)表面能，从而提供更润湿的表面；d)等离子表面处理仅限于被处理表面很浅的深度，不会影响材料的本体性质，可实现表面功能化；e)可保持被处理材料表面长期的润湿性，稳定性，减少表面分子降解和亲水退化效应；f)等离子技术可对高分子材料实现等离子体聚合、接枝和表面改性。可见，本实用新型充分发挥等离子技术用于高分子材料改性的特点，极化处理均匀、高效、稳定、改性效果好，处理效率高，且结构简单，操作方便，实用。图1管道PE防腐层等离子极化处理装置原理框图图2管道PE防腐层等离子极化处理装置电原理图图3管道PE防腐层等离子极化处理装置构成示意图其中l一电源输入接插件2—220V交流电源开关3—等离子手柄接插件4一等离子输出控制开关5—等离子功率调节旋钮6—电源馈线7—等离子处理电极9一手柄ll一地线磁吸8—地线接线柱IO—主机提手12—地线磁吸磁靴13-高频变压器具体实施方式实施例以本实施例说明本实用新型的具体实施方式。本例是用于(J)610mm管道聚乙烯外防腐层补口的工业实验样机一GD800P极化处理机，其电原理如图2所示，装置构成如图3所示。它由桥式整流电路、电容滤波电路、逆变电路、高频耦合变压器、高频高压变压器、电极组成。将整流电路、滤波电路、逆变电路、高频耦合变压器安装在机箱内，再在机箱上按装电源输入接插件l、220V交流电源开关2、等离子手柄接插件3、等离子功率调节旋钮5、输出指示6、地线接线柱8、主机提手10;同样，将高频变压器13安装在另一机箱内，再在机箱上安装等离子输出控制开关4、手柄9;高频变压器13机箱外有接线柱接等离子处理电极7，电源机箱外的地线接线柱8接地线磁吸11。整流电路选用可控硅桥式整流电路，并在220V交流输入端并联一1KQ功率调节电位器；电容滤波电路的电容为lOOiaF;逆变电路如图2，其中-L、-Li、-L2为150mH,C2、C3为100jaF，逆变电路选IRG4PC40W900V/20AIGBT模块；高频耦合变压器和高频变压器自制。等离子处理电极7选AT25型号电工陶瓷管。GD800P极化处理机要使PE极化处理达到48-60dyn/cm表面张力的极化处理参数为电源输出电流1.0-1.2A,低温-20。C条件时为1.4-1.6A;电源输出电压8KV;极化处理速度(电极移动速度)0.6m/min左右；极化处理遍数1。本例GD800P极化处理机进行管道聚乙烯外防腐层补口的技术参数如下表表1GD800P处理机技术指标<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>在使用时,先接好电源馈线，安装好所选放电电极，将电极装置套在补口近处已有PE防腐层的管道上调整好位置，然后扣合。在加电中，适当转动电极骨架，将各套放电电极之间的空隙也予以极化。到达预先确定的处理时间后，切断电源，极化处理完成。可将装置移置下一位置，此处可进行下一步的喷涂业。一般来说，PE表面所接收的极化能量密度是决定极化处理效果的关键因素。能量密度太小，达不到处理效果，且效率低；能量密度过大，又会引发PE分子链断裂，从而形成小分子物质，并在PE表面堆积颗粒，形成弱边界层，反而造成PE表面粘结能力下降。能量密度大小又与极化处理电源输出电压、电流和处理时间等参数有关。以PE极化处理后与补口涂料粘结达到要求的强度作为极化处理效果的终极检验尺度，在保证PE表面极化处理后与补口材料达到规定的粘结强度前提下,进行极化参数调整试验，最后选出最佳极化处理参数。当PE涂层材料的碳黑含量为2%~2.4%，PE涂层厚度在2-4mm时，其最佳极化处理参数可根据PE表面张力(F)、PE与补口涂料的粘结力(P)及视在能力密度(5)的关系来确定。PE表面附着力F值随K值增加而增加，但当K值增大到一定数值后，F随K值增加的趋势变缓。PE极化处理后与TPUA涂料相对附着力N值开始段随着K值增大而增大，但当K值增大到一定值后，N反而下降。当N值接近1(即附着力接近最大)时，K二O.8-1.6。当K=0,8-1.6时,PE表面张力为48-60dyn/cm。相对附着力N与表面张力F关系PE与TPUA涂料的附着力随PE极化处理的表面张力增大而增加，当PE表面张力达到60dyn/cm左右时，其附着力接近最大值。PE表面张力〉60dyn/cm后，其附着力反而下降。这说明，对PE表面极化处理时并非达到的表面张力越大越好。根据上述F-K、N-K、N-F关系得出，要使PE与TPUA涂料的附着力接近最大值，PE表面极化处理的表面张力应在48-60dyn/cm范围内。可以此表面张力调试极化装置的工作参数。试验表明使PE表面张力达到48-60dyn/cm,不同形式的极化装置会有不同的工作参数。本例用3PE试件表面极化处理后喷涂补口材料进行性能测试。从附着力测试的结果看(见表2)，效果较为理想，完全满足管道聚乙烯防腐层的标准要求。表2补口材料喷涂试验检测数据<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>本工业实验样机曾在兰州一银川输气管道现场进行过管线现场施工应用,并经测试，证明结构简单，轻便，组装容易、方便，补口质量符合要求，特别是对管端补口的质量同样符合要求。权利要求1.一种管道聚乙烯防腐层等离子表面处理装置，其特征是它由桥式整流电路、电容滤波电路、逆变电路、高频耦合变压器、高频高压变压器、电极组成；220V交流电依次经整流电路、滤波电路、逆变电路、高频耦合变压器、高频高压变压器接至电极。2.根据权利要求1所述的管道聚乙烯防腐层等离子表面处理装置，其特征是所述逆变电路选IGBT模块电路。3.根据权利要求1所述的管道聚乙烯防腐层等离子表面处理装置,其特征是所述电极选用陶瓷阻挡介质电极。4.根据权利要求1所述的管道聚乙烯防腐层等离子表面处理装置，其特征是所述接地采用地线磁吸(11)和地线磁吸磁靴(12)结构。5.根据权利要求1所述的管道聚乙烯防腐层等离子表面处理装置,其特征是在电极与地线之间加的电压为高频高压，频率为40-100KHz，电压为8-12KV，电流0-0.25A。专利摘要本实用新型是适用于钢质管道聚乙烯防腐层修补、修复和现场补口的管道聚乙烯(2PE、3PE)防腐层等离子表面极化处理装置，涉及塑料的成型或连结、金属材料的一般防蚀或防锈和管道系统
技术领域：
。它由桥式整流电路、电容滤波电路、逆变电路、高频耦合变压器、高频高压变压器、电极组成；220V交流电依次经整流电路、滤波电路、逆变电路、高频耦合变压器、高频高压变压器接至由等离子处理电极(7)和地线磁吸(11)组成的电极。本实用新型极化处理均匀、高效、稳定、改性效果好，处理效率高，且结构简单，操作方便，实用。文档编号H05H1/46GK201243403SQ200820079680公开日2009年5月20日申请日期2008年3月31日优先权日2008年3月31日发明者何金昆,号周,晶孙,岳莎莎,杨天冰,白世武,瑞苏,薛振奎,袁欣然,詹春秋,河黄申请人:中国石油天然气管道局;中国石油天然气管道科学研究院