专利名称：一种水下管线泄漏封堵用橡胶复合材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及复合材料领域，尤其提供了一种水下管线泄漏封堵橡胶复合材料。
背景技术：
海底管道为敷设在水下或埋于海底一定深度的输送石油、天然气、水等的管道，海底或水下管道的出现，为上述物质的运输提供了更多的便利，降低了运输的成本，但是由于所处的环境比较特殊，管道的防腐层容易破损，受外界电化学腐蚀等，导致出现薄弱点，在管道内压カ或外力作用下破裂，再者在海水涌动的长期作用，疲劳应力，从而出现管道的破裂，而管道一旦破裂由于其处在水下或海底，维修成本高且操作复杂。
针对多种管线的泄漏形态，国内外开发了多种封堵技术，包括卡箍止漏技术、钢带拉紧技术、快速捆扎技术、注剂式密封技术等，这些堵漏技术和产品在陆上管线的堵漏施工中具有较好的适应性，但这些封堵技术在水下施工较为困难，而且对不同的泄漏情况适应性有限，尤其是对于因管线弯曲造成的裂ロ封堵十分困难。专利200810049355公布了ー种充气橡胶堵漏袋，利用划锁器捆绑带捆绑后充气堵漏；专利200620072550公布了一种充气堵漏装置，主要部件为气囊，气囊的外侧设置有使气囊固定的固定带，气囊的内侧设置有橡胶垫，主要解决储罐流体泄漏；专利02262495公开了ー种堵漏气垫，用钢丝绳固定气垫充气后实施密封。上述专利公布的堵漏技术，主要适用于陆地上的管线、储罐等出现的泄漏情况，而对于水下管线堵漏，施工十分困难，而且对于水下管线复杂的破损情况适用性有限。
发明内容
本发明基于上述的原因，提供了一种水下管线泄漏封堵橡胶复合材料，主要用于水下管线泄漏的封堵，尤其是海底石油管线泄漏的临时封堵，这种橡胶复合材料对于海底管线漏洞、裂ロ以及因管线弯曲造成的破损等破坏情况能够进行有效封堵。复合材料由密封层、充气层和包覆层组成，通过对充气层充气对密封层产生压力，由密封层实施密封，包覆层则可有效阻止充气时的向外膨胀，包覆层具有水中自粘性，无需额外的固定措施。本发明在水下施工方便，对各种形态的水下管线泄漏的封堵具有很强的适应性。本发明的具体技术方案是一种水下管线泄漏封堵用橡胶复合材料，该橡胶复合材料由内而外分别为密封层、充气层和包覆层，三层材料分别成型后通过粘合剂粘附在一起获得该橡胶复合材料；其工作原理是，将橡胶复合材料包覆在泄漏的管线处，通过连接气管对复合材料中充气层充气加压，充气层将压カ传递给密封层实施密封堵漏，由于包覆层和充气层的外层为夹布结构，充气时夹布结构的耐受压力的效果高于内层橡胶，可以限制向外膨胀，进而保证充气层的压力向密封层有效传递，包覆层在缠绕多层后，自行粘结在一起，可阻止充气层充气后可能发生的解脱。其中所述的密封层为原料橡胶与主要由炭黑和硫化剂组成的配合体系进行混炼，然后通过模压硫化成型的橡胶材料，密封层的一面为平面，另一面有半圆形格子状分布的突起条纹和搭接结构；其中所采用的炭黑和硫化剂等均采用现有技术，具体的原料配比为原料橡胶炭黑硫化剤=100 40-70 2-5，具体的混炼及模压硫化可采用“王永刚，李超芹，炭黑填充丁基橡胶动态力学性能研究，世界橡胶エ业，2010，Vol. 37 No. 10 :10 14，”文献中介绍了橡胶的混炼和及模压硫化方法，下述充气层的模压硫化技术中，原料配比及具体的混炼及模压硫化技术均可按上述记载进行，其中密封层和充气层制备过程中采用的的硫化剂均为DCP，也就是过氧化ニ异丙苯。其中，在密封层包覆于管道表面时平面的ー侧直接接触管道，密封层另ー侧的表面分布有半圆形格子状分布的突起条纹，密封层的两端设计有搭接结构，楔形的搭接部分重叠在一起，不会因为搭接导致厚度不均或出现空隙，密封层表面的突起的半圆形格子状分布的条纹在实施密封时，可将被密封面分割成多个密封単元，在充气层的压カ下，半圆形 的突起发生压缩变形，产生更大的密封力。同时这种突起条纹对于管线不平整的表面具有更好的适应性和密封性。所述的充气层为具有中空结构的橡胶材料，并设置有充气气嘴，气嘴与中空的腔体相通，充气层两端设有搭接结构，；其具体制备方法为首先将原料橡胶与主要由炭黑和硫化剂组成的配合体系进行混炼，混炼后在开炼机上成型2-3m厚的混炼胶片，在模压硫化成型时，先将ー层混炼胶片平铺在模具中，然后将用于成型中空腔体的玻璃纸平铺在胶片上，然后再平铺上ー层混炼胶片，然后将涂有混炼胶的尼龙布或棉布再平铺在外层胶片上，然后模压硫化成型充气层芯棒成型，上述的涂有混炼胶的尼龙布或棉布的制备方法是将充气层混炼胶按照I : 2的比例溶于汽油或甲苯中，搅拌均匀，然后均匀涂覆在尼龙布或棉布上，晾干即可使用。所述的包覆层，由尼龙布或棉布和水中自粘性橡胶复合而成，具体方法为将混炼好的自粘性橡胶按照I : 2的重量比例溶解于汽油或甲苯中，然后涂覆在尼龙布或棉布的两面，晾干后即可获得。其中包覆层中所采用的自粘性橡胶为原料橡胶与水中自粘性树脂和炭黑的配合体系组成的混炼胶，具体制备方法为将100份橡胶与50份炭黑在开炼机上混炼均匀，然后加入水中自粘性树脂10-50份，反复混炼至均匀即可；而所采用的水中自粘性树脂指甲基纤维素、羧甲基纤维素、こ基纤维素、苄基纤维素、羟こ基纤维素、羟丙基甲基纤维素等纤维素制成的具有醚结构的高分子化合物，这种树脂具有极好的吸水性和自粘性，遇水后可析出到橡胶表面，进行缠绕包覆时，可将两层紧密粘合在一起，而且在受到充气层的压カ吋，粘合更为紧密。上述的各层中所述的密封层厚度为2-10mm，所采用的成型后的橡胶，其邵氏硬度在30_50度，拉伸强度彡5MPa，扯断伸长率彡300%，压缩永久变形彡20% ；所述的充气层所采用的成型后的橡胶，其邵氏硬度在50-80度，拉伸强度彡lOMPa，扯断伸长率彡300% ；所述的包覆层厚度为0. 2-lmm,呈条状，宽度与密封层和充气层相同，长度为所包覆管道周长的3-4倍，这样就可以方便进行包覆作业。各层之间采用的粘合剂为溶剂型粘合剤，选自氯丁橡胶粘合剂或SBS粘合剂，具体粘合方法是将粘合剂均匀涂余密封层的平表面、充气层的上下表面以及包覆层的ー个表面(包覆层只在一端涂与充气层相同的面积)，待溶剂挥发一定程度后，从下到上按照密封层、充气层、包覆层进行粘结，压实，完全粘接后可得所需的泄漏封堵用橡胶复合材料。所述密封层和充气层的原料橡胶选自丁腈橡胶或氯丁橡胶或天然橡胶或こ丙橡胶；最佳的，所述密封层的原料橡胶选自耐油性较好的丁腈橡胶，这样就可以更加适合于原油泄漏管道外壁；所述充气层的原料橡胶选自耐海水性能较好的こ丙橡胶，提高对海水及周边环境的耐受性，提高封堵的效果。而所述包覆层中所采用的自粘性橡胶的原料橡胶选自丁腈橡胶或氯丁橡胶或天然橡胶或こ丙橡胶。其中更由于其所处的环境为水下，优选采用こ丙橡胶。上述的水下管线泄漏封堵用橡胶复合材料的使用方法为在水下将橡胶复合材料包覆ー圈，然后用包覆层进行多层缠绕包覆压实。综上所述，本发明提供了一种水下管线泄漏封堵橡胶复合材料，主要用于水下管线泄漏的封堵，尤其是海底石油管线泄漏的临时封堵，这种橡胶复合材料对于海底管线漏 洞、裂ロ以及因管线弯曲造成的破损等破坏情况能够进行有效封堵。包覆层具有水中自粘性，无需额外的固定措施。本发明在水下施工方便，对各种形态的水下管线泄漏的封堵具有很强的适应性。
图I为所述复合材料中密封层结构示意图；图2为图I中A-A剖视图；图3为图I中B-B剖视图；图4为所述复合材料中充气层结构示意图；图5为图4中A-A剖视放大图；图中，I为突起条纹，2为搭接结构，3为气嘴，4为腔体，5为橡胶层，6为涂有混炼胶的尼龙布或棉布层。
具体实施例方式下面通过具体的制备实施例和生物学试验例进ー步说明本发明，但是，应当理解为，这些实施例和试验例仅仅是用于更详细具体地说明之用，而不应理解为用于以任何形式限制本发明。实施例I密封层的制备配合体系组分配比(重量份)丁腈橡胶，100;半补强炭黒，45;氧化锌，5;硬脂酸，I ;DCP，2. 4 ;防老剂4010NA,3 ;对苯ニ甲酸ニ辛脂，12 ；制备エ艺用开炼机将丁腈橡胶塑炼5適，加入氧化锌和硬脂酸，混炼均匀后，カロ入防老剂4010NA，然后加入炭黑混炼均匀，再加入对苯ニ甲酸ニ辛脂，最后加入DCP混炼均匀，薄通三遍后，出厚度均匀的混炼胶片待用。利用压カ为50吨的平板硫化机模压硫化成型(硫化剂为DCP)，具体參数为温度160°C，压カ 2OMPa,时间 IOmin0密封层的表面半圆形格子状分布的突起条纹由模具成型，两端楔形的搭接结构由模具成型，所述模具采用现有技术制备。所获得的密封层橡胶材料的性能为厚度为6mm，邵氏硬度在45度，拉伸强度
7.5MPa，扯断伸长率360%，压缩永久变形17. 50%。实施例2充气层的制备配合体系组分配比(重量份)三元こ丙橡胶，100 ;半补强炭黒，70 ;氧化锌，5 ;硬脂酸，I ;DCP，4 ;石蜡油，I ；制备エ艺用开炼机将三元こ丙橡胶塑炼5適，加入氧化锌和硬脂酸，混炼均匀后，加入炭黑混炼均匀，再加入石蜡油，最后加入DCP混炼均匀，薄通三遍后，出厚度均匀的混炼胶片待用。利用压カ为50吨的平板硫化机模压硫化成型(硫化剂为DCP)，具体參数为温度160°C，压カ15MPa，时间15min。在模压硫化成型时，先将ー层混炼胶片平铺在模具中，然后将用于成型中空腔体的玻璃纸平铺在胶片上，然后再平铺上ー层混炼胶片，然后将涂有混炼胶的尼龙布或棉布再平铺在外层胶片上，模压硫化成型充气层。充气气嘴通道由与玻璃纸相连的芯棒成型。其中所述的涂有混炼胶的尼龙布或棉布的制备方法是将充气层混炼胶按照I 2的比例溶于汽油或甲苯中，搅拌均勻，然后均匀涂覆在尼龙布或棉布上，晾干即可。所获得的充气层成型后的橡胶材料的性能为邵氏硬度在70度，拉伸强度12MPa，扯断伸长率彡260%。实施例3包覆层的制备配合体系组分配比(重量份)三元こ丙橡胶，100 ;半补强炭黒，50 ;氧化锌，5 ;硬脂酸，I ;石蜡油，I ;羟丙基纤维素，30 ；制备エ艺用开炼机将三元こ丙橡胶塑炼5適，加入氧化锌和硬脂酸，混炼均匀后，加入半补强炭黑混炼均匀，再加入石蜡油，最后加入羟丙基纤维素混炼均匀，薄通三遍后，出厚度均匀的混炼胶片。将混炼胶片照I : 2比例溶解于汽油中，然后均匀涂覆在尼龙布的两面，晾干后即可获得。其中所述混炼技术为现有技木。所获得的包覆层厚度为0.2-lmm，呈条状，为了方便施工，一般将其制成宽度为
0.2米至2米，长度为0. 3米至5米不等的长条，这样就可以方便进行包覆作业。实施例4橡胶复合材料的制备将密封层、充气层和包覆层利用氯丁橡胶粘合剂粘结在一起获得该橡胶复合材料。具体粘合方法是将粘合剂均匀涂余密封层的平表面、充气层的上下表面以及包覆层的ー个表面，包覆层只在一端涂与充气层相同的面积，待溶剂挥发一定程度后，从下到上按照密封层、充气层、包覆层进行粘结，压实，完全粘接后可得所需的泄漏封堵用橡胶复合材料。包覆层未粘接长出的部分卷曲在一起即可。、实施例5橡胶复合材料的应用水下施工过程中，将橡胶复合材料的中心位置对准管道的破裂处，包覆管道一圏，然后用较长的包覆层用カ缠绕3-4圏，缠绕结束后用カ压紧包覆层，使用包覆层各层之间粘合在一起。然后，利用水面船只上的充气设备为充气层充气，充气层中空气压カ超过管道泄露压カ时，停止充气，此时，橡胶复合材料已对管道破裂处实施了密封。
实施例6发明人采用本发明橡胶复合材料对海底输油管线10米深处的泄露点进行了封堵试验，泄露点为管线上因腐蚀造成的不规则形状，管道内压カ为0. 35MPa，潜水员在水下实施包覆后，利用水面船只上的空气压缩机充气，充气压カ达到0. 45MPa时，泄露点已被完全封堵，保持72小时后，封堵效果依然良好，未发现有油溢出。
权利要求
1.一种水下管线泄漏封堵用橡胶复合材料，其特征在于，所述的橡胶复合材料由内而外分别为密封层、充气层和包覆层，三层材料分别成型后通过粘合剂粘附在一起获得该橡胶复合材料； 其中所述的密封层为原料橡胶与主要由炭黑和硫化剂组成的配合体系进行混炼，然后通过模压硫化成型的橡胶材料，密封层的一面为平面，另一面有半圆形格子状分布的突起条纹和搭接结构； 所述的充气层为具有中空结构的橡胶材料，并设置有充气气嘴，气嘴与中空的腔体相通，充气层两端设有搭接结构，；其具体制备方法为首先将原料橡胶与主要由炭黑和硫化剂组成的配合体系进行混炼，混炼后在开炼机上成型2-3m厚的混炼胶片，在模压硫化成型时，先将ー层混炼胶片平铺在模具中，然后将用于成型中空腔体的玻璃纸平铺在胶片上，然后再平铺上ー层混炼胶片，然后将涂有混炼胶的尼龙布或棉布再平铺在外层胶片上，然后模压硫化成型充气层芯棒成型； 所述的包覆层，由尼龙布或棉布和水中自粘性橡胶复合而成，具体方法为将混炼好的自粘性橡胶按照重量比I : 2溶解于汽油或甲苯中，然后涂覆在尼龙布或棉布的两面，晾干后即可获得。
2.根据权利要求I所述的橡胶复合材料，其特征在于 所述的密封层厚度为2-10mm，所采用的成型后的橡胶，其邵氏硬度在30-50度，拉伸强度彡5MPa，扯断伸长率彡300%，压缩永久变形彡20% ； 所述的充气层所采用的成型后的橡胶，其邵氏硬度在50-80度，拉伸强度> lOMPa，扯断伸长率彡300% ； 所述的包覆层厚度为0. 2-lmm，呈条状，宽度与密封层和充气层相同，长度为所包覆管道周长的3-4倍。
3.根据权利要求I所述的橡胶复合材料，其特征在于包覆层中所采用的自粘性橡胶为原料橡胶与水中自粘性树脂和炭黑的配合体系组成的混炼胶，具体制备方法为将100份橡胶与50-70份炭黑在开炼机上混炼均匀，然后加入水中自粘性树脂10-50份，反复混炼至均匀即可。
4.根据权利要求3所述的橡胶复合材料，其特征在于所述的水中自粘性树脂为甲基纤维素、羧甲基纤维素、こ基纤维素、苄基纤维素、羟こ基纤维素、羟丙基甲基纤维素中的一种或多种。
5.根据权利要求I所述的橡胶复合材料，其特征在于所述的粘合剂为溶剂型粘合剤，选自氯丁橡胶粘合剂或SBS粘合剤。
6.根据权利要求I所述的橡胶复合材料，其特征在于所述密封层和充气层的原料橡胶选自丁腈橡胶或氯丁橡胶或天然橡胶或こ丙橡胶。
7.根据权利要求I或6所述的橡胶复合材料，其特征在于所述密封层的原料橡胶选自丁腈橡胶；所述充气层的原料橡胶选自こ丙橡胶。
8.根据权利要求3所述的橡胶复合材料，其特征在于所述自粘性橡胶的原料橡胶选自丁腈橡胶或氯丁橡胶或天然橡胶或こ丙橡胶。
9.根据权利要求8所述的橡胶复合材料，其特征在干所述自粘性橡胶的原料橡胶选自こ丙橡胶。
10.权利要求I所述的水下管线泄漏封堵用橡胶复合材料的使用方法为在水下将橡胶复合材料包覆ー圈，然后用包覆层进行多层缠绕包覆压实。
全文摘要
本发明涉及复合材料领域，尤其提供了一种水下管线泄漏封堵橡胶复合材料，主要用于水下管线泄漏的封堵，尤其是海底石油管线泄漏的临时封堵，这种橡胶复合材料对于海底管线漏洞、裂口以及因管线弯曲造成的破损等破坏情况能够进行有效封堵。复合材料由密封层、充气层和包覆层组成，通过对充气层充气对密封层产生压力，由密封层实施密封，包覆层则可有效阻止充气时的向外膨胀，包覆层具有水中自粘性，无需额外的固定措施。本发明在水下施工方便，对各种形态的水下管线泄漏的封堵具有很强的适应性。
文档编号F16L55/168GK102644829SQ201210096939
公开日2012年8月22日 申请日期2012年4月5日 优先权日2012年4月5日
发明者冯春健, 刘锦昆, 吴敏, 崔书杰, 徐志刚, 朱长晟, 李超芹, 蒋习民, 赵益民, 陈同彦 申请人:中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司海洋采油厂, 胜利油田胜利勘察设计研究院有限公司, 青岛科技大学