專利名稱：：管道聚乙烯防腐層等離子表面處理裝置的制作方法
技術領域：
：本實用新型是適用于鋼質管道聚乙烯防腐層修補、修復和現場補口的管道聚乙烯(2PE、3PE)防腐層等離子表面極化處理裝置，涉及塑料的成型或連結、金屬材料的一般防蝕或防銹和管道系統
技術領域：
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背景技術：
：目前，聚乙烯(2PE、3PE)防腐層管道在我國應用很廣泛。由于PE材料的非極性，PE涂層與其它材料很難粘結牢固，因此聚乙烯防腐管道補口成為整個防腐體系的薄弱環節。另外，PE防腐層一旦發生損傷，其修復也面臨同樣的問題。早在1986年,管道科學研究院就開始研究PE夾克管體內表面電暈處理裝置，PE管道內表面整體電暈處理技術已經成熟并得以應用。2007年授權的管道科學研究院的"管道聚乙烯防腐層電暈處理裝置"專利(ZL200620120264.1)，在一定程度上解決了管道聚乙烯防腐層修補、修復和現場補口的問題。但該設備在實際應用中，存在問題有一是電暈放電釆用金屬電極，容易對鋼管過早放電；二是金屬電極為電弧放電，電弧放電因溫度較高有可能使PE涂層碳化，從而降低處理效果；三是盲區大。
實用新型內容本實用新型的目的是利用等離子放電極化原理，設計一種結構簡單、極化處理均勻、高效、穩定的處理改性效果的鋼管聚乙烯外防腐層補傷、補口用管道聚乙烯防腐層等離子表面處理裝置。為了消除極化處理存在問題，通過釆用先進的等離子極化處理技術來實現管道PE外防腐層均勻極化處理效果。鋼質管道PE外防腐層等離子極化處理技術在國內還沒有實現。本實用新型解決這個問題的技術方案是氣體在高電磁能作用下，變成高能粒子。高能粒子(電子、正離子、負離子)撞擊PE表面可使PE表面發生化學結構變化，改變PE極性，從而實現對PE防腐層表面進行極化處理作用。本等離子表面處理裝置的電路構成如圖1和圖2所示。它由橋式整流電路、電容濾波電路、逆變電路、高頻耦合變壓器、高頻高壓變壓器、電極組成。"0V交流電依次經整流電路、濾波電路、逆變電路、高頻耦合變壓器、高頻高壓變壓器接至電極。220V交流電經整流電路、電容濾波電路后成直流,再經逆變電路變為高頻交流，后由高頻耦合變壓器、高頻高壓變壓器變為高頻高壓交流電，達到極化的要求。按上述電路組成，其裝置(見圖3)分為電源、高頻變壓器13、等離子處理電極7、地線磁吸ll四部分。電源部分包括整流電路、濾波電路、逆變電路、高頻耦合變壓及電源輸入接插件l、220V交流電源開關2、等離子手柄接插件3、等離子功率調節旋鈕5、輸出指示6、地線接線柱8、主機提手10;將整流電路、濾波電路、逆變電路、高頻耦合變壓安裝在機箱內,再在機箱上按裝電源輸入接插件l、220V交流電源開關2、等離子手柄接插件3、等離子功率調節旋鈕5、輸出指示6、地線接線柱8、主機提手10;高頻變壓器部分包括高頻高壓變壓器13及等離子輸出控制開關4、手柄9;同樣,將高頻變壓器13安裝在另一機箱內，再在機箱上安裝等離子輸出控制開關4、手柄9;高頻變壓器13機箱外有接線柱接等離子處理電極7,電源機箱外的地線接線柱8接地線磁吸11。將電源和高頻變壓器分別安裝在兩個機箱內，是為了減輕單體的重量,便于移動。其中逆變電路選IGBT模塊；等離子處理電極7選用陶瓷阻擋介質電極，有巿銷產品可選擇；接地的地線磁吸11加有地線磁吸磁靴12，有巿銷產品可選擇,這是為了接地良好；在等離子處理電極7與地線磁吸11之間加的是高頻高壓，頻率為40-lOOKHz，電壓為8-12KV,電流0-0.25A。在使用時，先接好電源饋線,安裝好放電電極，開啟極化處理裝置電源，使極化處理電極緊貼于試件的PE表面上，設定極化處理參數并進行極化處理操作，沿PE表面平穩移動電極，處理一遍。極化處理完成后切斷電源。可將裝置移置下一位置，此處可進行下一步的噴涂作業。等離子處理機理處于真空狀態下的氣體在高電磁能作用下，變成高能電子，如它的能量大于氣體原子或分子的激發能時，可使與其相碰撞的氣體原子和分子產生激發原子、激發分子、自由基、離子及輻射線。這些高能粒子(電子、正離子、負離子)撞擊PE表面可使其表面發生物理、化學變化。其具體作用如下a)高能粒子的撞擊作用使PE表面發生化學結構變化而實現改性；PE材質中的C=C鍵能為6.2eV，C二H鍵能為3.5eV，而撞擊PE表面的高能粒子的能量高達1000eV以上；PE表層受到如此高能粒子撞擊后，C=C、C二H鍵被打斷而釋放出氫氣，從而改變了PE表層的分子結構；PE表層被撞擊的同時，溫度會升高,更有利于上述過程的進行；另外，在上述過程中，伴隨著氣體放電，會產生臭氧,臭氧會在PE表層發生氧化反應，從而形成極性基團；b)高能粒子撞擊PE表面使其變粗糙并可去除PE表面污物，也有助于提高PE表面的附著力；c)高能粒子撞擊PE表面，可使PE表層材料消融和蝕刻，從而可消除PE弱邊界層。等離子技術用于高分子材料改性具有以下特點；a)反應溫度低，可避免損傷PE(PP)表面；b)對被處理材料最終表面化學結構和物質具有可控性，因此處理效率高；c)可顯著地提高PE(PP)表面能，從而提供更潤濕的表面；d)等離子表面處理僅限于被處理表面很淺的深度，不會影響材料的本體性質，可實現表面功能化；e)可保持被處理材料表面長期的潤濕性，穩定性，減少表面分子降解和親水退化效應；f)等離子技術可對高分子材料實現等離子體聚合、接枝和表面改性。可見，本實用新型充分發揮等離子技術用于高分子材料改性的特點，極化處理均勻、高效、穩定、改性效果好，處理效率高，且結構簡單，操作方便，實用。圖1管道PE防腐層等離子極化處理裝置原理框圖圖2管道PE防腐層等離子極化處理裝置電原理圖圖3管道PE防腐層等離子極化處理裝置構成示意圖其中l一電源輸入接插件2—220V交流電源開關3—等離子手柄接插件4一等離子輸出控制開關5—等離子功率調節旋鈕6—電源饋線7—等離子處理電極9一手柄ll一地線磁吸8—地線接線柱IO—主機提手12—地線磁吸磁靴13-高頻變壓器具體實施方式實施例以本實施例說明本實用新型的具體實施方式。本例是用于(J)610mm管道聚乙烯外防腐層補口的工業實驗樣機一GD800P極化處理機，其電原理如圖2所示，裝置構成如圖3所示。它由橋式整流電路、電容濾波電路、逆變電路、高頻耦合變壓器、高頻高壓變壓器、電極組成。將整流電路、濾波電路、逆變電路、高頻耦合變壓器安裝在機箱內，再在機箱上按裝電源輸入接插件l、220V交流電源開關2、等離子手柄接插件3、等離子功率調節旋鈕5、輸出指示6、地線接線柱8、主機提手10;同樣，將高頻變壓器13安裝在另一機箱內，再在機箱上安裝等離子輸出控制開關4、手柄9;高頻變壓器13機箱外有接線柱接等離子處理電極7，電源機箱外的地線接線柱8接地線磁吸11。整流電路選用可控硅橋式整流電路，并在220V交流輸入端并聯一1KQ功率調節電位器；電容濾波電路的電容為lOOiaF;逆變電路如圖2，其中-L、-Li、-L2為150mH,C2、C3為100jaF，逆變電路選IRG4PC40W900V/20AIGBT模塊；高頻耦合變壓器和高頻變壓器自制。等離子處理電極7選AT25型號電工陶瓷管。GD800P極化處理機要使PE極化處理達到48-60dyn/cm表面張力的極化處理參數為電源輸出電流1.0-1.2A,低溫-20。C條件時為1.4-1.6A;電源輸出電壓8KV;極化處理速度(電極移動速度)0.6m/min左右；極化處理遍數1。本例GD800P極化處理機進行管道聚乙烯外防腐層補口的技術參數如下表表1GD800P處理機技術指標<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>在使用時,先接好電源饋線，安裝好所選放電電極，將電極裝置套在補口近處已有PE防腐層的管道上調整好位置，然后扣合。在加電中，適當轉動電極骨架，將各套放電電極之間的空隙也予以極化。到達預先確定的處理時間后，切斷電源，極化處理完成。可將裝置移置下一位置，此處可進行下一步的噴涂業。一般來說，PE表面所接收的極化能量密度是決定極化處理效果的關鍵因素。能量密度太小，達不到處理效果，且效率低；能量密度過大，又會引發PE分子鏈斷裂，從而形成小分子物質，并在PE表面堆積顆粒，形成弱邊界層，反而造成PE表面粘結能力下降。能量密度大小又與極化處理電源輸出電壓、電流和處理時間等參數有關。以PE極化處理后與補口涂料粘結達到要求的強度作為極化處理效果的終極檢驗尺度，在保證PE表面極化處理后與補口材料達到規定的粘結強度前提下,進行極化參數調整試驗，最后選出最佳極化處理參數。當PE涂層材料的碳黑含量為2%~2.4%，PE涂層厚度在2-4mm時，其最佳極化處理參數可根據PE表面張力(F)、PE與補口涂料的粘結力(P)及視在能力密度(5)的關系來確定。PE表面附著力F值隨K值增加而增加，但當K值增大到一定數值后，F隨K值增加的趨勢變緩。PE極化處理后與TPUA涂料相對附著力N值開始段隨著K值增大而增大，但當K值增大到一定值后，N反而下降。當N值接近1(即附著力接近最大)時，K二O.8-1.6。當K=0,8-1.6時,PE表面張力為48-60dyn/cm。相對附著力N與表面張力F關系PE與TPUA涂料的附著力隨PE極化處理的表面張力增大而增加，當PE表面張力達到60dyn/cm左右時，其附著力接近最大值。PE表面張力〉60dyn/cm后，其附著力反而下降。這說明，對PE表面極化處理時并非達到的表面張力越大越好。根據上述F-K、N-K、N-F關系得出，要使PE與TPUA涂料的附著力接近最大值，PE表面極化處理的表面張力應在48-60dyn/cm范圍內。可以此表面張力調試極化裝置的工作參數。試驗表明使PE表面張力達到48-60dyn/cm,不同形式的極化裝置會有不同的工作參數。本例用3PE試件表面極化處理后噴涂補口材料進行性能測試。從附著力測試的結果看(見表2)，效果較為理想，完全滿足管道聚乙烯防腐層的標準要求。表2補口材料噴涂試驗檢測數據<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>本工業實驗樣機曾在蘭州一銀川輸氣管道現場進行過管線現場施工應用,并經測試，證明結構簡單，輕便，組裝容易、方便，補口質量符合要求，特別是對管端補口的質量同樣符合要求。權利要求1.一種管道聚乙烯防腐層等離子表面處理裝置，其特征是它由橋式整流電路、電容濾波電路、逆變電路、高頻耦合變壓器、高頻高壓變壓器、電極組成；220V交流電依次經整流電路、濾波電路、逆變電路、高頻耦合變壓器、高頻高壓變壓器接至電極。2.根據權利要求1所述的管道聚乙烯防腐層等離子表面處理裝置，其特征是所述逆變電路選IGBT模塊電路。3.根據權利要求1所述的管道聚乙烯防腐層等離子表面處理裝置,其特征是所述電極選用陶瓷阻擋介質電極。4.根據權利要求1所述的管道聚乙烯防腐層等離子表面處理裝置，其特征是所述接地采用地線磁吸(11)和地線磁吸磁靴(12)結構。5.根據權利要求1所述的管道聚乙烯防腐層等離子表面處理裝置,其特征是在電極與地線之間加的電壓為高頻高壓，頻率為40-100KHz，電壓為8-12KV，電流0-0.25A。專利摘要本實用新型是適用于鋼質管道聚乙烯防腐層修補、修復和現場補口的管道聚乙烯(2PE、3PE)防腐層等離子表面極化處理裝置，涉及塑料的成型或連結、金屬材料的一般防蝕或防銹和管道系統
技術領域：
。它由橋式整流電路、電容濾波電路、逆變電路、高頻耦合變壓器、高頻高壓變壓器、電極組成；220V交流電依次經整流電路、濾波電路、逆變電路、高頻耦合變壓器、高頻高壓變壓器接至由等離子處理電極(7)和地線磁吸(11)組成的電極。本實用新型極化處理均勻、高效、穩定、改性效果好，處理效率高，且結構簡單，操作方便，實用。文檔編號H05H1/46GK201243403SQ200820079680公開日2009年5月20日申請日期2008年3月31日優先權日2008年3月31日發明者何金昆,號周,晶孫,岳莎莎,楊天冰,白世武,瑞蘇,薛振奎,袁欣然,詹春秋,河黃申請人:中國石油天然氣管道局;中國石油天然氣管道科學研究院