2.4. Покрытия из напиленного и экструдированного полиэтилена

Для полиэтиленовых покрытий применяют как порошкообразный, так и гранулированный полиэтилен. Порошкообразный полиэтилен наносят на трубы методом напыления, а гранулированный - методом экструзии. Полиэтиленовые покрытия, наносимые в заводских и базовых условиях, должны соответствовать следующим основным техническим требованиям:

Основные требования к полиэтиленовым покрытиям, наносимыми в заводских и базовых условиях:

Диэлектрическая сплошность при напряжении, кВ	5 на 1 мм толщины (+ 5 кВ)
Адгезия к стальной поверхности, Н/см, не менее	35,0
Прочность при ударе (на 1 см толщины покрытия), Дж, не менее	5,0
Переходное электросопротивление, Омм2, не менее: после нанесения защитных покрытий на законченных строительством и засыпанных участках сооружений	1,0  108 1,0  105
Максимальная температура эксплуатации (температура транспортируемого продукта), 0С	60

Напыление полиэтилена

В качестве исходного материала для получения покрытий используется порошкообразный полиэтилен низкого давления (высокой плотности), выпускаемый по ГОСТ 16338-77 и являющийся продуктом полимеризации этилена при низком давлении на комплексных металлоорганических катализаторах.

Для изоляции труб применяется порошкообразный полиэтилен в виде композиций с термо- и автостабилизаторами. Эти композиции обладают стойкостью к термо- и фотоокислительному старению.

В качестве термостабилизатора в композицию полиэтилена вводят диафен в количестве 0,1% или 0,3% сантакокса и 0,1% стеарата кальция.

Светостабилизатором является углерод технический (сажа), вводимый в композицию в количестве 0,5%.

Электрические показатели композиций порошкообразного полиэтилена:

Удельное поверхностное электрическое сопротивление, Ом	1  1014
Удельное объемное электрическое сопротивление, Омм	1  1016 - 1  1017
Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 1010 Гц	0,0002 – 0,0005
Диэлектрическая проницаемость при частоте 1010 Гц	2,32 – 2,36

Технология изоляции труб порошкообразным полиэтиленом заключается в следующем. Трубы, предназначенные для изоляции, проходят через печь сушки, где с их поверхности удаляется влага, снег, иней и наледь, и поступают в трубоочистную машину. С поверхности металла труб удаляют все жировые загрязнения, пыль, ржавчину и окалину. Очищенная труба по рольгангу поступает в газопламенную печь, где ее поверхность нагревается до 230 – 250⁰С в зависимости от толщины стенки трубы и свойств применяемой полиэтиленовой композиции. Далее нагретую трубу захватывают специальным устройством и помещают над ванной напыления, в которую поступает из бункера по шнековым транспортерам порошкообразный полиэтилен. Труба располагается над поверхностью порошка, приводимого с помощью вращающихся роторов в псевдоожиженное состояние. Частицы порошкообразного полиэтилена в псевдоожиженном слое приобретают отрицательный заряд и под действием сил электрического поля при напряжении 60 кВ, а также воздушных потоков осаждаются на нагретой положительно загрязненной поверхности вращающейся трубы, прилипают к ней, плавятся и образуют непрерывную хорошо адгезированную к металлу полимерную пленку. В процессе оплавления пленки из полиэтилена низкого давления она уплотняется с помощью прикатывающих валиков, покрытых специальной резиной.

Далее трубу со сформированным покрытием погружают в ванну с холодной водой, где температура на поверхности наружного слоя изоляции понижается до + 70 – 60⁰С, и затем по рольгангу с обрезиненными роликами передается на участок контроля качества покрытия.

Особенность процесса изоляции труб порошкообразным полиэтиленом заключается в том, что не требуется нанесения на поверхность металла подклеивающего слоя (адгезива). Здесь роль подклеивающего слоя выполняет слой порошка, непосредственно, прилегающий к поверхности трубы, так как разрушение первичной структуры и формирование новой происходит непосредственно на металле. Температура формирования слоя, прилегающего к поверхности трубы, выше, чем температура остальных слоев. В связи с этим уменьшается молекулярная масса полиэтилена, снижается вязкость расплава, что способствует быстрому росту адгезии вследствие ускорения микрореологических процессов и увеличения скорости фактических контактов.

Экструзионно-намоточный способ нанесения покрытия

При использовании для изоляции труб композиций гранулированного полиэтилена применяют экструзионно-намоточный способ и способ непрерывной экструзии «чулком». Для труб диаметром более 600 мм пригоден первый способ, а для труб меньшего диаметра - способ непрерывной экструзии «чулком».

При экструзии используют гранулированный полиэтилен высокого и низкого давления и его сополимеры. При этом в конструкции покрытия обязательно предусматривается подклеивающий слой (адгезив). В качестве адгезива могут применяться сополимеры этилена с эфирами акриловой кислоты, сополимер этилена с винилацетатом (жесткие адгезивы), а также композиции на основе бутилкаучука (мягкий адгезив).

Для нанесения основного слоя покрытия может быть использован термо-светостабилизированный полиэтилен высокого давления (низкой плотности).

Электрические показатели композиций полиэтилена высокого давления:

Удельное объемное электрическое сопротивление, Омсм	1 × 1016 – 1 × 1017
Удельное поверхностное электрическое сопротивление, Ом	1015
Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 1010 Гц	0,0002 – 0,0005
Диэлектрическая проницаемость при частоте 1010 Гц	2,25 – 2,31

Для особо стойкой противокоррозионной защиты наносится трехслойное покрытие. В качестве первого слоя наносится слой эпоксидной смолы. В качестве второго слоя, методом экструзии, наносится полиэтилен, который соединяется со слоем эпоксидной смолы при помощи специального клея. Этот материал может применяться при рабочих температурах до 80⁰С и наружной температуре до – 40⁰С.

Преимуществом многослойного покрытия является то, что оно не сдвигается на поверхности стали, что имеет существенное значение для эксплуатируемых трубопроводов или для трубопроводов, еще не засыпанных землей, и позволяет нанести на область кольцевых швов высококачественное покрытие, особенно при высоких колебаниях температуры.

Наряду с вышеперечисленными преимуществами отмечается так же высокая противоударная прочность, прочность на сжатие и отслаивание. Опыт строителей трубопроводов свидетельствует о том, что высокая сопротивляемость ПЭ - покрытий почти полностью исключает механические повреждения во время транспортировки, хранения и укладки, при условии соответствующего отношения к ним.

В табл. 2.1 приводятся предъявляемые требования и виды контроля, которым подлежит заводское покрытие.

Таблица 2.1