摘要:内衬玻璃钢修复管道的目的就在于获得钢塑复合管，即钢管和玻璃钢管二者粘接起来成为一个整体，只有这样才能终止钢管腐蚀；只有这样才能恢复钢管强度。
　　钢塑复合是本研究课题核心技术的重要组成部分，然而钢塑复合创新成果是在粘接理论指导下完成的。因此，本文记述了按照粘接理论指出的原则从事科研实践的过程。
关键词胶粘剂 被粘接物 粘接力 钢塑复合

1　前　言

　　大庆油田工程建设有限公司自主研发的“埋地管道不开挖内翻衬玻璃钢修复技术”于2011年4月27日通过了石油和化学工业联合会在北京组织召开的科技成果鉴定会。鉴定结论是：“该技术取得的技术创新成果拥有自主知识产权，整体技术达到国内水平，其中小口径管道内翻衬核心技术达到国际先进水平并填补国内空白，应用前景广阔。”

2　翻转法内衬玻璃钢修复管道的原理

　　将带有防渗透层并浸透胶粘剂的纤维增强软管作为衬管材料，将被修管道作为内衬管的翻衬通道和成型模板，用水压(或气压)将软管翻转并送入管道内，使软管的浸胶层朝外贴于管道内壁，防渗透层朝里成为新管道的内壁表面，用加热(或室温)固化法使衬管的胶粘剂固化与原管道构成钢塑复合管，原管道起围护支撑作用，衬里层起防腐作用。
　　简而言之，就是通过胶粘剂把被修管段和玻璃钢管复合成一个整体。此时，玻璃钢管起两个作用，一是将原本处在腐蚀性介质中的钢管与腐蚀性介质隔开，使钢管不再受介质腐蚀；二是对钢管因腐蚀而损坏部位进行修补和加强，使管道的强度得到恢复，达到可以继续使用的目的。

3　粘接机理

　　把两种固体材料表面连接在一起的媒介物质统称胶粘剂。通过胶粘剂的粘接力使两个固体表面连接的方法叫粘接，被粘接的固体材料叫被粘物。
　　粘接力是胶粘剂与被粘物表面之间通过界面相互吸引和连接的力。粘接力的产生不仅取决于胶粘剂和被粘物表面结构与状态，而且和粘接过程的工艺条件密切相关。
3.1　粘接力的构成
　　粘接力来源于以下几个方面：
3.1.1　化学键力
　　化学键力又称主价键力，存在于原子(或离子)之间。化学键力包括离子键力，共价键力和金属键力。
　　(1)离子键力是带正电荷的正离子和带负电荷的负离子之间的相互吸引力。离子键力与正负离子所带电荷的乘积成正比，与正负离子之间的距离平方成反比。
　　(2)共价键力即两个原子之间通过共用电子对连接的作用力。共价键能等于共价键力与形成共价键的两原子间距离的乘积。
　　(3)金属键力是金属正离子之问由于电子的自由运动而产生的连接力。
3.1.2　分子间的作用力
　　分子间的作用力又称次价键力。分子问的作用力包括取向力，诱导力，色散力，统称范德华力，另外还有氢键力等等。
　　(1)取向力即极性分子永久偶极之间产生的引力。取向力与分子的偶极矩的平方成正比，与两分子距离的六次方成反比。
　　(2)诱导力是指分子固有偶极和诱导偶极间的静电引力。诱导力与极性分子偶极矩的平方成正比，与两分子间距离的六次方成反比。
　　(3)色散力是分子色散作用产生的引力。色散力与分子间距离的六次方成反比。
　　可见，取向力、诱导力和色散力的共同点是随分子距离增大而急剧下降。上述力的有效距离小于10A。
3.1.3　界面静电引力
　　当金属与非金属材料(比如高分子胶粘剂)紧密接触时，由于金属对电子的亲和力低，容易失去电子，而非金属对电子亲和力强，容易得到电子，故电子可从金属移向非金属，使界面两侧产生接触电势，并形成双电层产生静电引力。一切具有电子供给体和电子接收体性质的两种物质接触时，都可能产生界面静电引力。
3.1.4　机械作用力
　　胶粘剂充满被粘物质表面的缝隙和凸凹之处，固化后在界面区产生啮合力。其中有嵌合力、钩合力、锚合力、钉合力以及根合力等等(参见图1)。在粘合多孔材料、布、织物及纸张时，机械作用力是很重要的。

3.2　粘接的基本条件
　　任何两种物质的分子(或原子)互相靠近时，由于化学键力或次价键力的作用，使两分子产生吸附引力。这种吸附引力产生的条件是分子或原子之间必须充分靠近，即它们的相互距离必须处于引力场的范围内。一般说，引力场作用范围内不超过10A，能产生强吸引力的范围为3~5 A。

4　设计粘接结构应着重考虑的几个因素

4.1　胶粘剂
　　在粘剂过程中胶粘剂必须易于流动，通过流动为分子接触提高机会，从这个角度来说胶粘剂粘度低些比较好。在实际工艺上又要求胶粘剂有较高的初始粘接力和终的内聚力，也就是说既要考虑施工的方便性，又要考虑终的粘接强度。
4.2　被粘接物
　　为使被粘接物与胶粘剂分子充分靠近，被粘接物表面必须清洁。胶粘剂和被粘接物表面之间必须处于湿润状态，即胶粘剂能够自动地在被粘接物表面充分散开。
4.3　粘接工艺
　　在实施粘接过程中必须保证胶粘剂分子和被粘接物分子充分靠近。

5　粘接技术在翻衬玻璃钢修复管道上的应用

5.1　材料研究
　　玻璃钢防腐衬里是以合成聚酯为粘接剂，化学纤维及其制品为增强材料制成的复合材料。
5.1.1　胶粘剂
　　在研究胶粘剂时，我们一方面考虑修复管道的实际需要，另一方面考虑粘接工艺要求，因此我们认为胶粘剂应具有无溶剂、低粘度，较高终内聚力；与钢管接近的线胀系数，并能在室温和潮湿环境下自然固化为特点的合成树脂。
　　据此，我们在环氧树脂基础上进行改性研究，研制成了混合型胶粘剂。该胶粘剂集环氧树脂、聚氨酯和不饱和树脂优点于一身，适用于管道修复的特种“乙烯基酯树脂。”
5.1.2　玻璃钢软管
　　玻璃钢软管由机编无缝管坯和外敷防渗透层组成。管坯采用与“乙烯基酯”胶粘剂亲和性好的涤纶纤维采用单线斜纹编织，质地柔软，带有绒毛，能够容纳足够数量的胶黏剂。由于纤维经过脱蜡处理，管坯又有较强的毛细作用，增强了胶黏剂对软管的浸透性。
5.1.3　钢管内壁表面处理
　　除掉附着在管壁上的全部松动的结垢和锈蚀物，除锈质量达到St3级以上，并排除水分和油膜，而且尽量在钢管内壁表面 制造一些锚纹，提高与胶粘剂的接触面积，以便提高与玻璃钢软管的粘接力。
5.2　玻璃钢内衬里工艺研究
5.2.1　玻璃钢内衬方案的选择
　　在玻璃钢软管内衬方案上我们选择以压缩空气为推动力翻转内衬工艺。该工艺具有以下特点：一是翻衬时玻璃钢软管和钢管内壁无相对滑动，不损坏软管，特别是能将空气排出，便于胶粘剂与钢管内壁表面充分接触。二是翻衬时能自动修补钢管内因腐蚀而造成的穿孔和缺陷。
5.2.2　玻璃钢衬管固化成型
　　为了使胶粘剂和被粘物表面充分接触，我们在钢管内衬玻璃钢软管后将钢管两头封堵，然后打气压至0.5～0.8 Mpa，在压力作用下胶粘剂渗透到被粘物界面区各部位和缝隙中，与被粘物充分接触，同时提高管内温度，促进胶粘剂固化。经24~48 h胶粘剂自然固化，玻璃钢管定型与钢管构成钢塑复合管，在钢管内形成连续完整的玻璃钢防腐层。

6　应用效果

　　翻衬玻璃钢管道修复技术经过三年多的技术攻关，已形成一系列的管道修复施工工艺和配套施工机具，2008年在大庆油田采油九厂龙虎泡作业区掺水管线修复施工中进行了应用，创国内次对D89mm管线一次反翻内衬玻璃钢300 m的记录,现场试验取得圆满成功。经检测玻璃钢与钢管之间剥离强度超过50 N／cm。
　　翻衬玻璃钢管道修复技术实现了低碳、环保、安全、节能、低成本的目标。具有适用管径范围广，翻转压力低．翻衬距离长，修复成本低，环境污染少．经济和社会效益高等特点，技术水平进入先进行列，居国内地位，拥有13项，其中发明5项。