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　　隨著油田集輸管道、原油長(zhǎng)輸管道和城鎮(zhèn)熱力管網(wǎng)的大力發(fā)展，由聚乙烯外護(hù)管、硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料和鋼管組成的預(yù)制直埋保溫管得到了大力推廣。該類(lèi)保溫管在減少熱損失、降低能耗方面效果顯著。預(yù)制直埋保溫管作為一種產(chǎn)品，其質(zhì)量的好壞直接影響到管網(wǎng)的運(yùn)行效果和使用壽命。硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料與聚乙烯外護(hù)管的粘接狀況，是影響預(yù)制直埋保溫管質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。

　　采用電暈處理技術(shù)對(duì)聚乙烯外護(hù)管內(nèi)表面進(jìn)行表面處理，可以提高硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料與聚乙烯外護(hù)管的粘接強(qiáng)度，保證預(yù)制直埋保溫管的質(zhì)量。電暈處理是等離子體處理的一種，因其具有可連續(xù)生產(chǎn)、可控制、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，而被用于聚乙烯、聚丙烯等材料的表面處理.

　　電暈處理的原理

　　電暈處理的基本原理是處理裝置在高壓電場(chǎng)作用下放電，使處理裝置處的空氣發(fā)生電離。電離產(chǎn)生的各種等離子在強(qiáng)電場(chǎng)作用下高速?zèng)_擊待處理塑料制品表面，對(duì)塑料表面進(jìn)行刻蝕。電離產(chǎn)生的等離子粒子的能量與塑料分子中C—H鍵的鍵能相接近，可誘發(fā)C—H鍵斷裂而降解，增大表面粗糙度。空氣電離的同時(shí)，還會(huì)生成大量的臭氧。臭氧具有很強(qiáng)的氧化性，可對(duì)塑料制品分子中的α一碳原子進(jìn)行氧化，形成一COOH或一0H等極性基團(tuán)。

　　經(jīng)過(guò)上述物理和化學(xué)改性后，塑料制品表面的潤(rùn)濕性和附著性得到明顯改善。

　　2 電暈處理工藝的控制要點(diǎn)

　　2.1處理間隙

　　處理間隙即電極間隙，是指放電電極到接地電極邊緣的空間距離。一般一個(gè)電極置于管材的內(nèi)表面(如圖1a所示)，一個(gè)電極貼附在待處理管材的外表面(如圖1b所示)。

　　處理間隙對(duì)電暈處理效果的影響表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一方面處理間隙增大，導(dǎo)致處理范圍變寬，待處理材料的處理時(shí)間相對(duì)變長(zhǎng)，處理效果得到改善;另一方面間隙增大使能量分散到更大的空間，導(dǎo)致單位面積管材表面的處理強(qiáng)度下降，處理效果變差。兩方面綜合作用的結(jié)果是：進(jìn)行電暈處理時(shí)，只有選擇適當(dāng)?shù)碾姌O間隙，才能得到最佳的處理效果。通常待處理材料表面與放電電極邊緣之間的間隙宜控制在1～2 mm。

　　2.2 處理電壓

　　電暈處理時(shí)，處理電壓的穩(wěn)定性會(huì)對(duì)電暈處理效果產(chǎn)生影響。當(dāng)處理電壓升高時(shí)，處理效果會(huì)明顯增強(qiáng)，但兩者不成比例關(guān)系，當(dāng)處理電壓升高到某個(gè)值后，處理效果增加不再明顯，表明存在一個(gè)最佳處理電壓值。處理電壓的選擇要根據(jù)管材的厚度和處理要求來(lái)確定。當(dāng)管材越厚、處理要求越高時(shí)，應(yīng)選擇較高的處理電壓進(jìn)行處理。穩(wěn)定的處理電壓才能保證均勻的電暈處理效果。通常用于薄膜的處理電壓宜控制在5～15 kV，聚乙烯管材內(nèi)表面的處理電壓可參照薄膜的處理電壓。

　　2.3 處理電流

　　電暈處理時(shí)輸出電流大小對(duì)處理效果的影響很大。當(dāng)輸出電流過(guò)低時(shí)，電暈處理效果差;當(dāng)輸出電流增大到某臨界值后，電暈處理的效果增加不明顯，即對(duì)某種塑料材料進(jìn)行電暈處理時(shí)，有一最佳輸出電流。

　　2.4 處理程度

　　處理程度決定著處理效果的好壞。如果處理程度不夠，聚乙烯管材內(nèi)表面的浸潤(rùn)性和附著性得不到明顯改善，如果處理過(guò)度，聚乙烯管材內(nèi)表面會(huì)產(chǎn)生異味，并導(dǎo)致助劑向管材表面遷移，影響管材的質(zhì)量。有研究表明，電暈處理會(huì)導(dǎo)致聚乙烯纖維力學(xué)性能的降低。通過(guò)調(diào)節(jié)處理電壓和處理電流來(lái)調(diào)節(jié)處理程度，在滿足處理要求的情況下，盡可能降低處理程度，避免造成材料的過(guò)度處理。表1列出了不同薄膜的處理功率，聚乙烯管材內(nèi)表面的處理功率可參照復(fù)合用薄膜的處理功率。

　　2.5環(huán)境溫度、濕度

　　環(huán)境溫度、濕度對(duì)電暈處理效果有較大的影響。環(huán)境溫度高時(shí)，電暈處理的效果好。原因是溫度高時(shí)，化學(xué)反應(yīng)速度快，反應(yīng)程度也大。但處理后的產(chǎn)品如果在較高的環(huán)境溫度下存放，電暈處理效果的消退也快。環(huán)境濕度大，電暈處理的效果會(huì)變差，這可能是空氣中的水分子捕捉了電暈時(shí)空氣電離產(chǎn)生的部分粒子，使對(duì)塑料制品表面進(jìn)行電暈處理的粒子減少，從而影響了處理效果。

　　3 電暈處理效果的評(píng)價(jià)方法

　　3.1定性評(píng)價(jià)電暈處理效果

　　電暈處理效果的定性評(píng)價(jià)主要通過(guò)經(jīng)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)。如：看膠紙和處理材料表面粘接的牢固程度;通過(guò)觸摸的方式感知處理表面粗糙程度;用鋼筆或圓珠筆在處理過(guò)的材料表面劃線，看筆跡是否連續(xù)等。

　　3.2定量測(cè)試電暈處理效果

　　檢驗(yàn)電暈處理效果，通常采用潤(rùn)濕張力測(cè)試方法。

　　(1) 用表面張力測(cè)試劑進(jìn)行測(cè)定。依據(jù)GB/T14216-2008《塑料膜和片潤(rùn)濕張力的測(cè)定》的規(guī)定進(jìn)行測(cè)試。將乙二醇乙醚(潤(rùn)濕張力30.0 mN/m)和甲酰胺(潤(rùn)濕張力58.0 mN/m)按照不同體積比例混合，可得到潤(rùn)濕張力為30.0～58.0 mN/m的一系列測(cè)試劑。按照GB/T 14216-2008中規(guī)定的試驗(yàn)步驟進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò)觀察測(cè)試劑液膜在聚乙烯管材表面上的變化情況，得出聚乙烯管材電暈處理后的表面張力值。

　　(2)采用達(dá)因筆進(jìn)行測(cè)試。用測(cè)試筆在待測(cè)表面劃一劃，觀察筆劃過(guò)的地方液痕是否均勻，有無(wú)斷裂收縮現(xiàn)象，即可測(cè)試出材料的表面張力。如果一部分收縮，一部分不收縮，說(shuō)明處理程度還不夠。該方法測(cè)量的精確性是±1 mN/m。該測(cè)試方法具有測(cè)量精確、快而準(zhǔn)、測(cè)試儀器攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)。

　　4電暈處理時(shí)效性的影響因素

　　電暈處理后的高密度聚乙烯外護(hù)管，不可能及時(shí)進(jìn)行聚氨醋發(fā)泡生產(chǎn)，大多需要存放一段時(shí)間〕電暈處理效果在存放過(guò)程中會(huì)受到外界環(huán)境以及管材自身性質(zhì)的影響，并隨時(shí)間的延長(zhǎng)呈指數(shù)規(guī)律消退。

　　管材在自然存放狀態(tài)下，可能會(huì)受到雨淋、塵土、環(huán)境溫度等外界環(huán)境因素以及存放時(shí)間的影響。有研究表明，水對(duì)表面張力的影響較小;塵土對(duì)表面張力數(shù)值的影響不大，但在生產(chǎn)過(guò)程中材料表面的塵土?xí)绊懪菽c管材的粘接效果;溫度與存放時(shí)間對(duì)表面張力的影響較大，溫度升高和長(zhǎng)時(shí)間存放，會(huì)導(dǎo)致電暈處理效果明顯降低。

　　管材自身的性質(zhì)包括原料的樹(shù)脂牌號(hào)、管材的厚度、添加劑的使用。通常厚的管材消退速度比薄的管材要快。添加劑這類(lèi)低分子量物質(zhì)極易析出，會(huì)覆蓋在處理后的表面，降低材料表面粘附性能，進(jìn)而導(dǎo)致含添加劑的原料加工的管材消退速度比不含添加劑的要快。

　　從電暈處理時(shí)效性的影響因素可知，要保證管材的電暈處理效果，需要選用電暈處理消退慢的樹(shù)脂作原料，控制好處理程度，在儲(chǔ)存過(guò)程中注意防塵降溫，管材的生產(chǎn)日期到使用日期最好不要超過(guò)3個(gè)月的時(shí)間，以保證電暈處理效果在保溫管預(yù)制中起到應(yīng)有的作用:

　　5 電暈處理效果的測(cè)試評(píng)價(jià)

　　5.1 電暈處理前后聚乙烯管材內(nèi)表面的表面張力測(cè)試

　　依據(jù)GB/T 14216-2008《塑料膜和片潤(rùn)濕張力的測(cè)定》的規(guī)定，對(duì)電暈處理前后高密度聚乙烯管材內(nèi)表面的表面張力進(jìn)行測(cè)試。試樣取自452 x 7的高密度聚乙烯管材，處理電壓為10kV。電暈處理前，高密度聚乙烯管材內(nèi)表面的表面張力測(cè)試值為33.0 mN/m;電暈處理后，高密度聚乙烯管材內(nèi)表面的表面張力測(cè)試值為50.0 mN/m。

　　5. 2 電暈處理前后聚乙烯管材內(nèi)表面的形貌變化

　　采用日本奧利巴斯LEXT4000全自動(dòng)三維激光形貌儀對(duì)電暈處理前后高密度聚乙烯管材內(nèi)表面的微觀形貌進(jìn)行表征，放大倍數(shù)為200倍。

　　5. 3 電暈處理前后聚乙烯外護(hù)管與聚氨酯泡沫塑料的粘結(jié)情況

　　采用日本奧利巴斯LEXT4000全自動(dòng)三維激光形貌儀，對(duì)電暈處理合格后高密度聚乙烯管材與硬質(zhì)聚氨醋泡沫塑料結(jié)合界面的微觀形貌進(jìn)行表征，放大倍數(shù)為200倍。

　　6 結(jié)語(yǔ)

　　電暈處理有效改善了高密度聚乙烯外護(hù)管與聚氨醋泡沫塑料的粘接性能。電暈處理使高密度聚乙烯管材內(nèi)表面產(chǎn)生極性基團(tuán)、表面變得更為粗糙，以及“管中管”成型密閉發(fā)泡工藝三方面的作用，大大提高了高密度聚乙烯外護(hù)管與聚氨醋泡沫塑料的粘接強(qiáng)度，進(jìn)而提高保溫管的整體質(zhì)量。該技術(shù)在中俄原油管道漠河一大慶段工程中得到成功應(yīng)用，有效提高了埋地保溫管道的質(zhì)量。