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                涂塑鋼管廠04

                來源:http://www.xddwd.com/changfang/70.html

                目前對于Ф100mm以上的大管徑防腐輸水管道,大多采用噴涂或浸涂的方法進行涂裝,但這些涂裝方法施工困難,耗能較高。本文通過與以往涂裝工藝的比較,開發了一種適用于Ф100mm以上防腐管道的熱滾涂工藝,大大提高了涂裝效率,節省了能耗,具有很好的發展前景。

                重防腐涂料是一種在嚴酷的腐蝕環境下能長期有效使用的涂料,為了實現重防腐目標,涂層厚膜化成為必然,同時對涂料基體樹脂與助劑的選用、基材的表面處理與涂裝施工、維護等要求也十分嚴格。這類防腐材料以往大多采用液體涂料,通常需要多道涂裝才能達到要求。隨著科技的進步,新材料的涌現,粉末涂料具有的安全高效、無污染等優點在重防腐涂裝中發揮著越來越重要的作用。

                與普通粉末涂料相比,重防腐粉末涂料在功能上有所不同。常規粉末涂料雖然也注重對基材的保護,但其裝飾作用往往處于較重要的位置,但重防腐粉末涂料側重于對底材的保護功能,且主要用作工業涂料,批量大,生產作業速度快,涂裝方式往往采取快速地加熱熔化與固化的方式,因此國外將這類粉末涂料稱之為熱結環氧(Fusion Bonded Epoxy,簡稱FBE)粉末涂料。

                改革開放以來,國外的先進技術逐漸引入國內,涌現出PE涂塑鋼管、襯塑鋼管等技術和產品,近期國內研制開發并生產出重防腐粉末涂層鋼管。如圖1所示,涂塑用的PE樹脂大多是線性高聚物,分子量10000以上,分子極性鍵少而弱,因此對基材的粘附力差。重防腐粉末涂料用的熱固性環氧樹脂分子量多在1500~3000,分子小,對經過“拋丸”或“噴砂”處理的工件浸潤性好,附著力強,這就是3PE管道內涂層采用FBE的原因所在。從圖2可以看出,熱塑性PE涂層的孔隙率明顯高于熱固性環氧涂層,小分子很容易通過孔隙滲進涂層,腐蝕底材。

                熱塑性PE和熱固性環氧的樹脂結構有著很大差異,因此形成的涂膜性能也有所不同。如表1所述,熔結環氧的配方和涂裝工藝較之以前的涂塑鋼管有了很大改進,配方更加合理,涂膜耐化學品性、柔韌性和附著力更優異,各項性能更完善,使用壽命延長。除靜電噴涂外,熔結環氧粉末涂料還可采用多種方法涂裝,涂裝后的管材適用于各行各業,顯示出十分廣闊的市場前景。

                目前重防腐粉末涂料常用的涂裝方法有:熱噴涂、冷噴涂、熱浸涂、熱甩涂和熱吸涂等。熱噴涂是最普遍也是最常見的重防腐粉末涂裝方法,適用于Ф50mm以上的管道外涂裝。經過嚴格前處理的被涂管件用預熱爐或中頻設備加熱,預熱溫度沒有嚴格限定,一般不高于250℃。預熱后的管件進入噴室進行粉末靜電噴涂,然后進入固化爐烘烤固化,并自然冷卻或水冷卻。這種涂裝方式可流水線作業,也可間歇式生產,前者生產效率較高。但這種生產方式能耗高,并且只能涂裝管徑適中的管道,大管徑鋼管涂裝比較困難。冷噴涂省去了預熱過程,可以直接噴涂,但加強級防腐管道的外涂裝其涂膜厚度難以滿足要求(SY/T0315-2005單層熔結環氧外涂技術規范),噴涂過程中當管件達到靜電飽和狀態時,就會出現上粉困難和振動落粉情況,膜厚難以達到600μm以上。涂膜固化過程所需時間更長。雖然這種方法可以用在Ф1000mm以上的大管徑內涂裝,但存在涂膜厚度不均和涂裝效率低的問題。熱浸涂技術也是最近幾年發展起來的一種簡便的涂裝方法,可以實現鋼管的內外壁同時涂覆,省去了噴涂環節的時間,生產效率更高。這種方法需要一口底部帶有流化設備的豎井,將粉末倒入井中并使其流化,然后將預熱好的管件放入豎井,浸涂3~8s后取出(浸涂時間與預熱溫度有關),即可完成鋼管的內外壁同時涂覆。這種方法涂覆的鋼管膜厚較均勻,施工簡單,設備占地面積小,生產效率高,不適合帶有法蘭的鋼管浸涂,法蘭的阻力和掛粉對涂裝生產帶來不便。熱甩涂也是一種較新的鋼管涂覆方式,僅用于大管徑鋼管的內涂裝。該涂覆方法需要專門的輸粉設備,將其探入熱管內,通過旋轉將粉末離心甩出并附著在已經預熱的管道內壁,粉末熔融固化。這種方法形成的涂膜均勻性不佳,操作繁瑣。熱吸涂主要針對Ф50mm以下的小管徑鋼管的內涂,采用特殊設備將粉末從管道的一端吸入粉末涂料,并將其送至管道另一端,粉末在管內受熱熔融并附著在管壁上,完成內壁涂裝。該方法涂裝效率高,但回收粉不宜重復再利用。

                以上所闡述的幾種涂裝方式幾乎可以完成所有中小管徑鋼管的內外涂裝,但是對于在Ф200mm以上的偏大型鋼管的涂裝都存在一定的難度,尤其是Ф1000mm*8mm-2000mm*8mm范圍的超大口徑鋼管,對于涂膜厚度的均勻性和高的固化程度都提出了更高的要求。對于大管如果采用冷噴涂再固化的方法,會降低涂裝效率,并且很難實現厚涂裝和均勻的涂裝,另外在搬運過程中可能會遇到粉末掉落或者蹭掉的可能性。如果采用熱噴涂,因為鋼管處在高溫狀態,人不能進入里面噴涂,如果采用設備噴涂,必然要求有一定的支撐受力點,并且考慮設備耐溫性和根據管件直徑的變化要作相應的調整,操作起來很繁瑣。另外噴涂需要時間,這段時間內管件會隨之降溫,等噴涂完成時,管件前后溫度存在差異,因此涂裝會有很大難度。另外,熱浸涂不適合超大口徑管道。豎井直徑及流化板耐氣壓問題解決不了。也不適合口徑在50mm以下口徑,更不適合超長(10米以上)管道,后序仍需加熱,效率低。吸涂最適合小口徑50mm以下管徑,只有用此法內涂,300mm以上直徑沒法吸涂。甩涂工藝涂覆效率相對比較低,操作困難,都不能達到很好的效果。因此,我們設計開發了一種針對大口徑鋼管熱滾涂專用的熔結環氧粉末涂料,這種粉末涂料和以往的熔結型環氧重防腐粉末涂料不同。無論從配方還是工藝上,都有所改進,不僅一次解決內涂裝問題,甚至還可以內外一起涂裝。并且能耗低,符合國家環保要求,解決了以往大口徑鋼管防腐粉末涂裝上的困難。滾涂工藝,也叫旋轉成型或回轉成型工藝,是五十年代由歐洲發展起來的, 以后傳入美國、日本等地。這種成型工藝開始只是用液狀、糊狀樹脂作原料, 成型玩具等, 且只是把它作為注射成型、中空成型、熱成型的一個補充,60年代初粉狀問世, 滾塑工藝便因為熱塑性塑料的粉末成型法而獲得較大的發展。到七十年代, 這種工藝不僅可成型小制品, 而且可成型大型制品和超大型制品,并且制品可為開放式, 也可為密閉式。滾塑工藝也在不斷發展,設備模具在不斷改進,制品品種在不斷增加,制品質量在不斷提高,所用原料不僅限于熱塑性塑料, 用熱固性樹脂也成功地做出了優良制品。隨著自動化水平不斷提高, 程序控制及微處理機已成功應用于滾塑過程, 整個成型過程都可為自動控制。目前, 歐洲、美國、日本都在爭相使用和研究發展該工藝,我國已有幾家采用該工藝, 滾塑設備有的是引進設備, 也有自己設計制造的設備。熱滾涂工藝是無壓成形, 離心力也不會施加制品上,無內應力, 無取向性或殘余應變, 也不致發生凹陷、變形和開裂等弊病。并且都是整體成形, 幾乎所有的原料都轉換成制品, 無浪費、無費棄物污染環境。成型件壁厚均勻,僅僅改變加料量并調節鋼管轉速即可生產預想膜厚的涂層。通過不同材料的組合, 可得到綜合性能好的兼有各原料特點的涂層。該工藝成型簡單, 適應性強, 設備及涂覆工具結構簡單, 加工制造方便迅速, 成本低廉。我們結合重防腐熔結型環氧粉末涂料的特點,配合熱滾涂工藝,解決了Ф100mm以上大口徑鋼管的涂裝難的問題。3.3 大口徑鋼管熱滾涂的設備和流程這種涂覆方法設備簡單,只需要一個固定爐,兩個固定腳輪,和一個送料槽。輪子可以有單機帶動,也可以人工轉動。將粉末倒入熱管中,轉動鋼管即可涂覆。操作流程如下:前處理 → 230-240℃預熱 → 置于腳輪上滾動 → 加粉 → 轉動固化 → 冷卻熱滾涂設備見圖三

                 

                從表二中可以看出,熱滾涂工藝對于大口徑管道的涂裝具有現實意義,它具有很多其他涂裝方式沒有的優勢。
                1、余熱固化。先將管道采用加熱爐加熱或中頻加熱,滾涂好后,就不再加熱,固化完成率高,涂層性能優異。
                2、生產效率高。整個滾涂過程可在十秒至四十秒內完成。
                3、適合超大管徑。108mm---3000mm均可采用此工藝涂裝。
                4、膜厚均勻,比噴涂和浸涂更容易控制膜厚。
                5、無損耗,所有粉末全部轉化為涂層,成本低。
                6、內、外可同時滾涂,一次完工。
                這種工藝的各種優勢使其具有很好的發展前景。

                環氧樹脂的分子結構中存在大量的苯環、醚鍵、羥基結構,對基材特別是金屬基材具有優異的附著性,耐熱、耐化學品腐蝕性,形成的涂層具有優異的機械強度,如硬度、耐冷熱;沖擊和機械折彎等性能。此外,環氧樹脂與固化劑的多品種化為組合多樣化的粉末涂料配方體系提供了可能性,也為各種復雜環境用的粉末涂料提供了多種選擇,上述優點使環氧樹脂成為重防腐粉末涂料的首選樹脂。

                雙酚A型環氧樹脂的結構如圖四所示,由于其具有粘結性又有柔韌性,以及很好的耐化學藥品性和耐溫性,使其成為了大口徑鋼管熱滾涂的主要成膜物質。

                另外,為了增加涂層和底材的粘接力,并且進一步提高涂層的交聯密度,從而提高涂膜的防腐性能,我們在配方中加入了酚醛改性環氧樹脂。這種環氧樹脂耐溫性好,交聯密度高,和具有柔韌性的雙酚A型環氧樹脂搭配使用,既滿足了涂層的柔韌性,又兼顧了附著力和交聯密度。酚醛改性環氧樹脂的結構如圖五所示。

                為了提高環氧粉末涂料的耐腐蝕性、耐沖擊性與韌性,采用一種新型的酚類固化劑,使環氧粉末涂料的防腐性與物理機械性能有很大提高,適合于重防腐蝕領域應用。針對這一研究項目,國外學者在這方面做了大量的研究工作,并且有些已應用于生產,如美國DOW的D.E.R DH84、瑞士Ciba-Geigy公司的CTAB Aradur3082,殼牌公司的Epicure202等均是酚類固化劑。其結構式如圖六所示。

                目前最常用且最經濟的促進劑為2-甲基咪唑,某些新型的促進劑具有抗泛黃,提高貯存穩定性的作用。此類固化體系的涂膜附著力、柔韌性、抗沖擊性、光亮度、流平性及防腐蝕性能均很好,無毒性,可用于與食品、飲用水等直接接觸的涂料體系。咪唑類屬于陰離子聚合型固化劑。這類固化劑對加成聚合型固化劑有著十分明顯的促進作用。咪唑是具有兩個氮原子的五元雜環化合物,其中一個氮原子構成仲胺,另一個氮原子構成叔胺。仲胺上的氫活性很大,引起環氧基開環。咪唑分子中2.4位置的碳原子上的氫可以被不同的基團取代,從而衍生出一大批咪唑的同系物。粉末涂料中最常用的是2-甲基咪唑和2-苯基咪唑啉,作為固化促進劑。

                重防腐粉末涂料在熱滾涂涂裝過程中,因涂層需靠管道余熱固化成膜,因此在選擇顏料時應考慮其耐熱的穩定性。有機顏料的耐熱性一般較差。與此相反,無機顏料的耐熱性非常好。多數有機顏料不能經受高溫加工,適于高溫著色的幾乎全是無機顏料。重防腐粉末涂料可選擇顏料如下:常選用的顏料有:氧化鐵紅(Iron Oxide);淡鉻黃;中鉻黃;碳黑(Carbon Black);石墨黑、金紅石型(鈦白)二氧化鈦(Titanium dioxide);酞菁藍、酞菁綠等。

                粉末涂料用消泡劑,苯偶姻又稱二苯乙醇酮(俗名安息香),系白色或淺黃色無氣味的晶體熔點137℃,沸點344℃,微溶于水和乙醚,溶于熱丙酮和熱乙醇。是粉末涂料中有效的消泡劑。流平劑:PV88(進口)、788(南海藥化)、CM506(昌明化學)等?箘潅麆、增硬劑:主要是微晶蠟類,GR-1、W-1等。粉末松散劑:氣相法白炭黑,氧化鋁C等。

                (1)熱穩定性。材料在滾塑成型的寬加工范圍內有符合要求的熱穩定性,并且能防止磨碎成粉料時性能降低。大部分滾塑材料用抗氧劑,降低由于滾塑長時間加熱對材料性能的負面影響,高溫不易分解,加熱揮發份少,不發煙或少發煙塵,無刺激性氣味。
                (2)材料熔體粘度必須足夠低,已足以使材料浸漬鋼管內表面,并熔融成均一體。衡量材料熔體流動性的一般指標是熔體熔融流動速率(MFR),單位為g/10min。工業上最常用的滾塑用聚乙烯的MFR為2~8g/10min(2.16kg,190℃下)
                (3)良好的沖擊強度。涂塑后能長期在低溫環境使用,通常要求材料在低至-40℃下仍保持良好的抗沖擊性能。
                (4)耐環境應力開裂(ESCR)是材料長期耐受應力開裂介質接觸的能力,按照通用的測試方法,認為可以接受的材料ESCR值一般應超過1000h。
                (5)優異的柔韌性和附著力。
                (6)折斷(failure)伸長率應高,以符合大部分的應用要求。
                (7)必須要有優良的流動性和良好的傳熱性,使材料在成型加熱過程中均勻和快速分散開,不良的流動性將嚴重影響成型部件的最終外觀。
                (8)熔體流變行為和表面張力在材料致密化初期起主要作用,而在致密化后期,攔阻氣泡中氣體的擴散是十分重要的。低粘度材料趨向于快速熔融,攔截氣體少,因而致密化快。
                (9)將鋼管與粉末涂料融為一體,形成一種新型的防腐管道,它既具有鋼管的機械強度性能,又有塑料管耐腐蝕、不結垢、不易生長微生物,又能保證輸送介質的純度等優點,是輸送酸、堿、鹽、氣體、礦漿等理想防腐管道。

                通過調整配方,我們研發出了一種既耐溫,又具有很好機械性能的粉末涂料。這種涂料專門適用于大管徑熱滾涂工藝的管道施工,具有良好的交聯密度和反應活性,熱滾涂后無需回爐加熱固化,固化后的涂膜具有更好的防腐特性和對底材的附著力。各項指標滿足SY/T 0442-2010和SY/T 0315-2005的標準,性能經過客戶認可,得到了廣泛的應用。

                熱滾涂專用熔結型環氧的特點
                (1)反應速度快,240度1-3分鐘完全固化;
                (2)清潔無毒防腐蝕、防積垢、防滋生微生物;
                (3)無滲出物、不污染介質;強度高、耐熱、耐壓性好、不老化、脆化;
                (4)內壁光滑磨阻系數降低,介質流速增大,降低能耗,不縮小流通通徑、提高輸送效率;
                (5)涂層附著力強、抗沖擊性能好
                (6)安裝簡便可靠,與普通鍍鋅管類似;
                (7)耐候性好,適應苛刻的自然環境;
                (8)使用壽命長,是其他鋼管的三倍以上。

                熱滾涂專用熔結型環氧粉末涂料,是專門為大口徑管道設計的一種專用涂料。因為它設備簡單,施工方便,在一定程度上解決了Ф100mm以上的大管徑防腐輸水管道的難涂裝問題,大大提高了大管徑涂裝效率,并且符合國家環保節能的政策,此項技術已經得到很多客戶使用,具有很好的社會反響,給客戶帶來了很好的社會效益和經濟效益。

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