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        涂塑鋼管涂塑工藝大百科全書

        來源:http://www.xddwd.com/news/88.html

        鋼管在傳輸介質或置于大氣、土壤等自然環境中,管壁都會經受不同程度的腐蝕,直接影響到管道的使用壽命。食品、醫藥、飲水、石油化工等行業使用的管道不允許管壁腐蝕使傳輸介質受到污染,鋼管壁防腐成為關鍵技術,涂塑鋼管應運而生。鋼管涂塑技術采用特殊的工藝及專用設備將粉末涂料均勻地涂覆于鋼管管壁,經固化(或塑化)后,在管壁形成一層平整、光滑、堅固的保護層,使管道成為復合制品。它既保持了鋼管原有的強度和剛度,又具有塑料涂層防腐性能優良、光滑耐磨等特點,從而大大延長了鋼管的使用壽命。鋼管涂塑技術是一項管道防腐、保護管道輸送介質的綜合技術,是集涂塑工藝、專用工藝裝備、涂層檢測技術、系列涂層材料開發及施工應用技術為一體的綜合研究開發成果[1]。鋼管涂塑技術于二十世紀五十年代已開始研制和應用。美國是最早使用涂塑鋼管的國家,早在1953年已研制成功內壁涂有環氧樹脂的天然氣管道,防腐效果顯著,因而涂塑鋼管迅速發展。六十年代末七十年代初,日本、德國(原西德)、前蘇聯等國家也相繼開發和應用了涂塑鋼管,F在,國外的涂塑鋼管已形成系列化產品,進行規;a。日本的涂塑鋼管已占全部管道用量的25%以上,美國則為50%左右。由于建造出口船舶的需要,中國船舶工業總公司船舶工藝研究所與江南造船廠、滬東造船廠聯合研制了鋼管內壁涂塑技術,經涂塑的鋼管最先用于船舶海水管道,其耐蝕性、耐磨性大大超過熱鍍鋅鋼管。經過近二十年的發展,涂塑鋼管的優良性能已逐漸被人們所認識,使用范圍也逐步拓展,已運用于船舶、電力、石油、化工、城建等諸多行業。

        涂塑鋼管的特點一是涂層安全無毒。許多工業部門,如自來水、醫藥衛生等應用的環氧、聚乙烯等粉末涂層經測試和應用證明,與涂層接觸的介質各項性能指標都在國標范圍內,說明涂層無毒性,這是許多粉末涂層的一大優點;二是涂層附著力強。粉末涂料涂敷于管壁經加熱固化后,涂料與鋼管表面經高溫反應后形成牢固的化學鍵,使涂層具有良好的附著力。在常溫下長時間不會出現分離、脫落現象,特別是在抗熱脹冷縮方面具有更佳的表現,耐候性更好;三是耐腐蝕能力強。對于多種介質中的酸、堿、鹽及有機溶劑,粉末涂料都有較強的耐蝕力,有的粉末涂料使用溫度達200℃ ,且能在強腐蝕性介質中長期使用;四是涂層質量容易控制。粉末涂料成形范圍廣,它對任何形狀的工件表面都可以涂敷成形,而且涂層厚度可以控制,涂層的致密性也能保證。若一旦因意外因素造成漏點、針孔等,完全可以用涂層檢漏儀探測出來,再加以補涂,以達到產品質量要求;五是涂層使用壽命長。船用熱鍍鋅管改用涂塑管后,在船上使用20年內,毋需更換,采用鍍鋅管至少要更換兩次。其他部門使用的涂塑管也比原先的管道使用壽命提高了2- 4倍;六是改善水力學效率,減少動力消耗。用于流體輸送所消耗的相當部分動力都被用來克服流體和管子表面之間的摩擦阻力。因為涂塑管表面與裸露鋼管表面相比是非常光滑的,這就使得這一阻力降至很小。研究表明,在輸送流體的管道里,塑料涂層可使摩擦力減少50%;在氣體管線內,涂層改善傳遞系數達25%,即增加25%的流量。試驗還表明,管線中水力學效率的改善和動力需求量的降低一般在15~ 25%的范圍內。換言之,在容許流量保持不變的條件下,可將管徑降低到較小的尺寸。通常,人們認為塑料涂層對流體流動狀況的改善和動力需求的降低僅僅是腐蝕防護的附加作用。而這種看法應當被二者所帶來的巨大效益所糾正;七是大大減少了管道阻塞的機率。光滑的涂層表面不粘附任何物質,流體中的沉淀物或污垢由于缺乏滯留的“土壤”,從而降低了阻力和動力需求,也大大減少了管道的堵塞。

        涂層品種根據鋼管的功能和輸送介質的類型及工況條件,可以選用相應涂層的涂塑鋼管。常用的涂層有兩種:聚乙烯涂層和環氧粉末涂層。聚乙烯涂層一般用于食品行業。衛生型的聚乙烯涂層無毒,能耐自來水、污水中礦物質的侵蝕,物理、化學性能穩定。聚氯乙烯涂層具有很強的耐酸穩定性,耐無水氫氟酸、飽和鹽水的侵蝕,耐紫外線,具有良好的化學穩定性。環氧粉末涂層適用于海水管道、原油管道以及鈉離子交換器等,能有效地抵抗氯離子、氧分子的侵蝕,對磷酸、草酸、硼酸以及稀鹽酸的侵蝕,化學性能穩定。

        涂塑工藝過程鋼管涂塑工藝包括管子去內毛刺、噴砂處理、預熱、涂敷、固化、檢驗等幾個工藝步驟,圖1為涂塑工藝流程圖。

        去內毛刺為了保證涂層具有良好的附著力,所有生產涂塑鋼管用鍍鋅管的內毛刺均需要去除。去內毛刺的鋅管用手電筒逆光檢查,其內無明顯的鋅渣、焊縫等遺留物,焊縫高度應小于0.5 mm。此工藝中,強大的擠壓輥裝置能保證焊縫具有足夠的擠壓量。去外毛刺系統由兩塊刮刀組成,具有自動卷曲外毛刺及自動切斷功能。去內毛刺系統采用圓弧形硬質合金刀片,刮除后的內毛刺經刀頭打斷隨鋼管帶出。

        噴砂處理噴砂是采用壓縮空氣為動力,以形成高速噴射束將噴料(銅礦砂、石英砂、金剛砂、鐵砂、海砂)高速噴射到需處理工件的表面,使工件表面的外表或形狀發生變化。經噴砂后的鋅管內壁應無積塵,無明顯毛刺及鋅渣、鋅瘤等,并具有一定的粗糙度。

        預熱由于溫度過高會影響鋅管表面鋅層的質量,并使涂塑層容易出現燒焦、不平整等現象,而溫度過低又會使涂塑層表面粗糙,結合力下降,涂層薄甚至涂不上,因此,必須嚴格按照規定溫度來設定。預熱烘道溫控范圍:100℃ - 300℃可調。

        涂敷粉末涂敷是一種干燥的施工工藝。帶靜電的顏料與樹脂的微粒噴涂到接地部件上,帶電粉末就附著在部件的表面直至在固化箱中熔融并形成平滑的涂層。粉末涂敷工藝,概括起來有噴涂、吸涂、浸涂、滾涂和散布法等幾種。目前采用較多的有靜電流化床吸涂和靜電浸涂兩種。

        靜電流化床吸涂流化床吸涂工藝是一種簡單的浸涂工藝,有常規法和靜電法。在常規流化床涂裝工藝中,流化床就是一個帶有多孔底板的槽罐,在多孔板下面不斷充氣使得低壓氣流均勻地通過多孔板,不斷上升的空氣將粉末微粒圍住并使其懸浮在氣流,形成粉末空氣混合物,這種粉末空氣混合物就象正在沸騰的液體一樣,如圖2所示。將預先加熱到粉末熔融溫度以上的制品浸漬到流化床中,粉末熔化并形成連續涂層。采用高的傳送效率,涂裝過程中就不存在滴落現象,拖帶現象也幾乎沒有。

        流化床粉末涂裝技術應用于復雜成型制品的涂裝,一次浸涂就可獲得均勻、較厚的涂層,涂層的厚度為3- 10密耳(75- 250μm)。采用更高的制品預熱溫度,通過多次浸涂,可以獲得100密耳(2500μm)厚的涂層。浸涂次數及浸涂溫度對涂層厚度的影響如圖3所示。在靜電流化床中,安裝在多孔板上的高壓直流柵格可使得微粒帶電。一旦帶電,高壓直流柵格將排斥粒子,粒子之間也相互排斥,這樣就在柵格上形成了一團粉末。這些帶靜電的粉末就會被只有接地電壓的待涂產品所吸引而涂飾在產品上。其粉末涂層厚度控制與靜電噴涂類似。

        靜電噴涂粉末涂料靜電噴涂技術采用的是粉末―空氣混合物,在粉末進料斗中設置有一個小型的流化床以形成粉末―空氣混合物。在某些情況下,進料斗的振動有助于防止粉末在進入輸送線前發生堵塞或聚集。粉末通過一根軟管被輸送至噴槍中,噴槍的噴嘴由于高壓直流電的輸入而形成帶電電極。靜電噴涂槍決定著粉末的噴涂方向,控制著沉積速度、生成圖案的尺寸、形狀和噴涂密度,同時,噴槍也給正在噴出的粉末充電。噴槍可手工操縱,也可固定在連續噴涂室的一側或兩側而自動噴涂,或手工、自動來回交替進行噴涂。粉末涂料靜電噴涂施工中使用收集器來回收過量噴涂的粉末。這些回收粉末的重新使用可大大提高粉末涂料的傳輸效率。噴槍的設計有多種,不同之處在于如何使粉末帶上靜電。在某些情況下,粉末是由于摩擦而帶上靜電的。這種方式的優點在于粉末可以自由地在零件全部表面上形成平滑的涂層。而且,對產品表面的凹處沉積也有改進。涂層厚度依賴于粉末的化學性質、預加熱溫度和停留時間。對冷產品,厚度一般為1.5- 5.0密耳(37.5- 125μm)。如果產品能稍稍加熱,一次性噴涂厚度可達到20- 25密耳(500- 625μm)。

        固化加熱,對熱塑性粉末而言,僅僅是為了使其形成連續的薄膜,而對熱固性粉末而言,它們需要進一步加熱來使涂膜固化。常規粉末涂裝的固化方法有四種:對流、紅外輻射,對流與紅外聯用及紫外輻射固化。對流烘箱可采用氣或電加熱。在烘箱中,熱空氣環繞在涂裝部件的周圍并使其達到設定溫度。紫外輻射固化一般作用于熱敏性基材。特定配方的紫外光固化粉末涂料可在很低的溫度(121℃)熔融并流動,經紫外線輻射,幾秒鐘即可固化。紅外箱亦可以氣或電作能源而產生紅外線輻射。輻射的能量被粉末所吸收,而在粉末下面的基材又直接與粉末相接觸,這樣整個部件就不需要加熱到其所需的標準固化溫度。當紅外輻射一定時間后,粉末就會以相對較快的速度流動并固化。對流與紅外聯用一般分為兩個區(或兩個階段),第一區是紅外輻射,用以迅速使粉末熔融(這種工藝被稱之為近紅外固化。另外,該類特殊配方的粉末涂料具有迅速吸收紅外線的優勢);第二區是對流烘箱區,在這里來自第一區的部件涂層固化完全。表1為熱固性粉末涂料及紫外線光固化粉末涂料在不同加熱方式下固化的比較。

        鈍化內涂鋼管的外表面必須經過鈍化處理,以阻止內部的物質與外界環境繼續反應,起到保護作用。對于鈍化層的基本要求是:能長期阻止有害雜質對器件表面的沾污;熱膨脹系數與硅襯底匹配;膜的生長溫度低;鈍化膜的組份和厚度均勻性好;針孔密度較低以及光刻后易于得到緩變的臺階。在實際的器件表面鈍化工藝中,為充分利用各種介質膜的特性,通常選用多層結構的鈍化膜,如二氧化硅-磷硅玻璃-二氧化硅或二氧化硅-氮化硅-三氧化二鋁結構等。

        檢驗除去中間層的質量控制外,最后完成的塑料涂層都要進行嚴格的檢驗,其控制指標分為外觀檢查、厚度測量和針孔探測,這三項指標必須在許可的范圍內。

        涂塑鋼管已廣泛應用于食品、醫藥、飲水、船舶、電力、石油化工等行業,但與國外工業發達國家相比,鋼管涂塑在國內的發展歷史還較短,還有很多工作要做,展望未來,前景廣闊。隨著新的粉末涂料不斷問世,耐候性、耐溫性、耐磨性、耐強腐蝕性、節能性以及施工性能好的粉末涂料不斷開發成功。發展節能型涂料、航空涂料,使其品種配套化、系列化及專用化,F已出現聚氨酯類涂料,可以實現鋼管的常溫涂塑,新技術不斷涌現。

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