鋼管涂裝用粉末涂料

1、鋼管涂裝用粉末涂料11 . 7. 1涂層鋼管對粉末涂料的要求涂層鋼管主要用于防腐蝕方面，當(dāng)然，用于輸水管還要求衛(wèi)生性， 有些輸送液體中含有泥砂，則還要求耐磨性，用于輸送高溫液體的， 應(yīng)要求具有耐溫性等。但作為管道粉末涂料，主要要求具備以下性能。(1)抗腐蝕能力強(qiáng)涂膜具有良好的抗化學(xué)藥品性、 抗溶劑性，能夠 抵御輸送介質(zhì)中的H2S、CO2、。2、CH2、H2及酸、堿、鹽等有機(jī) 物質(zhì)的化學(xué)腐蝕，并能長期接觸含鹽地下水、海水、土壤中微生物產(chǎn) 生的各種有機(jī)酸等腐蝕物質(zhì)。(2)附著力好粉末涂料成膜后應(yīng)與鋼管基體牢固地結(jié)合起來，不起 層。一般說來，熱固性粉末涂塑比熱塑性粉末涂膜的結(jié)合力好。熱塑 性粉末的涂

2、層厚，線膨脹系數(shù)與鋼不同，隨著使用時間的增長和管道 中的抽吸，涂膜容易脫落。因此，除了對鋼管表面認(rèn)真的預(yù)處理，例 如拋丸噴砂，增加麻面提高結(jié)合力外，王要應(yīng)改善粉末涂料的黏結(jié)性 能。(3)涂膜應(yīng)堅韌耐磨、抗沖擊、抗彎曲性優(yōu)良熱固性粉末，如環(huán)氧 樹脂粉末涂料的附著力雖好，但涂膜薄，韌性較差，用作管道粉，應(yīng) 承受輸送流體的摩擦沖擊。(4)涂膜的吸水性小特別是輸送液體的管道，粉末涂層形成涂膜后 的吸水率低，聚乙烯的吸水率較低，其他樹脂涂料的吸水率不如聚乙 烯低，需要改善性能。(5)耐應(yīng)力開裂開裂性能要好(6)衛(wèi)生性良好雜質(zhì)。許多涂膜都是因應(yīng)力開裂而壽命較短， 所以 涂料的耐應(yīng)力輸水管道涂膜必須符合衛(wèi)生

3、標(biāo)準(zhǔn)， 不能析出有害人體的(7)粉末的粒度合適，流動性好粉末涂裝施工過程，無論是流化床 法、吸涂法、靜電噴涂等方法，都要求粉末具有良好的流動性，因此, 粉末涂料的粒度 及其分布要合理，顆粒應(yīng)圓滑，流動性良好。(8)耐候性良好用于結(jié)構(gòu)管道，特別是戶外工程的，粉末涂料應(yīng)耐 紫外線照射，需要進(jìn)行加速老化實驗。(9)耐溫性適宜使用溫度范圍較寬。一般涂膜的耐溫性能應(yīng)達(dá)到一 3080 C ,特殊情況下應(yīng)滿足高溫度條件下使用。(10)使用壽命長 因為管道工程的施工難度大、工程造價高，所以 鋼管粉末涂裝后應(yīng)經(jīng)久耐用，在滿足上述各項要求的同時，綜合使用 壽命較長，般應(yīng)達(dá)到30年以上。適用鋼管粉末涂裝的粉末很多，

4、但 從經(jīng)濟(jì)實用的角度，僅介紹以下幾種粉末涂料。11.7.2熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料(1)熔結(jié)環(huán)氧粉末分類 熔結(jié)環(huán)氧粉末屬熱固t't94V ,也叫重防 腐環(huán)氧粉末，英文簡稱FBE。熔結(jié)環(huán)氧粉末按用途分：管道內(nèi)噴涂用 粉、管道外噴涂用粉、石油鉆管用粉。管道外噴涂用粉又分為 單涂 層粉、雙涂層粉、三層結(jié)構(gòu)防腐用粉。熔結(jié)環(huán)氧粉末按固化條件分為：快速固化和普通固化兩種類型?？焖俟袒勰┑墓袒瘲l件為230 C/0.52mi n ,主要用于管道外 噴涂或三層防腐結(jié)構(gòu)，由于固化時間短、生產(chǎn)效率高，適合于流水線作業(yè).普通固化粉末的固化條件為 230 C/5min_以上，因為固化時間長，涂層流平好，適合于管道內(nèi)表

5、面噴涂。(2)熔結(jié)環(huán)氧粉末的防腐特點熔結(jié)環(huán)氧粉末的基料是環(huán)氧樹脂，在其結(jié)構(gòu)中含有高極性和活 性的環(huán)氧基，能與金屬表面形成化學(xué)鍵，提高與金屬的結(jié)合力。固化 劑采用胺類和酚類材料，屬于加成固化反應(yīng)，沒有小分子揮發(fā)物放出， 不會形成針孔，這對涂膜的防腐性至關(guān)重要。在普通環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)中，環(huán)氧基只在端基上，因此涂膜交聯(lián)密 度低，雖然柔韌性好，但防腐性和耐高溫性差。熔結(jié)環(huán)氧粉末使用的 環(huán)氧樹脂是酚醛改性環(huán)氧樹脂，即在雙酚 A環(huán)氧樹脂的基礎(chǔ)上引入 部分苯酚甲醛或甲酚甲醛環(huán)氧樹脂，這兩種樹脂都是多官能度熱塑性 酚醛環(huán)氧樹脂，反應(yīng)性很強(qiáng)，涂膜具有優(yōu)異的耐熱性、耐化學(xué)品性及 很高的玻璃化溫度和硬度，但交聯(lián)密度大，

6、屈撓性差，須與雙酚A環(huán)氧樹脂摻混，才能生產(chǎn)出既有屈撓性，又有很好防腐性的粉末。 酚 類固化劑是帶有酚羥基的線型酚醛樹脂或多官能鄰甲酚甲醛樹脂，線型酚醛固化劑的結(jié)構(gòu)和玻璃化溫度與雙酚 A環(huán)氧樹脂相似，能與環(huán) 氧樹脂很好融合，并有很好的顏填料潤濕性。此固化劑高溫下與環(huán)氧 樹脂反應(yīng)性極強(qiáng)，能形成柔韌致密的涂膜，具有良好的物理化學(xué)性能， 適合于長輸管線的防腐。而鄰甲酚甲醛樹脂是種多官能度的固化劑， 與酚醛改性環(huán)氧樹脂結(jié)合可得到抗高溫、 抗化學(xué)品性的涂膜，適合于 石油鉆管的防腐。熔結(jié)環(huán)氧粉末選擇表面處理的鈦白粉、銘綠、鐵紅等無機(jī)顏料, 這些顏料除具有很好的耐腐性外，可以消除涂膜與鋼管之間的氣泡。另外考慮

7、到陰極保護(hù)，顏料應(yīng)避免磁性及導(dǎo)電性物質(zhì)。填料主要有超 細(xì)石英粉、云母、三聚磷酸鋁等惰性填料，加入這些有利于降低涂膜 的收縮和膨脹系數(shù)，填料一般要用偶聯(lián)劑處理，偶聯(lián)劑分子端與無機(jī) 料連成整體，提高了涂膜的致密性和附著力，降低了吸水性，增強(qiáng)了 耐鹽霧、耐海水及耐陰極剝離的能力。熔結(jié)環(huán)氧粉末還加不同種類的助劑，用以調(diào)整加熱熔化時的流 變性能和膠化時司，消除膜內(nèi)及界面氣泡，并提高耐水性能。熔結(jié)環(huán)氧粉末比普通裝飾環(huán)氧粉末的加工工藝復(fù)雜，而且涂料 要經(jīng)過表面處理，因此流動性好，很少出現(xiàn)堵槍、結(jié)塊現(xiàn)象。(3)熔結(jié)環(huán)氧粉末的涂裝方法單層熔結(jié)環(huán)氧粉末施工(簡稱FBE)a先將鋼管預(yù)熱，去除水分、去除表面雜物和疏松

8、的氧化皮。b拋丸噴砂，使鋼管露出金屬銀白色，徹底云除氧化皮及雜物，一般拋丸后錨紋深度達(dá)到50100Um ,并用風(fēng)吹除灰塵。c用中頻感圈加熱鋼管，加熱溫度根據(jù)鋼管壁厚和生產(chǎn)速度定， 一般使鋼管溫度達(dá)到230 C左右。d噴粉用摩擦噴槍，控制好噴粉距離和噴粉量，均勻地將熔結(jié)粉 末噴涂鋼管表面，特別是焊縫處耍噴涂好。根據(jù)不同的生產(chǎn)速度以及 對膠化、固化的溫度和時間要求，選擇合適的粉末。固化時間 一般 11.5min_ ,涂膜普通級300 500um ,加強(qiáng)級可達(dá)700um。e冷卻。應(yīng)水冷、噴水快冷，終止反應(yīng)，以防過熱。f檢測。當(dāng)溫度降到90 c以下時，進(jìn)行涂膜性能檢測。三層防腐結(jié)構(gòu)與施工（三層PE）三

9、層PE結(jié)構(gòu)的第一層為熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層（FBE）,使鋼管與以 后的涂層牢固地結(jié)合在起，并具有很好的耐化學(xué)品性和抗陰極剝離能 力，F(xiàn)BE層厚度約50130um ,第二層為擠出涂覆的膠黏劑薄膜 纏繞在第一層上，中間層約200um。第三層是聚乙烯薄膜，同樣用 擠出機(jī)擠出，纏繞在膠黏劑外，形成約 3mm厚的涂層。三層PE將 FBE的高黏結(jié)性、耐腐蝕性與聚乙烯的抗潮濕、電絕緣、耐沖擊等性 能結(jié)合起來，形成理想的涂層。三層PE使用壽命在40年以上，歐洲應(yīng)用最廣，我國自995年引進(jìn)消化，建了幾條三層 PE防腐生產(chǎn) 線，陜京輸氣管道、庫都管道共計 2000km左右都使用三層PE結(jié) 構(gòu)涂層。雙層熔結(jié)環(huán)氧粉末結(jié)構(gòu)與

10、施工雙層環(huán)氧由兩種不同性能的環(huán) 氧粉末在噴涂過程中一次噴涂成膜，底層為普通單層環(huán)氧粉末涂層， 提供防腐性和附著力，外層為增強(qiáng)性環(huán)氧粉末涂層，用于抗機(jī)械損傷； 兩層中間是混合層，因為兩層的基料具有相同的分子結(jié)構(gòu)， 所以具有 較好的相容性，可形成個有機(jī)的整體，整個涂層厚度在 625 1000um ,使用溫度可達(dá)115 C,適用于各種管徑的鋼管防腐涂裝， 也適用于各種管件及補口的防腐涂裝。雙層環(huán)氧粉末涂層的施工較簡單，把噴槍分成三組，第一組噴涂 底層粉末，第二組噴涂外層粉末，第三組噴涂回收粉末。噴涂的粉末 可單獨回收，也可以一起回收。試驗項日質(zhì)量指標(biāo)試驗方法外觀色澤均勻.無結(jié)塊目測固化時間/min1

11、 80 C<5230 C< 1 .5膠化時間/s180 C< 90GB/T 6 554 2003230 C< 30熱特性符合環(huán)氧粉末生產(chǎn)廠家給定特性不揮發(fā)物含量/%A 99.4粒度分布/%150um篩上粉末< 3. 0250um篩上粉末< 2 .0密度/ (g / cm 3)1.31.5GB 4472 -1984磁性物含量/%<0.002JB/T 657002007（4）熔結(jié)環(huán)氧粉末的性能熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料的性能見表1-2應(yīng)該指出，每一廠家生產(chǎn)的環(huán)氧粉末不盡相同，涂裝前應(yīng)按上述 性能進(jìn)行檢查。另外還應(yīng)索取生產(chǎn)廠家試驗室試件的涂層質(zhì)量記錄， 并與相應(yīng)的鋼管

12、涂層標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對照，只有各項性能符合要求時方可投 入使用。表11 一 2環(huán)氧粉末涂料性能11 . 7. 3線型低密度聚乙烯粉末涂料（1）聚乙烯樹脂的種類 聚乙烯（PE）有多種結(jié)構(gòu)和性能，按照密度 和結(jié)構(gòu)分低密度聚乙烯（LDPE）,密度為0 .9100 .9 2 5g /Cm3, 中密度聚 乙烯（MDPE）,密度為0. 92 60. 9 40g /Cm3;高密 度聚乙烯（HDPE）,密 度為0 .9 410 .9 6 5g /bm。,線型低密 度聚乙烯（LLDPE）,密度為0 .91 30.945g 允m。，超高分子聚 乙烯（uHMwPE）,密度為0. 9350 .9 45g /Cm3。用作粉末涂

13、 料，最早曾用高密度聚乙烯（HDPE）粉末，采取干混法生產(chǎn)PE粉， 只是流動性差，涂膜不光滑，后來逐漸被淘汰。以后選用高熔融指 數(shù)的低密度聚乙烯（LDPE）樹脂作民用粉，如冰箱架、衛(wèi)生間掛具、 自行車車 筐等，沿用至今，因為它流平性好，涂層光滑豐滿，韌性 較好。隨著戶外工 程，如交通隔離柵的發(fā)展，需要耐候性、耐開裂性好，且具有較好機(jī)械強(qiáng)度的 粉末涂料，經(jīng)過試驗，采用低密度與線型低密度聚乙烯混合(LDPE+LLDPE)樹脂，生產(chǎn)工程粉末涂料獲得成功。管道用粉末涂料為什么采用線型低密度聚乙烯(LLDPE)樹脂作主料呢？這是由其線型結(jié)構(gòu)和性能決定的，也是通過使用證明的。(2)線型低密度聚乙烯(LLD

14、PE)的結(jié)構(gòu)與性能線型低密度聚乙烯 的結(jié)構(gòu)、結(jié)晶度、密度等方面介于高密度和低密度兩者之間，雖也是 線型結(jié)構(gòu)，但其支鏈?zhǔn)呛芤?guī)則的。支鏈長度由共聚。一烯炫的分子鏈長決定。與HDPE相比，短支鏈多，與 LDPE比，長支鏈少。(3)LLDPE粉末涂料的配制首先應(yīng)選擇合適熔體指數(shù)的LLDPE, 熔體指數(shù)一般在31 0g /10min ,熔體指數(shù)反映出聚乙烯的分子 量大小及其熔體黏度，一般情況下，熔體指數(shù)越小，分子量越大，熔 體黏度也越大。熔體指數(shù)關(guān)系到粉末熔融時是否產(chǎn)生流掛現(xiàn)象，邊角覆蓋好壞及涂塑的均勻性。其次應(yīng)添加合適的助劑，以改善LLDPE的性能，適用于鋼管涂層的使用特點。助劑和顏料有許多種，列舉如

15、 下?？寡鮿╀摴芊勰┩垦b施工中，需要先把鋼管預(yù)熱到粉末熔融溫 度以上，而且往往要過熱到一定程度，一般要加熱到300 C以上，這 個溫度恰好是聚乙烯熱老化溫度。如果不在主料中加抗氧劑，就會降 低鋼管涂膜的性能及防腐性。可適用LLDPE的抗氧劑很多，如DLTP、 CA、1010、330、215、168、2921等，抗氧劑的加入量很少， 用量一般占LLDPE總量的0. 1 %1.0 %,多數(shù)不超過0 .5 %。光穩(wěn)定劑 聚乙烯涂層鋼管，特別是外表面涂層，在安裝和使用過程中不可避免會暴露在日光下照射， 會導(dǎo)致聚乙烯老化，因此需要 加入適量的光穩(wěn)定劑。用于聚乙烯的光穩(wěn)定劑有 UV 327、BAD、 78

16、8、944、622 ,還有炭黑和氧化鋅等。光穩(wěn)定劑的用量也很少， 般 為聚乙烯總量的0.1 %1 0 %,實際加入量都小于0.5 %。流平劑 聚乙烯鋼管涂層較厚，經(jīng)常在0 .53 .0mm ,雖然不 會出現(xiàn)縮孔等缺陷，但由于有時選用低熔指聚乙烯，熔融黏度高，為 了使粉末涂料熔融后獲得光滑的涂層， 需加入定量的流平劑。常用的 流平劑是高熔點石蠟。石蠟可以增加流平性，但它又是潤滑劑，會降 低涂膜對鋼管的結(jié)合力，所以加入量應(yīng)嚴(yán)格控制，不得超過總量的 2%。改性劑為了改善聚乙烯涂層對鋼管基體的結(jié)合力及力學(xué)性能， 在配制LLDPE粉末涂料中也加入適量改性劑。因為聚乙烯是非極性 材料，能與之相溶的樹脂不多

17、，可供選用的改性樹脂見表11-4。樹脂名稱改性效果樹脂名稱改性效果帖烯樹脂混溶性好，改善涂膜的硬度和附著力聚丙烯提高涂膜的硬度和機(jī)械強(qiáng)度聚碳酸酯提高耐環(huán)境應(yīng)力開裂性和焦鈉樹脂混溶性好，改善涂膜的硬度和附著力鈦酸酯改善涂膜的流動性及附著力，提高抗沖擊韌性聚異丁烯提高涂膜的柔韌性馬來酸酊接枝改善耐應(yīng)力開裂性EvA共聚提高涂膜的柔韌性表11 4聚乙烯粉末改性用樹脂顏料鋼管粉末涂裝后，不僅要求防腐性能好，而且也要求美觀， 具有一定裝飾性，因此粉末涂料應(yīng)調(diào)色，加入合適的顏料，改變顏色。 顏色選擇應(yīng)注意幾點，一是與聚烯的相容性，二是耐溫性，三是耐候 性，四是衛(wèi)生性?？晒┻x擇顏料有鈦白、氧化鋅、炭黑、石墨、

18、鐵黃、 銘綠、鐵紅、胡銘紅等。為了將塑料均勻混入主料及助劑中，需要事先作色母粒，即將顏 料與少量聚乙烯主料混煉擠出多次，獲得含顏料量較高的色母粒，在 擠出造粒時再與主料混煉。(4)LLDPE粉末涂料的生產(chǎn)LLDPE粉末涂料的生產(chǎn)工藝如下(5)原料樹脂色母?；旌弦粩D出一冷卻一切粒一粉碎一過篩一包裝助劑主要工序簡介如下。擠出LLDPE粉末原料配制好后需要熔融混煉，混煉用擠出機(jī) 完成，擠出機(jī)可以用單螺桿的，也可以用雙螺桿的。單螺桿擠出機(jī)的 長徑比應(yīng)大于1: 28為好，以保證原料和助劑混合均勻。樹脂原料 擠出后馬上冷卻切粒。單螺桿擠出機(jī)的直徑有于90mm、#1 20mm 等，擠出能力可以 達(dá)到1s20

19、0kg巾以上。單螺桿擠出機(jī)的設(shè)計應(yīng)自清理效果好，換色方便，螺桿內(nèi)無死角，混煉均勻，擠出速度可以任意調(diào)整，各段 加熱溫度任意設(shè)定。能耗低，自動化程度高。擠出工序設(shè)備往往把原 料混合后自動上料，擠出拉絲后的冷卻和切粒綜合考慮，配置合理。 保證獲得混煉均勻、粒度大小適中的粒料，以利進(jìn)步粉碎制粉。粉碎聚乙烯樹脂不同于熱固性樹脂如環(huán)氧樹脂等，熱固性樹脂 硬而脆，依靠撞擊式粉碎機(jī)就可以粉碎，而熱塑性樹脂如聚乙烯樹脂 軟而富于彈性，且隨著溫度的升高就會變軟，所以熱塑性LLDPE樹脂只有采用冷凍粉碎或控溫機(jī)械粉碎才能粉碎成粉冷凍粉碎是把物 料和機(jī)器用液氮冷至-100 C,使物料在脆性狀態(tài)下粉碎成粉末。這 種方

20、法雖然粉碎效果較好，但成本高，用戶不易接受?？販貦C(jī)械粉碎 是用風(fēng)和水把機(jī)器和物料控制在 60 C以下，依靠高速剪切的方式把 物料粉碎成 定粒度。為了促進(jìn)熱塑性粉末涂裝技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)熱 塑性粉末的國產(chǎn)化，鄭州金屬涂塑研究所設(shè)計制造了各種型號的控溫 機(jī)械粉碎機(jī)，生產(chǎn)成本低，結(jié)構(gòu)緊湊，磨片堅固耐用。不僅可以粉碎 交通隔離柵用的PE粉末，而且可以粉碎鋼管粉末涂裝用的 LLDPE 粉末，還可以粉碎各種民用粉末及滾塑用粉末.LLDPE粉禾涂料的性能日本住友精化LLDPE粉末的性能.日 本住友的LLDPE粉末用于管道粉末涂裝，特別是輸水用管道已有許 多年的歷史。 我國廊坊市富泉塑料公司生產(chǎn)的管道防腐用聚乙烯粉 末涂料的性能.11.7.4聚苯硫醍粉末涂料(1)聚苯硫醍粉末的特點聚苯硫醍(PPS)是由硫化鈉和對二氯苯 為原料經(jīng)縮聚反應(yīng)制取的一種熱塑性粉末。聚苯硫醍的外觀呈白色粉 末，密度為1. 36g /cm。，突出的特點是熱穩(wěn)定性 好，其熔點為 288 C,熱分解溫度350 C,質(zhì)地堅硬而有韌性，熱變形溫度超過 260 C,長期使用溫度可達(dá)240 C,且尺寸穩(wěn)定，熱膨脹系數(shù)小，吸 水率低，成型收縮率也小。聚苯硫醍的另 特點是