大口径钢管热滚涂专用熔结环氧粉末涂料的研究

段光远

摘要：

目前对于Ф100mm以上的大管径防腐输水管道，大多采用喷涂或浸涂的方法进行涂装，但这些涂装方法施工困难，耗能较高。

本文通过与以往涂装工艺的比较，开发了一种适用于Ф100mm以上防腐管道的热滚涂工艺，大大提高了涂装效率，节省了能耗，具有很好的发展前景。

1 前言

重防腐涂料是一种在严酷的腐蚀环境下能长期有效使用的涂料，为了实现重防腐目标，涂层厚膜化成为必然，同时对涂料基体树脂与助剂的选用、基材的表面处理与涂装施工、维护等要求也十分严格。

这类防腐材料以往大多采用液体涂料，通常需要多道涂装才能达到要求。随着科技的进步，新材料的涌现，粉末涂料具有的安全高效、无污染等优点在重防腐涂装中发挥着越来越重要的作用。

与普通粉末涂料相比，重防腐粉末涂料在功能上有所不同。常规粉末涂料虽然也注重对基材的保护，但其装饰作用往往处于较重要的位置。

但重防腐粉末涂料侧重于对底材的保护功能，且主要用作工业涂料，批量大，生产作业速度快，涂装方式往往采取快速地加热熔化与固化的方式，因此国外将这类粉末涂料称之为热结环氧(Fusion Bonded Epoxy，简称FBE)粉末涂料。

2 FBE涂层钢管和PE涂塑钢管

改革开放以来，国外的先进技术逐渐引入国内，涌现出PE涂塑钢管、衬塑钢管等技术和产品，近期国内研制开发并生产出重防腐粉末涂层钢管。

如图1所示，涂塑用的PE树脂大多是线性高聚物，分子量10000以上，分子极性键少而弱，因此对基材的粘附力差。

重防腐粉末涂料用的热固性环氧树脂分子量多在1500~3000，分子小，对经过“抛丸”或“喷砂”处理的工件浸润性好，附着力强，这就是3PE管道内涂层采用FBE的原因所在。

从图2可以看出，热塑性PE涂层的孔隙率明显高于热固性环氧涂层，小分子很容易通过孔隙渗进涂层，腐蚀底材。

图1 高聚物PE分子链(a)和环氧树脂分子链(b、c)的比较

图2 热塑性PE涂层模拟图(a)和热固性粉末涂层电镜图(b)

热塑性PE和热固性环氧的树脂结构有着很大差异，因此形成的涂膜性能也有所不同。

如表1所述，熔结环氧的配方和涂装工艺较之以前的涂塑钢管有了很大改进，配方更加合理，涂膜耐化学品性、柔韧性和附着力更优异，各项性能更完善，使用寿命延长。

除静电喷涂外，熔结环氧粉末涂料还可采用多种方法涂装，涂装后的管材适用于各行各业，显示出十分广阔的市场前景。

表1 熔结环氧粉末涂覆钢管和PE涂塑钢管的比较

性能

PE涂塑钢管

FBE单涂层钢管

附着力

不含极性基团，附着性差

含有极性基团，附着性好

硬度

低

高

耐候性

好

差

适用温度

相对较低，不能用于消防管道

相对较高，可用于消防管道

耐水性

差

好

浸润性

差

好

表面张力

高，流平差

低，流平好

喷涂难易

不可以静电喷涂

可以静电喷涂

耐腐蚀性

弱

强

涂膜孔隙率

高

低

堵管

涂层易脱落，易堵管

涂层不易脱落，不易堵管

3 钢管的涂装方法

3.1 常规方法

目前重防腐粉末涂料常用的涂装方法有：热喷涂、冷喷涂、热浸涂、热甩涂和热吸涂等。

热喷涂是最普遍也是最常见的重防腐粉末涂装方法，适用于Ф50mm以上的管道外涂装。

经过严格前处理的被涂管件用预热炉或中频设备加热，预热温度没有严格限定，一般不高于250℃。

预热后的管件进入喷室进行粉末静电喷涂，然后进入固化炉烘烤固化，并自然冷却或水冷却。

这种涂装方式可流水线作业，也可间歇式生产，前者生产效率较高。但这种生产方式能耗高，并且只能涂装管径适中的管道，大管径钢管涂装比较困难。

冷喷涂省去了预热过程，可以直接喷涂，但加强级防腐管道的外涂装其涂膜厚度难以满足要求(SY/T0315-2005单层熔结环氧外涂技术规范)，喷涂过程中当管件达到静电饱和状态时，就会出现上粉困难和振动落粉情况，膜厚难以达到600μm以上。

涂膜固化过程所需时间更长。虽然这种方法可以用在Ф1000mm以上的大管径内涂装，但存在涂膜厚度不均和涂装效率低的问题。

热浸涂技术也是最近几年发展起来的一种简便的涂装方法，可以实现钢管的内外壁同时涂覆，省去了喷涂环节的时间，生产效率更高。

这种方法需要一口底部带有流化设备的竖井，将粉末倒入井中并使其流化，然后将预热好的管件放入竖井，浸涂3~8s后取出(浸涂时间与预热温度有关)，即可完成钢管的内外壁同时涂覆。

这种方法涂覆的钢管膜厚较均匀，施工简单，设备占地面积小，生产效率高，不适合带有法兰的钢管浸涂，法兰的阻力和挂粉对涂装生产带来不便。

热甩涂也是一种较新的钢管涂覆方式，仅用于大管径钢管的内涂装。该涂覆方法需要专门的输粉设备，将其探入热管内，通过旋转将粉末离心甩出并附着在已经预热的管道内壁，粉末熔融固化。这种方法形成的涂膜均匀性不佳，操作繁琐。

热吸涂主要针对Ф50mm以下的小管径钢管的内涂，采用特殊设备将粉末从管道的一端吸入粉末涂料，并将其送至管道另一端，粉末在管内受热熔融并附着在管壁上，完成内壁涂装。该方法涂装效率高，但回收粉不宜重复再利用。

3.2 热滚涂工艺

以上所阐述的几种涂装方式几乎可以完成所有中小管径钢管的内外涂装，但是对于在Ф200mm以上的偏大型钢管的涂装都存在一定的难度;

尤其是Ф1000mm*8mm-2000mm*8mm范围的超大口径钢管，对于涂膜厚度的均匀性和高的固化程度都提出了更高的要求。

对于大管如果采用冷....