SEBF高性能熔融结合环氧粉末涂料涂装技术及其应用.doc

SEBF高性能熔融结合环氧粉末涂料涂装技术及其应用 发表时间:(2003年11月6日9:2) | 作者:whf | 所属栏目:专利 | 来自: 1 前言SEBF涂料是FBE（熔融结合环氧）热固性粉末涂料，该工艺60年代初在美国开发成功，并开始应用于管道和其它构件的涂装防腐，至今已有30年的历史。初期由于涂装技术和制粉工艺没有过关，在推广应用上受到限制，随着喷涂技术和制粉工艺的改进，在性能和价格上越来越显示出它的优越性。至80年代初期有了高速的发展。由于它对海水防腐有其独特的优点，除了在陆地上应用外，在海洋工程上已有大量的应用，根据92年的国际权威杂志评价，该涂装方法用于长输送管道防腐上与其他方法（如环氧沥青、煤焦油沥青、聚乙烯等）对比，它是应用效果最好（寿命超过30年，预计50年无问题），是用户优先选择，有发展前途的方法。我国在80年代后期，有关部门从国外引进了这方面的技术和设备，但粉末还是从国外进口的，装的管道只用于穿越河流和海底的苛刻环境下，有关单位也开始开发粉末涂料的研制，但从他们发表的性能和数据来看，涂层的结合力和抗冲击强度还达不到国外发表的数据。为了全面开发这方面技术，能在国内有效地推广应用，腐蚀所从90年开始从涂料配方、涂装工艺和设备等进行全面地开发和研究，并取得了长足的进展，尤其在粉末涂料方面研制成功的SEBF系列高强耐蚀耐磨粉末涂料，其性能已处于国内领先水平，某些指标已超过国外同类产品，并在全国各地开发的六条不同规模的环氧粉末涂装生产线上进行了管道、管件等的涂装生产、取得了令人满意的防腐效果。2 SEBF熔融结合涂装工艺原理和涂装过程腐蚀所研制开发的高性能熔融结合涂料是应用于重腐蚀环境下的单组份的热固性环氧粉末涂料，这种粉末涂料喷涂在预热的金属上即熔融固化形成一定均匀厚度，表面光洁度好的耐蚀耐磨涂层。SEBF涂装工艺流程如下。2.1 工件表面的修整工件表面的修整指在涂装及喷涂前对被涂金属表面进行外观检测，局部焊补、打磨等，这是为了在静电涂装时不产生“开普勒”静电屏蔽效应而产生涂层的针孔和涂层厚度不均等缺陷。要求在焊接部位的焊道应平滑美观、无缺肉、气孔、裂纹、缝隙等，用砂轮和锉刀将凹凸不平处，飞溅物及尖点打磨清理，将工件的各处棱角部位打磨成R5mm的园角。2.2 工件表面处理涂装前的表面处理是关键，据国外的文献报道，涂层失效60%的原因是由于预处理不合格所造成的。一般常用的表面的清理方法有两种：一种是机械清理，如喷砂和喷丸等，把工件表面的锈层、油污和灰尘清理完，达到瑞典标准Sa2.5级，粗糙度在20-50um之间。另一种方法是化学表面处理，经酸洗和钝化后，在金属表面形成磷化膜或铬酸盐膜。表面处理后要尽快将工件转移到下一道工序，以免清洁的表面又被污染。2.3 工件的预热预热的条件将决定涂装时涂层的表面状态，涂层的厚度和涂层的附着力等。预热的温度一般取决于粉末的熔融温度，大约控制在180260范围内，预热的时间与工件，性状、厚度有关，一般在2030分钟，过多或过少易产生涂层的流挂、变性或喷不厚。加热的方式一般为电炉或热气炉，在埋地管道的涂装时一般采用感应加热。2.4 熔融结合涂装熔融涂装是指将SEBF粉末涂料涂覆在预热的清洁的被涂金属表面上、经熔融成膜的工艺过程。根据工件的大小、尺寸、形状等条件采取高压静电涂装、摩擦静电涂装和硫化床涂装等方法。静电涂装是以被涂物接地作为正极，针状电极作为负极接负高压，在两极产生高压静电场，负极产生电晕放电使喷出的粉末带负电，带电的粉末受静电场的作用沿电力线方向被高效地吸附在被涂的工件上，提高了粉末的利用率。但因静电屏蔽和边角电场的不均匀而导致涂膜厚度不均，一般凸出、尖角、锐角处厚，而凹陷或孔洞处薄。摩擦静电涂装是靠运动的粉末在喷枪的四壁摩擦而带静电，带电的粉末吸附在工件上的方法。它克服了静电屏蔽和电场不均匀的缺点，解决了凹陷空洞处因静电屏蔽和电场不均匀而导致涂膜厚薄不一的问题、缺点是粉末利用率低。流化床涂装是将粉末装入多孔板底板的槽中，从多孔板底部供给压缩空气，粉末被空气吹动成雾状流动态，将预热的工件浸渍槽中，飘浮的粉末就熔融涂覆到工件上。2.5 涂层的固化固化是在一定温度下涂层中的高分子在固化剂的作用下形成空间的网络结构，使涂层具有良好的物化性能。SEBF粉末固化温度一般在180220之间，具体的温度和时间取决于涂料的类型和涂层的厚度。2.6 粉末的质量检测涂层的质量检测是指对涂装后的工件表面进行目测、厚度测量、针孔检测等，外观目测涂装件的每一部位，涂层应平整、光滑、无裂纹、无流挂、无漏涂等。用磁性或涡流测厚仪测量涂层的厚度。用电火花方法对涂层的缺陷（针孔、微裂纹、空洞等）进行检测，确保涂层无针孔漏点。3 熔融结合环氧粉末涂料涂层的防腐效果除了严格控制上述的工艺过程外，主要的关键因素是使用优质的粉末涂料。SEBF熔融结合环氧粉末涂料主要由以下几个部分组成：环氧树脂、填料、流平剂、固化剂、偶联剂等。环氧树脂是粉末的基料，是含高分子的固体树脂，其分子量的大小，分布和杂质等直接影响了涂层的质量。填料是调剂涂层硬度、强度、耐磨性和尺寸稳定性而加入的无机物，是涂料的主要原料。因此要求它本身耐化学介质的同时，还必须考虑与其它树脂的相容性，否则介质中的小分子容易沿着树脂和填料的间隙渗透进去。流平剂是增加树脂熔融过程中的流动性，增加涂层的平面度和减少针孔、橘皮等缺陷；固化剂是使树脂在熔融状态下交联成网状的物质，固化反应的程度直接决定了涂层的性能，因此选择固化剂相当重要，偶联剂是促进原料中界面的活性，增加各种原料之间，尤其是填充料与树脂这间的结合力的物质，虽然量少，但对涂层的作用显著。目前腐蚀所根据不同的防护要求已开发出耐高温在-40100的系列粉末涂料，具体有：SEBF-2：高温耐蚀耐磨粉末涂料SEBF-3：防爆耐蚀耐磨末粉末涂料SEBF-4：高强耐磨耐蚀加厚粉末涂料SEBF-5：快速固化耐蚀耐磨粉末涂料SEBF-6：加厚耐磨耐蚀粉末涂料SEBF-9：防渗耐蚀耐磨粉末涂料这些涂料已于1996年10月在沈阳进行了专家投产鉴定的评审，专家们认为SEBF系列高强耐磨和耐腐蚀涂料是一种适应性很广的高性能涂料，表1和表2分别表示SEBF-2型涂料的物化性能指标。表1 SEBF粉末涂料物理机构性能与同类涂料的性能比较 序号项目SEBF涂料国内有关涂料国外有关涂料采用标准1结合强度（MPa）904560美国2剪切强度（MPa）434040美国3抗冲击强度（J）18618美国4布氏硬度（HB）35355扁平率4/5无脱层、无裂纹无脱层、无裂纹无脱层、无裂纹日本6压/拉强度（MPa）100/90表2 SEBF粉末涂料耐化学腐蚀性能介质名称介质浓度%室温6090氯化钠3.5OOO氢氧化钠30OOO硫酸钠20OOO碳酸钠饱和OOO硝酸铵饱和OOO次氯酸钠5OOO盐酸31.5OOO醋酸10OOV硼酸饱和OOO磷酸20OOO氢氟酸5VV蒸馏水OV变压器油OO以上结果是在不同的温度下浸泡1000小时所得注：O优 V良从表1可见，SEBF高强耐蚀耐磨重防腐涂料，其性能达到了国内领先水平，某些指标已超过了国外如3M公司的同类产品，从表2可见，SEBF熔融结合环氧粉末涂层的化学性能稳定，能耐住除强氧化性酸外的稀强酸、强碱和盐的腐蚀。4 SEBF涂装和涂层的优点SEBF涂装具有一般粉末涂料的优点，如涂装过程中公害最少，无“三废”污染，涂装工序简单、节约能源和资源，除此之外还具有许多特殊的优点。如：（1）化学稳定性好，耐油、耐酸、耐碱、耐盐腐蚀，较好的抗渗透性。在海水中的渗透率在1%以下，保证了介质长期与基材的隔离，并且随温度的提高，渗透率变化不大，该特点保证了在海水环境下，Cl-与基体的隔离，有效地避免了不锈钢产生应力腐蚀和腐蚀疲劳的倾向。（2）耐磨损性能好（是一般涂料的3倍），并且具有很强的抗剪切强度，在高压高流速的气液输送中长期不破坏涂层。（3）耐冲击强度高，受18焦耳的冲击时涂层无脱层、裂纹、损伤，可随涂装件在运输、安装过程中的冲击。（4）附着力强，将30mm两圆柱体用该涂料粘俣，可承受5吨以上的拉力，减少了由于阴极剥离的破坏。（5）涂层表面光滑、致密、阻力小，可使管道的粗糙度由0.03.04mm降低到0.0025mm，从而使气体传输效率提高14-18%。（6）涂层的机械性好、可经车、刨、磨等机械加工、达到所需要的精度和尺寸，适用于精密构件的防腐。（7）涂层无毒、无害物、无污染，可用于自来水及食品用的管道和设备。（8）无需底涂，涂装一次成功，利用静电和摩擦喷涂，厚度可控，适合于大规模自动化流水线作业。（9）重量较轻，运输和安装方便。（10）采用我所专门研制的SLF冷涂料和现场补口设备和技术，能方便高效地进行埋地管道的补口。5 SEBF涂装技术在国内的应用状况SEBF涂层已广泛应用于石油、化工、煤矿、电力能源（包括核电站）等行业的重腐蚀管道和管件，如输送酸、碱、盐、油的输送管道、储罐、泵类、阀门、液压支柱等各种设备的耐蚀耐磨的防护涂层，已取得了明显的经济和社会效益。5.1 运输酸、碱、盐介质用的重腐蚀管道的防护FBE防腐技术是国际上的管道行业中应用最普遍，最有效的方法，经试验和实践证明SEBF涂装技术比现有的防腐方法如玻璃钢、衬胶等寿命提高35倍，已在化工厂、发电厂、核电站等部门应用，效果普遍良好。腐蚀情况类同大庆石化总厂和吉林化纤的大型企业，全国已有20家以上，如果在这些企业中推广，将为国家产生几亿元的效益。5.2 用作耐蚀耐磨设备或构件的表面的防护层这方面的应用种类繁多，如发电厂的冲灰管腐蚀磨损严重，使用铸石管效果也不理想，现改用SEBF的涂装管取得了良好的效果，除防腐效果比铸石管好以外，价格也低一半，性能价格比远优于铸石管，潜在的市场不可估量。又如潜水泵的应用上经SEBF涂装后的泵不仅泵的性能提高，而且泵的效率提高3%；另外用SEBF涂装的渣浆泵，其寿命至少提高四倍以上。5.3 对腐蚀和磨损件的维修用SEBF涂装技术对鹤岗矿务局和七台河矿条局单位维修的单体液压支柱，每根修复只需300元，比买一根新柱节约600元，而且寿命提高23倍，这对目前煤矿经济不景气的状况意义更大。对核电站的海水输送泵进行修复，延长寿命一倍。5.4 对形状结构复杂的构件进行涂层保护化纤行业粘胶纤维的生产设备、如曲管、异流板、花盘、离心罐、过滤器芯子等，基本上都在酸、碱的腐蚀介质中工作，其中接触凝固介质的设备的腐蚀最为严重，以前的一般防腐方法为衬胶、玻璃钢和涂刷各种防护涂料，有的还采用不锈钢等贵重金属，但一方面工件形状复杂，另一方面工况恶劣，防腐效果