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常温涂塑复合翎管的研制

来源:http://www.81929.net/article/20191221235.html

大口径涂塑钢管以现有的技术条件其制造成本极高,通过开发使用专用弹性体涂料,实现了常温制造涂塑钢管.该工艺降低了钢管表面处理要求、无需对钢管进行加热处理、无需大型机具,且大小口径的钢管均可实现内外涂塑,产品达到国家标准要求.该项技术填补了大口径涂塑钢管的空白。

1前言
    钢管在传输介质时或置于大气、土壤等环境中,钢管内外壁都会经受不同程度的腐蚀,严重影响了管道的使用寿命。食品、饮用水管道、石油化工管道等诸多介质都不允许管壁腐蚀而影响传输介质受到污染,因此钢管的防腐防护问题成为关键技术。涂塑复合钢管就应运而生,因其耐用性及耐侯性优异,一推出市场就受到用户的欢迎,国家还专门出台了《给水涂塑复合钢管》CJ/T 120-2000的行业标准,以配合该产品的推广使用。目前,给水涂塑复合钢管涂塑材料中性能较好的是聚乙烯中日和环氧佗功,但它们的施工要求高,工艺难度大,品质控制难,设备投资大,价格高,己严重影响涂塑钢管的推广与应用,加上工艺的原因,目前还只能生产口径小于Q> 250mm的涂塑复合钢管。在涂塑复合钢管生产工艺过程中喷砂、静电粉末喷涂等过程产生均会极大的环境污染,且对人体身心造成健康伤害,另一方面,工艺要求对钢管进行加热,加热过程投资及其能耗极大,工艺要求加热过程与静电粉末喷涂同步实施,致使造成大口径涂塑钢管无法生产。为有效解决大口径涂塑复合钢管生产难的问题,我们研究人员首先从涂层材料上着手,研制并应用了弹性体带锈防锈涂料,再引入防腐及卫生性能极好的防护涂料。实现了在常温条件下直接喷涂或涂敷的方法,研制出了常温涂塑复合钢管,解决了大口径钢管涂塑无法生产的问题。常温大口径内外涂塑复合钢管已成功地在深圳、广州、安徽等地自来水公司得到应用,得到行业专家的认可。

2常沮涂塑盆合铜,的研制
    研制常温涂塑复合钢管首先应从其独特的技术性能要求出发,进行研究。给水涂塑复合钢管的主要性能可分为:厚度、针孔试验、附着力、弯曲性能、压扁性能、冲击性能、卫生性能等。将其性能归结为四个方面:①安全卫生性能,材料必须达到卫生部要求的涉水卫生许可安全要求;②厚度与针孔试验,实际要求的是一个抗腐蚀能力,即材料的耐久性及耐侯性的技术要求,一定材料厚度条件下,1500V电火花试验是基本要求;③附着力,要求材料与钢管的附着必须良好,特别是工厂批量锈蚀钢管的生产条件下,能形成良好附着力;④材料应有一定弹性,可表现为弯曲性能、压扁性能、抗冲击性能等三个方面性能。由于要求同时具体以上特性,一般常规材料较难达到。选择聚乙烯及环氧粉末涂料作为给水涂塑钢管的原料,也是经过对聚乙烯及环氧材料进行改性,并通过静电粉末喷涂将原料喷涂到高温钢管上才能达到现行规范规定的产品质量标准。如果要实现常温涂塑,必要条件是材料是达到卫生安全评价标准的材料。根据不同材料不同特性,可以将常温涂塑材料的底涂与面涂分开来考虑.常温涂塑材料的底涂更强调渗透性、附着力等因素,而面涂更强调弹性、电阻率、耐侯性及高防腐性等特点。

  根据常温徐塑材料要求的性能特点,选择了单组份聚氨酣材料作为常温涂塑钢管的首选材料。利用广东省科技厅下达的“九五”攻关项目“无毒生化柔性膜材料的研制”中的成果为基体,利用高分子合金的技术原理,利用聚氨酷中"-NCO”活性基团与某些化合物能够“稳态共存”的特点,研制出一种单组份,无挥性溶剂,无毒、易涂敷、高填充、可长期稳定贮存的聚氨酣液态成膜的材料。常温涂塑复合钢管所用的材料,全部通过国家卫生部的涉水卫生许可批件,属实现无毒级产品。

2. 1常温涂塑复合钢管底涂
    一般给水涂塑复合钢管在进行静电粉未喷涂前,必须对钢管进行全面的喷砂除锈。因此,必须配备喷砂机,喷砂除锈能耗及污染都较严重,须有专门的车间进行处理。为进一步提高常温涂塑技术含量,花了近四年的时间,研制了常温涂塑的底涂,在实现高附着力的情况下,还实现了带锈防锈功效,可以在手工除锈达到St2级或机械除锈达到Sal级的情况下,即在表面无浮锈及油污的情况下,可以进行涂敷。该底涂也是绿色环氧无毒材料,无挥性溶剂,高固含量,固含量接近100%,高渗透性,密度为水的1. 05倍,与水接近,高附着力,与钢管的附着力达到5. 5 MPa,远超过规范规定的指标。无挥发性溶剂及高固含量,可以实现涂膜整体性及其高密实性,可以封闭钢管表面,实现良好的带锈防锈功能。高渗透性可以渗入钢管表面,强化钢管表面,提高与钢管的附着力。

2. 2常温涂塑复合钢管面涂
    在前期研究的基本上,常温涂塑材料的面涂,必须是绿色环保高固含量的产品,并能够充分满足前述的性能要求。好的防腐材料,必须有好的密闭性及高电阻率。要实现对钢管表面的带锈防锈及材料的优异性能,面涂也是高固含量,固含量近100%,不含挥发性涂剂,体积电阻率达到5.1X10'0}2"m,而常规环氧材料仅10'}f2 "m而已,材料的体积电阻率极大,远远超出环氧等材料,所以,当常温涂塑材料厚度达到200 u m时,针孔实验即可实现4000V电压无电火花产生。由于基料本身具有高填充性,选择了超细的锻烧高岭土作为填料,加上基料中,保证了材料的较高的体积电阻率。根据材料特性及技术经济因素,一般情况下,建议进行常温涂塑材料的施工厚度为200 u m,采用一底两面的施工工艺,就可以保证常温涂塑复合钢管的正常使用寿命。

    另一方面,面涂的弹性及抗冲击能力也是必须考虑的。面涂材料具体良的弹性,材料的断裂延伸率超过450%,弯曲试验可以过0. 5mm棒觑范要求2mm徽,表面无裂痕,弯曲试验及冲击试验均远超过规范值。众所周知,聚氨酣材料的耐候性及防腐性能是非常优异的,面涂的主要物理化学特性见表1。



2. 3常温涂塑复合钢管的制备2. 3. 1钢管表面的预处理
    对于新旧钢管,一般不需要专门的除锈工艺。最好选用新出厂的钢管,无需镀锌,管内有少量的锈斑也可满足工艺要求,只要将疏松浮锈清除,清涂油污即可。即达到手工除锈St2或电动除锈Sal级要求即可。如钢管表面有油污,可用丙酮等清洗表面。2. 3. 2涂料的涂敷
    喷涂设备包括:空压机、无气喷涂机、管内牵引机构等。动力装置为空压机,采用无气喷涂机及管内牵引机构将带锈防锈底涂喷涂于钢管内壁,一般厚度约30um,底涂施工不要求厚度,要求完全润湿基面。待底涂固化好后,再用喷涂两遍面涂,每道厚度约80 a mo整个涂膜总厚度约200 a me整个喷涂设备不超过十万元即可满足施工要求。
    涂层施工也可以采用手工滚涂及管内涂敷装置。
2. 3. 3检测处理
    抽检涂塑钢管的涂层质量,涂层表面应均匀,涂层的最小厚度要达到150um,平均涂层厚度应在180 u m以上。2. 4不同材料及工艺的涂塑复合钢管对比
    与聚乙烯和环氧涂塑钢管工艺对比,常温涂塑工艺降低了钢管表面处理的要求,无需喷砂除锈清除浮锈油脂即可作业;另外一方面,无需对钢管进行加热处理,在常温下即可进行喷涂作业或手工涂敷作业。做到了施工方便,减少污染,节耗能源,还可现场施工,工程造价明显降低,并且产品性能优异,完全满足工程需要。只要有常规涂料施工设备的厂家均可以进行生产,大大降低了行业的进入门槛。

    常规给水涂塑钢管的制造工艺包括:①焊管前处理,喷砂除锈及清洗钝化处理;②预热,预热炉掌握在270 C ^-320℃之间,管材的两端温度应高出中间20 0C,预热时间为5 ^-12min;③吸涂时间50^-120s,其中管子的温度、供吸粉时间是整个工艺的关键所在;④旋风分离,出余粉时,采用锁气出粉法使风机连续运转。⑥流平,温度100℃一120 C,流平时间为7^-lOmin;⑥后处理,出流平炉后,立即用高压空气,将管内余热吹掉,以免涂层变色。主要设备包括:喷砂除锈设备、电加热炉、吸涂装置、流化床、喷粉阀、喷粉机、运送轨道、控制柜、旋风分离器、鼓风机等。2. 5不同类型的涂塑复合钢管性能对比
    不同涂塑复合钢管各项指标比较,其结果见表2。

    由于常温涂塑复合钢管良好的性能,还已成功应用船舶、港口、石化、电厂等不同工程技术领域,不断得到不同行业的认可。
    大口径常温涂塑复合钢管曾先后在深圳水务集团盐田港海边工程、合肥自来水公司大口径过河管道工程、广州自来水公司花园酒店、广州大学城等项目工程中得到应用,产品完全达到并超过《给水涂塑复合钢管》标准CJ/T120-2000中的技术要求,也受到工程客户的一致好评。
    常温涂塑复合钢管无需喷砂除锈、无需对钢管进行加热处理,常温即可喷涂或涂敷施工,解决了国内常规涂塑复合钢管生产成本极高的情况,并填补了国内口250mm以上直径给水涂塑复合钢管生产的空白。通过常温涂塑复合钢管的产品质量,完全达到并超过现行的规范标准的产品质量技术要求,是涂塑复合钢管技术上的一次革命,非常有市场前景,值得大力推广及应用。