摘要：介紹了各種管道防腐粉末涂料和涂裝工 藝，其中熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料和聚乙烯粉末涂料是給 排水管道重要的防腐材料，通過兩者的配合使用， 可以彼此彌補(bǔ)缺點(diǎn)，發(fā)揮長處，最大限度地發(fā)揮各 自優(yōu)點(diǎn)，特別適合大口徑給排水管道的防腐^ 關(guān)鍵詞：環(huán)氧樹脂；聚乙烯；粉末涂料；大口徑給 排水管道；防腐；滾涂
0引言
管道幾乎無處不在，是氣體、液體等流體最有效的輸 送方式。管道運(yùn)輸不僅運(yùn)輸量大、連續(xù)、迅速、經(jīng)濟(jì)、安 全、可靠、平穩(wěn)以及投資少、占地少、建設(shè)及維護(hù)費(fèi)用低， 而且可實(shí)現(xiàn)自動控制。各種管道像人的血管一樣，遍布全 球，連接著城市與鄉(xiāng)村，連接著千家萬戶。我國城鎮(zhèn)化建 設(shè)正在不斷地推進(jìn)，而評價一個區(qū)域城鎮(zhèn)化水平的重要指 標(biāo)是供水、供氣、供暖、排水等與管道相關(guān)的因素。中國 是一個正處在快速發(fā)展中的大國，人口眾多，人均能源、 水資源等重要資源的占有量嚴(yán)重不足。例如我國人均能源 占有量不到世界人均水平的一半，石油僅為十分之一；水 資源僅僅是四分之一，是世界嚴(yán)重缺水、污染嚴(yán)重的國家 之一。面對如此嚴(yán)峻的現(xiàn)實(shí)，我國政府決定執(zhí)行"建設(shè)資 源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會"的發(fā)展戰(zhàn)略方針，解決好可 持續(xù)發(fā)展所面臨的問題。為此，我國正在全力實(shí)施"節(jié)能、 節(jié)水、節(jié)地、節(jié)材”等戰(zhàn)略工程。近幾年大力推動給排水 管道產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，也具有重要的戰(zhàn)略意義。鋼質(zhì)管道具有
承壓效果好及耐老化性能高的特點(diǎn)，因此供水、供氣管道 的主干線一般采用大口徑鋼管，這就把鋼管的防腐提到較 高高度，可以說防腐的好壞決定著管道的使用壽命。埋地 鋼管的腐蝕一直是個難題，20世紀(jì)M年代之前，所使用 的防腐涂層主要是煤焦油和瀝青，后來又出現(xiàn)了熱壓聚乙 烯纏帶，這些材料在使用中被證明是有效的，但是由于環(huán) 境污染、應(yīng)用效率低、適應(yīng)性差等原因限制了這些材料的 使用，直到50年代以后熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層的出現(xiàn)，才使 鋼管防腐出現(xiàn)了革命性變化，并且熔結(jié)環(huán)氧粉末與聚乙烯 涂層配合使用使管道防腐的水平達(dá)到了前所未有的高度， 是一種較完美的組合防腐方式。
1熔結(jié)環(huán)氧粉末
熔結(jié)環(huán)氧粉末是一種以環(huán)氧樹脂為基料的熱固性粉 末涂料(加熱熔化，然后固化成膜，以后不再遇熱熔化)， 應(yīng)用于管道防腐領(lǐng)域已有50多年的歷史，最早服役的環(huán) 氧粉末涂料涂層防腐的管線現(xiàn)在還依舊發(fā)揮著作用。熔結(jié) 環(huán)氧粉末涂料是一種以空氣為載體進(jìn)行輸送和分散的固 體涂料，將其施涂于經(jīng)預(yù)熱的鋼鐵制品表面，熔化、流平、 固化形成一道均勻的涂層，故得此名，英文名稱Fusion Bonding Epoxy Powder Coatings,簡稱 FBE。溶結(jié)環(huán)氧粉 末的每個顆粒都均勻地包含所有組成成分，使涂敷的操作 過程以及形成的涂層都具有連續(xù)穩(wěn)定的均勻性。其優(yōu)異的 物理性能、化學(xué)性能、使用性能、耐久性能、安全環(huán)保性 能、經(jīng)濟(jì)性(涂層薄，只有300~500 nm，成本低)得到防腐 界普遍認(rèn)可，經(jīng)得起實(shí)踐和時間的考驗(yàn)，廣泛應(yīng)用于輸水、 輸油、輸氣等方面，并發(fā)揮著其獨(dú)特作用。幾十年來，經(jīng)
過不斷的發(fā)展完善，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)走向成熟。在不同的管 徑、傳輸介質(zhì)、連接方式、地理環(huán)境都有出色的表現(xiàn)。由 于環(huán)氧樹脂分子上具有兩個以上的活性官能團(tuán)(羥基和環(huán) 氧基)，固化后形成立體網(wǎng)狀分子結(jié)構(gòu)，而且能與鋼鐵表面 發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成化學(xué)鍵，所以具有極好的附著力和剛 性。
2管道工程用聚乙烯粉末涂料
管道工程用聚乙烯PE粉末是一種以非極性的低密度 和線性低密度聚乙烯為基料的熱塑性粉末涂料(可反復(fù)熔 化)，其歷史比熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料更早一些。由于其分子是 非極性分子，不具有活性官能團(tuán)，所以附著力不佳，這個 致命的缺點(diǎn)限制了其發(fā)展，后來接枝改性技術(shù)發(fā)展，讓聚 乙烯分子具有了一些極性基團(tuán)，附著力有所提升，但還遠(yuǎn) 遠(yuǎn)達(dá)不到熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料涂層與鋼鐵的粘接強(qiáng)度。然而 聚乙烯具有超強(qiáng)的韌性和抗沖擊能力，以及耐水性和邊角 覆蓋性，非常適合一些外層包覆的或有鋒利邊角的工件涂 覆，只是由于附著力原因，一般不推薦內(nèi)涂。
3管道腐蝕與防護(hù)材料比較
雖然地下不含極強(qiáng)的腐蝕性化學(xué)物，但埋地管道長期 接觸含鹽的地下水，土壤中的微生物產(chǎn)生的各種有機(jī)酸， 以及雜散電流，會產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)而腐蝕。眾所周知電化 學(xué)腐蝕的三要素是：水、氧和離子。環(huán)氧和聚乙烯兩種涂 層都是高聚物薄膜，能不同程度地阻緩上述三種因素的透 過而發(fā)揮防腐蝕作用。但由于分子結(jié)構(gòu)的不同，兩種涂層 各有優(yōu)缺點(diǎn)。
表1是熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層和聚乙烯粉末涂層的一些對 比數(shù)據(jù)。由表1可以看出，PE和FBE有較強(qiáng)的互補(bǔ)性，如果 兩種材料結(jié)合使用，F(xiàn)BE做內(nèi)涂或底涂，PE做外涂，可以 彼此彌補(bǔ)缺點(diǎn)，發(fā)揮長處，最大限度發(fā)揮各自優(yōu)點(diǎn)，而成 為一"絕佳組合。
4 FBE粉末的施工工藝
FBE粉末的涂敷方法主要有：靜電噴涂法、熱噴涂法、 抽吸法、流化床法、滾涂法等。管道內(nèi)涂敷一般采用摩擦 靜電噴涂法、抽吸法或熱噴涂法；管道外涂覆一般采取靜 電噴涂法；異型件采用流化床法或靜電噴涂法。這幾種噴 涂方法都有一個共同特點(diǎn)，即噴涂之前需要將工件預(yù)熱到 某一溫度，使粉末一接觸即熔化，余熱應(yīng)該能使涂膜繼續(xù) 流動，進(jìn)一步流平覆蓋整個鋼管表面，特別是在鋼管表面 的凹陷處，以及焊縫兩側(cè)，熔融的涂料流入填平，使涂層 與鋼管緊密結(jié)合，最大限度減少孔隙，并在規(guī)定時間內(nèi)固 化，最后用水冷卻終止固化過程。
表1熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層和聚乙烯粉末涂層的對比數(shù)據(jù)
指標(biāo) 聚乙烯PE粉末 熔結(jié)環(huán)氧FBE粉末
涂層厚度4im 500-3 000 300-500
單位面積防腐涂層造價 咼 低
操作環(huán)境溫度/弋 在60 為110
韌性(-40 °C) 好 尚好
耐沖擊性(小物件） 好 尚好
耐沖擊性(大物件） 差 好
對水的敏感性 無 輕微
耐劃傷性 差 好
硬度 低 局
附著力 差 好
耐環(huán)境應(yīng)力開裂危險 有 無
戶外耐候性 好 差
與陰極保護(hù)配合性 差 好
涂敷施工溫度 相對局1、〉良費(fèi)能源 相對低
涂裝方式 單一(不帶靜電） 多樣
現(xiàn)場修補(bǔ) 困難 方便
對人體危害 無 無
大管徑內(nèi)壁涂敷 不適合，有脫落堵 管危險 適合，非常好的附 著力
前處理 Sa 2.5-3 Sa 2.5-3
4.1外涂單層熔結(jié)環(huán)氧粉末的施工工藝
(1)預(yù)熱鋼管，去除表面雜物、疏松氧化皮；
(2)進(jìn)行噴砂或拋丸處理，使鋼管達(dá)到金屬白色，一 般錨紋深度控制在50 ~ 100 nm，然后清除表面灰塵；
(3)經(jīng)過表面處理的鋼管采用無污染的熱源均勻加 熱。一般利用中頻線圈加熱鋼管(即電感應(yīng)加熱，鋼管通過 載有交變大電流的線圈所形成的交變磁場可產(chǎn)生渦流加 熱)，加熱溫度可根據(jù)生產(chǎn)速度、管壁的厚薄以及希望的涂 層膠化、固化時間進(jìn)行調(diào)整，一般控制在180~ 250弋之 間，以230弋為宜；
(4)環(huán)氧粉末先在流化床內(nèi)充分流化，然后通過靜電 噴槍使粉末顆粒帶負(fù)電，均勻地粘附在經(jīng)預(yù)熱的接地鋼管 表面。粘附在預(yù)熱鋼管表面的環(huán)氧粉末受熱熔化并流動， 進(jìn)一步流平覆蓋整個鋼管表面，特別是覆蓋在鋼管表面的 凹陷處，以及焊道兩側(cè)，熔融的涂料流入填平，使涂層與 鋼管緊密結(jié)合，最大限度減少孔隙。流平后的涂層進(jìn)一步 膠化、固化。根據(jù)不同的生產(chǎn)速度，以及對膠化、固化溫 度、時間的要求，有不同類型的粉末與之相對應(yīng)。固化時 間一般為1 ~1.5 min。涂膜厚度普通級為300 ~ 500 加強(qiáng)級可達(dá)到700 nm；
(5)澆水冷卻，終止反應(yīng)；
(6)當(dāng)溫度降到90弋以下時，進(jìn)行涂膜性能檢測(如 圖1所示)。
噴眇或拋丸
粉末噴*
1 1浯理 水冷卻
* 150-C 中 頻加熱
圖1單層外涂熔結(jié)環(huán)氧粉末的施工工藝
4.2內(nèi)涂熔結(jié)環(huán)氧粉末的施工工藝
內(nèi)涂工藝與外涂工藝類似，前處理工藝基本一致，只 是內(nèi)拋丸工藝不能實(shí)現(xiàn)，一般采用內(nèi)噴砂工藝，加熱方式 有電爐加熱、燃?xì)鉅t加熱、中頻加熱等，涂覆方法主要有 噴涂法和真空吸涂法兩種：
(1)內(nèi)噴涂
4.3三層防腐結(jié)構(gòu)及工藝
(1)三層防腐(以下簡稱3PE)結(jié)構(gòu)組成包括：熔結(jié)環(huán)氧 粉末底層、聚合物膠粘劑中間層和聚乙烯面層(如圖4所 示)0
鋼管粉末涂層膠粘劑層聚乙稀層
圖4三層防腐結(jié)構(gòu)示意圖
圖2內(nèi)噴涂示意圖
(2)真空吸涂
真空吸涂法屬于熱涂覆技術(shù)，一般用于小口徑管道和 彎管的內(nèi)壁涂裝。真空吸涂工藝流程如圖3所示。
引 風(fēng) 機(jī)
流化床
T)-CT
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圖3真空吸涂示意圖
粉末與空氣混合后進(jìn)入管道內(nèi)，它與高溫管壁接觸時 熔融粘附于管壁表面。抽吸過程中氣流帶走管壁部分熱量 使其溫度下降，粉末粘附量也隨之減少，甚至粘附不上。 因此管道預(yù)熱溫度的高低對涂膜厚度影響很大。吸涂時涂 膜厚度隨供粉量增大僅略有增加。由于真空吸涂時粉末涂 料總是過量供給，多余粉末被抽入回收裝置，因而粉末過 量多與少對厚度影響不大。涂膜厚度對供粉時間十分敏 感。在同等條件下供粉時間越長涂膜越厚。吸涂施工過程 中，管道溫度因散熱、粉末吸熱和抽吸氣流帶走的熱量使 其不斷下降。當(dāng)管壁溫度下降到難以熔粘粉末時，即使供 粉時間再長涂膜厚度也不可能增加。在生產(chǎn)施工中，隨著 管徑大小、批量大小、生產(chǎn)節(jié)奏等因素的變化，應(yīng)該相應(yīng) 調(diào)整有關(guān)工藝參數(shù)來達(dá)到滿意的涂膜。
其中環(huán)氧底層的作用是形成連續(xù)的涂膜，通過與鋼管 表面粘結(jié)、固化而提供良好的附著力，并具有很好的耐化 學(xué)品性和抗陰極剝離能力。聚合物膠粘劑的作用是在粉末 涂料膠化之前與之融合，并與外面的聚乙烯層粘結(jié)，使三 層連成為一個整體，最外層一般選用中高密度聚乙烯(國外 也有使用聚丙烯)，這樣三層防腐結(jié)構(gòu)綜合了環(huán)氧粉末的附 著性、防腐性與聚乙烯層的耐候性、抗機(jī)械損傷性，彌補(bǔ) 了各自的缺點(diǎn)，從而大大提高了涂層的使用壽命，是目前 我國大型管道工程上首選的涂層，這種防腐方式只適合管 道外層防腐。3PE防腐層從1995年在庫鄯線、陜京線應(yīng)用 以來，客戶反映是國內(nèi)所用過的最好的覆蓋層U但有一種 觀點(diǎn)認(rèn)為：3PE覆蓋層破損后，由于聚乙烯具有較好的絕 緣性和耐水性，可阻礙陰極保護(hù)電流的通過而形成屏蔽， 陰極保護(hù)作用不能很好地發(fā)揮。目前我國應(yīng)用中對此觀點(diǎn) 尚未重視。此外，3PE防腐層造價相對較高，也是其缺點(diǎn) 之一。
國家重點(diǎn)工程“西氣東輸”主管線基本都選擇3PE作 為外防腐層。
(2)施工工藝(側(cè)向纏繞法)如下：
前處理與熔結(jié)環(huán)氧單涂層相同；
用靜電噴涂法將熔結(jié)環(huán)氧粉末均勻涂覆在鋼管表面， 厚度 60~1 50 (xm；
在其膠化前將膠粘劑涂于粉末層上；
將擠出的粘流態(tài)聚乙烯帶側(cè)向纏繞于膠粘劑之上，并 輥壓使之與膠層牢固結(jié)合，這樣三層連接成為一個整體。
4.4雙層熔結(jié)環(huán)氧粉末結(jié)構(gòu)及施工工藝
單層外涂FBE耐劃傷性能比較差，施工性受到影響。 為了完善這一體系，.克服上述不足，著重在FBE材料改性 上做文章，提出了雙層FBE涂層防腐體系，即以標(biāo)準(zhǔn)的FBE 涂層為底涂層，以改性的FBE涂層為外防腐層。這種雙層
