球墨鑄鐵管環(huán)氧陶瓷防腐技術(shù)初探

宮景文

1前言

環(huán)氧陶瓷的成分為環(huán)氧樹脂、石英粉、防沉劑、固化劑等，該材料為厚漿型、多組份、胺固化，一次噴涂厚度可達(dá)到1000μm以上，產(chǎn)品各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合ASTM標(biāo)準(zhǔn)要求。由于環(huán)氧陶瓷中含有體積比不小于20%的微細(xì)石英粉末，其結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定、堅(jiān)韌，具有其它材料所無法比擬的耐磨性;按照ASTM標(biāo)準(zhǔn)，分別使用20% H2SO4、25% NaOH、10% NaCl溶液浸泡，環(huán)氧陶瓷涂層沒有變化。

環(huán)氧陶瓷涂層非常適用于溫差較大的地區(qū)，經(jīng)對成品管的反復(fù)試驗(yàn)，在-20℃—100℃條件下反復(fù)進(jìn)行溫升和溫降，涂層的表面及與母材的結(jié)合無任何變化;環(huán)氧陶瓷表面光滑如鏡，同時(shí)其涂層厚度平均為1000—2000μm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于水泥內(nèi)襯管，這使它的有效流量比普通水泥內(nèi)襯管提高了10%—20%，因此可大大減少動力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)投資除了化學(xué)腐蝕電腐蝕對管材也是不利的，環(huán)氧陶瓷涂層能夠承受4000V電壓。

以上這些優(yōu)點(diǎn)是目前所有已知鑄管防腐材料所不能達(dá)到的。目前已經(jīng)在國際國內(nèi)市場得到批量成功應(yīng)用。

2球墨鑄鐵管內(nèi)襯環(huán)氧陶瓷技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及研究背景

2.1國內(nèi)外球墨鑄鐵管內(nèi)襯環(huán)氧陶瓷的由來

隨著鑄管行業(yè)的發(fā)展，球墨鑄鐵管被越來越多的用戶所認(rèn)知和接受。同時(shí)對鑄管的防腐性能也提出了更高的要求。而目前市場所使用的球墨鑄鐵管95%以上內(nèi)防腐材料仍局限于普通水泥砂漿。其缺點(diǎn)為不能用于含有酸堿等侵蝕性介質(zhì)的輸送，在內(nèi)襯環(huán)氧陶瓷球墨鑄鐵管產(chǎn)品之前，也曾經(jīng)采用抗硫酸鹽水泥、高鋁水泥替代普通硅酸鹽水泥用于輸送污水，但其抗酸堿侵蝕的能力遠(yuǎn)不能滿足一些特殊環(huán)境的使用。美國于2002年開發(fā)的Petro401產(chǎn)品在鑄管內(nèi)防腐得到了成功應(yīng)用。但由于其綜合性價(jià)比遠(yuǎn)不如環(huán)氧陶瓷（Ceramic Epoxy），因此環(huán)氧陶瓷成為污水輸送用球墨鑄鐵管材的首選內(nèi)防腐材料。

2.2環(huán)氧陶瓷球墨鑄鐵管的研究背景

2002年，科威特客戶提出對內(nèi)襯環(huán)氧陶瓷球墨鑄鐵管的需求?？偤贤繛?0000噸。當(dāng)時(shí)這種產(chǎn)品在國內(nèi)完全是空白，而根據(jù)市場調(diào)查，國外對該產(chǎn)品的需求量大，而且前景廣闊。

當(dāng)時(shí)，通過對外商提供的技術(shù)文件的詳細(xì)解讀，根據(jù)其提供的有限資料，我們組建了一條特殊防腐管生產(chǎn)線，但該生產(chǎn)線很不成熟，從管材的處理到噴涂過程基本都是手動操作。由于環(huán)氧陶瓷對配比要求嚴(yán)格，而且對工藝溫度的要求近乎于苛刻，因此在初期生產(chǎn)效率低而且環(huán)氧陶瓷襯里廢品率高大50%左右。

綜上所述，為了拓寬鑄管市場，滿足客戶對產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性、供貨及時(shí)性的要求，就必須對球墨鑄鐵管內(nèi)襯環(huán)氧陶瓷工藝進(jìn)行自主研發(fā)及創(chuàng)新。

3球墨鑄鐵管內(nèi)襯環(huán)氧陶瓷開發(fā)過程中的噴涂工藝難點(diǎn)

由于環(huán)氧陶瓷材料對工藝溫度、環(huán)境友好、鑄管的母材要求近乎于苛刻，決定了該產(chǎn)品生產(chǎn)的難度遠(yuǎn)大于其它品種，且從產(chǎn)品的特性上來看，該產(chǎn)品對設(shè)備精確性、穩(wěn)定性控制等方面要求較高。根據(jù)產(chǎn)品開發(fā)階段生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，將球墨鑄鐵管內(nèi)襯環(huán)氧陶瓷開發(fā)過程中的工藝難點(diǎn)歸結(jié)如下：

3.1原料及母材溫度控制難點(diǎn)

環(huán)氧陶瓷料噴涂的工藝溫度要求為45-50℃。當(dāng)料溫低于工藝溫度的情況下，涂層在噴涂完成后涂層固化時(shí)間會大大延長。經(jīng)實(shí)驗(yàn)室測試當(dāng)料溫為50℃時(shí)，涂層固化時(shí)間為4h。而當(dāng)料溫為30℃時(shí)，涂層固化時(shí)間長達(dá)48h，且涂層表面產(chǎn)生針孔的幾率明顯增加。而當(dāng)料溫大于50℃時(shí)，涂層表面易產(chǎn)生氣泡等缺陷。

受到施工工藝特性的限制，A、B兩組料在噴杯處混合前需經(jīng)過長達(dá)8 m的輸送管路，且需分開單獨(dú)輸送。這樣以來A、B兩組料的料溫及兩組料料溫的一致性就無法得到保證，經(jīng)使用拌熱帶對其進(jìn)行拌熱，發(fā)現(xiàn)溫度波動非常大波動范圍為40-70℃，無法滿足工藝要求。

3.2原料輸出同步性控制難點(diǎn)

環(huán)氧陶瓷是一種在50℃下將A、B兩種流體材料混合施涂于產(chǎn)品表面，材料具有高溫，粘稠，腐蝕性強(qiáng)（對多數(shù)密封材料），且內(nèi)含體積比20%以上的石英砂，對密封部位的腐蝕磨損嚴(yán)重，一般形式的閥體工作及密封方式無法適應(yīng)這種材料。由于雙閥動作要求一致，但加工中很難保證，所以閥體行程自補(bǔ)償能力要強(qiáng)，密封部位磨損要盡可能小，且材料要適應(yīng)使用溫度環(huán)境。

如果不能保證同步開啟，或閥體開啟不充分會造成兩組料配比不均勻。同時(shí)由于開啟不同步，在噴涂起始位置造成單組分的問題無法得到解決。

3.3涂層表面質(zhì)量穩(wěn)定控制難點(diǎn)

環(huán)氧陶瓷襯層表面缺陷主要包括針孔和鼓包兩大類。其產(chǎn)生的原因分別為工藝溫度的不恒定和環(huán)氧陶瓷料不匹配及母材處理不當(dāng)，前者在生產(chǎn)過程就可以檢測發(fā)現(xiàn)。而后者往往在很長一段時(shí)間后才出現(xiàn)，如果控制不當(dāng)其造成的問題是無法進(jìn)行彌補(bǔ)和處理的。

4球墨鑄鐵管內(nèi)襯環(huán)氧陶瓷穩(wěn)定生產(chǎn)的技術(shù)應(yīng)用

4.1溫度對終涂層影響的技術(shù)分析

從生產(chǎn)實(shí)際來看，環(huán)氧陶瓷的固化時(shí)間、表面質(zhì)量不僅與環(huán)氧陶瓷原料的工藝溫度有關(guān)，其與球墨鑄鐵管母材的基體預(yù)熱溫度也存在著密切的關(guān)系。為了研究結(jié)果的可比性，在研究實(shí)驗(yàn)過程將環(huán)氧陶瓷原料溫度設(shè)定為45℃。

1.球墨鑄鐵管母材基體的制備

首先對球墨鑄鐵管內(nèi)壁進(jìn)行磨削處理，然后切取六個(gè)樣片，并對樣片的表面進(jìn)行噴砂處理，噴砂標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到表面外觀要達(dá)到SSPC-SP10“近白級”，噴砂后描紋深度至少為76um。樣片按以上要求制備完成后備用。

2.環(huán)氧陶瓷涂層的制備

把A、B兩組環(huán)氧陶瓷原料分別置于加熱裝置內(nèi)加熱至少50℃，然后取出并按重量比3%加入消泡劑，代料溫達(dá)到45℃時(shí)，使用刷涂的方式將環(huán)氧陶瓷原料均勻的涂刷在球墨鑄鐵管樣片的表面（球墨鑄鐵管樣片的溫度分別為①40℃、②45℃、③50℃、④55℃、⑤60℃、⑥65℃）。

把以上六個(gè)樣片放置于環(huán)境溫度下進(jìn)行觀察和檢測，發(fā)現(xiàn)以上六個(gè)樣片的特征如下：