涂塑鋼管的涂塑工藝研究

劉麗

（山東眾成永晟新材料科技有限公司，山東 新泰 271219）

管材在輸送介質(zhì)中或放在大氣、水土等環(huán)境條件中，管壁也會受到不同的侵蝕，直接關(guān)系到管材的使用壽命。食品、自來水管線、石化管道等諸多介質(zhì)均不允許管壁銹蝕而使輸送介質(zhì)受到破壞，管道的防銹保護是重點課題。涂塑管材問題也隨之而來，目前我國境內(nèi)鋼塑管從襯塑逐漸邁向了涂塑，而涂塑材質(zhì)也大多使用了塑料粉狀物質(zhì)材質(zhì)，當(dāng)中特性較好的為聚丙烯(PE)和環(huán)氧(EP)但由于它的施工條件較高，生產(chǎn)工藝?yán)щy度大，質(zhì)量管理不易，生產(chǎn)設(shè)備投入較大，嚴(yán)重影響了涂塑管材的普及和使用，而中國境內(nèi)目前只有生產(chǎn)孔徑小于a250mm的涂塑管材。涂塑管材，簡稱涂塑管、鋼塑復(fù)合管等，采用鋼材為基體，采用噴漆、軋制、浸漬和吸附等技術(shù)，或在管材內(nèi)表層(管底)熔融塑膠防腐蝕涂膜而熔融到鋼管(管底)內(nèi)表層的一類鋼塑復(fù)合型管材。涂塑鋼管采用普通碳素鋼管為基底，在內(nèi)墻與外墻面髹漆熱塑性材料，具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性。它是通過防腐蝕處理后的一類特殊的化工復(fù)合管材，可以更有效地避免化工流體介質(zhì)中的酸鹽對管材的侵蝕。由于過去化工管材并沒有耐腐蝕，而且一年都要更新管材，因此，后期的維修花費非常高昂。

涂塑管材，是指通過在管材內(nèi)壁或外墻上以涂塑工藝熱熔一層塑層起到防護管材內(nèi)壁的一類管材，通常在涂塑以前就要先對管材的內(nèi)壁和外墻面加以處理，如拋丸除銹等作業(yè)，使管材的內(nèi)壁表面盡量光滑，以提高涂塑層與管材內(nèi)部的結(jié)合緊密性，只是因為管材和涂塑層之間的熱膨脹系數(shù)相差太大而導(dǎo)致的，由于現(xiàn)在的涂塑材質(zhì)通常是聚乙烯和聚氯乙烯，易于老化，并且在溫度變動相當(dāng)大的情形下，由于管材無法彎曲、不可擠壓，也不能沖刷和碰撞，因此，涂塑層很容易產(chǎn)生熱剝落。而已有的涂塑層當(dāng)管線切斷時，涂塑切斷面已無修復(fù)功效。

該產(chǎn)品大大改善了其缺陷，使用壽命將增加到20年，比一般化學(xué)管線還會埋入更深，而以往的化學(xué)管線根本無法忍受這種嚴(yán)酷的使用環(huán)境，也因此加劇了化學(xué)管線的老化，甚至產(chǎn)生了滲漏現(xiàn)象，而化學(xué)鍍膜鋼管則改善了這個狀況，所以也被更多的化工廠所熟知，并成為化學(xué)工業(yè)中主流的管線材質(zhì)。

1 涂塑鋼管的特點

（1）涂膜附著力較好。粉末涂料涂敷的管壁經(jīng)加溫凝固后，涂層在管道表面經(jīng)高速化學(xué)反應(yīng)后產(chǎn)生了穩(wěn)定的化學(xué)鍵，從而使涂料產(chǎn)生了優(yōu)異的附著力。在常溫下長期而不發(fā)生分解、剝落的現(xiàn)狀，尤其是在耐熱脹冷縮工作方面有著更好的體現(xiàn)，而且耐久性良好。（2）耐腐蝕能強。對付各種介質(zhì)中的酸、堿、鹽類和有機溶劑，粉末涂料均具有很大的抗蝕性力，有的粉末涂料適用工作溫度至200℃，并可在強腐蝕介質(zhì)中廣泛應(yīng)用。（3）涂膜質(zhì)量易于控制。粉末涂料成型范圍廣，它對所有形式的工件表面均能夠涂敷成型，同時，涂膜厚薄能夠調(diào)節(jié)，涂膜的致密度也能夠提高。如果產(chǎn)品一旦由于意外原因而出現(xiàn)漏項、針孔等，可以全部用涂料檢漏儀檢測出，然后再進(jìn)行補涂，以滿足產(chǎn)品需要。（4）涂料使用壽命的延長。船用熱鍍鋅管改為涂塑管道后，在船只運行20年以上，母需更新，而選用熱鍍鋅管后最少需更新2次。而其他部門所選用的熱涂塑復(fù)合管，也比原來的管用期限增加了2～4倍。（5）提高水力學(xué)效能，降低動力損耗。用于流體傳遞所耗費的很大量動能都被用于克服流體與管道外表間的摩擦阻力。（6）適合埋地的潮濕條件，并且能夠耐熱和很低的高溫條件。（7）聲音抗干擾能力較好，如涂上塑鋼管用作線路套管，就能夠有效遮擋外部的聲音干擾。（8）承受的壓力強度高，最高壓力達(dá)到了6MPa。（9）絕緣性能好，用于電纜的保護管永遠(yuǎn)不產(chǎn)生泄漏問題。（10）無毛刺現(xiàn)象、管壁平滑，有利于在安裝的時候穿過導(dǎo)線或光纜。

2 研究現(xiàn)狀

目前，在近海地區(qū)，汽油碼頭瓶區(qū)及一些石油化工建設(shè)項目的滅火工作基本靠海洋，但由于這些建設(shè)項目對自動消防要求比較嚴(yán)苛，且海洋消防管道內(nèi)往往由于所處環(huán)境因素，往往達(dá)不到規(guī)定的防腐蝕期限，從而造成消防安全無法保障。因此，海洋消防管道內(nèi)防腐蝕施工技術(shù)一直是此項工程施工的關(guān)鍵技術(shù)難點，目前我國需要較為完善的施工經(jīng)驗。因此，為了實現(xiàn)本工程項目在海洋消防管道內(nèi)防腐蝕期達(dá)到工程設(shè)計人員與業(yè)主規(guī)定的至少15年條件，經(jīng)過進(jìn)行了多項技術(shù)優(yōu)化實驗，最后將“管內(nèi)涂塑靜電熱敷噴漆法”技術(shù)引入本工程項目中，并建立了管內(nèi)涂塑靜電熱敷噴漆法施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。因為技術(shù)水平領(lǐng)先、操作性強、防腐保存期限長久，因而具有突出的社會效益和經(jīng)濟性，并同時使海洋在消防管道內(nèi)的防腐成功，滿足了業(yè)主和設(shè)計需求值。

3 涂塑鋼管的制備工藝

3.1 鋼管表面的預(yù)處理

對新舊鋼材，通常不要求專門的除銹工序。最好使用剛生產(chǎn)或出廠的鋼材，無須涂上鋅，即使管內(nèi)有極少量的銹斑也可滿足條件，只將表面疏松浮銹全部去除，并清抹表面油污即可，即達(dá)手里去灰St二及電動去灰Sal等的要求即可。若鋼管表層有污垢，則用乙醇丙酮溶液清潔表面。

3.2 涂料的噴涂

噴漆設(shè)備分為空壓機、無氣噴涂機、管內(nèi)牽引力組織等。動力設(shè)備一般使用空壓機，通過無氣噴涂機和管內(nèi)牽引力組織將帶銹防銹底漆直接噴到管道內(nèi)壁，厚薄大約30μm。待底漆固化完成后，再用噴涂二遍的聚氨酯面漆，每道80μm。整個涂層總厚大約200μm。整套噴漆設(shè)備費用約在幾萬元，可以達(dá)到噴涂施工標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 檢測處理

抽檢涂塑鋼管的鍍層質(zhì)量，涂層表面應(yīng)有平整，且鍍層的最小厚度要超過150μm，而平均厚度宜在180μm以上。

4 涂塑工藝過程

4.1 去內(nèi)毛刺

為確保對涂料產(chǎn)生優(yōu)異的附著力，在各種生產(chǎn)涂塑的管用涂鋅管的內(nèi)毛刺形成后均必須消除。去內(nèi)毛刺后的鍍鋅管用手電簡逆光檢測，其內(nèi)沒有明確的鋅渣、焊縫及遺留物，且焊接距離應(yīng)低于0.5mm。此過程中，強大的擠輥器可確保焊縫產(chǎn)生適當(dāng)?shù)臄D出量。去外毛刺形成系統(tǒng)由2個金屬刮刃刀構(gòu)成，具備手動卷曲外毛刺形成和手動切割的性能。去內(nèi)毛刺控制系統(tǒng)通過圓弧度硬質(zhì)合金刀刃，刮除后的內(nèi)毛刺形成再經(jīng)刀頭打斷，由管道中帶出。

4.2 噴砂處理

噴砂機是一種指通過使用以加壓的空氣噴嘴為噴射動力，所能形成的一種高速度噴射束將各種噴料顆粒（銅礦砂、石英砂、金鋼砂、鐵砂、海砂等）以較高速度噴射出至機械外表，從而可使該材料表面機械的幾何外觀尺寸和幾何形狀等發(fā)生變化。經(jīng)噴砂處理后鋅的管腔內(nèi)表面應(yīng)清潔無明顯積鋅灰，無明顯突出的毛刺物和積鋅渣、鋅瘤等，而且有相當(dāng)?shù)谋砻娲植诙取?/p>

4.3 預(yù)熱

因為環(huán)境溫度過高會危害鍍鋅管表面上鍍鋅層的品質(zhì)，從而使涂塑層表面上極易產(chǎn)生燒焦、不均勻等現(xiàn)狀，而環(huán)境溫度過低則會使涂塑層的表面粗糙，金屬組合力降低，鍍層薄至抹不上，所以，應(yīng)該嚴(yán)謹(jǐn)?shù)馗鶕?jù)規(guī)定環(huán)境溫度來選擇。預(yù)熱烘道溫度范圍：100～300℃可調(diào)。

4.4 涂敷

粉末涂敷是一個相對完全干燥性的技術(shù)。把這些具有靜電特性的導(dǎo)電顏料粉末和導(dǎo)電樹脂中的導(dǎo)電微粒均勻噴涂覆蓋到接地的器件表面上，帶電的作業(yè)粉末則直接附著固定在接地元器件表面的金屬外表，直到金屬在固化箱子中被充分的熔化后而表面形成一層均勻厚的鍍層。粉末涂敷法的主要工藝，總結(jié)歸納起來可大致分為有涂布、吸涂、浸涂、滾壓涂敷和粉末擴散法涂布等幾種。目前國內(nèi)使用得最多的方法為靜電流化床吸涂一類和靜電流化床浸涂二類。

4.5 管內(nèi)噴射除銹

（1）在管道內(nèi)表面上實行噴水除銹，并使用多邊形鋼丸。去灰作業(yè)檢查時，管道內(nèi)部空氣和鋼丸都需要完全風(fēng)干，用氣量足夠大、保持風(fēng)干而無油污，一般按照每把噴砂除銹槍的最大用氣量來選擇空壓器尺寸，將氣壓調(diào)節(jié)在0.6～0.7MPa，并調(diào)整好鋼丸流速大小。去灰級別應(yīng)當(dāng)滿足現(xiàn)有國標(biāo)《涂裝前鋼鐵表層腐蝕分級和去灰分級》在GB8923-1988中規(guī)范的S2.5級別，錨紋水深在30～10Oum。（2）在噴水除銹后，用潔凈、晾干的加壓氣流刮掃管道內(nèi)表面，把管道內(nèi)表面遺留的鋼丸砂子和粉塵全部清理干凈。表層粉塵度應(yīng)符合目前國標(biāo)《涂覆油漆前鋼鐵表面處理表面清潔度的評定試驗第三階段：涂覆油漆前鋼鐵表層的粉塵評價(壓敏粘帶法)》中GB/T18570.9規(guī)定的二等級。（3）噴水除銹后的管材應(yīng)按現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)《涂覆油漆前鋼鐵表層加工表面上潔凈的評價實驗第九部分：水溶性鹽的現(xiàn)場電導(dǎo)率測定法》中GB/T18570.9規(guī)定或規(guī)其他適當(dāng)?shù)姆绞綑z測鋼鐵表層的食鹽分濃度，鋼鐵表層的食用鹽含量不應(yīng)大于20mg/m2。鋼管表層預(yù)處理后8h內(nèi)開始涂敷，但如果發(fā)生返銹或表層污染時，則需要再次開展表層預(yù)處理技術(shù)。

4.6 靜電噴涂

粉狀油漆靜電噴漆技術(shù)中使用的主要是粉狀空中混合物，在粉狀進(jìn)彈斗中設(shè)計有一種細(xì)小的流體床，以產(chǎn)生粉狀空中漿液。在特定狀況下，進(jìn)彈斗的振動可以避免粉末顆粒在進(jìn)入輸送線中時出現(xiàn)阻塞或聚集。當(dāng)粉末顆粒經(jīng)由一個制動軟管被運送至噴火器內(nèi)時，該槍的噴頭受到壓力直流電的輸人而產(chǎn)生帶電電極。因此，靜電噴涂槍確定了粉末顆粒的噴涂方式，影響了沉積速率、生成圖案的長度、形狀以及噴涂密度，另外，噴火器還可以為正在噴射的粉末顆粒充電。

4.7 固化

升溫法，對熱塑性粉劑來說，只不過是用來使之產(chǎn)生連續(xù)性的薄層，但對熱固性粉劑來說，它就必須進(jìn)一步升溫來使薄層更加穩(wěn)定。常規(guī)粉末涂料的固化方式主要有以下4種：對流、紅外線照射、對流和紅外線聯(lián)用或以紫外線輻照固化。對流電烤箱也可使用蒸汽或電加熱。在烘箱內(nèi)，將加熱空氣圍繞在涂裝設(shè)備的周圍并使設(shè)備達(dá)到規(guī)定工作溫度。紫外線輻照固化技術(shù)一般應(yīng)用于高熱敏性基材。經(jīng)過特殊配制的紫外線固化粉末涂料，能在非常低的高溫下(121℃)迅速熔化和流動，經(jīng)紫外光照射，幾秒鐘后即凝固。紅外箱中也可用氣或電作為燃料以產(chǎn)生紅外輻照。射線的熱能被金屬粉末所吸引，而在粉末底部的金屬基材則直接和粉末相互碰撞，這樣整個部件就不需升溫而達(dá)到了它所要求的標(biāo)準(zhǔn)固化溫度。

在紅外線照射一定時間后，粉狀將會以相對較快的速率流動和凝固。對流現(xiàn)象和紅外線結(jié)合通常包括二個區(qū)域(或二個階段)，第一個區(qū)是紅外輻射，用以快速使粉狀熔融(這個工序被稱為近紅外團化。此外，該類特定配方工藝的粉狀涂層具備快速吸引紅外線的優(yōu)點)：而第二個區(qū)域則是對流烘箱區(qū)域，來自第一個區(qū)域的部件涂層已經(jīng)固化完成。

5 結(jié)語

涂塑管材目前已應(yīng)用于食品、醫(yī)療、飲水、造船、發(fā)電、石化等領(lǐng)域，但同國外工業(yè)先進(jìn)地區(qū)比較，管材涂塑技術(shù)在國內(nèi)的開發(fā)歷程還很短暫，而且尚有不少項目待做，但展望未來，前途很大。但由于新型的粉狀涂層的出現(xiàn)，耐候性、耐溫性、高耐磨性、抗強腐蝕、高環(huán)保性和施工穩(wěn)定性強的粉狀涂層已不斷地研制成功。