摘要：介绍了各种管道防腐粉末涂料和涂装工 艺，其中熔结环氧粉末涂料和聚乙烯粉末涂料是给 排水管道重要的防腐材料，通过两者的配合使用， 可以彼此弥补缺点，发挥长处，最大限度地发挥各 自优点，特别适合大口径给排水管道的防腐^ 关键词：环氧树脂；聚乙烯；粉末涂料；大口径给 排水管道；防腐；滚涂

0引言

 

管道几乎无处不在，是气体、液体等流体最有效的输 送方式。管道运输不仅运输量大、连续、迅速、经济、安 全、可靠、平稳以及投资少、占地少、建设及维护费用低， 而且可实现自动控制。各种管道像人的血管一样，遍布全 球，连接着城市与乡村，连接着千家万户。我国城镇化建 设正在不断地推进，而评价一个区域城镇化水平的重要指 标是供水、供气、供暖、排水等与管道相关的因素。中国 是一个正处在快速发展中的大国，人口众多，人均能源、 水资源等重要资源的占有量严重不足。例如我国人均能源 占有量不到世界人均水平的一半，石油仅为十分之一；水 资源仅仅是四分之一，是世界严重缺水、污染严重的国家 之一。面对如此严峻的现实，我国政府决定执行"建设资 源节约型、环境友好型社会"的发展战略方针，解决好可 持续发展所面临的问题。为此，我国正在全力实施"节能、 节水、节地、节材”等战略工程。近几年大力推动给排水 管道产业的发展，也具有重要的战略意义。钢质管道具有

承压效果好及耐老化性能高的特点，因此供水、供气管道 的主干线一般采用大口径钢管，这就把钢管的防腐提到较 高高度，可以说防腐的好坏决定着管道的使用寿命。埋地 钢管的腐蚀一直是个难题，20世纪M年代之前，所使用 的防腐涂层主要是煤焦油和沥青，后来又出现了热压聚乙 烯缠带，这些材料在使用中被证明是有效的，但是由于环 境污染、应用效率低、适应性差等原因限制了这些材料的 使用，直到50年代以后熔结环氧粉末涂层的出现，才使 钢管防腐出现了革命性变化，并且熔结环氧粉末与聚乙烯 涂层配合使用使管道防腐的水平达到了前所未有的高度， 是一种较完美的组合防腐方式。

 

1熔结环氧粉末

 

熔结环氧粉末是一种以环氧树脂为基料的热固性粉 末涂料(加热熔化，然后固化成膜，以后不再遇热熔化)， 应用于管道防腐领域已有50多年的历史，最早服役的环 氧粉末涂料涂层防腐的管线现在还依旧发挥着作用。熔结 环氧粉末涂料是一种以空气为载体进行输送和分散的固 体涂料，将其施涂于经预热的钢铁制品表面，熔化、流平、 固化形成一道均匀的涂层，故得此名，英文名称Fusion Bonding Epoxy Powder Coatings,简称 FBE。溶结环氧粉 末的每个颗粒都均匀地包含所有组成成分，使涂敷的操作 过程以及形成的涂层都具有连续稳定的均匀性。其优异的 物理性能、化学性能、使用性能、耐久性能、安全环保性 能、经济性(涂层薄，只有300~500 nm，成本低)得到防腐 界普遍认可，经得起实践和时间的考验，广泛应用于输水、 输油、输气等方面，并发挥着其独特作用。几十年来，经

过不断的发展完善，这项技术已经走向成熟。在不同的管 径、传输介质、连接方式、地理环境都有出色的表现。由 于环氧树脂分子上具有两个以上的活性官能团(羟基和环 氧基)，固化后形成立体网状分子结构，而且能与钢铁表面 发生化学反应形成化学键，所以具有极好的附着力和刚 性。

 

2管道工程用聚乙烯粉末涂料

 

管道工程用聚乙烯PE粉末是一种以非极性的低密度 和线性低密度聚乙烯为基料的热塑性粉末涂料(可反复熔 化)，其历史比熔结环氧粉末涂料更早一些。由于其分子是 非极性分子，不具有活性官能团，所以附着力不佳，这个 致命的缺点限制了其发展，后来接枝改性技术发展，让聚 乙烯分子具有了一些极性基团，附着力有所提升，但还远 远达不到熔结环氧粉末涂料涂层与钢铁的粘接强度。然而 聚乙烯具有超强的韧性和抗冲击能力，以及耐水性和边角 覆盖性，非常适合一些外层包覆的或有锋利边角的工件涂 覆，只是由于附着力原因，一般不推荐内涂。

 

3管道腐蚀与防护材料比较

 

虽然地下不含极强的腐蚀性化学物，但埋地管道长期 接触含盐的地下水，土壤中的微生物产生的各种有机酸， 以及杂散电流，会产生电化学反应而腐蚀。众所周知电化 学腐蚀的三要素是：水、氧和离子。环氧和聚乙烯两种涂 层都是高聚物薄膜，能不同程度地阻缓上述三种因素的透 过而发挥防腐蚀作用。但由于分子结构的不同，两种涂层 各有优缺点。

 

表1是熔结环氧粉末涂层和聚乙烯粉末涂层的一些对 比数据。由表1可以看出，PE和FBE有较强的互补性，如果 两种材料结合使用，FBE做内涂或底涂，PE做外涂，可以 彼此弥补缺点，发挥长处，最大限度发挥各自优点，而成 为一"绝佳组合。

 

4 FBE粉末的施工工艺

 

FBE粉末的涂敷方法主要有：静电喷涂法、热喷涂法、 抽吸法、流化床法、滚涂法等。管道内涂敷一般采用摩擦 静电喷涂法、抽吸法或热喷涂法；管道外涂覆一般采取静 电喷涂法；异型件采用流化床法或静电喷涂法。这几种喷 涂方法都有一个共同特点，即喷涂之前需要将工件预热到 某一温度，使粉末一接触即熔化，余热应该能使涂膜继续 流动，进一步流平覆盖整个钢管表面，特别是在钢管表面 的凹陷处，以及焊缝两侧，熔融的涂料流入填平，使涂层 与钢管紧密结合，最大限度减少孔隙，并在规定时间内固 化，最后用水冷却终止固化过程。

表1熔结环氧粉末涂层和聚乙烯粉末涂层的对比数据

指标 聚乙烯PE粉末 熔结环氧FBE粉末

涂层厚度4im 500-3 000 300-500

单位面积防腐涂层造价 咼 低

操作环境温度/弋 在60 為110

韧性(-40 °C) 好 尚好

耐冲击性(小物件） 好 尚好

耐冲击性(大物件） 差 好

对水的敏感性 无 轻微

耐划伤性 差 好

硬度 低 局

附着力 差 好

耐环境应力开裂危险 有 无

户外耐候性 好 差

与阴极保护配合性 差 好

涂敷施工温度 相对局1、〉良费能源 相对低

涂装方式 单一(不带静电） 多样

现场修补 困难 方便

对人体危害 无 无

大管径内壁涂敷 不适合，有脱落堵 管危险 适合，非常好的附 着力

前处理 Sa 2.5-3 Sa 2.5-3

 

4.1外涂单层熔结环氧粉末的施工工艺

 

(1)预热钢管，去除表面杂物、疏松氧化皮；

 

(2)进行喷砂或抛丸处理，使钢管达到金属白色，一 般锚纹深度控制在50 ~ 100 nm，然后清除表面灰尘；

 

(3)经过表面处理的钢管采用无污染的热源均匀加 热。一般利用中频线圈加热钢管(即电感应加热，钢管通过 载有交变大电流的线圈所形成的交变磁场可产生涡流加 热)，加热温度可根据生产速度、管壁的厚薄以及希望的涂 层胶化、固化时间进行调整，一般控制在180~ 250弋之 间，以230弋为宜；

 

(4)环氧粉末先在流化床内充分流化，然后通过静电 喷枪使粉末颗粒带负电，均匀地粘附在经预热的接地钢管 表面。粘附在预热钢管表面的环氧粉末受热熔化并流动， 进一步流平覆盖整个钢管表面，特别是覆盖在钢管表面的 凹陷处，以及焊道两侧，熔融的涂料流入填平，使涂层与 钢管紧密结合，最大限度减少孔隙。流平后的涂层进一步 胶化、固化。根据不同的生产速度，以及对胶化、固化温 度、时间的要求，有不同类型的粉末与之相对应。固化时 间一般为1 ~1.5 min。涂膜厚度普通级为300 ~ 500 加强级可达到700 nm；

 

(5)浇水冷却，终止反应；

 

(6)当温度降到90弋以下时，进行涂膜性能检测(如 图1所示)。

喷眇或抛丸

粉末喷*

1 1浯理 水冷却

 

* 150-C 中 频加热

 

图1单层外涂熔结环氧粉末的施工工艺

4.2内涂熔结环氧粉末的施工工艺

 

内涂工艺与外涂工艺类似，前处理工艺基本一致，只 是内抛丸工艺不能实现，一般采用内喷砂工艺，加热方式 有电炉加热、燃气炉加热、中频加热等，涂覆方法主要有 喷涂法和真空吸涂法两种：

 

(1)内喷涂

4.3三层防腐结构及工艺

 

(1)三层防腐(以下简称3PE)结构组成包括：熔结环氧 粉末底层、聚合物胶粘剂中间层和聚乙烯面层(如图4所 示)0

钢管粉末涂层胶粘剂层聚乙稀层

图4三层防腐结构示意图

图2内喷涂示意图

(2)真空吸涂

 

真空吸涂法属于热涂覆技术，一般用于小口径管道和 弯管的内壁涂装。真空吸涂工艺流程如图3所示。

 

引 风 机

流化床

T)-CT

|

图3真空吸涂示意图

粉末与空气混合后进入管道内，它与高温管壁接触时 熔融粘附于管壁表面。抽吸过程中气流带走管壁部分热量 使其温度下降，粉末粘附量也随之减少，甚至粘附不上。 因此管道预热温度的高低对涂膜厚度影响很大。吸涂时涂 膜厚度随供粉量增大仅略有增加。由于真空吸涂时粉末涂 料总是过量供给，多余粉末被抽入回收装置，因而粉末过 量多与少对厚度影响不大。涂膜厚度对供粉时间十分敏 感。在同等条件下供粉时间越长涂膜越厚。吸涂施工过程 中，管道温度因散热、粉末吸热和抽吸气流带走的热量使 其不断下降。当管壁温度下降到难以熔粘粉末时，即使供 粉时间再长涂膜厚度也不可能增加。在生产施工中，随着 管径大小、批量大小、生产节奏等因素的变化，应该相应 调整有关工艺参数来达到满意的涂膜。

其中环氧底层的作用是形成连续的涂膜，通过与钢管 表面粘结、固化而提供良好的附着力，并具有很好的耐化 学品性和抗阴极剥离能力。聚合物胶粘剂的作用是在粉末 涂料胶化之前与之融合，并与外面的聚乙烯层粘结，使三 层连成为一个整体，最外层一般选用中高密度聚乙烯(国外 也有使用聚丙烯)，这样三层防腐结构综合了环氧粉末的附 着性、防腐性与聚乙烯层的耐候性、抗机械损伤性，弥补 了各自的缺点，从而大大提高了涂层的使用寿命，是目前 我国大型管道工程上首选的涂层，这种防腐方式只适合管 道外层防腐。3PE防腐层从1995年在库鄯线、陕京线应用 以来，客户反映是国内所用过的最好的覆盖层U但有一种 观点认为：3PE覆盖层破损后，由于聚乙烯具有较好的绝 缘性和耐水性，可阻碍阴极保护电流的通过而形成屏蔽， 阴极保护作用不能很好地发挥。目前我国应用中对此观点 尚未重视。此外，3PE防腐层造价相对较高，也是其缺点 之一。

 

国家重点工程“西气东输”主管线基本都选择3PE作 为外防腐层。

 

(2)施工工艺(侧向缠绕法)如下：

 

前处理与熔结环氧单涂层相同；

 

用静电喷涂法将熔结环氧粉末均匀涂覆在钢管表面， 厚度 60~1 50 (xm；

 

在其胶化前将胶粘剂涂于粉末层上；

 

将挤出的粘流态聚乙烯带侧向缠绕于胶粘剂之上，并 辊压使之与胶层牢固结合，这样三层连接成为一个整体。

 

4.4双层熔结环氧粉末结构及施工工艺

 

单层外涂FBE耐划伤性能比较差，施工性受到影响。 为了完善这一体系，.克服上述不足，着重在FBE材料改性 上做文章，提出了双层FBE涂层防腐体系，即以标准的FBE 涂层为底涂层，以改性的FBE涂层为外防腐层。这种双层