油漆涂料在閥門上的應用

　　油漆涂料在閥門上的應用
　　
　　上海申弘閥門有限公司
　　
　　摘要：近年來，隨著科學技術的不斷發展，國內閥門產品也在向高技術含量、高標準、耐強腐蝕、高壽命方向發展，這對閥門的涂層及涂裝技術提出了更高的要求。文章結合閥門使用環境和特點，就如何采用新型固化劑，優選環氧樹脂輔助填料、助劑等進行閥門粉末涂料的設計；應用中如何與涂裝工藝配合，滿足涂敷閥門的高標準要求等方面進行了重點闡述。
　　
　　1前言
　　
　　閥門是石油、天然氣、化工、電站、長輸管線、造船、核工業、化學工程、航天以及海洋石油等國民經濟各部門*的流體控制設備部件。所用閥門和管道配件得主要材料為鑄鐵，但鑄鐵不耐腐蝕，單一材質不能滿足使用要求，需要對其進行適當的涂層處理，因此需要對鑄鐵閥門的涂層深入研究，以便正確選用涂層材料與涂裝工藝。鑄鐵閥門材質包括灰鑄鐵、可鍛鑄鐵和球墨鑄鐵等，其中球墨鑄鐵閥門在水系統中的使用越來越廣泛，閥門的損壞和更換源于主體銹蝕。閥門內腔與介質接觸，銹蝕極為嚴重，銹蝕后的閥門通徑變小，流阻增大，嚴重影響介質傳輸。閥門大多安裝在地面或地下，外表與潮濕的空氣接觸極易發生銹蝕，因此閥門主體材料必須進行腐蝕防護，以延長使用壽命。另外，鑄鐵閥門直接與水接觸，銹蝕將對水體產生二次污染。因此，閥門涂層的性能要求以功能性防護為主，裝飾性為輔。我國國民經濟的發展推動了閥門工業的進步，粉末涂料與涂裝行業必須充分了解閥門產品，關注對客戶的產品服務，才能把與之配套的粉末涂料與涂裝工作做得更好。
　　
　　閥門試壓合格后，應清刷閥門的臟物，排除閥內積水，噴刷油漆，涂刷防銹劑，檢查和包裝，辦理移交手續。閥門涂漆顏色有兩種形式，一種是隨管道涂一樣顏色，另一種涂閥門材料識別的顏色漆。概述近年來,粉末涂料的應用已超越了涂料工業中的水性涂料和高固體涂料等,成為工業界使用較多的涂料品種之一。粉末涂裝工藝解決了傳統油漆涂裝工藝所存在的易燃、易爆和污染環境等問題,而且其涂層具備*的性能,原料可回收再用,涂裝工藝簡單。為此國外已廣泛應用于閥門涂識別顏色漆有利區別閥體和閥蓋、密封面和襯里的使用材料。涂漆層應采用經久耐用的涂料，標志處漆層，應清晰顯目，一般用紅色漆描繪。
　　
　　1.閥休的識別涂漆，應刷在閥體悶蓋不加工的外表面上，徐漆顏色符合以下規定。耐酸鋼、不銹鋼允許不涂漆，銅合金也可不涂漆。
　　
　　2.密封面的識別涂漆，應刷在手輪、手柄或扳手上，閥座和關閉件密封面材料不同時，按低硬度材料涂色，止回閥，涂在閥蓋頂部，安全閥、減壓閥、疏水閥涂在閥罩或閥帽上。涂漆顏色符合規定，涂漆以關閉件密封面材料為準。
　　
　　3.電動裝置的涂漆，普通型涂中灰色;戶外、防爆、防腐三合一型涂天藍天，氣動、液動、齒輪傳動等，同閥門產品涂色。
　　
　　閥門涂漆完工后，漆層應光滑均勻，顏色符合要求，不應有漏涂、花面、皺紋、起泡、流痕、脫皮等缺陷。對不應涂漆部位進行清理，沾有油漆的應用丙銅等溶劑洗干凈。
　　
　　2問題的提出
　　
　　—如何確定閥門粉末涂料體系？是環氧聚酯型，還是純環氧、純聚酯型，或是環氧防腐型？
　　
　　—閥門在安裝、使用、維護保養過程中難免磕碰，閥門粉末涂料的機械性能(抗沖擊性)要好。那么如何提高閥門粉末涂層的抗沖擊性？
　　
　　—部分閥門要求外觀顏色鮮艷(如艷紅)，維護保養過程中要求涂層具有耐有機溶劑(如丙酮)擦拭性。為保證涂層外觀艷麗涂料的耐高溫黃變性一定要好，那么如何提高粉末涂層的抗黃變性及耐有機溶劑擦拭性？
　　
　　—如何確定閥門粉末涂料配方與涂裝工藝的配套性？
　　
　　—粉末涂層缺欠如何應對？
　　
　　3試驗原料的選擇與配方設計
　　
　　3.1涂料體系的確定
　　
　　按照ISO12944-2劃分標準，大部分工業閥門的安裝使用環境屬于C3、C4、C5-1和C5-M環境。C3環境指中等二氧化硫污染區或低鹽度的沿海地區，如食品加工廠、洗衣店、釀酒廠、奶制品生產廠的大氣環境。C4環境為工業區域和中等鹽度的沿海地區，如化工廠、游泳池、沿海船舶和船廠的大氣環境。C5-1環境是非常高工業化和高濕度的地區，如高污染的建筑或工業區域。C5-M環境是指沿海和近海地區高鹽分的海邊或海面上的大氣環境。上述分析充分說明閥門用粉末涂料體系應為防腐體系。
　　
　　3.2環氧樹脂的選擇
　　
　　閥門在搬運、安裝、使用過程中的機械損傷比較嚴重，所用粉末涂層的抗沖擊性應當非常好，因此宜選用雙酚A型環氧樹脂；雙酚A型環氧樹脂的醚鍵和C-C鍵使大分子具有柔順性，苯環賦予聚合物耐熱性和剛性，異丙基賦予高分子材料一定的剛性。雙酚A型環氧樹脂904H具有柔韌性的長鏈結構，環氧值0.109mol/100g，軟化點100℃，賦予粉末涂層良好的抗沖擊性。
　　
　　3.3固化劑的選擇
　　
　　環氧樹脂本身是一種熱塑性物質，需要在一定條件下與固化劑通過交聯反應，才能形成立體網狀結構的熱固性產物，從而顯現出各種優良的應用性能，真正成為具有使用價值的環氧材料。因此固化劑在環氧樹脂應用中*，甚至發揮著決定性作用。我們可根據表1固化劑的典型技術指標合理選擇。
　　
　　3.4填料的選擇
　　
　　填料可提高粉末涂料的機械強度和其它保護性能。閥門粉末涂料用填料應具備下列性能：(1)不溶于水和有機溶劑，有很好的分散性，無色或白色，不含雜質的超細粉粒；(2)耐酸、耐堿、耐候等性能均好；(3)成本低，但對涂膜性能無不利影響。常用填料包括硫酸鋇、輕質碳酸鈣、白炭黑、石英粉、硅灰石等。
　　
　　3.5顏料的選擇
　　
　　粉末涂料必須加熱才能固化成膜，因此在選擇顏料時需要考慮耐熱穩定性。重防腐粉末涂料常用的顏料有：氧化鐵紅、淡鉻黃、棕鉻黃、炭黑、金紅石型鈦白、酞菁藍、酞菁綠等。
　　
　　3.6助劑的選擇
　　
　　粉末涂料助劑包括流平劑、邊角覆蓋性改進劑、花紋助劑、抗劃傷劑、增硬劑、促進劑、紫外光吸收劑、防針孔劑和粉末疏松劑等。
　　
　　—脫氣劑：主要是安息香，為白色或淺黃色無味晶體，熔點137℃，沸點344℃，微溶于水和，溶于熱丙酮和熱乙醇，是粉末涂料常用的脫氣劑。
　　
　　—增韌劑：是指能增加膠黏劑膜層柔韌性的物質，如熱塑性高分子化合物聚乙烯醇縮丁醛。
　　
　　—流平劑：如PV88、503、3#等。
　　
　　—促進劑：可選用醫藥級2-甲基咪唑等。
　　
　　—抗劃傷劑、增硬劑：主要是微晶蠟類，如GR-1、W-1等。
　　
　　—粉末疏松劑：如氣相法二氧化硅、Amanda100、氧化鋁C等。
　　
　　3.7配方設計與涂裝工藝
　　
　　為了通過應用試驗使閥門粉末涂料與涂裝工藝要求相配套，本研究的試驗材料選用如下：雙酚A型環氧樹脂904H(廣州宏昌電子材料公司)；固化劑為Amanda969B、Amanda989C和自制的Amanda959-1、Amanda959-1W；其中Amanda989C分子結構中引入了部分多官能度活性組分與柔韌性長鏈結構，自制固化劑與普通雙酚A型或酚醛改性的環氧樹脂有*的混溶性，反應活性*，可快速固化；顏料、填料和助劑等均選用同一生產批號的材料。試驗配方設計見表2。
　　
　　4.1重防腐粉末涂料制備
　　
　　將環氧樹脂、固化劑、顏填料及助劑在高速混合機中充分混合均勻(混合兩次，3min/次)，然后用螺桿擠出機熔融擠出，擠出機1區溫度100~105℃，2區溫度85~90℃，轉速300r/min。擠出片料在ACM磨粉機中粉碎，用100目篩分級得到粒度符合要求的粉末涂料。
　　
　　4.2涂層制備與性能檢驗
　　
　　按檢測標準要求將待檢測樣板底材(標準鐵板100×100×6mm)進行噴砂除銹處理，預熱，用靜電噴槍將待測粉末涂料噴涂在樣板表面至規定膜厚(250~450μm)，固化，水冷后待檢測。
　　
　　根據EN14901-2006要求，涂膜性能測試包括耐沖擊性、耐壓痕性、孔隙率、熱老化性、耐腐蝕性、耐摩擦性和安全性等。型式檢驗一般在選擇涂層材料、或工藝參數發生變化時進行，正常生產中一般不需測試。
　　
　　粉末涂料的常規檢驗項目包括膠化時間、密度、粒度分布、磁性物含量、附著力、流平性、耐有機溶劑擦拭性、耐高溫黃變性、抗沖擊性等，按表2配方制成的涂料性能測試結果見表4。
　　
　　表4閥門粉末涂料的性能測試結果
　　
　　固化工藝及性能
　　
　　球墨鑄鐵閥門1
　　
　　50min@250℃預熱→噴涂→20min@190℃固化(15min或30min也可；20min*)→自然冷卻
　　
　　50min@250℃預熱→噴涂→20min@190℃固化(15min或30min也可；20min*)→自然冷卻
　　
　　50min@250℃預熱→噴涂→不回烤固化→自然冷卻
　　
　　50min@250℃預熱→噴涂→30min@190℃固化→自然冷卻
　　
　　注：1-噴涂厚度250~450μm；2-直徑16mm的球形沖頭，1kg落錘，室溫；3-依據ENISO4624要求進行剝離測試，平均值≥8MPa，小單值≥6MPa；4-目測無橘皮、平整；5-目測應光滑，顏色一致，無氣孔、氣泡、漏噴等缺陷；6-采用膜厚儀測量，涂層平均厚度≥250μm；7-將甲基異丁基酮(MIBK)滴在噴涂表面，然后用白布反復擦拭，觀察表面變色、失光和/或污損情況。上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導式減壓閥,空氣減壓閥,氮氣減壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調節閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動閥門、電動閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。應用在糧油加工系統中。用于涂料行業的生產管線生產，及加工。
　　
　　4.3常見問題
　　
　　閥門粉末噴涂工藝中常見的涂膜弊病及解決方案見表5。
　　
　　表5閥門粉末噴涂工藝中常見的涂膜弊病及解決方案
　　
　　解決方法
　　
　　1涂膜光澤不足或褪色
　　
　　a烘烤時間過長
　　
　　b固化溫度過高
　　
　　c受其他粉末涂料污染
　　
　　d外部污染性氣體進入固化烘道內
　　
　　e工件預處理不當(有銹或油)
　　
　　f工件表面粗糙
　　
　　a提高輸送速度或縮短固化時間
　　
　　b調整固化烘道溫度
　　
　　c清洗設備，用新粉末涂料，檢查回收粉使用比例
　　
　　d清除外部氣源或隔斷
　　
　　e檢查表面處理工序，重新預處理
　　
　　f重新處理
　　
　　2涂膜光澤過高
　　
　　固化烘道內溫度過低或固化時間太短
　　
　　提高固化溫度或延長固化時間
　　
　　3涂膜上有異物
　　
　　a噴槍、噴涂室或回收系統不清潔
　　
　　b涂裝車間衛生不良
　　
　　c工件預處理不當
　　
　　d搬運過程中有異物附著
　　
　　a檢查氣源，粉末過篩或換新粉
　　
　　b清潔車間環境衛生
　　
　　c重新預處理
　　
　　d檢查運輸過程
　　
　　4涂膜有縮孔或針孔
　　
　　a表面處理不當，除油污不干凈
　　
　　b壓縮空氣中有水或油
　　
　　c受其他粉末污染
　　
　　d工件烘烤時間不足
　　
　　e工件本身有嚴重缺陷
　　
　　a檢查工件表面處理工序并糾正
　　
　　b及時排放油水分離器里的水
　　
　　c清潔整個噴涂系統，使用新粉
　　
　　d延長烘烤時間
　　
　　e工件不適合噴涂，報廢
　　
　　5涂膜附著力和機械強度不足
　　
　　a固化溫度不足，固化時間過短
　　
　　b工件表面處理不當
　　
　　c固化涂膜太厚
　　
　　d固化嚴重過度(老化)
　　
　　a延長固化時間(注意工件大小)
　　
　　b檢查原因，特別是拋丸處理，并糾正
　　
　　c減少上粉量
　　
　　d嚴格控制固化溫度和時間
　　
　　4結論
　　
　　（1）結構不同的固化劑對環氧涂料的性能影響不同，固化劑種類及用量、基礎樹脂的化學反應性、終涂膜的交聯密度因應用性能要求不同而變化。固化劑選擇對粉末涂層固化溫度、涂層機械性能和附著力影響很大。為了實現良好的應用性能，粉末涂料配方及涂裝工藝的確定需要對諸多因素(如價格、耐化學品性、機械性能、閥門使用條件、產品質量要求、設備環境狀況)綜合平衡。
　　
　　（2）Amanda989C固化劑較好地解決了閥門粉末涂層的抗沖擊性，可以滿足閥門重防腐環氧粉末涂料的新要求。在固化劑研制過程中，我們根據不同涂裝作業方式與涂膜性能要求開發了系列固化劑，可滿足不同應用場合的要求。
　　
　　（3）環氧樹脂粉末涂層附著力強，表面光滑，耐沖擊、耐腐蝕、耐沖刷、耐老化，能夠滿足閥門的使用要求及水系統對輸配水設備的要求。在粉末選用、設備配備時應當充分考慮材料、工藝和設備的匹配性。
　　
　　參考文獻
　　
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