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UV固化涂料在鋼管防腐保護中的應用,對我國鋼管短期防腐保護用UV 固化涂料涂裝工藝及應用情況進行了介紹
2019年07月30日    閱讀量:11595    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

0 引言

為防止鋼管在儲存及運輸期間發生銹蝕,生產企業通常在其外表面噴涂硬質防銹油以達到短期防銹保護的目的。在此過程中多數采用溶劑型涂料,而且為提高生產效率需要通過烘烤來加速成膜,因此存在生產效率低、VOC 含量高、能耗高、安全性差等缺點。


UV 固化涂料是以UV 光作為固化能源,引發涂料各組分發生鏈式聚合反應,在數秒內就可完成固化中國建材網cnprofit.com。這種固化方式具有許多優點,如100%固化、VOC 含量為0、瞬時固化和涂膜性能穩定等。UV 保護涂料在歐洲、美國等地的鋼管生產企業已有多年使用經驗,為了提高我國鋼管產品的品質,推廣這類涂料及涂裝工藝是十分必要的。


1 國內應用現狀

1.1 涂裝工藝

鋼管外表面UV 固化涂裝工藝主要采用直線輸送涂裝法,即鋼管通過輥道平行傳送至UV 固化涂料噴涂室內,由環繞分布的6~8 把噴槍對其進行噴涂形成漆膜,然后帶漆鋼管不停頓地被輥送至紫外輻射固化箱進行輻射固化。涂膜的噴涂和固化是在輥送過程中完成的,從而最大限度地保證了漆膜的完整性,提高了鋼管涂裝效率。典型的UV 固化鋼管涂裝設備主要由輥道輸送系統、噴涂回收系統、固化系統、排風系統組成,如圖1 所示。

UV固化涂料在鋼管防腐保護中的應用,對我國鋼管短期防腐保護用UV 固化涂料涂裝工藝及應用情況進行了介紹 中國建材網,cnprofit.com

UV 固化鋼管涂裝設備簡圖

噴涂之前,首先根據被涂鋼管的直徑調整設備噴槍環與輥道間的距離,并調整噴涂系統及固化系統的中心線與鋼管中心線同一,以保證噴涂和輻照的均勻性。噴涂的厚度可以通過調整噴槍流量來調節。上述工作結束后依次開啟紫外燈輻照系統、紫外燈冷卻系統、涂料回收系統,做好涂裝前的準備工作。


UV 固化涂料存放在貯罐內,待涂料預熱到設定溫度后,啟動涂裝設備輥送系統,輸送經過探傷等測試合格的鋼管。在鋼管進入噴漆室之前,通過輥道與涂裝設備間安裝的吹塵氣槍對鋼管表面進行除塵,一些對鋼管品種要求更高的生產線需對鋼管進行熱水沖洗以對其外表進行預清潔,或者采用高壓空氣吹掃的方式清除鋼管外表面的灰塵、附著雜物等,有些設備還安裝了電動鋼絲刷對鋼管表面的浮銹或經淬火形成的氧化皮進行清除并提高鋼材表面能,以利于增強涂料的附著力。


在普通石油管道涂裝時,鋼管表面甚至沒有上述任何的前處理,這就對涂料的流平、潤濕及附著性能提出了更高的要求。鋼管進入噴涂室后,啟動噴槍進行涂裝,噴涂參數由中控室控制,涂裝后的鋼管進入固化室接受紫外輻射,涂膜固化程度通常可達90%,剩余固化過程在堆放過程中自然完成。


噴涂和固化兩個過程依次進行,中間不作任何停頓,非常適合高速自動化的生產線。目前我國鋼管企業陸續提高了線速度,部分已從原來的30m/min 提高到了60 m/min,這就要求UV 固化涂料必須在1~2 s 內固化才能滿足生產線的需要。


涂料回收系統可對過噴的涂料進行收集,回收料經過濾后重新輸回儲漆罐,這樣涂料的利用率可達95%以上。目前,由浙大精益機電技術工程有限公司、天津賽瑞機械設備有限公司、中國鋼研科技集團新冶高科技集團有限公司研制的紫外固化噴涂機已替代了進口設備,成功地實現了工業化應用。涂裝所涉及主要設備及成品實物圖見圖2~5。

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1.2 應用實例

2003 年,上海寶鋼引進了英國BRONX/UINVERSAL公司制造的真空紫外固化設備,用于高壓鍋爐管線鋼管的UV 固化涂裝。與國產涂裝設備不同的是,這套設備涂層厚度的控制是通過調節噴涂室內的真空度來實現的,其核心部分是真空涂層室,一方面使涂料霧化,另一方面通過型板孔隙除掉鋼管上的過量漆液以控制膜厚,故而真空涂層室的質量直接決定著鋼管表面涂層的厚度和質量。


2007 年,山東煙臺魯寶鋼管有限責任公司從德國VENJAKOB 公司引進了鋼管UV紫外噴涂設備用于無縫鋼管生產后期的涂油作業。總的來說,上述國外產品運行維護成本高,不能滿足國內鋼管企業低成本的要求。


2011 年,寶雞石油鋼管有限責任公司開始在其管加工生產線使用UV 固化涂裝技術,并采用國產設備,價格約300 萬元左右,大幅降低了設備投資成本。從目前使用情況來看,各方面情況良好,與溶劑型涂料烘房相比耗電量大幅下降,涂料利用率大幅提高。


上述企業在鋼管涂裝過程之初基本上使用的都是國外品牌的涂料,如奎克化學(中國)公司的Quaker-060高性能UV 透明防銹漆,德國S. 戈德曼化工&蠟燭顏料公司的TUBESHIELD LM2920 的鋼管專用UV 固化涂料以及亮克威澤涂料科技公司的LANKWITZER 光固化涂料等。隨著國內對UV 固化涂料研發的不斷深入,有些產品已經打破了國外產品壟斷的局面,如江蘇宏泰高分子材料公司、江陰市天邦涂料公司、江蘇蘭陵化工集團等。


1.3 存在的問題

目前UV 固化涂料主要存在著單價高、漆膜破壞難以補涂、漆罐內涂料反復加熱易結皮堵槍等問題。由于原材料價格一直處在高位,所以UV 固化涂料的價格很難在短時間內大幅降低。


鋼管生產企業可以通過調節噴涂設備參數,降低涂層的厚度來減少涂料用量。對于補涂的問題,鋼管生產企業可以在生產現場配置手持式UV 固化機,對損傷部位刷涂UV 漆后,用手持式設備進行固化,操作簡便,設備費用較低。結皮問題主要是因為涂料中的引發劑受熱分解從而引發聚合所致,可以通過按需加漆來避免涂料長期滯留管內反復受熱,以及定期用溶劑清洗管道等辦法來控制。

 

2 漆膜性能要求及涂裝質量檢驗

目前國內對于鋼管保護用光固化涂料性能還沒有統一標準,供需雙方往往通過技術合同約定相關性能。一般來說,根據鋼管的露天堆放時間和運輸條件,UV固化鋼管涂料應具備如表1 所示的性能。


為了提高防銹性能,加強對涂層質量的監控是十分必要的。鋼管生產企業可根據實際條件,在涂裝現場配備磁性測厚儀、漆膜劃格器、3M 膠帶、漆刷、便攜式紫外固化機、漏涂點檢測儀等工具設備,將涂層厚度、外觀、附著力、缺損部位作為涂層的驗收項目。驗收合格的涂層應該表面平滑、色澤均勻、無暗泡、無顆粒或針孔。

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光固化鋼管保護涂料性能指標

3 配方設計需要考慮的問題

在設計配方之前,首先要調查清楚用戶的前處理工藝、涂裝方式、固化設備參數(燈管功率、燈距、線速度等),以便設計出的涂料配方能滿足用戶涂裝設備和工藝要求。


目前鋼管UV 涂裝有兩大趨勢,一是線速度不斷提高,二是待涂鋼管低表面處理。高線速一方面意味涂料接收到的能量更低,所設計的配方應該具有更高的反應活性才能保證涂料的瞬時固化,否則涂料固化不完全或不固化,會造成輥道粘連或以“油”狀進入下道工序;


高線速另一方面意味著涂料噴涂到鋼管表面后流平的時間更短,而流平是確保涂料附著力的重要條件,為了達到短時間流平的目的,在配方設計時就要控制好涂料的本體黏度和調整好表面張力。


低表面處理無疑為鋼管生產企業節約了投資、提升了生產效率,但卻給涂料制造企業提出了更高的要求。


眾所周知,非金屬材料相比光固化涂料在金屬表面更難以附著,涂料對致密的金屬表面在短時間內難以形成有效錨固,同時單體固化導致的體積收縮也降低了對金屬基材的附著力。如何滿足在低表面處理鋼管上高附著力的要求,是配方工程師面臨的一大難題。


當然,如何克服空氣對自由基固化體系的阻聚問題,實現涂料的1~2 s 固化,更是配方設計過程中首先遇到和需要解決的問題。此二者貫穿整個配方研制的全過程,呈現出此消彼長相互制約的現象,只有在二者中間找到平衡點,才能兼顧涂料的干性和附著力。


4 結語

目前我國鋼管產能已穩居世界第一,提高鋼管品質,淘汰落后產能已成為行業的發展趨勢。UV 固化涂料及涂裝設備符合當下環境友好型、資源節約型的要求,已在我國重點鋼管生產企業得以應用,并取得了良好的經濟效益和社會效益。但UV 固化涂料在鋼管上的防腐保護目前僅限于短期保護,漆膜后期需通過脫漆劑脫除。如何實現UV 固化涂料的長效防腐保護還有很長的路要走。


UV 固化涂料在鋼管防腐保護中的應用

馬金,吳潤澤,王桂銀(江蘇蘭陵化工集團有限公司,江蘇省鋼結構重防腐防火涂料工程技術研究中心,江蘇常州213119)


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