新型自硫化防腐密封液体橡胶在天然气防腐中的应用

无锡华润燃气有限公司 曹滨滨 郭 健

在工程建设及生产管理过程中，经常会遇到锈蚀严重且受环境及条件限制而不能除尽锈斑的工件。比如管道上的金属支架、地井中的阀门及管件、紧固用的螺栓螺母、法兰缝隙等。由于种种原因，这些工件无法达到标准要求的表面处理状态[1]，所以使工件的防腐一直以来都没有得到良好的解决。

本文介绍一种新型自硫化防腐密封液体橡胶材料。该材料由一种改性的液态橡胶、特殊的粉料及防腐助剂构成，是一种无溶剂材料，可以刷涂、灌注，具有良好的黏度及流动性，常温条件下可硫化（固化）成弹性体固体。该弹性体固体既具有聚乙烯材料的延展性和硬度，又具有橡胶的弹性及气密性，表现出塑料及橡胶的双重特性。使用这种新型自硫化防腐密封液体橡胶材料可以很好地解决上述问题。其突出特点是可以与铁锈进行反应，在带锈带潮湿条件施工时不影响性能。

1 材料性能指标

新型自硫化防腐密封液体橡胶材料的主要性能指标，如表1所示。

表1 新型自硫化防腐密封液体橡胶材料的主要性能指标

2 材料特性

2.1 气密阻隔性

新型自硫化防腐密封液体橡胶具有极好的气密阻隔性。测试数据表明该材料对气体的渗透性是环氧涂料的 1/10，是聚乙烯塑料的 1/4。极好的气密性，加上流砂般的流动性和快速的固化，使得泄漏的气体无法形成稳定的气路，最终在黏度不断上升的情况下被完全封堵。目前，城市燃气系统已经全面推广自硫化防腐密封液体橡胶材料进行在线堵漏，不需要特殊的工具和专业技巧，施工十分的方便，利用可燃气体测试仪可进行堵漏前后效果的检测。这种材料不仅可以防腐，还可以做密封材料使用。因此，天然气站场已经开始用新型自硫化防腐密封液体橡胶取代粘弹体膏进行法兰灌注。

2.2 耐寒、耐热、耐用性

大多数的防腐涂层因为过于刚性，所以在周期性的热胀冷缩中常因内应力过大而开裂或胶合面剥离。新型自硫化防腐密封液体橡胶彻底解决了因周期性热胀冷缩的温度变化而引起涂层早期失效的问题。该新型自硫化防腐密封液体橡胶的分子由刚性段和柔性段两部分组成，这样刚柔并济的分子架构使得涂层在受到外力时通过自身的弹性形变将外力化解掉，从而使得胶合界面不会遭到破坏，同时当外力撤去时，涂层将恢复本来的面貌，具有自愈的功能。因此，新型自硫化防腐密封液体橡胶涂层可以经得起周期性热胀冷缩的温度变化，表现出了长久耐寒、耐热、耐用的特性，可作为非埋地金属构件的防腐涂料。

2.3 抗光老化及热老化性

新型自硫化防腐密封液体橡胶具有优异的抗光老化及热老化的特性。为此，有人将新型自硫化防腐密封液体橡胶应用到了储油罐边缘板的防腐，一年左右时间的实际应用证明：没有任何开裂，与金属及混凝土基座粘结性良好，剥离不下来。与以往的CPU橡胶（液体聚氨酯橡胶）相比，不再出现与混凝土基座剥离分层的现象。CPU带有NCO端基，与混凝土中的水分反应会形成CO2，分子链中没有粘结性刚性链段，所以与混凝土的粘结力不好。新型自硫化防腐密封液体橡胶带有粘结性极好并对水有容忍性的（因含有羟基）刚性链段，像“铆钉”一样起到了锚固作用，所以长期使用也不会从混凝土上剥离分层。

2.4 可拆卸性

新型自硫化防腐密封液体橡胶具有良好的可拆卸性并且不留痕迹。这是因为起到粘接的刚性链段只占据50%的分子量，即新型自硫化防腐密封液体橡胶有效粘接的只有50%的面积。这样，对于光滑的金属表面，粘结力最多只有环氧胶的一半，所以很容易剥离而且不留痕迹。另外，气密性与可拆卸性的组合集中体现在这种防腐密封材料上，使得涂层剥离开的部分周边依然是密封的，水汽依然不能侵入，可拆除并不留痕迹。

实践证明这种新型自硫化防腐密封液体橡胶对锈蚀表面的粘结力明显大于对光亮金属表面的粘结力。在锈蚀的金属管道表面涂刷，涂层的粘结力达到4 MPa，表现出内聚破坏，而在无锈蚀的光亮金属盲板上涂刷，涂层的剥离强度只有10 N/cm2，是完全界面的破坏。

2.5 厚重丰满特性

新型自硫化防腐密封液体橡胶具有极好的厚重丰满特性。在异性金属构件中，螺栓螺母的防腐很难处理，但该新型自硫化防腐密封液体橡胶可以很好地解决螺栓螺母的腐蚀问题。由于橡胶材料分子中的弹性部分与环氧树脂分子中的刚性部分交错并存构成的线性大分子可以连续包覆住齿根及齿尖，从而保证了固化后的涂层具有极好的弹性及覆盖性，齿根及齿尖处的涂层厚度差异小于10%。一遍涂刷不流淌厚度达到600～1 000 μm，涂刷后的表观感觉十分厚重踏实。

经在码头、天然气站场、地下井阀、龙门吊紧固件上数万只螺栓上的应用证明，可以成功地保护螺栓免于腐蚀。以往，对于重要的螺栓都是使用黏弹体膏进行保护，材料浪费大，成本高，不耐海水冲刷；使用这种新型自硫化防腐密封液体橡胶材料后，施工简单，成本大幅度降低并可在任何环境下使用。

2.6 润湿渗透性

新型自硫化防腐密封液体橡胶具有极好的润湿渗透性。使用该材料不需要表面除锈，并可带锈带水施工。可在所有材料（混凝土、木材、各类金属、环氧涂层、聚乙烯、聚丙烯、沥青、玻璃、瓷砖、外墙涂料、橡胶）上，在几乎所有条件下（潮湿、低温、高温、带锈）涂刷均可获得令人满意的粘接力，粘接强度大于本体材料的内聚强度，所以有“万粘防腐膏”的称号，具有比黏弹体产品更广泛的适用性。

2.7 防腐性

新型自硫化防腐密封液体橡胶防腐性能优异。该材料化学稳定性较高，耐酸碱盐和有机溶剂，同时除具有绝佳的防腐蚀性能外，还具有较好的耐候性，耐候性与 PVC材料相同。该材料本身玻璃化温度为-76～-40 ℃，脆化温度为-65～-55 ℃。耐油性、气密性优异，耐溶剂性、耐冲击性、耐低温性、耐水性、化学稳定性、耐臭氧、耐老化性优良，耐 95 ℃热水。硫化后收缩率小，耐大气老化性极好，其制品可使用25年。

3 应用实例

3.1 应用注意事项

新型自硫化防腐密封液体橡胶在天然气设备设施中应用时，有以下事项需要注意：

（1）施工环境要求：环境温度≥10 ℃，无雪无雨即可施工。

（2）表面处理：去除表面浮物及油脂即可，表面潮湿或表面带锈施工对附着力没有影响。

（3）材料配制：新型自硫化防腐密封液体橡胶是双组分产品，使用前需将两个组分按照重量比要求混合在一起，搅拌均匀，搅拌时间3～5 min，配制好的材料要求一次性用完，剩余的材料不可回用。

（4）表面防腐的使用方法：新型自硫化防腐密封液体橡胶有两种产品，即面涂膏和底涂膏。在埋地或长期浸泡在水中的工况下应用时，不用面涂膏，只用底涂膏涂刷两遍即可；在架空管线或地上应用时，应当将面涂膏与底涂膏结合起来使用，可以提高抗紫外老化能力。面涂膏应在底涂膏表干后涂刷。当面涂膏与底涂膏结合使用时，一般采用 1底1面或2底1面的防腐结构。

（5）涂刷方法：采用刷涂、刮涂均可，因为黏度上升较快，不建议采用喷涂。新型自硫化防腐密封液体橡胶的操作时间常温下约为20 min，表面干燥时间2 h，实际干燥12 h，36 h完全硫化，满足一般防腐要求的防腐层厚度为1.5 mm。对于要求较高的防腐防水要求，防腐层厚度应大于2 mm，2 mm以下的厚度可以一次涂刷完成[2-3]。

（6）对于灌注密封应用，比如法兰灌缝，应使用灌注膏。灌注膏的黏度只有8 000 cps，具有良好的流动性，可以保证灌封后的法兰没有任何空隙。灌注时，将法兰缝隙用胶带封住，并在上缘开口，将配制好的材料缓缓灌入即可。当法兰较大时，应当分次灌入，否则外封胶带可能承受不了过多的灌注膏而泄露。

（7）存放及运输：新型自硫化防腐密封液体橡胶室内-10～35 ℃存放，存储期不超过18个月。

3.2 应用效果

3.2.1 城市燃气系统地井阀防腐

城市燃气系统地井阀的腐蚀一直是老大难问题。由于特殊的应用环境，地井阀常年处于水汽交替侵蚀、温度昼夜变化的状态，所以腐蚀较快。新型自硫化防腐密封液体橡胶以其优良性能成功地解决了地井阀的防腐问题。新型自硫化防腐密封液体橡胶的与铁锈反应、容忍潮湿、渗透性强、气密阻隔、弹性体抗温变等几项特性是其在这个难题上获得成功的关键。

图1是地井阀涂刷新型自硫化防腐密封液体橡胶材料前及涂刷一年后的情况对比。

图1 涂刷一年前后外观效果对比

3.2.2 天然气站场法兰防腐及防泄漏

成功应用新型自硫化防腐密封液体橡胶在天然气站场法兰防腐上。不仅仅是因为它是一个好用的防腐材料，更重要的它是一个极为难得的气密性阻隔材料。因此它是一种兼具流动性、防腐性、不流淌性、与锈蚀的反应性、施工方便性及气密性多种功能的材料。

（1）法兰防腐的现存问题。图2是某天然气站场5年前采用黏弹体膏及黏弹体胶带防腐的法兰解体后的现场，反映出用黏弹体膏灌缝法兰时会存在大量死角，水汽可以进入并侵蚀着天然气管道部件。

图2 解体用黏弹体膏及黏弹体胶带防腐的法兰

可以看出，如果没有气密性，只有防水性，是无法阻止天然气系统腐蚀的。这是因为天然气系统与其他系统不同，气体中的水分会在金属的表面上冷凝成水膜，在氧气的作用下会对金属表面构成腐蚀。黏弹体膏及黏弹体胶带防水性较好，但气密性较差，不能阻止氧气及水汽的进入。黏弹体膏黏度大，流动性极差，无法灌满灌实，法兰缝中尚存在大量的死角，腐蚀难以避免，同时用黏弹体膏防腐还存在难以清理的问题。

（2）新型自硫化防腐密封液体橡胶的灌封效果。采用新型自硫化防腐密封液体橡胶对法兰间隙灌封，通过对法兰解体检查后发现，采用新型自硫化防腐密封液体橡胶灌封法兰完全无死角，螺栓孔都已经形成完整的螺纹，加之弹性体结构又能使灌封完全气密。用新型自硫化防腐密封液体橡胶灌封法兰还可以解决微漏气问题。

4 结语

综上所述，新型自硫化防腐密封液体橡胶具有气密阻隔性好、耐寒耐热长期耐用、抗老化、可拆除且不留痕迹、厚重丰满遮盖性强、能够与铁锈反应、强渗透性、可带锈带潮湿施工且不影响性能等突出特性，在实际运用中解决了阀门等异形构件的防腐，解决了天然气系统法兰防腐及密封防泄漏问题。新型自硫化防腐密封液体橡胶不仅具有理论创新，在实际应用中也有突出表现，值得进一步推广。