涂塑钢管的涂塑工艺研究

刘丽

（山东众成永晟新材料科技有限公司，山东 新泰 271219）

管材在输送介质中或放在大气、水土等环境条件中，管壁也会受到不同的侵蚀，直接关系到管材的使用寿命。食品、自来水管线、石化管道等诸多介质均不允许管壁锈蚀而使输送介质受到破坏，管道的防锈保护是重点课题。涂塑管材问题也随之而来，目前我国境内钢塑管从衬塑逐渐迈向了涂塑，而涂塑材质也大多使用了塑料粉状物质材质，当中特性较好的为聚丙烯(PE)和环氧(EP)但由于它的施工条件较高，生产工艺困难度大，质量管理不易，生产设备投入较大，严重影响了涂塑管材的普及和使用，而中国境内目前只有生产孔径小于a250mm的涂塑管材。涂塑管材，简称涂塑管、钢塑复合管等，采用钢材为基体，采用喷漆、轧制、浸渍和吸附等技术，或在管材内表层(管底)熔融塑胶防腐蚀涂膜而熔融到钢管(管底)内表层的一类钢塑复合型管材。涂塑钢管采用普通碳素钢管为基底，在内墙与外墙面髹漆热塑性材料，具有优异的化学稳定性。它是通过防腐蚀处理后的一类特殊的化工复合管材，可以更有效地避免化工流体介质中的酸盐对管材的侵蚀。由于过去化工管材并没有耐腐蚀，而且一年都要更新管材，因此，后期的维修花费非常高昂。

涂塑管材，是指通过在管材内壁或外墙上以涂塑工艺热熔一层塑层起到防护管材内壁的一类管材，通常在涂塑以前就要先对管材的内壁和外墙面加以处理，如抛丸除锈等作业，使管材的内壁表面尽量光滑，以提高涂塑层与管材内部的结合紧密性，只是因为管材和涂塑层之间的热膨胀系数相差太大而导致的，由于现在的涂塑材质通常是聚乙烯和聚氯乙烯，易于老化，并且在温度变动相当大的情形下，由于管材无法弯曲、不可挤压，也不能冲刷和碰撞，因此，涂塑层很容易产生热剥落。而已有的涂塑层当管线切断时，涂塑切断面已无修复功效。

该产品大大改善了其缺陷，使用寿命将增加到20年，比一般化学管线还会埋入更深，而以往的化学管线根本无法忍受这种严酷的使用环境，也因此加剧了化学管线的老化，甚至产生了渗漏现象，而化学镀膜钢管则改善了这个状况，所以也被更多的化工厂所熟知，并成为化学工业中主流的管线材质。

1 涂塑钢管的特点

（1）涂膜附着力较好。粉末涂料涂敷的管壁经加温凝固后，涂层在管道表面经高速化学反应后产生了稳定的化学键，从而使涂料产生了优异的附着力。在常温下长期而不发生分解、剥落的现状，尤其是在耐热胀冷缩工作方面有着更好的体现，而且耐久性良好。（2）耐腐蚀能强。对付各种介质中的酸、碱、盐类和有机溶剂，粉末涂料均具有很大的抗蚀性力，有的粉末涂料适用工作温度至200℃，并可在强腐蚀介质中广泛应用。（3）涂膜质量易于控制。粉末涂料成型范围广，它对所有形式的工件表面均能够涂敷成型，同时，涂膜厚薄能够调节，涂膜的致密度也能够提高。如果产品一旦由于意外原因而出现漏项、针孔等，可以全部用涂料检漏仪检测出，然后再进行补涂，以满足产品需要。（4）涂料使用寿命的延长。船用热镀锌管改为涂塑管道后，在船只运行20年以上，母需更新，而选用热镀锌管后最少需更新2次。而其他部门所选用的热涂塑复合管，也比原来的管用期限增加了2～4倍。（5）提高水力学效能，降低动力损耗。用于流体传递所耗费的很大量动能都被用于克服流体与管道外表间的摩擦阻力。（6）适合埋地的潮湿条件，并且能够耐热和很低的高温条件。（7）声音抗干扰能力较好，如涂上塑钢管用作线路套管，就能够有效遮挡外部的声音干扰。（8）承受的压力强度高，最高压力达到了6MPa。（9）绝缘性能好，用于电缆的保护管永远不产生泄漏问题。（10）无毛刺现象、管壁平滑，有利于在安装的时候穿过导线或光缆。

2 研究现状

目前，在近海地区，汽油码头瓶区及一些石油化工建设项目的灭火工作基本靠海洋，但由于这些建设项目对自动消防要求比较严苛，且海洋消防管道内往往由于所处环境因素，往往达不到规定的防腐蚀期限，从而造成消防安全无法保障。因此，海洋消防管道内防腐蚀施工技术一直是此项工程施工的关键技术难点，目前我国需要较为完善的施工经验。因此，为了实现本工程项目在海洋消防管道内防腐蚀期达到工程设计人员与业主规定的至少15年条件，经过进行了多项技术优化实验，最后将“管内涂塑静电热敷喷漆法”技术引入本工程项目中，并建立了管内涂塑静电热敷喷漆法施工技术标准。因为技术水平领先、操作性强、防腐保存期限长久，因而具有突出的社会效益和经济性，并同时使海洋在消防管道内的防腐成功，满足了业主和设计需求值。

3 涂塑钢管的制备工艺

3.1 钢管表面的预处理

对新旧钢材，通常不要求专门的除锈工序。最好使用刚生产或出厂的钢材，无须涂上锌，即使管内有极少量的锈斑也可满足条件，只将表面疏松浮锈全部去除，并清抹表面油污即可，即达手里去灰St二及电动去灰Sal等的要求即可。若钢管表层有污垢，则用乙醇丙酮溶液清洁表面。

3.2 涂料的喷涂

喷漆设备分为空压机、无气喷涂机、管内牵引力组织等。动力设备一般使用空压机，通过无气喷涂机和管内牵引力组织将带锈防锈底漆直接喷到管道内壁，厚薄大约30μm。待底漆固化完成后，再用喷涂二遍的聚氨酯面漆，每道80μm。整个涂层总厚大约200μm。整套喷漆设备费用约在几万元，可以达到喷涂施工标准。

3.3 检测处理

抽检涂塑钢管的镀层质量，涂层表面应有平整，且镀层的最小厚度要超过150μm，而平均厚度宜在180μm以上。

4 涂塑工艺过程

4.1 去内毛刺

为确保对涂料产生优异的附着力，在各种生产涂塑的管用涂锌管的内毛刺形成后均必须消除。去内毛刺后的镀锌管用手电简逆光检测，其内没有明确的锌渣、焊缝及遗留物，且焊接距离应低于0.5mm。此过程中，强大的挤辊器可确保焊缝产生适当的挤出量。去外毛刺形成系统由2个金属刮刃刀构成，具备手动卷曲外毛刺形成和手动切割的性能。去内毛刺控制系统通过圆弧度硬质合金刀刃，刮除后的内毛刺形成再经刀头打断，由管道中带出。

4.2 喷砂处理

喷砂机是一种指通过使用以加压的空气喷嘴为喷射动力，所能形成的一种高速度喷射束将各种喷料颗粒（铜矿砂、石英砂、金钢砂、铁砂、海砂等）以较高速度喷射出至机械外表，从而可使该材料表面机械的几何外观尺寸和几何形状等发生变化。经喷砂处理后锌的管腔内表面应清洁无明显积锌灰，无明显突出的毛刺物和积锌渣、锌瘤等，而且有相当的表面粗糙度。

4.3 预热

因为环境温度过高会危害镀锌管表面上镀锌层的品质，从而使涂塑层表面上极易产生烧焦、不均匀等现状，而环境温度过低则会使涂塑层的表面粗糙，金属组合力降低，镀层薄至抹不上，所以，应该严谨地根据规定环境温度来选择。预热烘道温度范围：100～300℃可调。

4.4 涂敷

粉末涂敷是一个相对完全干燥性的技术。把这些具有静电特性的导电颜料粉末和导电树脂中的导电微粒均匀喷涂覆盖到接地的器件表面上，带电的作业粉末则直接附着固定在接地元器件表面的金属外表，直到金属在固化箱子中被充分的熔化后而表面形成一层均匀厚的镀层。粉末涂敷法的主要工艺，总结归纳起来可大致分为有涂布、吸涂、浸涂、滚压涂敷和粉末扩散法涂布等几种。目前国内使用得最多的方法为静电流化床吸涂一类和静电流化床浸涂二类。

4.5 管内喷射除锈

（1）在管道内表面上实行喷水除锈，并使用多边形钢丸。去灰作业检查时，管道内部空气和钢丸都需要完全风干，用气量足够大、保持风干而无油污，一般按照每把喷砂除锈枪的最大用气量来选择空压器尺寸，将气压调节在0.6～0.7MPa，并调整好钢丸流速大小。去灰级别应当满足现有国标《涂装前钢铁表层腐蚀分级和去灰分级》在GB8923-1988中规范的S2.5级别，锚纹水深在30～10Oum。（2）在喷水除锈后，用洁净、晾干的加压气流刮扫管道内表面，把管道内表面遗留的钢丸砂子和粉尘全部清理干净。表层粉尘度应符合目前国标《涂覆油漆前钢铁表面处理表面清洁度的评定试验第三阶段：涂覆油漆前钢铁表层的粉尘评价(压敏粘带法)》中GB/T18570.9规定的二等级。（3）喷水除锈后的管材应按现有标准《涂覆油漆前钢铁表层加工表面上洁净的评价实验第九部分：水溶性盐的现场电导率测定法》中GB/T18570.9规定或规其他适当的方式检测钢铁表层的食盐分浓度，钢铁表层的食用盐含量不应大于20mg/m2。钢管表层预处理后8h内开始涂敷，但如果发生返锈或表层污染时，则需要再次开展表层预处理技术。

4.6 静电喷涂

粉状油漆静电喷漆技术中使用的主要是粉状空中混合物，在粉状进弹斗中设计有一种细小的流体床，以产生粉状空中浆液。在特定状况下，进弹斗的振动可以避免粉末颗粒在进入输送线中时出现阻塞或聚集。当粉末颗粒经由一个制动软管被运送至喷火器内时，该枪的喷头受到压力直流电的输人而产生带电电极。因此，静电喷涂枪确定了粉末颗粒的喷涂方式，影响了沉积速率、生成图案的长度、形状以及喷涂密度，另外，喷火器还可以为正在喷射的粉末颗粒充电。

4.7 固化

升温法，对热塑性粉剂来说，只不过是用来使之产生连续性的薄层，但对热固性粉剂来说，它就必须进一步升温来使薄层更加稳定。常规粉末涂料的固化方式主要有以下4种：对流、红外线照射、对流和红外线联用或以紫外线辐照固化。对流电烤箱也可使用蒸汽或电加热。在烘箱内，将加热空气围绕在涂装设备的周围并使设备达到规定工作温度。紫外线辐照固化技术一般应用于高热敏性基材。经过特殊配制的紫外线固化粉末涂料，能在非常低的高温下(121℃)迅速熔化和流动，经紫外光照射，几秒钟后即凝固。红外箱中也可用气或电作为燃料以产生红外辐照。射线的热能被金属粉末所吸引，而在粉末底部的金属基材则直接和粉末相互碰撞，这样整个部件就不需升温而达到了它所要求的标准固化温度。

在红外线照射一定时间后，粉状将会以相对较快的速率流动和凝固。对流现象和红外线结合通常包括二个区域(或二个阶段)，第一个区是红外辐射，用以快速使粉状熔融(这个工序被称为近红外团化。此外，该类特定配方工艺的粉状涂层具备快速吸引红外线的优点)：而第二个区域则是对流烘箱区域，来自第一个区域的部件涂层已经固化完成。

5 结语

涂塑管材目前已应用于食品、医疗、饮水、造船、发电、石化等领域，但同国外工业先进地区比较，管材涂塑技术在国内的开发历程还很短暂，而且尚有不少项目待做，但展望未来，前途很大。但由于新型的粉状涂层的出现，耐候性、耐温性、高耐磨性、抗强腐蚀、高环保性和施工稳定性强的粉状涂层已不断地研制成功。