欢迎访问盐山兴松钢管有限公司旗下环氧粉末防腐钢管网站! 设为首页 | 加入收藏
他们都在搜索: 环氧粉末防腐钢管 TPEP防腐钢管 FBE防腐钢管 单层环氧粉末防腐钢管
产品中心
联系方式
盐山兴松钢管有限公司
地 址:河北沧州开发区沧盐路西侧
联系人:赵经理
手 机:15033688611
电 话:0317-3061108
Q Q:1647602027
公司新闻当前位置: 主页 > 新闻资讯 > 公司新闻 >

熔结环氧粉末涂料涂层的失效分析

时间:2017-05-24 17:03   作者:兴松钢管 点击:
        任何有机涂料涂层都有一定的使用寿命,可以说没有不坏的涂料,如何尽量延长涂层的使用年限是涂料界的一个永恒的课题。不同的产品对涂层寿命的要求也不一样,例如:冰箱、空调、洗衣机、微波炉、洗碗机等家用电器的使用寿命一般十几年以上就可以了。外表涂层以装饰为主,购买十几年后即使涂层不坏,而压缩机、管路、电机等核心部件也会磨损、老化以致损坏,最后整体报废;而以防腐为主的功能性涂料的涂层使用寿命却是越长越好,因为它们的应用对象不是一个个简单的个体,而是一个庞大的线、网或群,影响千家万户。例如钢筋上的涂层一般与整个建筑物的寿命是同等的;输油、输气、输水的钢管上防腐层的防腐效果关系到管道的使用寿命,一条几千公里的管道有一点泄漏,也会导致整条管线停运,还会造成国家财产和人身安全的巨大损害。涂层失效的原因有很多,不仅与涂料本身有关,而且涉及到涂料施工工艺、被涂基材表面处理、工件的使用环境等诸多方面。所以,涂层的失效分析被提到一定高度,研究人员需要研究涂层的失效机理,为研发新型涂料提供理论依据;生产企业更是需要了解涂层应用过程失效的原因,以便改进、提高涂料质量;工程技术人员则需要掌握涂层失效分析的方法,现场分析、判断引起涂层失效的可能因素,以避免在涂料工程中再次发生,所以说研究涂料就要研究它的失效。
        研究腐蚀的主要对象是金属,尤其以钢铁的腐蚀最为重要,因为它是大量应用的材料,而且又极易腐蚀。将矿石冶炼成钢需要消耗大量的能量,此能量潜存于钢铁中,钢铁是不稳定态,它们随时随地可恢复至原始自然的化合态而释放出能量,这在化学热力学上是自发的过程,即腐蚀现象。人们利用钢铁及其合金的特性创建了今日的文明,所以保护钢铁等金属,使存在于不稳定状态的金属正常发挥功效,阻止它转化为化合态(锈蚀),延长物体的使用寿命是防腐工作的一项重要任务。
        在防腐理论方面,已有许多科学家奠定了基础,近年来进展并不甚大;而在防腐蚀涂料的技术方面,则发展迅速新的涂料品种、新的涂装工艺、新的应用领域不断涌现,熔结环氧粉末涂料就是防腐领域非常重要的品种;随着配套原材料、生产设备、检测仪器、喷涂设备的配套齐全,粉末涂料有了前所未有的发展,无论在品种、数量、质量、应用和人们的认识上都有大的飞跃;粉末涂料具有传统溶剂型工业涂料不可比拟的优良特性,无论在环境上、经济上、涂膜品质上、涂装效率上都有竞争优势,现在粉末涂料已经渗透到家用电器、汽车、机械仪表、家具、厨具、建筑材料、园林设施、电力设施、交通设施、输油输气输水管道防腐等领域。尤其是熔结环氧粉末以其独特的功能,备受人们瞩目,在输送天然气、原油、成品油、水、海水、污水等管道防腐领域大量使用,能够有效防止土壤、大气、水、有机溶剂、微生物、植物根系的腐蚀和破坏。
 
2熔结环氧粉末涂料概述
        熔结环氧粉末涂料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它们的作用,说明其经得起实践和时间的考验。
        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FusionBonding Epoxy Powder Coatings,简称FBE。
        FBE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300-500μm,成本低)得到防腐界普遍认可,显示出其强大的生命力,广泛应用于输水、输油、输气、建筑、高铁、水利、采矿等方面,并发挥着其独特作用。几十年来,经过不断的发展完善,这项技术在管道领域已经走向成熟,在不同的管径、不同的传输介质、不同的连接方式、不同的地理环境都有出色的表现。伴随中国油气管道业20年来的快速发展,FBE粉末涂料已获得大规模应用,产品配方、生产工艺和涂装工艺技术日臻完善。特的功能,备受人们瞩目,在输送天然气、原油、成品油、水、海水、污水等管道防腐领域大量使用,能够有效防止土壤、大气、水、有机溶剂、微生物、植物根系的腐蚀和破坏。
 
3熔结环氧粉末涂料的优良特性
        防腐涂料有很多种类,为什么FBE能够一枝独秀?这得益于其粉体涂装方式(不含溶剂,V0C含量为零)和环氧树脂独特的分子结构,环氧树脂种类很多,最常用的双酚A环氧树脂其分子通式(如图1所示):
 
        从以上分子结构可以看出:环氧基和羟基赋予树脂反应性,使树脂固化物具有很强的内聚力和粘接力;醚键和羟基是极性基团,有助于提高浸润性和粘附力;醚键和c-c键使大分子具有柔顺性;苯环赋予聚合物以耐热性和刚性;异丙撑基减小分子间作用力,赋予树脂一定韧性;-c-o-键的键能高,从而提高了耐碱性。主要缺点是:分子中的极性基团导致分子有一定的亲水性,芳醚键的存在导致树脂耐紫外光性差、耐候性差、易粉化。
        FBE是一种有机涂料,涂层就是一种高分子膜,能够阻隔水、电解质、氧等腐蚀因素,防止化学和电化学腐蚀,FBE涂层突出的性能就是其耐久性,涂层具有良好的抗化学品性、抗溶剂性;坚韧、致密、耐磨,抗冲击性及抗弯曲性优良;与钢铁之间能形成化合键,有极佳的附着力。环氧树脂分子上富含羟基,不含有酯键(不水解),既有一定的水通过性,又有良好的绝缘电阻,与阴极保护配伍,可实现长效保护的目的;涂层具有很高的玻璃化温度,应用温度范围宽,能在-30-120℃之间保持最佳性能;FBE施工方便、无需底漆、固化迅速,特别容易实现流水线作业,涂装效率高;工件检测和修补简便,涂层质量容易控制。涂层有一定的吸水性且耐候性差,不适合室外装饰,而且涂敷需要专门的设备,现场施工性欠佳。
 
4FBE涂层的工作原理与失效原理
4.1 FBE的工作原理
        将FBE施涂于经预热的钢铁制品表面,FBE快速熔化、润湿、流平、交联、固化形成一道均匀的涂层即高分子膜,分子由低分子的线性预聚体交联成立体网状结构。这个膜即有附着力又有韧性,并且能够阻隔水、电解质、氧的渗入,防止腐蚀的发生。大多数情况下附着力来自次级化学键或极性键,次级化学键是极性相互作用,如氢键和范德华力这些力依靠分子内的电荷分布不均匀,使得产生偶极子。这样,分子带有正电荷部分的一端,会被临近带有负电荷的部分的分子吸引。环氧树脂上由原子构成的官能团如羟基(OH)和固化剂中胺基(NH)具有显著不同的电负性,与基材容易形成极性键。如果固化温度到达230℃,则FBE涂层可能与钢铁表面形成化合键,附着力进一步提高。
        涂层必须与基材形成亲密的物理接触才能实现良好的粘接,无论化合键还是次级键,都只发生在只有几A(10-10m)的距离内,FBE熔化并与钢铁亲密接触的过程叫润湿,只有充分的润湿才有好的附着力。FBE高温熔化粘度很大,并且很快固化,要想充分润湿必须要有好的前处理(去除氧化铁皮、灰尘、油污、打出锚纹),管道和钢筋一般采用喷砂或抛丸的前处理方式,不但有利于润湿,还增大了接触面积,影响表面张力,提高了机械结合力,附着力会显著提高。
        至少在一定程度上涂层都具有阻隔性和渗透性,这也是FBE涂层保护好基材的关键因素,FBE涂层能够阻隔水、氧、盐分的渗入,又对水有一定的通过性,这样既保护了基材不受电化学腐蚀,又能让阴极保护发挥作用。
4.2 失效原理
        任何涂层都有可能失效,FBE也不例外,一般人们普遍地将涂料失效的原因归咎于四个方面,即涂料质量因素;涂层的制作因素;涂料的选择因素;涂层的服役环境因素。涂层失效可能是上述四个原因之一引起的,也可能是其中几个原因共同引起的。
4.2.1 FBE的质量因素
        涂料的质量与其原材料、生产工艺、配方、运输、储存的环节有关。
        FBE的质量,与原材料选择、配方设计、加工工艺息息相关。现在国内有些环氧树脂生产厂家为了降低成本,在生产环氧树脂过程中添加一定比例的聚酯中间体,这种材料价格便宜,但是都是聚酯成分,而且没有官能团,不参加化学反应,对FBE的固化性能、耐水性、耐阴极剥离性、机械强度、附着力都有很大影响。   
        有些FBE应用在特殊环境下,需要使用部分改性环氧,以提高交联密度或提高韧性等,因为这些材料价格比较高,被有些FBE生产厂家弃用,而达不到预期的性能。
        配方设计,就是根据产品的性能要求和工艺条件合理地选用原材料,确定各种原材料的用量和配比关系。FBE是由环氧树脂、固化剂、颜料、填料和助剂等组成,其中各个组分之间存在着复杂的物理和化学作用,目前尚不能完全用理论计算的方法确定各种原材料的配比,在一定程度上仍依赖于长期积累的经验。配方设计是一项专业性很强的技术工作,对产品质量和成本有决定性的影响,此外合理的配方又是保证加工性能的关键。因此配方设计在FBE生产中是个重要的环节。配比不合理的涂料流入市场,肯定会造成涂层的不合格,所以需要多个检测环节对质最把关,以防万一。
        配方设计的目的不单纯是为了研究原材料的配比组合,更重要的是了解原材料的基本性质,各种配比对FBE性能的影响.以及与工艺性能的关系,进而了解各种结构与性能之间的关系。在谋求经济合理的同时,获得最好的综合性能,制成物美价廉的产品。
         运输和储存环节主要是防止粉末结块、吸潮、变质,FBE含有能够反应的环氧树脂和固化剂,是一种非常活波的材料,一定情况下会发生轻微的化学反应。常温下FBE粉末的储存期最长一年,超过40℃还要缩短。过期或变质的粉末可能结块、胶化时间变短、流平变差、机械性能和耐化学性能变差等。
4.2.2 FBE涂层施工因素
4.2.2.1 基材前处理
        涂装前良好的表面处理,对提高钢管的使用寿命可以起到事半功倍的效果。采用好的涂层,就如同给钢结构“穿“上了一件遮挡腐蚀的外衣,达到良好的涂层保护效果,涂装前良好的表面处理是必不可少的,它可以增加涂层与钢管的接触面积,使这件外衣牢牢地附着在钢结构表面,持久地担当起保护钢管的重任。
        钢管刚出厂时,表面完整地覆盖着一层坚硬的氧化皮,这一层氧化皮肉眼看起来很紧密,但实际上有许多缝隙,这些缝隙会渗透水和氧气。氧化皮大体上是由三层铁的氧化物组成的,表层是Fe2O3,中间层Fe3O4,与金属表面直接接触的是FeO·Fe203在化学上是稳定的,而FeO很不稳定,在水和氧的作用下,FeO很容易水解成铁的氢氧化物,这样,上述水解作用和腐蚀就会慢慢从缝隙开始.并沿着金属和氧化皮的界面向内深入,在界面上生成较大体积的锈蚀产物,从而引起氧化皮表层应力的变化,而氧化皮本身没有延展性,这样氧化皮很快就会带着它外面的涂层一起剥落下来。此外温度的变化、机械作用等物理因素也会引起氧化皮翘起或剥落。另外,从电化学观点看,氧化皮的电极电位比金属铁本身要正0.15-0.20V,当钢板的大部分表面上仍附有氧化皮时,在腐蚀性介质中氧化皮部分便构成一个大阴极,而在氧化皮不连续处的钢管表面则构成一个小阳极,从而发生严重的电化学腐蚀。同时我们大量的试验证实,除去氧化皮以后再涂装的工件比带有氧化皮的工件受保护的效果更好。因此,要提高防护涂层的附着力,必须有好的前处理。
4.2.2.2 FBE涂层的涂敷工艺
        FBE是热固性粉末涂料,加工工艺主要指粉末涂装的固化温度和固化时间,只有完全固化才能获得涂层良好的物理性能和化学性能。被涂敷的大口径管道一般长为12米,利用余热使之固化,凝胶时间必须足够快,使之冷却前完全固化;同时,固化速度又要足够慢,使表面适当润湿和流平,浸润到锚纹深处,这是一对矛盾;因为熔结环氧粉末涂料FBE是热固性涂料,涂装后,不但要流平,而且要完全固化,要发生一系列化学反应,形成立体网状结构的大分子,这需要在一定温度下,保持一段时间,使之完全反应和熟化,如果没有完全反应,固化百分率达不到95%以上,则涂层的物理、化学性能不能实现,涂膜中的树脂还是脆的预聚体,没有强度和耐性,更谈不上对钢管的保护,这一点在熔结环氧粉末的使用中是非常重要的,只有固化率达到95%以上才认为是完全固化,不完全固化或过固化对涂层质量都是有害的。在固化温度高于260℃时,涂层分子链易断裂,造成降解、分解等副反应,涂层被烤焦,达不到应有的性能,且基材的金相结构也有可能发生改变,影响管道的主体强度。   
        总之,要想获得好的附着力必须有好的前处理,好的环氧粉末,好的固化工艺,否则涂层失效是不可避免的。
4.2.3 FBE应用选择
        FBE有很多品种,每一种都有其特点,性能指标各有所侧重。施工和应用都不尽相同,我们选择FBE的原则是 “物尽其用“。不同的工件采用不同的FBE和施工工艺。例如:管道内涂FBE要求涂层致密、坚硬耐磨,减少输送介质的二次污染,降低摩擦阻力,延长钢质管道的使用寿命,提高管道输送效率;而管道外涂层则侧重涂层的韧性和抗冲击能力,表面流平放在第二位,毕竟保护作用最重要,两者用反了就达不到预期目的。再如:钢筋涂层因为现场折弯的要求,所以韧性是放在第一位的,而管道内涂FBE则把附着力放在第一位。这两种材料也是不能混用,所以说合理地选择FBE与生产FBE同等重要。
4.2.4 FBE服役环境因素
        管道遍布世界各地,从陆地到海洋,从城市到乡村,从赤道到极地,从地面到地下,从平原到山地、河流、湖泊、沼泽、草原、沙漠,每处的地质结构、温度、大气、水体、杂散电流都不尽相同,所以腐蚀状况也不一样。虽然FBE涂层有很宽的适用范围,但是也要区别对待。有些地方用普通级防腐就可以,腐蚀苛刻的地方就要用加强级,有些特殊管道,例如:注水管道,就要用高交联密度的耐高温涂层,如果使用普通FBE涂层,由于涂层玻璃化温度低于环境温度,会很快软化、脱落并堵塞管道。
copyright 2017 盐山兴松钢管有限公司 all right 技术支持:兴松钢管
地址:河北省沧州市开发区沧盐路西侧 销售热线:15033688611 QQ:1647602027
电话:0317-3061108 传真:0317-6016211
ICP备案号:冀ICP备10024192号-57
QQ咨询
索要报价
微信联系

扫一扫与我微信联系
微信让你我距离更近

服务电话
15033688611

返回顶部