SEBF/SLF環氧塗料防腐閥門

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一、前言

    通常解決重腐蝕防護的問題，主要有以下幾種方法：材料結構的優化設計、材料的再開發、材料的表麵改性、陰極保護和有機塗層等。有機塗層防護技術是一項廣泛應用的金屬防腐手段，它具有經濟、快捷、省力、方便等特點，成為目前控製材料腐蝕的方法之一。為了使有機塗層能達到重腐蝕防護的效果，除了它本身必須具有較好的化學穩定性外，還必須具備如下三個方麵的性能要求：

1、塗層與基體有很強的濕附著力。避免塗層材料在應用過程中因水環境因素的影響而剝落，使得基體暴露在水環境中腐蝕，這是塗層防護失效的主要原因。

2、塗層自身與基體的粘結強度，這是保證塗層不會在外力的作用下與基體剝開。

3、塗層本身具有一定的機械強度，不會輕易受外力的作用而破裂或磨損，保持防護效果。

4、塗層具有較強的抗滲透能力，一些活性介質（如O2、Cl-、H2O、SO42-等）不容易擴散到基材與塗層的界麵處，使得基材得到有效的防護。

目前許多行業如海洋、化工、化纖、能源、電力、冶金、核電和軍工等腐蝕環境苛刻，國內一般的防腐塗料還達不到上述的要求，如傳統的有溶劑塗料技術耐蝕性較差達不到要求，並且在腐蝕環境下易老化；聚烯烴類的塗料雖然有較好的耐蝕性，但與金屬基體的結合力、抗滲透、抗衝刷性差；襯塑雖然化學穩定性較好，但與基體的結合力差等。

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1、SEBF的組成

     （1） 塗料。 SEBF 中的環氧粉末塗料主要由以下幾個部分組成，環氧樹脂、填料、流平劑、固化劑、偶聯劑等。
①環氧樹脂。 是粉末的基料，含高分子的固體樹脂，其分子量大小、分布和雜質等直接影響層的質量。
②填料。 是調製塗層的硬度、強度、耐磨性和尺寸穩定性等而加入的無機物，是塗料的主要原料。
③流平劑。 作用是增加樹脂在熔融過程中的流動性，增加塗層的平麵度和減少針孔、桔皮等缺陷。
④固化劑。 使樹脂在熔融狀態下交聯成網狀物質，固化反應的程度直接決定了塗層的性能。
⑤偶聯劑。 起促進原料中界麵的活性，增加各種原料之間尤其是填充料與樹脂之間的結合力作用。
     （2） 塗裝工藝。 包括工件的預處理、預熱、粉末塗裝、固化、機械加工和裝配等。
①預處理。 對工件表麵進行檢測、打磨，必要時進行酸洗或堿洗，然後進行噴砂或拋丸，以清理表麵的氧化物、雜質，加大表麵的粗糙度，增加附著力。
②預熱。 預熱溫度一般取決於粉末熔融溫度，大約控製在200℃左右。
③粉末塗裝。 指將SEBF 粉末塗料塗覆在預熱的金屬表麵上。
④固化。 在一定溫度條件下，塗層中高分子在固化劑的作用下形成空間的同絡結構，使塗層達到所要求的性能。
⑤機械加工和裝配。 對處理後的工件進行檢測和測量，然後進行必要的機械加工，以保證精度
和裝配尺寸。

  （3） 塗裝設備。 指SEBF 塗裝生產線。
2、SEBF防腐塗層的特點
 （1） 耐磨性能好( 比鑄鐵耐磨性能高5 倍，比一般塗料耐磨性能高3 倍)，並且具有很高的抗剪切強度，在高壓、高速氣、液輸送時，塗層不受
破壞。
（2） 耐衝擊強度高，衝擊強度大於23J，受18J的衝擊力作用時，塗層無脫層、裂紋、損傷、可承受塗裝件在安裝、運行過程中的衝擊。
（3） 附著力強，具有優異的與金屬基體的結合力，結合強度達110MPa。
（4） 化學穩定性好，耐油、耐酸、耐堿、耐鹽、耐海水腐蝕。
（5） 塗層與鋼結構熱膨脹係數很相近，耐冷熱變化性能良好。
（6） 塗層表麵光滑、致密、阻力小，可使工件的粗糙度達到2.5μm，從而使氣液輸送效率提高2%左右。
（7） 良好的溫度使用範圍，水中0℃～100℃，空氣-40℃～150℃，使用壽命長，性價比優於襯膠襯塑。
（8） 機械加工性能好，可車、刨、磨、銑等加工，達到要求的精度，塗層容易修複。
（9） 塗層無毒、無味、無汙染，工藝簡單，節省能源和資源。

  國內、外現有標準中塗料長保護年限設定在20年，遠遠落後於目前社會經濟發展的要求。中科院金屬研究所根據國內外防腐技術的發展和市場對高性能重腐蝕防護塗層材料需求，經近20年來的研究成果積累，形成了對塗層防護失效的基本概念。認識到塗層防護失效的主要原因是濕附著力的突變，並掌握了濕附著力的變化的主要控製因素。這為發展高性能塗層奠定了基礎，同時結合各種環境對腐蝕防護的特殊要求，如抗耐磨、抗彎曲、抗老化等不同要求，成功開發了一種全新的重腐蝕防護方法—SEBF/SLF重腐蝕防護技術，它分別由SEBF和SLF兩種基本的重腐蝕防護方法組成。其中SEBF用的是粉末塗料，SLF用的是液體塗料，兩者都是無溶劑塗料。腐蝕防護性能基本達到一致，隻是對於被防護對象的不同施工特點和要求，可進行選擇，可的滿足各種工程的腐蝕防護的施工要求，達到工程重防護性能要求的一致性。

該項技術的研究成功為國內特大型、標誌性工程的腐蝕防護設計和耐久性設計提供了依據，如已應用於杭州灣大橋、舟山金塘大橋等鋼管樁100年耐久性的要求，取得了理想的效果。近又被港珠澳大橋采納，滿足耐久性120年的要求，同時應用這個理念研究成功高性能環氧塗層鋼筋，把原環氧塗層鋼筋的耐久性從60年提高到120年，解決大型混凝土結構在海洋環境下應用的耐久性的問題，這已通過了專家鑒定，並被工程采納，應用於港珠澳大橋混凝土的結構中。除此之外SEBF/SLF重腐蝕防護技術所取得的高性能塗層關鍵技術要求，如濕附著力，粘結強度和增重率指標，已列入中國科學院金屬研究所編製的國家標準，引導該項技術向更高要求發展。

二、SEBF/SLF重腐蝕防護塗層的研發基礎

為滿足材料腐蝕防護性能的要求，塗層的綜合性能要達到如下幾個方麵：

? 有效的抗介質滲透性（H2O、Cl-、SO42－等）

? 與基體的粘附強度

? 與基體的濕附著力

? 有效的塗層電絕緣性

? 塗層的老化性

? 抗化學介質穩定性

? 塗裝過程中塗層內產生少的缺陷

? 防海生物腐蝕

以下是我所這方麵所取得的重要成果，已係統的應用於SEBF/SLF重腐蝕防護技術。

  (1)、塗層的抗水滲透能力

在無機物水溶液中，水分子是體積小的液體介質，滲透力比一般的水合化的離子強。有機塗層的一般規律是，在海水中抗滲水性，自來水中次之，在蒸餾水中差。所以塗層在蒸餾水或稀的鹽溶液中的滲透能力直接反映了塗層的致密性。

圖1為塗層在60℃蒸餾水中的吸水增重率變化圖，從圖可見，不同係列的塗層在60℃中的增重率在2％以下，說明SEBF/SLF塗層具有良好的抗水滲透能力，達到水平。

圖1 塗層在60℃蒸餾水中增重率隨浸泡時間

(2)塗層的濕附著力。塗層的脫層表示塗層防護失效的開始，濕附著力是表征塗層脫層的主要方法，1級表示塗層與基體無脫層現象產生，5級表示塗層已全部從基體上脫層。從表1列出了不同塗料在蒸餾水中浸泡後不同的濕附著力值

表1

注：其中A1為SEBF-6係列塗料

從中表示了SEBF-6型的塗料是有的濕附著力，可保證長效的防護性能優於國內外的同等塗料的濕附著力值。

（3）塗層的溶水性與濕附著力的關係

從大量實驗結果已表明塗層的溶水性（增重率）與濕附著力有明顯的關係。如圖2所示，從三種塗料在不同的溫度（25℃、60℃、75℃、90℃）和不同時間浸泡結果。可以看出濕附著力與吸水增重率有一個明顯的關係，在一定的增重率情況下（約18％）。在這以上濕附著力明顯下降至5級，在這以下濕附著力提高到1級，這表明主要把這類塗料係列塗層的增重率控製在主特點先以下就能控製塗層的脫層，就能控製塗層防護的失效，高性能塗層就是在這基礎研究成功的。中科院金屬所研製的SEBF-6係列和SLF-2係列的塗料具有這種特性。  SLF防腐塗料,SLF重防腐塗料,SLF無溶劑防腐塗料,SLF塗料,無溶劑防腐塗料,無溶劑環氧防腐塗料,無溶劑環氧樹脂塗料,無溶劑環氧重防腐塗料 河北滄州廣匯鋼管防腐有限公司專業管道防腐、鋼管保溫，配套工程施工，以及防腐材料研發製造的大型專業化企業，是河北省防腐保溫行業協會理事單位，並通過ISO9001:2000認證。 我廠擁有兩條具有水平的鋼質管道防腐作業線和金屬結構防腐保溫設備。可承攬管道內外壁防腐、IPN8710係列無毒管道防腐塗料、GZ係列無毒塗料防、環氧樹脂塗料防腐;內壁水泥砂漿襯裏防腐、管道管件外壁環氧煤瀝青防腐纏繞玻璃布（1布3油、2布3油、3布5油、4布6油）防腐、環氧富鋅漆、環氧雲鐵漆、酸各色塗料、環氧陶瓷防腐塗料、工業重防腐塗料、及各種高分子防腐塗料等。 塗料產品：IPN8710係列無毒防腐塗料、GZ係列防腐塗料、高分子防腐塗料、重防腐塗料、環氧樹脂防腐塗料、環氧煤瀝青漆、環氧富鋅漆、環氧雲鐵漆、酸麵漆、無溶劑防腐塗料、環氧陶瓷防腐塗料、聚氨脂聚乙烯防腐塗料；係列有機矽耐高溫塗料等，塗膜具有耐油、耐酸、耐堿、鹽、苯等化學介質以及耐磨、耐濕等優良的綜合性能。適用於海洋設施，石油化工，建築行業和其他工礦企業的各類輸送管道、儲罐、等鋼材的防腐及水泥設施的防腐防水. 本廠技術力量雄厚，施工經驗豐富，參與完成我國眾多長距離輸油、輸氣、輸水管線的防腐保溫工程，參與完成出口印尼，沙特的管道防腐施工，產品質量和服務受到用戶的一致好平。

圖2三種塗料的對比分析

（4）塗層的電化學阻抗，在不同交流頻率下對塗層的阻抗和容抗值進行測定，及塗層與金屬界麵的信息，其中塗層電阻值的大小可以衡量塗層的防腐蝕性能的穩定性。

用X60管線鋼製成大小為60mm×60mm×2mm試件，並塗敷四種不同固化厚度為230±10µm的塗層，暴露麵積為9.4 cm2，，在60℃的1％NaCl溶液中浸泡一年的電化學阻抗值的變化見圖2，從圖中可見*固化的SEBF塗層經過365天的連續浸泡，塗層的絕緣電阻基本保持不變，保持1010Ω.cm2。說明塗層有*的致密性、抗水滲透和服役的穩定性。SEBF-6型塗料不含活性防鏽顏料和填料，屬於屏蔽和粘接型防腐蝕塗料，其作用就是在電化學腐蝕反應機製中在陰陽極之間插入一個阻值很高的電阻和塗層與基體之間形成剛性的結合鍵而提高了塗層的粘接力，塗層的屏蔽性和粘接力好，這樣塗層具有良好的抗滲透能力，與圖1的結果符合得很好。SLF-2型塗料有等同的結果。

          圖3 在3.5％NaCL溶液中浸泡的塗層電阻與浸泡時間的變化曲線

(5)、 SEBF/SLF塗層的機械性能

從表2可見，用作普通埋地管道SEBF-5塗層的衝擊強度可達18J，無脫層、裂紋、損傷等產生，可承受運輸、安裝過程中的衝擊。用在化工等重腐蝕行業中的塗層的抗衝擊強度達到甚至大於24J。表3說明了SLF塗料的性能與國外塗料的比較，這些性能數據也未見相關文獻報道。

表2、SEBF係列塗料塗層的機械性能

表3、SLF-2塗料機械性能與國外同類產品的比較

注：（）內數據為產品說明書所記載

 (6)、抗陰極剝離性能

在長輸管線的塗層由於安裝、運輸中不可避免存在小的針孔和缺陷，導致該處小陽極大陰極的局部腐蝕電池，產生嚴重的局部腐蝕，故在工程上均采用陰極防護的方法來彌補。在陰極保護電流的作用下，管道作為陰極，但在使用環境中，當水、氧、離子等滲入塗層中，在陰極處發生反應：2H2O+O2+4e→ 4OH-   2H2O+2e→H2+2OH- ，塗層在堿性環境下造成聚合物降解和塗層溶漲產生內應力，導致塗層與基體金屬剝離。所以在陰極保護電流和工業雜散電流的相互作用下要求塗層具有良好的抗陰極剝離性能。

實測SEBF/SLF塗層的抗陰極剝離在1.5-4mm之間，遠小於國外用於重腐蝕防護上的8mm的標準（如圖3所示），同時這種塗層有一定的微滲水性，保證了塗層在陰極保護時有微電流通過，故不會產生陰極屏蔽（CP）現象。

(7)、塗層的化學穩定性

   埋地管道周圍所處環境的腐蝕介質比較複雜，作為長效防腐塗層必須具有優異的抗化學介質中各種離子的侵蝕，如H+、OH-、Cl-、SO42-、Na+、Ca2+等。

以上四圖說明了SEBF/SLF塗層具有良好的抗濃酸、鹽能力，而SEBF/SLF環氧塗層中含脂肪羥基而不含脂鍵，故耐堿性能也很突出。這說明塗層的化學和交聯結構比較致密。這種塗層材料現已廣泛應用在化纖廠粘膠纖維生產中受強酸、強堿腐蝕的淋洗機、導流板和油田的鹵水管道上，應用實例見表4。

表4

(8)、抗應力腐蝕和抗腐蝕疲勞性能

鋼質管道埋設在地下，不可避免地要承受地質運動、溫變等引起的土壤應力、管內輸送流體壓力變化產生的形變應力和焊接時所產生的殘餘應力，特別在穿越江河、公路、鐵路、建築物等時，管道要承受相當大的彎曲應力，而且埋地管線敷設在地下不可避免與大量的Cl-接觸，所以選擇塗層時必須考慮到這一點。對於在酸、堿、鹽環境服役的異型件，抗應力腐蝕和抗腐蝕疲勞性能更應考慮。

按美國ASTM標準試樣的抗應力腐蝕實驗，采用U型彎曲試樣，基材為1Cr18Ni9Ti，得到的結果如表5所示：

表5、SEBF 塗層抗應力腐蝕的實驗結果

從表5的實驗結果可以說明，SEBF塗層下的基體在含Cl-腐蝕環境中具有較強抗應力腐蝕斷裂。

構件中不可避免地存在腐蝕性環境下外界周期性的交變應力的影響，特別在工業比較發達的地段，這時研究塗層下管線鋼的抗腐蝕疲勞非常有必要。圖9為塗有SEBF塗層和未塗塗層的1Cr13的試件，在3％NaCl溶液，溫度50℃，實驗頻率為40Hz，應力比為0.1腐蝕疲勞試驗。

圖9塗層腐蝕疲勞試驗結果

以上說明SEBF/SLF塗料的發展已達到非常成熟的程度，在全部采用國產原料和國產設備的條件下，*可以做製作出性能*可控的各種塗料品種，滿足市場的需求，這已不存在一般人們認為的國產塗料性能不穩定，保證不了質量的問題。

目前我公司已具備規模化的生產能力，如果國家在重大工程項目選用SEBF/SLF係列塗料，就能實現按定單生產。

2、 塗裝設備：SEBF管道內外塗裝生產線、SEBF異型件塗裝生產線、管道SLF管道模壓塗裝生產線和SLF管道自動塗裝生產線、高性能環氧塗層和高性能環氧塗層鋼絞線。

l  塗裝工藝與裝備的研究

有了高性能的防腐塗層材料後，如何使塗料在被保護件的基體表麵形成平整均勻、致密的保護膜，是需要一定的工裝設備和塗裝工藝來保證的。工藝的合理性和塗裝裝備的水平將直接影響塗層的質量，也影響終塗層的整體防護效果，塗裝裝備與塗裝工藝是否簡單易行，將決定該技術能否實現工業化應用，能否在生產領域進行大規模推廣應用。中科院金屬研究所國家金屬腐蝕控製工程技術研究中心在研究開發SEBF/SLF重腐蝕防護技術時，對SEBF/SLF塗料的塗裝工藝與塗裝技術進行了專門研究。至目前已開發了三種不同的塗裝工藝：

(1)、加熱快速固化塗裝工藝

熔結環氧快速固化塗裝的工藝流程如圖13所示，一般采用流水線進行，該工藝可靠，自動化程度高，大限度地減少人為因素。隻要嚴格控製工藝流程中的每個步驟，就能生產出達到防腐性能標準的防腐管道。外塗敷主要采用SEBF-5型塗料，內塗敷的塗料可以根據防腐和減阻需要，分別采用SEBF-5型或SLF－21減阻塗料對長輸管線進行內、外同時或先內後外進行塗裝防腐。並且該生產線可快速拆卸運輸，在工程現場附近利用簡易廠房條件就可進行生產，可以大大的減少管道二次運輸的成本。這種塗裝工藝主要用於大規模的長輸管線。

圖13、加熱快速固化熔結環氧粉末塗裝工藝的流程圖

該工藝流程中關鍵步驟作用如下：

a、鋼管的表麵處理

塗裝前表麵處理是關鍵，據國外的文獻報道，塗層的失效60％是由於予處理不合格造成的。常用的表麵處理方法為：如噴砂和拋丸等，把鋼管表麵的鏽層、灰塵清理幹淨，達到Sa.2.5級，錨紋深度在20～100um, 管體溫度比露點溫度至少高3℃目的是增加熔結環氧塗層或液體環氧塗層與基體的附著力。

b、鋼管的加熱

管道加熱一般用電爐或燃氣爐，而對長輸管道的加熱一般采用電感應加熱，效率高，熱損少，預熱的溫度根據粉末商提供的熔融溫度。溫度控製精度要高，在10℃偏差之內，過高或過低對塗層的膠化、固化以及塗裝的速度都有影響。

c、塗料的噴塗

環氧粉末塗料是先在流化床內充分流化，然後通過靜電噴槍使之帶負電，在氣流的作用下粉末均勻地粘附到預熱的鋼管上，對於少量擴散的粉末通過回收係統回收，不會造成環境汙染。液體塗料采用可移動進行高壓無氣噴塗, 根據管徑的大小，由噴嘴的數量和噴嘴相對管體的運行速度來控製塗敷層的厚度，管端兩頭要留有50mm的非塗表麵,作為管道焊接時用。內塗敷層的厚度在50-75μm，塗後經過一定的幹燥時間，管端要蓋上帽子，防止灰塵汙染。

d、塗層餘熱固化

粘附在預熱鋼管的環氧粉末受熱融化，並流動，進一步流平覆蓋整個表麵，特別在鋼管表麵凹陷處以及焊縫兩側，塗料通過流動而填平，大限度減少空隙。流平後的塗層進一步膠化、固化，形成致密的交聯網絡結構。液體塗料通過加熱固化結構得到進一步完善，同時也鬆弛由於塗層交聯固化時所產生的內應力。

e、塗層的質量檢測

按國家標準《熔融結合環氧粉末塗料的防腐蝕塗裝》或相關標準的檢測要求執行。

（2）  、加熱慢速固化塗裝工藝

對於應用在較高溫度和酸、堿、鹽等苛刻條件下的塗層，也就是重腐蝕防腐塗層，要求防腐蝕塗層更高的性能。

其工藝流程一般按如下方式進行：

圖14 、加熱慢速固化塗裝工藝流程圖

三、SEBF/SLF重腐蝕防護技術體係

通過近十年的研究和開發，所形成的SEBF/SLF重腐蝕防護技術主要由塗料、塗料裝備和塗料工藝三方麵組成：

1、塗料：SEBF係列熔融結合環氧粉末塗料和SLF高分子複合塗料；

塗料技術是SEBF/SLF重腐蝕防護技術的核心，它主要有以下幾個基本部分組成：環氧樹脂、改性劑、流平劑、偶聯劑、固化劑、分散劑、顏料、填料等組成。這些原材料通過特定的加工工藝製成粉末或液體塗料。

  通過對塗料的原材料改性處理、塗料配方的選擇及加工工藝的控製，可以很好地控製塗料的性能，根據要求從中選擇出*配方和工藝條件，按設計要求製作出相應性能的批量塗料。

中國科學院金屬研究所通過近十年對環氧粉末塗料和高性能無溶劑液體環氧塗料的研究和實驗，目前已研製成功了ＳＥＢＦ係列熔融結合環氧塗料和ＳＬＦ係列高分子複合塗料。

ＳＥＢＦ係列塗料有以下幾種：

ＳＥＢＦ－２：高抗蝕防腐塗料，耐腐蝕、又具有高抗衝擊和抗陰極剝離性能

ＳＥＢＦ－４：耐磨防腐蝕塗料，耐腐蝕、又耐磨損

ＳＥＢＦ－５：快速固化防腐塗料，用在普通長輸管線的防腐

ＳＥＢＦ－６：抗氣蝕抗衝刷防腐塗料，用於運動部件的防腐、耐磨和耐久性能的重大型工程

ＳＥＢＦ－8：抗海洋混凝土結構鋼筋、鋼絞線腐蝕的塗料

ＳＥＢＦ－９Ａ：耐強酸耐蝕塗料

ＳＬＦ係列塗料有如下幾種：

ＳＬＦ－１：耐蝕修補劑

ＳＬＦ－２：耐蝕厚漿型補口塗料

ＳＬＦ－３Ａ：耐強酸耐蝕塗料

ＳＬＦ－21：天然氣管道減阻耐磨塗料

ＳＬＦ－22：機噴大麵積防腐塗料

通過對SEBF/SLF塗料進行係統研究，已把這兩類塗料覆蓋應用到大氣腐蝕，埋地土壤腐蝕，酸、堿、鹽重腐蝕和泵、閥、風機、波紋管等動態部件防護上，在這些不同類型的腐蝕環境中，都取得了非常成功的應用，得到了用戶的普遍好評。如圖12所示可備用戶選用

（9）、塗層耐衝刷和氣蝕性能好

輸運管路中不可避免地混有固體顆粒，在這種環境下塗層受到固液雙相流的衝刷磨蝕和水中的介質化學腐蝕的交互作用，這就需要塗層優異的抗衝刷、磨蝕和氣蝕。圖10上顯示了1％NaCl溶液中含有10％大量砂粒（120目）時，塗層的臨界流速仍可達到7m/s,表明SEBF塗層具有良好的抗衝刷磨蝕性能。作為輸運係統中的輔助設備如泵、閥門等除了耐化學介質腐蝕，還必須耐磨、耐氣蝕，而SEBF/SLF塗層在這方麵具有很好的特性。近幾年，我所用SEBF塗裝的泵、葉輪、閥門、彎頭等異型構件和設備用於核電站的海水回路中，效果非常顯著。

圖10 動態試驗中塗層失重與流速關係

（10）、塗層的抗機械劃傷性

外層塗層在30公斤負荷下Φ2.5mm劃傷頭的性能應小於150µm,低於標準規定的350µm），外層塗層50公斤負荷下2.5mm劃傷頭的劃傷性能達到250-350µm，已遠低於標準500µm

圖11

（11）、塗層抗Cl-滲透分析結果

表6   不同塗層抗Cl-滲透分析結果

注：3#為SEBF塗料、4#為SLF塗料

（12）、塗層耐海生物附著性本文相關的論文有：中國閥門產值遞增