乙烯酯玻璃鱗片涂層的涂裝技術(shù)及質(zhì)量控制

陳偉軍,單景剛,王 維,于本水,郭 海

(1. 海洋石油工程股份有限公司，天津 300452; 2. 天津市船舶通訊導(dǎo)航自動化公司，天津 300452)

乙烯酯玻璃鱗片涂層的涂裝技術(shù)及質(zhì)量控制

陳偉軍1,單景剛1,王 維2,于本水1,郭 海1

(1. 海洋石油工程股份有限公司，天津 300452; 2. 天津市船舶通訊導(dǎo)航自動化公司，天津 300452)

乙烯酯玻璃鱗片涂料具有混合使用壽命短、固體組分含量高、添加多種助劑、組分混合后伴隨放熱反應(yīng)等特點(diǎn)。施工過程中其對噴涂設(shè)備、涂裝工藝、質(zhì)量控制等的要求高于傳統(tǒng)有機(jī)涂料的。分析了乙烯酯玻璃鱗片涂料的防腐蝕原理，結(jié)合涂料性能和使用經(jīng)驗(yàn)介紹了涂裝技術(shù)和質(zhì)量控制的關(guān)鍵。

乙烯酯玻璃鱗片；涂裝技術(shù)；質(zhì)量控制

乙烯酯玻璃鱗片涂層是近年來發(fā)展起來的一項(xiàng)腐蝕防護(hù)新技術(shù)[1]，具有優(yōu)異的耐腐蝕、耐磨損和耐高溫性能，因而廣泛應(yīng)用于化學(xué)儲罐、壓力容器等內(nèi)部表面的防護(hù)，特別適用于在極端化學(xué)環(huán)境中和高溫工況下工作的設(shè)備的腐蝕防護(hù)，及經(jīng)常發(fā)生摩擦和不便于后期保養(yǎng)的區(qū)域的腐蝕防護(hù)。目前，佐敦涂料CHEMFLAKE SPECIAL、國際涂料INTERLINE 955、赫普涂料VINYL ESTER GF 35910等公司的產(chǎn)品具有代表性，國內(nèi)企業(yè)也已研制了相關(guān)類型產(chǎn)品。以乙烯基樹脂為基體的玻璃鱗片涂料具有混合使用壽命短、固體組分含量高、添加助劑多等特點(diǎn)，且組分混合伴隨放熱反應(yīng)，因此其施工時(shí)對噴涂設(shè)備、施工方法、質(zhì)量控制等要求明顯高于傳統(tǒng)有機(jī)涂料的，給現(xiàn)場施工帶來了一定的困難。

1 防腐原理

涂層通常是通過屏蔽、緩蝕和犧牲三種方法來實(shí)現(xiàn)對基體的腐蝕防護(hù)。涂層可在基體和環(huán)境(通常是電解液)之間提供一道屏障以降低離子、氧和水的滲透，從而阻斷腐蝕電池所需的通道。但是涂層存在結(jié)構(gòu)孔隙以及固化過程中溶劑揮發(fā)形成的孔隙。作為一種防腐蝕填料添加于乙烯酯玻璃鱗片涂料中的片狀玻璃鱗片(尺寸2～5 μm),彼此平行或者重疊排列，改變了涂層的結(jié)構(gòu)[2-3]，見圖1。

圖1 乙烯酯玻璃鱗片涂層防腐原理的示意圖Fig. 1 Schematic of anticorrosion principle of glass flake reinforced vinyl ester coating

玻璃鱗片將樹脂分割成許多微小區(qū)域，使樹脂內(nèi)的微裂紋、微氣孔互相分離[4]。這種結(jié)構(gòu)能形成防止介質(zhì)擴(kuò)散的屏障，迫使介質(zhì)迂回滲入，延緩和增大腐蝕介質(zhì)到達(dá)基體表面的時(shí)間和阻力，延長了基體的使用壽命。添加的玻璃鱗片還有極佳的耐磨性和耐化學(xué)品性能。由于高固體含量涂料所含的揮發(fā)性溶劑很少，減少了固化過程溶劑揮發(fā)造成的缺陷和針孔數(shù)量，進(jìn)一步提高了涂層的耐蝕性[5]。

2 典型的涂裝參數(shù)

目前，市售乙烯酯玻璃鱗片產(chǎn)品的施工參數(shù)較為相似，以佐敦涂料公司的乙烯酯玻璃鱗片涂料的施工參數(shù)為參考，如表1所示。

表1 乙烯酯玻璃鱗片涂料典型的涂裝參數(shù)Tab. 1 Typical parameters for glass flake reinforced vinyl ester coating

從表1可以看出，乙烯酯玻璃鱗片涂料的單遍干膜厚度很高，最高可達(dá)1 000 μm。這是因?yàn)轺[片將涂層分割成許多小的空間，大大降低了涂層的收縮應(yīng)力和膨脹系數(shù)[6]，也降低了高膜厚導(dǎo)致的應(yīng)力開裂風(fēng)險(xiǎn)。涂料典型的涂裝遍數(shù)為2遍，但由于涂料的固體含量高、混合使用壽命短往往會導(dǎo)致大面積連續(xù)施工困難。為避免噴砂的基體材料出現(xiàn)閃銹，施工前通常會在基體材料上涂覆一層相同類型的臨時(shí)保護(hù)底漆，其厚度約40～50 μm。乙烯酯玻璃鱗片涂料在23 ℃環(huán)境溫度下的混合使用壽命僅為35～45 min，超出混合使用壽命后，涂料將變得極為黏稠或堅(jiān)硬，因此必須在混合使用壽命內(nèi)完成噴漆，這對施工人員的噴漆速率提出了很高的要求。

3 涂裝技術(shù)

3.1 工藝及設(shè)備

乙烯酯玻璃鱗片涂料中玻璃鱗片的尺寸對涂料的黏度有較大影響，在其他條件不變的情況下，加入的玻璃鱗片越大，涂料的黏度就會越高[7]。采用高壓無氣噴涂工藝進(jìn)行噴涂獲得的涂層質(zhì)量最佳。采用刷涂工藝時(shí)，涂料容易粘刷，帶進(jìn)氣泡和帶走玻璃鱗片，這會導(dǎo)致刷涂表面厚薄不均并且?guī)в忻蹋虼怂⑼抗に噧H在局部修復(fù)時(shí)使用。為了避免粘刷，可先蘸少量稀釋劑潤濕毛刷后再刷涂，以確保玻璃鱗片在涂層中脫層重疊排列。乙烯酯玻璃鱗片涂料中的固體體積分?jǐn)?shù)高達(dá)96%左右，使涂料具有高黏度，高黏度對無氣噴涂設(shè)備有較高要求。無氣噴涂機(jī)的增壓比應(yīng)大于45∶1，推薦采用63∶1以上，噴嘴壓力宜控制在15～25 MPa。涂料內(nèi)含有大量的玻璃鱗片，施工前應(yīng)拆除泵和噴槍所有管內(nèi)過濾器，保證設(shè)備處于良好工作狀態(tài)和流管的干凈密封。

3.2 涂料的組成

與傳統(tǒng)有機(jī)單、雙組分涂料不同，乙烯酯玻璃鱗片涂料由基料、促進(jìn)劑、引發(fā)劑和抑制劑組成。其加入的順序?yàn)榛稀⒋龠M(jìn)劑、引發(fā)劑和抑制劑。每加入1種組分都應(yīng)使用動力工具充分?jǐn)嚢瑁垢鹘M分均勻。根據(jù)產(chǎn)品說明加入適量的助劑，以佐敦涂料公司的產(chǎn)品為例，不同溫度下每套(16 L裝)乙烯酯玻璃鱗片涂料需要助劑的用量如表2所示。

表2 不同溫度下每套(16 L裝)乙烯酯玻璃鱗片 涂料需要助劑的用量Tab. 2 Amount of additives per set (16 L) of glass flake reinforced vinyl ester coating at different temperatures mL

3.3 涂裝施工

為確保施工連續(xù)開展，施工中可提前攪拌2～3套不添加任何促進(jìn)劑和引發(fā)劑的純基料。測量作業(yè)區(qū)環(huán)境溫度、基體溫度以及壓力泵體的平均溫度，準(zhǔn)確計(jì)算促進(jìn)劑和抑制劑的用量。在施工桶內(nèi)提前準(zhǔn)備一套純基料，然后依次加入促進(jìn)劑、抑制劑和引發(fā)劑并攪拌均勻。監(jiān)控正在使用的涂料桶，當(dāng)桶中3/4的涂料使用完后，向準(zhǔn)備好純基料的另一桶中加入各助劑并攪拌均勻。由于壓力泵體摩擦產(chǎn)生的熱量會使涂料溫度升高，高溫將加速涂料固化導(dǎo)致泵堵塞，施工中應(yīng)利用溫槍時(shí)刻監(jiān)測泵缸體溫度。涂料的混合使用壽命短，施工前應(yīng)完成所有的準(zhǔn)備和協(xié)調(diào)工作，操作者需要迅速完成涂料的噴涂。

噴涂時(shí)采用十字交叉方法得到一個(gè)均勻一致的漆膜。乙烯基酯玻璃鱗片涂料在23 ℃時(shí)最長復(fù)涂間隔僅為24 h，涂料固化后，表面將變得極為堅(jiān)硬和耐磨。因此，超出復(fù)涂間隔的涂層表面很難用砂紙拉毛羽化，大面積的表面復(fù)涂需要重新掃砂處理，這會明顯增加涂裝難度，并且可能出現(xiàn)層間附著力問題，應(yīng)盡可能確保在復(fù)涂間隔內(nèi)完成2遍涂層噴涂的連續(xù)施工。

3.4 設(shè)備堵塞處理及清洗

乙烯基酯玻璃鱗片涂料噴涂時(shí)，無氣噴涂機(jī)如果變得反應(yīng)遲緩、噴幅變小或是漆缸溫度快速升高,可能是在噴管、槍頭等位置出現(xiàn)了堵塞。此時(shí),應(yīng)立刻停止噴漆作業(yè)，并進(jìn)行檢查,然后根據(jù)堵塞的位置和情況迅速使用干凈的稀釋劑清洗。乙烯基酯玻璃鱗片涂料長時(shí)間使用后,玻璃鱗片粒子會在泵和流管內(nèi)堆積，導(dǎo)致泵體等表面產(chǎn)生凹坑并造成破壞，困此需要經(jīng)常檢查和維護(hù)整個(gè)設(shè)備系統(tǒng)。

4 質(zhì)量控制

4.1 表面處理

乙烯基酯玻璃鱗片涂料屬于厚漿型涂料，適用于表面經(jīng)過處理的碳鋼和混凝土基體。本工作僅對碳鋼表面乙烯基酯玻璃鱗片涂層的表面處理進(jìn)行說明，其表面處理要求見表3。

表3 碳鋼表面乙烯基酯玻璃鱗片涂層表面處理的要求Tab. 3 Requirements for surface treatment of glass flake reinforced vinyl ester coating on the surface of carbon steel

從表3可以看出，待涂裝碳鋼表面應(yīng)清潔、干燥、沒有污染物，表面磨料噴砂清理最低至Sa2.5。噴砂表面需要采用粗粒度磨料產(chǎn)生較高的表面粗糙度，較厚涂層下深的尖角狀表面錨紋更有助于提高涂層與基體的附著力。金屬基體上的可溶性鹽會增加水分子的滲透壓，可能導(dǎo)致涂層起泡失效[13]，涂裝乙烯基酯玻璃鱗片涂料時(shí)，碳鋼可溶性鹽含量應(yīng)控制在50 mg/m2以下。

4.2 厚度控制

乙烯酯玻璃鱗片涂料混合后的放熱反應(yīng)可促進(jìn)其涂層的固化。涂層局部修復(fù)時(shí)由于施工面積小，涂層厚度薄，僅產(chǎn)生少量的熱量，這可能會導(dǎo)致涂層固化停止或緩慢。因此盡量利用濕膜卡在噴涂施工時(shí)到達(dá)規(guī)定膜厚，減少后期的補(bǔ)涂。乙烯酯玻璃鱗片涂料在固化過程都會有不同程度的收縮，收縮量取決于所施工的實(shí)際干膜厚度和施工時(shí)的現(xiàn)場條件。施工前先進(jìn)行測試，即在測試區(qū)域每噴一道之后用濕膜卡檢測膜厚，評估需要噴至規(guī)定膜厚需要的道數(shù)和槍數(shù)。邊角、切邊等位置應(yīng)該打磨出2 mm的圓角，并在涂裝施工時(shí)注意增加濕膜厚度。涂層固化后利用干膜測厚儀重新檢測膜厚，并修復(fù)厚度不足的位置。

4.3 涂層外觀及漏涂點(diǎn)檢測

涂裝完成后檢測涂層外觀，即是否存在流掛、起泡、開裂、脫層等問題。用高壓漏點(diǎn)檢測儀檢測所有涂層，判斷涂層是否存在裂口、針孔、漏涂和其他缺陷或不連續(xù)，電壓設(shè)置可根據(jù)NACE RP0188-2006[14]。常規(guī)環(huán)氧涂層必須完全固化后才可以檢測漏涂點(diǎn)。乙烯酯玻璃鱗片涂層的檢測應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場情況待涂料硬干后進(jìn)行。結(jié)果表明，乙烯酯玻璃鱗片涂層硬干后極少出現(xiàn)涂層漏點(diǎn)誤報(bào)和涂層擊穿現(xiàn)象，這是其自身特性和膜厚高等原因所致。

4.4 加熱與通風(fēng)

乙烯酯玻璃鱗片涂料施工時(shí)，基體溫度一般要高于15 ℃，并且至少高于露點(diǎn)3 ℃。在低溫環(huán)境中，如果利用暖風(fēng)或纏繞加熱帶等方式提高基體溫度，應(yīng)同時(shí)對儲罐或容器內(nèi)外壁進(jìn)行加熱，內(nèi)外壁溫差應(yīng)控制在2 ℃以內(nèi)。內(nèi)外壁溫差過大將導(dǎo)致涂料表干后底部漆膜與鋼表面脫離，出現(xiàn)類似熟雞蛋端部空殼的“蛋殼效應(yīng)”[15]。在固化過程中，乙烯酯玻璃鱗片涂層表面會析出溶劑，故固化全程必須保持良好的通風(fēng)以加快溶劑的揮發(fā)。

5 結(jié)語

乙烯酯玻璃鱗片涂層以其優(yōu)異的屏蔽效應(yīng)和機(jī)械性能在重防腐蝕領(lǐng)域逐步得到廣泛應(yīng)用。本工作分析了玻璃鱗片涂層的防腐蝕原理，并結(jié)合涂料性能和使用經(jīng)驗(yàn)介紹了涂裝技術(shù)和質(zhì)量控制的關(guān)鍵，為該類型涂料施工技術(shù)提供了指導(dǎo)和借鑒。

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Coating Technology and Quality Control of Glass Flake Reinforced Vinyl Ester Coating

CHEN Wei-jun1, SHAN Jing-gang1, WANG Wei2, YU Ben-shui1, GUO Hai1

(1. Offshore Oil Engineering Co., Ltd., Tianjin 300452, China;2. Tianjin Marine Communication & Navigation Automation Company, Tianjin 300452, China)

The glass flake reinforced vinyl ester coating has the characteristics of short mixing life, high solid content, adding with a variety of additives and component blend with exothermic reaction. The requirements of the coating in construction such as spraying equipment, coating technology and quality control are higher than those of traditional organic coatings. The corrosion resistance principle of glass flake reinforced vinyl ester coating is analyzed, and the coating technology and key points of quality control are introduced considering coating performance and using experience.

glass flake reinforced vinyl ester; coating technology; quality control

10.11973/fsyfh-201702013

2015-08-28

陳偉軍(1986-)，工程師，本科，主要從事海洋工程防腐蝕設(shè)計(jì)，18622978997，chenweijun86@163.com

TG174

B

1005-748X(2017)02-0147-04