球墨鑄鐵管環氧陶瓷防腐技術初探

宮景文

1前言

環氧陶瓷的成分為環氧樹脂、石英粉、防沉劑、固化劑等，該材料為厚漿型、多組份、胺固化，一次噴涂厚度可達到1000μm以上，產品各項性能指標均符合ASTM標準要求。由于環氧陶瓷中含有體積比不小于20%的微細石英粉末，其結構更加穩定、堅韌，具有其它材料所無法比擬的耐磨性;按照ASTM標準，分別使用20% H2SO4、25% NaOH、10% NaCl溶液浸泡，環氧陶瓷涂層沒有變化。

環氧陶瓷涂層非常適用于溫差較大的地區，經對成品管的反復試驗，在-20℃—100℃條件下反復進行溫升和溫降，涂層的表面及與母材的結合無任何變化;環氧陶瓷表面光滑如鏡，同時其涂層厚度平均為1000—2000μm，遠遠低于水泥內襯管，這使它的有效流量比普通水泥內襯管提高了10%—20%，因此可大大減少動力系統的設計投資除了化學腐蝕電腐蝕對管材也是不利的，環氧陶瓷涂層能夠承受4000V電壓。

以上這些優點是目前所有已知鑄管防腐材料所不能達到的。目前已經在國際國內市場得到批量成功應用。

2球墨鑄鐵管內襯環氧陶瓷技術應用現狀及研究背景

2.1國內外球墨鑄鐵管內襯環氧陶瓷的由來

隨著鑄管行業的發展，球墨鑄鐵管被越來越多的用戶所認知和接受。同時對鑄管的防腐性能也提出了更高的要求。而目前市場所使用的球墨鑄鐵管95%以上內防腐材料仍局限于普通水泥砂漿。其缺點為不能用于含有酸堿等侵蝕性介質的輸送，在內襯環氧陶瓷球墨鑄鐵管產品之前，也曾經采用抗硫酸鹽水泥、高鋁水泥替代普通硅酸鹽水泥用于輸送污水，但其抗酸堿侵蝕的能力遠不能滿足一些特殊環境的使用。美國于2002年開發的Petro401產品在鑄管內防腐得到了成功應用。但由于其綜合性價比遠不如環氧陶瓷（Ceramic Epoxy），因此環氧陶瓷成為污水輸送用球墨鑄鐵管材的首選內防腐材料。

2.2環氧陶瓷球墨鑄鐵管的研究背景

2002年，科威特客戶提出對內襯環氧陶瓷球墨鑄鐵管的需求。總合同量為20000噸。當時這種產品在國內完全是空白，而根據市場調查，國外對該產品的需求量大，而且前景廣闊。

當時，通過對外商提供的技術文件的詳細解讀，根據其提供的有限資料，我們組建了一條特殊防腐管生產線，但該生產線很不成熟，從管材的處理到噴涂過程基本都是手動操作。由于環氧陶瓷對配比要求嚴格，而且對工藝溫度的要求近乎于苛刻，因此在初期生產效率低而且環氧陶瓷襯里廢品率高大50%左右。

綜上所述，為了拓寬鑄管市場，滿足客戶對產品質量的穩定性、供貨及時性的要求，就必須對球墨鑄鐵管內襯環氧陶瓷工藝進行自主研發及創新。

3球墨鑄鐵管內襯環氧陶瓷開發過程中的噴涂工藝難點

由于環氧陶瓷材料對工藝溫度、環境友好、鑄管的母材要求近乎于苛刻，決定了該產品生產的難度遠大于其它品種，且從產品的特性上來看，該產品對設備精確性、穩定性控制等方面要求較高。根據產品開發階段生產經驗，將球墨鑄鐵管內襯環氧陶瓷開發過程中的工藝難點歸結如下：

3.1原料及母材溫度控制難點

環氧陶瓷料噴涂的工藝溫度要求為45-50℃。當料溫低于工藝溫度的情況下，涂層在噴涂完成后涂層固化時間會大大延長。經實驗室測試當料溫為50℃時，涂層固化時間為4h。而當料溫為30℃時，涂層固化時間長達48h，且涂層表面產生針孔的幾率明顯增加。而當料溫大于50℃時，涂層表面易產生氣泡等缺陷。

受到施工工藝特性的限制，A、B兩組料在噴杯處混合前需經過長達8 m的輸送管路，且需分開單獨輸送。這樣以來A、B兩組料的料溫及兩組料料溫的一致性就無法得到保證，經使用拌熱帶對其進行拌熱，發現溫度波動非常大波動范圍為40-70℃，無法滿足工藝要求。

3.2原料輸出同步性控制難點

環氧陶瓷是一種在50℃下將A、B兩種流體材料混合施涂于產品表面，材料具有高溫，粘稠，腐蝕性強（對多數密封材料），且內含體積比20%以上的石英砂，對密封部位的腐蝕磨損嚴重，一般形式的閥體工作及密封方式無法適應這種材料。由于雙閥動作要求一致，但加工中很難保證，所以閥體行程自補償能力要強，密封部位磨損要盡可能小，且材料要適應使用溫度環境。

如果不能保證同步開啟，或閥體開啟不充分會造成兩組料配比不均勻。同時由于開啟不同步，在噴涂起始位置造成單組分的問題無法得到解決。

3.3涂層表面質量穩定控制難點

環氧陶瓷襯層表面缺陷主要包括針孔和鼓包兩大類。其產生的原因分別為工藝溫度的不恒定和環氧陶瓷料不匹配及母材處理不當，前者在生產過程就可以檢測發現。而后者往往在很長一段時間后才出現，如果控制不當其造成的問題是無法進行彌補和處理的。

4球墨鑄鐵管內襯環氧陶瓷穩定生產的技術應用

4.1溫度對終涂層影響的技術分析

從生產實際來看，環氧陶瓷的固化時間、表面質量不僅與環氧陶瓷原料的工藝溫度有關，其與球墨鑄鐵管母材的基體預熱溫度也存在著密切的關系。為了研究結果的可比性，在研究實驗過程將環氧陶瓷原料溫度設定為45℃。

1.球墨鑄鐵管母材基體的制備

首先對球墨鑄鐵管內壁進行磨削處理，然后切取六個樣片，并對樣片的表面進行噴砂處理，噴砂標準達到表面外觀要達到SSPC-SP10“近白級”，噴砂后描紋深度至少為76um。樣片按以上要求制備完成后備用。

2.環氧陶瓷涂層的制備

把A、B兩組環氧陶瓷原料分別置于加熱裝置內加熱至少50℃，然后取出并按重量比3%加入消泡劑，代料溫達到45℃時，使用刷涂的方式將環氧陶瓷原料均勻的涂刷在球墨鑄鐵管樣片的表面（球墨鑄鐵管樣片的溫度分別為①40℃、②45℃、③50℃、④55℃、⑤60℃、⑥65℃）。

把以上六個樣片放置于環境溫度下進行觀察和檢測，發現以上六個樣片的特征如下：