無溶劑剛性聚氨酯在鋼質(zhì)管件中的防腐工藝研究

王 剛 孫兆斌

（1. 銀川高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)有限責(zé)任公司，寧夏 銀川 750000；2. 寧夏青龍管業(yè)集團(tuán)有限公司，寧夏 銀川 750000）

0 引言

隨著國家發(fā)展化進(jìn)程，高工壓輸水管道逐漸采用鋼管進(jìn)行設(shè)計安裝。目前鋼管主要分為內(nèi)防腐為IPN 8710無毒飲水艙漆、外防腐主要采用“四油一布”或環(huán)氧煤瀝青的防腐鋼管，以及3PE防腐鋼管。隨著大型加工設(shè)備的不斷更新進(jìn)步，鋼管生產(chǎn)加工已實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。但相應(yīng)的管配件加工卻依舊停留在人工切割、人工防腐等較原始的作業(yè)方式，目前管配件加工普遍存在工藝復(fù)雜、質(zhì)量層次不齊、人工成本投入大、施工效率低等缺點，已嚴(yán)重影響企業(yè)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，制約管道施工安裝速度。

無溶劑剛性聚氨酯防腐材料是由多異氰酸酯與多元醇通過快速化學(xué)反應(yīng)生成結(jié)構(gòu)交錯、附著力優(yōu)良的剛性聚氨酯分子結(jié)構(gòu)，其反應(yīng)是一個快速放熱的過程[1]。它具有優(yōu)異的物理性能、優(yōu)異的防腐、防結(jié)垢功能，耐候性、耐老化性好，反應(yīng)活性高、固化速度快5～10s凝膠，5min實干，一次施工厚度無限制，施工周期短效率高。可在-45～80℃長期使用，并能承受160℃高溫短暫的沖擊，特別適合北方冬季施工需求，近年來逐漸被用于埋地輸水鋼管外防腐、管配件等鋼結(jié)構(gòu)及其它基層的防護(hù)。

1 定義

無溶劑聚氨酯防腐材料由兩種分子結(jié)構(gòu)組成：一種是多異氰酸酯，另一種是多元醇，兩種成分通過混合，形成化學(xué)反應(yīng)?！盁o溶劑”是指反應(yīng)過程中不再摻加其它溶劑，只有A/B組份，這樣當(dāng)兩種組份充分反應(yīng)固化之后，即使在室外暴曬環(huán)境下，也不會發(fā)生揮發(fā)、粉化等現(xiàn)象，從而保證了施工厚度即為防腐厚度，不存在后期防腐層厚度減薄現(xiàn)象。同時此化學(xué)反應(yīng)是一個放熱過程，進(jìn)一步加速反應(yīng)的進(jìn)行，放熱過程對金屬基材進(jìn)行了加熱，不再需要對基材額外加熱，化學(xué)反應(yīng)（如圖1所示）。

圖1 無溶劑聚氨酯化學(xué)反應(yīng)方程式

如果把上述多元醇換成胺類化合物，異氰酸酯也可以與其反應(yīng)，生成所謂的聚氨酯。

2 施工工藝[2]

無溶劑剛性聚氨酯防腐涂料采用美國固瑞克E-XP1液體聚氨酯噴涂設(shè)備進(jìn)行，施工前應(yīng)先對金屬基材進(jìn)行清潔處理，保證除銹等級達(dá)到Sa2.5級，錨紋深度大于50μm，冬季施工提前對原料進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度至少25℃以上，噴涂工藝（如圖2所示）。

圖2 無溶劑聚氨酯噴涂工藝過程

3 防腐參數(shù)

噴涂壓力：2000psi以上（動態(tài)）噴涂壓差：200psi以下；

霧化噴幅：40～80o主加熱器溫度：60～70℃；

管道預(yù)熱溫度：65 桶內(nèi)原料溫度：25～65℃；

混合比（A:B體積）：1:1；

涂布率：1.0m2/kg（800微米厚度）噴涂層數(shù)厚度：單層一次成型 噴涂距離：噴槍距離施工面不超過80cm；

噴槍擺幅：涂層施工寬度不超過120cm，以減少霧化固化顆粒散落為目的。

4 材料特性

無溶劑剛性聚氨酯涂料特性應(yīng)滿足性能要求（如表1所示）。

5 基材處理

（1）去除基材表面的油污、附著物等東西，保持表面清潔；

（2）打磨除銹，去除表面浮銹、焊渣等不平物，保證基材表面平整；

（3）對管道表面進(jìn)行噴砂除銹，除銹等級Sa2.5 級，應(yīng)采用清潔干凈的鋼砂或鋼丸等磨料，并保證不會對管道表面造成污染；

（4）現(xiàn)場用氣源應(yīng)保持干凈，不應(yīng)帶有水汽，吹掃噴砂后表面不會造成管材返銹情況發(fā)生。

6 基材處理后檢查

（1）檢查基材除銹等級是否達(dá)到Sa2.5級，肉眼可見金屬基底本色，控制表面錨紋深度為50～100μm。如果局部不合格則需要重新打磨除銹直至合格；

（2）檢查基材是否存在未處理到地方，尤其轉(zhuǎn)角、焊縫處，用手工打磨工具對這些位置進(jìn)行處理，保證基材表面平滑、不得存在尖角；

（3）檢查表面是否有污染物。如有用與防腐材料配套使用的清洗劑進(jìn)行擦拭清潔。

7 施工環(huán)境要求

（1）施工環(huán)境保持現(xiàn)場通風(fēng)，環(huán)境溫度不能低于10℃，空氣濕度小于85%；

（2）提前對A/B組份原材料進(jìn)行預(yù)熱，保證其材料溫度不能低于25℃；

（3）施工前基材表面溫度要高于露點溫度3℃以上。

8 鋼管預(yù)熱

對鋼管預(yù)熱可以提前去除鋼管表面附著水汽，保證管道清潔度，從而在防腐施工時更好的讓防腐材料與管道表面相結(jié)合，保證了防腐涂層的附著力、硬度、抗沖擊和耐磨性能。因此，如果有條件建議對管道進(jìn)行提前預(yù)熱。預(yù)熱可采用電加熱、火烤等方式，也可采用加熱帶進(jìn)行加熱，如加熱效果不好應(yīng)及時更換其它加熱方式[3]。

9 噴涂

（1）先在地面鋼板試塊上進(jìn)行試噴，讓管道內(nèi)A/B組份混料均勻，確定設(shè)備內(nèi)混料均勻后再開始管道正式噴涂；

（2）噴涂時，應(yīng)隨時觀察設(shè)備噴涂壓力、噴涂溫度、防腐厚度、表觀質(zhì)量等，并做好記錄；

（3）施工開始時，先避開管道噴涂3秒左右，保證設(shè)備、加熱軟管、噴槍混料室均處于正常工作狀態(tài)；

（4）噴涂時噴槍距離工件表面80cm，噴幅保持120°，設(shè)備壓力夏季保持2100psi，溫度63℃，冬季運行壓力2200psi，溫度65℃。噴涂時A/B組份運行壓力和溫度始終一致，否則由于壓力或溫度不一致將會導(dǎo)致A/B組份噴出混料室時造成混料不均，容易出現(xiàn)鼓包、起皮等現(xiàn)象；

（5）管道噴涂時根據(jù)防腐層厚度要求確定噴槍行走遍數(shù)，同時根據(jù)管徑計算出管道最小旋轉(zhuǎn)速度、噴槍行走速度、噴涂時間、管道旋轉(zhuǎn)時間、表干時間、實干時間、吊裝轉(zhuǎn)運時間等；

（6）防腐結(jié)束后管道繼續(xù)保持旋轉(zhuǎn)，繼續(xù)轉(zhuǎn)動5～10min；

（7）防腐時每道涂層噴涂間隔不應(yīng)超過4h，超過4h應(yīng)對表面重新進(jìn)行打磨，重新涂裝施工。

10 下管后保溫

外壁噴涂后繼續(xù)保持管道旋轉(zhuǎn)，待防腐涂層徹底固化后再進(jìn)行下管，下管應(yīng)以管道表面涂層無明顯壓痕，管道支架應(yīng)提前用橡膠襯墊加以保護(hù)，防止防腐涂層二次破壞。下管后應(yīng)保證管道停放至少30min，確保涂層完全固化，達(dá)到運輸條件。

內(nèi)壁噴涂在噴涂完成后管道即可停止轉(zhuǎn)動，應(yīng)保證管道在室外放置至少30min，涂層完全固化。

11 質(zhì)量檢驗

依據(jù)SY/T 4106-2016涂層固化后進(jìn)行涂層外觀、厚度、電火花和附著力檢驗。

11.1 防腐層外觀

全部目視檢查防腐層應(yīng)平整、光滑、無漏涂、無流掛、無劃痕、無氣泡、無色差等外觀缺陷。表觀檢測涂層表面光順，無流掛、無針孔、無起泡、無開裂。

11.2 厚度檢測

應(yīng)采用磁性測厚儀進(jìn)行檢測。內(nèi)防腐層應(yīng)檢測距管口大于150mm范圍內(nèi)的兩個截面，外防腐層應(yīng)隨機(jī)抽取三個截面，每個截面測量上、下、左、右四點的防腐層厚度，所有結(jié)果符合規(guī)定值為合格。

11.3 防腐層漏點檢測

采用電火花檢漏儀進(jìn)行100%面積撿漏，撿漏電壓宜為5V/μm，無漏點為合格。

11.4 附著力檢驗

應(yīng)采用附著力測定儀進(jìn)行檢驗，防腐層附著力應(yīng)≥10MPa為合格。

12 結(jié)語

綜上所述，本文主要對埋地輸水管道無溶劑剛性聚氨酯的工藝過程進(jìn)行了簡述，無溶劑剛性聚氨酯防腐工藝技術(shù)，在保證防腐質(zhì)量的基礎(chǔ)上，簡化了生產(chǎn)過程，提高生產(chǎn)效率，同時大大降低了人工成本。其低溫可適應(yīng)性特點，特別適合北方冬季施工，從而解決了埋地輸水管道行業(yè)長期以來防腐施工質(zhì)量問題，為輸水行業(yè)鋼質(zhì)管道及管件提供了一種新的防腐方式。