SEBF/SLF環氧涂料防腐閥門

                              SEBF/SLF環氧涂料防腐閥門

                            上海申弘閥門有限公司

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、材料的表面改性、陰極保護和有機涂層等。有機涂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，成為目前控制材料腐蝕的方法之一。為了使有機涂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面的性能要求：

1、涂層與基體有很強的濕附著力。避免涂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，這是涂層防護失效的主要原因。

2、涂層自身與基體的粘結強度，這是保證涂層不會在外力的作用下與基體剝開。

3、涂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、涂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涂層的界面處，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，國內一般的防腐涂料還達不到上述的要求，如傳統的有溶劑涂料技術耐蝕性較差達不到要求，并且在腐蝕環境下易老化；聚烯烴類的涂料雖然有較好的耐蝕性，但與金屬基體的結合力、抗滲透、抗沖刷性差；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） 涂料。 SEBF 中的環氧粉末涂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。 是調制涂層的硬度、強度、耐磨性和尺寸穩定性等而加入的無機物，是涂料的主要原料。
③流平劑。 作用是增加樹脂在熔融過程中的流動性，增加涂層的平面度和減少針孔、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涂層的性能。
⑤偶聯劑。 起促進原料中界面的活性，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） 涂裝工藝。 包括工件的預處理、預熱、粉末涂裝、固化、機械加工和裝配等。
①預處理。 對工件表面進行檢測、打磨，必要時進行酸洗或堿洗，然后進行噴砂或拋丸，以清理表面的氧化物、雜質，加大表面的粗糙度，增加附著力。
②預熱。 預熱溫度一般取決于粉末熔融溫度，大約控制在200℃左右。
③粉末涂裝。 指將SEBF 粉末涂料涂覆在預熱的金屬表面上。
④固化。 在一定溫度條件下，涂層中高分子在固化劑的作用下形成空間的同絡結構，使涂層達到所要求的性能。
⑤機械加工和裝配。 對處理后的工件進行檢測和測量，然后進行必要的機械加工，以保證精度
和裝配尺寸。

  （3） 涂裝設備。 指SEBF 涂裝生產線。
2、SEBF防腐涂層的特點
 （1） 耐磨性能好( 比鑄鐵耐磨性能高5 倍，比一般涂料耐磨性能高3 倍)，并且具有很高的抗剪切強度，在高壓、高速氣、液輸送時，涂層不受
破壞。
（2） 耐沖擊強度高，沖擊強度大于23J，受18J的沖擊力作用時，涂層無脫層、裂紋、損傷、可承受涂裝件在安裝、運行過程中的沖擊。
（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） 涂層與鋼結構熱膨脹系數很相近，耐冷熱變化性能良好。
（6） 涂層表面光滑、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） 良好的溫度使用范圍，水中0℃～100℃，空氣-40℃～150℃，使用壽命長，性價比優于襯膠襯塑。
（8） 機械加工性能好，可車、刨、磨、銑等加工，達到要求的精度，涂層容易修復。
（9） 涂層無毒、無味、無污染，工藝簡單，節省能源和資源。

  國內、外現有標準中涂料長保護年限設定在20年，遠遠落后于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涂層材料需求，經近20年來的研究成果積累，形成了對涂層防護失效的基本概念。認識到涂層防護失效的主要原因是濕附著力的突變，并掌握了濕附著力的變化的主要控制因素。這為發展高性能涂層奠定了基礎，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用的是粉末涂料，SLF用的是液體涂料，兩者都是無溶劑涂料。腐蝕防護性能基本達到一致，只是對于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、標志性工程的腐蝕防護設計和耐久性設計提供了依據，如已應用于杭州灣大橋、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涂層鋼筋，把原環氧涂層鋼筋的耐久性從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，并被工程采納，應用于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涂層關鍵技術要求，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制的國家標準，引導該項技術向更高要求發展。

二、SEBF/SLF重腐蝕防護涂層的研發基礎

為滿足材料腐蝕防護性能的要求，涂層的綜合性能要達到如下幾個方面：

? 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

? 有效的涂層電絕緣性

? 涂層的老化性

? 抗化學介質穩定性

? 涂裝過程中涂層內產生少的缺陷

? 防海生物腐蝕

以下是我所這方面所取得的重要成果，已系統的應用于SEBF/SLF重腐蝕防護技術。

  (1)、涂層的抗水滲透能力

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。有機涂層的一般規律是，在海水中抗滲水性，自來水中次之，在蒸餾水中差。所以涂層在蒸餾水或稀的鹽溶液中的滲透能力直接反映了涂層的致密性。

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

圖1 涂層在60℃蒸餾水中增重率隨浸泡時間

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

表1

注：其中A1為SEBF-6系列涂料

從中表示了SEBF-6型的涂料是有的濕附著力，可保證長效的防護性能優于國內外的同等涂料的濕附著力值。

（3）涂層的溶水性與濕附著力的關系

從大量實驗結果已表明涂層的溶水性（增重率）與濕附著力有明顯的關系。如圖2所示，從三種涂料在不同的溫度（25℃、60℃、75℃、90℃）和不同時間浸泡結果?？梢钥闯鰸窀街εc吸水增重率有一個明顯的關系，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，這表明主要把這類涂料系列涂層的增重率控制在主特點先以下就能控制涂層的脫層，就能控制涂層防護的失效，高性能涂層就是在這基礎研究成功的。中科院金屬所研制的SEBF-6系列和SLF-2系列的涂料具有這種特性。  SLF防腐涂料,SLF重防腐涂料,SLF無溶劑防腐涂料,SLF涂料,無溶劑防腐涂料,無溶劑環氧防腐涂料,無溶劑環氧樹脂涂料,無溶劑環氧重防腐涂料 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，以及防腐材料研發制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，并通過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系列無毒管道防腐涂料、GZ系列無毒涂料防、環氧樹脂涂料防腐;內壁水泥砂漿襯里防腐、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、環氧云鐵漆、酸各色涂料、環氧陶瓷防腐涂料、工業重防腐涂料、及各種高分子防腐涂料等。 涂料產品：IPN8710系列無毒防腐涂料、GZ系列防腐涂料、高分子防腐涂料、重防腐涂料、環氧樹脂防腐涂料、環氧煤瀝青漆、環氧富鋅漆、環氧云鐵漆、酸面漆、無溶劑防腐涂料、環氧陶瓷防腐涂料、聚氨脂聚乙烯防腐涂料；系列有機硅耐高溫涂料等，涂膜具有耐油、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。適用于海洋設施，石油化工，建筑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2三種涂料的對比分析

（4）涂層的電化學阻抗，在不同交流頻率下對涂層的阻抗和容抗值進行測定，及涂層與金屬界面的信息，其中涂層電阻值的大小可以衡量涂層的防腐蝕性能的穩定性。

用X60管線鋼制成大小為60mm×60mm×2mm試件，并涂敷四種不同固化厚度為230±10µm的涂層，暴露面積為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涂層經過365天的連續浸泡，涂層的絕緣電阻基本保持不變，保持1010Ω.cm2。說明涂層有*的致密性、抗水滲透和服役的穩定性。SEBF-6型涂料不含活性防銹顏料和填料，屬于屏蔽和粘接型防腐蝕涂料，其作用就是在電化學腐蝕反應機制中在陰陽極之間插入一個阻值很高的電阻和涂層與基體之間形成剛性的結合鍵而提高了涂層的粘接力，涂層的屏蔽性和粘接力好，這樣涂層具有良好的抗滲透能力，與圖1的結果符合得很好。SLF-2型涂料有等同的結果。

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

(5)、 SEBF/SLF涂層的機械性能

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

表2、SEBF系列涂料涂層的機械性能

表3、SLF-2涂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

在長輸管線的涂層由于安裝、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、離子等滲入涂層中，在陰極處發生反應：2H2O+O2+4e→ 4OH-   2H2O+2e→H2+2OH- ，涂層在堿性環境下造成聚合物降解和涂層溶漲產生內應力，導致涂層與基體金屬剝離。所以在陰極保護電流和工業雜散電流的相互作用下要求涂層具有良好的抗陰極剝離性能。

實測SEBF/SLF涂層的抗陰極剝離在1.5-4mm之間，遠小于國外用于重腐蝕防護上的8mm的標準（如圖3所示），同時這種涂層有一定的微滲水性，保證了涂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)、涂層的化學穩定性

   埋地管道周圍所處環境的腐蝕介質比較復雜，作為長效防腐涂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涂層具有良好的抗濃酸、鹽能力，而SEBF/SLF環氧涂層中含脂肪羥基而不含脂鍵，故耐堿性能也很突出。這說明涂層的化學和交聯結構比較致密。這種涂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余應力，特別在穿越江河、公路、鐵路、建筑物等時，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，所以選擇涂層時必須考慮到這一點。對于在酸、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 涂層抗應力腐蝕的實驗結果

從表5的實驗結果可以說明，SEBF涂層下的基體在含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，這時研究涂層下管線鋼的抗腐蝕疲勞非常有必要。圖9為涂有SEBF涂層和未涂涂層的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涂層腐蝕疲勞試驗結果

以上說明SEBF/SLF涂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，*可以做制作出性能*可控的各種涂料品種，滿足市場的需求，這已不存在一般人們認為的國產涂料性能不穩定，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系列涂料，就能實現按定單生產。

2、 涂裝設備：SEBF管道內外涂裝生產線、SEBF異型件涂裝生產線、管道SLF管道模壓涂裝生產線和SLF管道自動涂裝生產線、高性能環氧涂層和高性能環氧涂層鋼絞線。

l  涂裝工藝與裝備的研究

有了高性能的防腐涂層材料后，如何使涂料在被保護件的基體表面形成平整均勻、致密的保護膜，是需要一定的工裝設備和涂裝工藝來保證的。工藝的合理性和涂裝裝備的水平將直接影響涂層的質量，也影響終涂層的整體防護效果，涂裝裝備與涂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制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涂料的涂裝工藝與涂裝技術進行了專門研究。至目前已開發了三種不同的涂裝工藝：

(1)、加熱快速固化涂裝工藝

熔結環氧快速固化涂裝的工藝流程如圖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。只要嚴格控制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。外涂敷主要采用SEBF-5型涂料，內涂敷的涂料可以根據防腐和減阻需要，分別采用SEBF-5型或SLF－21減阻涂料對長輸管線進行內、外同時或先內后外進行涂裝防腐。并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。這種涂裝工藝主要用于大規模的長輸管線。

圖13、加熱快速固化熔結環氧粉末涂裝工藝的流程圖

該工藝流程中關鍵步驟作用如下：

a、鋼管的表面處理

涂裝前表面處理是關鍵，據國外的文獻報道，涂層的失效60％是由于予處理不合格造成的。常用的表面處理方法為：如噴砂和拋丸等，把鋼管表面的銹層、灰塵清理干凈，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涂層或液體環氧涂層與基體的附著力。

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。溫度控制精度要高，在10℃偏差之內，過高或過低對涂層的膠化、固化以及涂裝的速度都有影響。

c、涂料的噴涂

環氧粉末涂料是先在流化床內充分流化，然后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，對于少量擴散的粉末通過回收系統回收，不會造成環境污染。液體涂料采用可移動進行高壓無氣噴涂, 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制涂敷層的厚度，管端兩頭要留有50mm的非涂表面,作為管道焊接時用。內涂敷層的厚度在50-75μm，涂后經過一定的干燥時間，管端要蓋上帽子，防止灰塵污染。

d、涂層余熱固化

粘附在預熱鋼管的環氧粉末受熱融化，并流動，進一步流平覆蓋整個表面，特別在鋼管表面凹陷處以及焊縫兩側，涂料通過流動而填平，大限度減少空隙。流平后的涂層進一步膠化、固化，形成致密的交聯網絡結構。液體涂料通過加熱固化結構得到進一步*，同時也松弛由于涂層交聯固化時所產生的內應力。

e、涂層的質量檢測

按國家標準《熔融結合環氧粉末涂料的防腐蝕涂裝》或相關標準的檢測要求執行。

（2）  、加熱慢速固化涂裝工藝

對于應用在較高溫度和酸、堿、鹽等苛刻條件下的涂層，也就是重腐蝕防腐涂層，要求防腐蝕涂層更高的性能。

其工藝流程一般按如下方式進行：

圖14 、加熱慢速固化涂裝工藝流程圖

三、SEBF/SLF重腐蝕防護技術體系

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涂料、涂料裝備和涂料工藝三方面組成：

1、涂料：SEBF系列熔融結合環氧粉末涂料和SLF高分子復合涂料；

涂料技術是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制成粉末或液體涂料。

  通過對涂料的原材料改性處理、涂料配方的選擇及加工工藝的控制，可以很好地控制涂料的性能，根據要求從中選擇出*配方和工藝條件，按設計要求制作出相應性能的批量涂料。

中國科學院金屬研究所通過近十年對環氧粉末涂料和高性能無溶劑液體環氧涂料的研究和實驗，目前已研制成功了ＳＥＢＦ系列熔融結合環氧涂料和ＳＬＦ系列高分子復合涂料。

ＳＥＢＦ系列涂料有以下幾種：

ＳＥＢＦ－２：高抗蝕防腐涂料，耐腐蝕、又具有高抗沖擊和抗陰極剝離性能

ＳＥＢＦ－４：耐磨防腐蝕涂料，耐腐蝕、又耐磨損

ＳＥＢＦ－５：快速固化防腐涂料，用在普通長輸管線的防腐

ＳＥＢＦ－６：抗氣蝕抗沖刷防腐涂料，用于運動部件的防腐、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、鋼絞線腐蝕的涂料

ＳＥＢＦ－９Ａ：耐強酸耐蝕涂料

ＳＬＦ系列涂料有如下幾種：

ＳＬＦ－１：耐蝕修補劑

ＳＬＦ－２：耐蝕厚漿型補口涂料

ＳＬＦ－３Ａ：耐強酸耐蝕涂料

ＳＬＦ－21：天然氣管道減阻耐磨涂料

ＳＬＦ－22：機噴大面積防腐涂料

通過對SEBF/SLF涂料進行系統研究，已把這兩類涂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）、涂層耐沖刷和氣蝕性能好

輸運管路中不可避免地混有固體顆粒，在這種環境下涂層受到固液雙相流的沖刷磨蝕和水中的介質化學腐蝕的交互作用，這就需要涂層優異的抗沖刷、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，涂層的臨界流速仍可達到7m/s,表明SEBF涂層具有良好的抗沖刷磨蝕性能。作為輸運系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涂層在這方面具有很好的特性。近幾年，我所用SEBF涂裝的泵、葉輪、閥門、彎頭等異型構件和設備用于核電站的海水回路中，效果非常顯著。

圖10 動態試驗中涂層失重與流速關系

（10）、涂層的抗機械劃傷性

外層涂層在30公斤負荷下Φ2.5mm劃傷頭的性能應小于150µm,低于標準規定的350µm），外層涂層50公斤負荷下2.5mm劃傷頭的劃傷性能達到250-350µm，已遠低于標準500µm

圖11

（11）、涂層抗Cl-滲透分析結果

表6   不同涂層抗Cl-滲透分析結果

注：3#為SEBF涂料、4#為SLF涂料

（12）、涂層耐海生物附著性本文相關的論文有：中國閥門產值遞增