聚乙烯粉末涂层钢管

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前言     近几年来，随着产业的发展，各个领域都进入了强力追求高效率、充分利用资源和能量的时代。为 了防止输送中损失能量和腐蚀造成资源的损失，各 种塑料涂装钢管的需求量越来越大。其中，聚乙烯粉末涂层钢管已在日本长期使用超过 42 年。我国聚乙烯粉末涂层钢管是在 20 世纪 9o 年代初刚刚开始使用，主要用于地下电缆通讯护套管、自来水管等的防腐，并在 1999 年制定“给水涂塑复合钢管”行业标准 CJ／ T 120--2001 。最近中国船舶工业集团船舶工艺研究所开发了大型自来水用聚乙烯粉末涂层铸铁管，该技术已转让给铸铁管生产厂。
    本文着重介绍大直径聚乙烯粉末涂层钢管的涂装工艺及涂层性能。
   1 聚乙烯粉末涂层钢管的涂装工艺
    热熔涂装法工艺原理是把被涂装的管子加热到聚乙烯树脂的熔点以上，然后把聚乙烯树脂粉末撒在上面，管子的蓄热慢慢地熔化与管体接触的树脂粉末并使其粘附在管子上，涂膜就此形成。通过控 制管体的蓄热量和粉末聚乙烯树脂的接触时间，可将膜厚控制在 0 ． 5 ～ 5 mm 范围内。涂装流程如图 1 所示。
    1 ． 1 直管的涂装工艺
直管的涂装方法有外涂装、内涂装、内外两面涂 装 3 种。

                               
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图 1 涂装管制造工艺流程

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     1 ． 1 ． 1 外面涂装管 ( 编号 PE — E)
     前处理采用喷丸处理方法清洁表面 ( 达到 SIS — Sa 2 级以上 ) 。把管体放在水平旋转台的涂装装置上，在旋转的同时进行高频感应加热或者火焰线状加热，达到一定温度后，设在上面的与管长吻合的粉末树脂容器连续地喷出聚乙烯树脂粉末，熔附到管上，靠控制管体的加热温度和粉末树脂喷附时间来调节涂膜厚度，参见图 2 。此法所得涂装管为 F 型。

                               
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图 2 直管外面涂装方法

若粉末树脂的热熔过程中，第二层涂膜采用直 径为 3 mm 的丸状聚乙烯树脂，熔附的涂膜呈适当 的凹凸状，可制得耐冲击性较高的地下用涂装管，称为 C 型。
1 ． 1 ． 2 内面涂装管 ( 编号 PF — I)
    前处理、加热方法与上述相同 ( 按照用途可以使用底漆 ) ，加热后向管内供给树脂粉末熔附，根据管子尺寸的不同，粉末树脂供给方法分为：小口径为气流输送器；中口径为螺旋送料器；大口径为逆转式供给方式。此外，管子的接头 ( 法兰、机械接头 ) 处装有特殊的盖，与管体同时供给粉末树脂，因此在管接头处获得整体涂膜而无接缝，参见图 3 。

                               
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图 3 直管内面涂装方法

      1 ． 1 ． 3 内外面涂装管 ( 编号 PF — W)
前处理、加热方法与上述相同，升温后，管子内面用图 2 所示的粉末树脂供给装置供粉，管子外面用图 l 所示的粉末树脂吹附装置供粉，同时进行内、外两面涂装，参见图 4 。

                               
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图 4 内外面涂装方法

    1 ． 2 异形管的涂装工艺
     1 ． 2 ． 1 内涂装
    异形管也采用“粉末树脂热熔涂装法”，涂装设备与旋转成形法相近似。
    用电炉、煤气炉等加热管子，采用装有粉末树脂容器的圆盘形旋转式涂装设备 ( 取得专利 ) ，如图 5 所示。在管子旋转的同时向管内充填粉末树脂，经过一定时间后排出粉末树脂，在此期间，管内壁上热熔粉末树脂而形成涂膜。该装置能自动控制旋转速度、方向和喷粉量的时间设定动作来涂装不同直径、壁厚和不同形状的管子，获得稳定的质量。

                               
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图 5 异形管内面涂装方法

    1 ． 2 ． 2 外涂装和内、外涂装
    异形管的外面及内、外两面涂装采用流化床浸涂法。
    经过前处理的管子用电炉等加热到一定温度，仅需外涂装的管子，两端加装封盖，防止粉末树脂进入，然后浸入流化床内进行浸涂；内、外两面涂装法，不封盖，其它工艺过程与外涂装法相同。管子尺寸受到流化床 ( 槽 ) 的大小限制，但可同时涂装弯管。流化床浸涂法如图 6 所示。

                               
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图 6 异形管内外面涂装法

1 ． 3 油罐类的涂装

    以前使用橡胶衬里经常有裂缝发生，现改用聚乙烯粉末涂装。涂装方法同异形管的内面涂装。聚乙烯粉末涂装的优点是，即使是形状复杂的罐体也没有针孔和接缝，是整体涂层。
    1 ． 4 接头的涂装
    管径在 800 mm瑚以上场合，在现场配管铺设中管与管连接采用焊接接头操作，可以在焊接部现场涂装聚乙烯粉末，作业流程见图 7 ，装置见图 8 。

                               
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图 7 焊接接头部位防腐作业流程

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图 8 焊接接头部位的现场防腐装置

    1 ． 5 检查方法
    涂装全部结束后，用目测法检查外观；用针孔检测 仪 ( 电压 10000V) 检查针孔，用电磁测厚仪测定膜厚。
    2 物品特性
    2 ． 1 聚乙烯涂层钢管的物理性能
    聚乙烯涂层钢管的物理性能见表 1 。

                               
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表 1 聚乙烯涂层钢管的物理性能

     2 ． 2 耐化学药品性
     聚乙烯有极稳定的化学性，有优良的耐酸性、耐碱性，应用范围广。其耐化学药品性如表 2 所示。

                               
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表 2 聚乙烯的耐化学品性

2 ． 3 摩擦系数

    聚乙烯涂层表面光滑，摩擦系数小，因此管内流体的损失小，流体输送量大。各种管子的流速系数 C 值如表 3 所示。

                               
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表 3 各种配管的流速系数 C 值

    2 ． 4 非粘附性
    聚乙烯是非极性材料，对水的接触角大，难以浸湿，难以粘附异物。表 4 所示为各种塑料、橡胶的水接触角的比较。

                               
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表 4 各种材料对水的接触角

     表 5 表示在管内海生物附着的防止流速。有关这个实验限制，管内的流速在 1 ． 5 m ／ s 以上，都无海生物粘着。

                               
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表 5 海生物的种类和海生物附着后可能的最大管内流速

    2 ． 5 聚乙烯涂层钢管的耐久性
    在发电设备中，用于海水冷却系统配管，预期有 20 ～ 30 年的长期耐久性。在某原子能发电所中，对聚乙烯涂层钢管的追踪调查结果如图 9 所示。在长期使用中认为物理性能没有降低。

                               
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图 9 经过数年后各物理性能值的变化

     2 ． 6 其它特性
    由于增塑剂等涂膜中不含有渗出物质，不会污染流体，是卫生的，而且能维持流体的纯度。 具有电绝缘性，耐电压性大等特性，不需要电防腐。
    具有优良的耐寒性 ( -40 ℃ ) ，可以在寒冷环境使用。
    对于复杂形状的异形管类的涂覆也没有接缝连 成一体，可靠性高。
    涂装范围广， 可以由小口径到超大口径 (Dg15 mm ～ 4 000 mm) ，而且还可以内外涂装一起进 行。因为金属曝露部分不会直接接触流体，因此能 完全有效地利用聚乙烯本来的特性。
3 用途
    广泛用于石油精炼、石油化学工厂管道；火力、 原子能发电厂管道；天然气、城市煤气输送管道；造 船用管道；水处理、自来水、蒸馏水厂管道；给排水管道；消防水管道；建筑物空调配管等领域。
   4 操作中的注意事项
    (1) 在涂层部不能增加加工切断、焊接、开孔；
    (2) 在涂层管的附近焊接、瓦斯切割的飞溅应用 覆盖材料保护涂膜；
    (3) 在配管时对端部涂膜不能带上伤痕；
    (4) 避免法兰螺栓过分紧固；
    (5) 不使用硬质垫圈，推荐高压缩石棉垫圈。