SEBF/SLF环氧涂料防腐阀门

                              SEBF/SLF环氧涂料防腐阀门

                            上海申弘阀门有限公司

一、前言

    通常解决重腐蚀防护的问题，主要有以下几种方法：材料结构的优化设计、材料的再开发、材料的表面改性、阴极保护和有机涂层等。有机涂层防护技术是一项广泛应用的金属防腐手段，它具有经济、快捷、省力、方便等特点，成为目前控制材料腐蚀的方法之一。为了使有机涂层能达到重腐蚀防护的效果，除了它本身必须具有较好的化学稳定性外，还必须具备如下三个方面的性能要求：

1、涂层与基体有很强的湿附着力。避免涂层材料在应用过程中因水环境因素的影响而剥落，使得基体暴露在水环境中腐蚀，这是涂层防护失效的主要原因。

2、涂层自身与基体的粘结强度，这是保证涂层不会在外力的作用下与基体剥开。

3、涂层本身具有一定的机械强度，不会轻易受外力的作用而破裂或磨损，保持防护效果。

4、涂层具有较强的抗渗透能力，一些活性介质（如O2、Cl-、H2O、SO42-等）不容易扩散到基材与涂层的界面处，使得基材得到有效的防护。

目前许多行业如海洋、化工、化纤、能源、电力、冶金、核电和军工等腐蚀环境苛刻，国内一般的防腐涂料还达不到上述的要求，如传统的有溶剂涂料技术耐蚀性较差达不到要求，并且在腐蚀环境下易老化；聚烯烃类的涂料虽然有较好的耐蚀性，但与金属基体的结合力、抗渗透、抗冲刷性差；衬塑虽然化学稳定性较好，但与基体的结合力差等。

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1、SEBF的组成

     （1） 涂料。 SEBF 中的环氧粉末涂料主要由以下几个部分组成，环氧树脂、填料、流平剂、固化剂、偶联剂等。
①环氧树脂。 是粉末的基料，含高分子的固体树脂，其分子量大小、分布和杂质等直接影响层的质量。
②填料。 是调制涂层的硬度、强度、耐磨性和尺寸稳定性等而加入的无机物，是涂料的主要原料。
③流平剂。 作用是增加树脂在熔融过程中的流动性，增加涂层的平面度和减少针孔、桔皮等缺陷。
④固化剂。 使树脂在熔融状态下交联成网状物质，固化反应的程度直接决定了涂层的性能。
⑤偶联剂。 起促进原料中界面的活性，增加各种原料之间尤其是填充料与树脂之间的结合力作用。
     （2） 涂装工艺。 包括工件的预处理、预热、粉末涂装、固化、机械加工和装配等。
①预处理。 对工件表面进行检测、打磨，必要时进行酸洗或碱洗，然后进行喷砂或抛丸，以清理表面的氧化物、杂质，加大表面的粗糙度，增加附着力。
②预热。 预热温度一般取决于粉末熔融温度，大约控制在200℃左右。
③粉末涂装。 指将SEBF 粉末涂料涂覆在预热的金属表面上。
④固化。 在一定温度条件下，涂层中高分子在固化剂的作用下形成空间的同络结构，使涂层达到所要求的性能。
⑤机械加工和装配。 对处理后的工件进行检测和测量，然后进行必要的机械加工，以保证精度
和装配尺寸。

  （3） 涂装设备。 指SEBF 涂装生产线。
2、SEBF防腐涂层的特点
 （1） 耐磨性能好( 比铸铁耐磨性能高5 倍，比一般涂料耐磨性能高3 倍)，并且具有很高的抗剪切强度，在高压、高速气、液输送时，涂层不受
破坏。
（2） 耐冲击强度高，冲击强度大于23J，受18J的冲击力作用时，涂层无脱层、裂纹、损伤、可承受涂装件在安装、运行过程中的冲击。
（3） 附着力强，具有优异的与金属基体的结合力，结合强度达110MPa。
（4） 化学稳定性好，耐油、耐酸、耐碱、耐盐、耐海水腐蚀。
（5） 涂层与钢结构热膨胀系数很相近，耐冷热变化性能良好。
（6） 涂层表面光滑、致密、阻力小，可使工件的粗糙度达到2.5μm，从而使气液输送效率提高2%左右。
（7） 良好的温度使用范围，水中0℃～100℃，空气-40℃～150℃，使用寿命长，性价比优于衬胶衬塑。
（8） 机械加工性能好，可车、刨、磨、铣等加工，达到要求的精度，涂层容易修复。
（9） 涂层无毒、无味、无污染，工艺简单，节省能源和资源。

  国内、外现有标准中涂料长保护年限设定在20年，远远落后于目前社会经济发展的要求。中科院金属研究所根据国内外防腐技术的发展和市场对高性能重腐蚀防护涂层材料需求，经近20年来的研究成果积累，形成了对涂层防护失效的基本概念。认识到涂层防护失效的主要原因是湿附着力的突变，并掌握了湿附着力的变化的主要控制因素。这为发展高性能涂层奠定了基础，同时结合各种环境对腐蚀防护的特殊要求，如抗耐磨、抗弯曲、抗老化等不同要求，成功开发了一种全新的重腐蚀防护方法—SEBF/SLF重腐蚀防护技术，它分别由SEBF和SLF两种基本的重腐蚀防护方法组成。其中SEBF用的是粉末涂料，SLF用的是液体涂料，两者都是无溶剂涂料。腐蚀防护性能基本达到一致，只是对于被防护对象的不同施工特点和要求，可进行选择，可的满足各种工程的腐蚀防护的施工要求，达到工程重防护性能要求的一致性。

该项技术的研究成功为国内特大型、标志性工程的腐蚀防护设计和耐久性设计提供了依据，如已应用于杭州湾大桥、舟山金塘大桥等钢管桩100年耐久性的要求，取得了理想的效果。近又被港珠澳大桥采纳，满足耐久性120年的要求，同时应用这个理念研究成功高性能环氧涂层钢筋，把原环氧涂层钢筋的耐久性从60年提高到120年，解决大型混凝土结构在海洋环境下应用的耐久性的问题，这已通过了专家鉴定，并被工程采纳，应用于港珠澳大桥混凝土的结构中。除此之外SEBF/SLF重腐蚀防护技术所取得的高性能涂层关键技术要求，如湿附着力，粘结强度和增重率指标，已列入中国科学院金属研究所编制的国家标准，引导该项技术向更高要求发展。

二、SEBF/SLF重腐蚀防护涂层的研发基础

为满足材料腐蚀防护性能的要求，涂层的综合性能要达到如下几个方面：

? 有效的抗介质渗透性（H2O、Cl-、SO42－等）

? 与基体的粘附强度

? 与基体的湿附着力

? 有效的涂层电绝缘性

? 涂层的老化性

? 抗化学介质稳定性

? 涂装过程中涂层内产生少的缺陷

? 防海生物腐蚀

以下是我所这方面所取得的重要成果，已系统的应用于SEBF/SLF重腐蚀防护技术。

  (1)、涂层的抗水渗透能力

在无机物水溶液中，水分子是体积小的液体介质，渗透力比一般的水合化的离子强。有机涂层的一般规律是，在海水中抗渗水性，自来水中次之，在蒸馏水中差。所以涂层在蒸馏水或稀的盐溶液中的渗透能力直接反映了涂层的致密性。

图1为涂层在60℃蒸馏水中的吸水增重率变化图，从图可见，不同系列的涂层在60℃中的增重率在2％以下，说明SEBF/SLF涂层具有良好的抗水渗透能力，达到水平。

图1 涂层在60℃蒸馏水中增重率随浸泡时间

(2)涂层的湿附着力。涂层的脱层表示涂层防护失效的开始，湿附着力是表征涂层脱层的主要方法，1级表示涂层与基体无脱层现象产生，5级表示涂层已全部从基体上脱层。从表1列出了不同涂料在蒸馏水中浸泡后不同的湿附着力值

表1

注：其中A1为SEBF-6系列涂料

从中表示了SEBF-6型的涂料是有的湿附着力，可保证长效的防护性能优于国内外的同等涂料的湿附着力值。

（3）涂层的溶水性与湿附着力的关系

从大量实验结果已表明涂层的溶水性（增重率）与湿附着力有明显的关系。如图2所示，从三种涂料在不同的温度（25℃、60℃、75℃、90℃）和不同时间浸泡结果。可以看出湿附着力与吸水增重率有一个明显的关系，在一定的增重率情况下（约18％）。在这以上湿附着力明显下降至5级，在这以下湿附着力提高到1级，这表明主要把这类涂料系列涂层的增重率控制在主特点先以下就能控制涂层的脱层，就能控制涂层防护的失效，高性能涂层就是在这基础研究成功的。中科院金属所研制的SEBF-6系列和SLF-2系列的涂料具有这种特性。  SLF防腐涂料,SLF重防腐涂料,SLF无溶剂防腐涂料,SLF涂料,无溶剂防腐涂料,无溶剂环氧防腐涂料,无溶剂环氧树脂涂料,无溶剂环氧重防腐涂料 河北沧州广汇钢管防腐有限公司专业管道防腐、钢管保温，配套工程施工，以及防腐材料研发制造的大型专业化企业，是河北省防腐保温行业协会理事单位，并通过ISO9001:2000认证。 我厂拥有两条具有水平的钢质管道防腐作业线和金属结构防腐保温设备。可承揽管道内外壁防腐、IPN8710系列无毒管道防腐涂料、GZ系列无毒涂料防、环氧树脂涂料防腐;内壁水泥砂浆衬里防腐、管道管件外壁环氧煤沥青防腐缠绕玻璃布（1布3油、2布3油、3布5油、4布6油）防腐、环氧富锌漆、环氧云铁漆、酸各色涂料、环氧陶瓷防腐涂料、工业重防腐涂料、及各种高分子防腐涂料等。 涂料产品：IPN8710系列无毒防腐涂料、GZ系列防腐涂料、高分子防腐涂料、重防腐涂料、环氧树脂防腐涂料、环氧煤沥青漆、环氧富锌漆、环氧云铁漆、酸面漆、无溶剂防腐涂料、环氧陶瓷防腐涂料、聚氨脂聚乙烯防腐涂料；系列有机硅耐高温涂料等，涂膜具有耐油、耐酸、耐碱、盐、苯等化学介质以及耐磨、耐湿等优良的综合性能。适用于海洋设施，石油化工，建筑行业和其他工矿企业的各类输送管道、储罐、等钢材的防腐及水泥设施的防腐防水. 本厂技术力量雄厚，施工经验丰富，参与完成我国众多长距离输油、输气、输水管线的防腐保温工程，参与完成出口印尼，沙特的管道防腐施工，产品质量和服务受到用户的一致好平。

图2三种涂料的对比分析

（4）涂层的电化学阻抗，在不同交流频率下对涂层的阻抗和容抗值进行测定，及涂层与金属界面的信息，其中涂层电阻值的大小可以衡量涂层的防腐蚀性能的稳定性。

用X60管线钢制成大小为60mm×60mm×2mm试件，并涂敷四种不同固化厚度为230±10µm的涂层，暴露面积为9.4 cm2，，在60℃的1％NaCl溶液中浸泡一年的电化学阻抗值的变化见图2，从图中可见*固化的SEBF涂层经过365天的连续浸泡，涂层的绝缘电阻基本保持不变，保持1010Ω.cm2。说明涂层有*的致密性、抗水渗透和服役的稳定性。SEBF-6型涂料不含活性防锈颜料和填料，属于屏蔽和粘接型防腐蚀涂料，其作用就是在电化学腐蚀反应机制中在阴阳极之间插入一个阻值很高的电阻和涂层与基体之间形成刚性的结合键而提高了涂层的粘接力，涂层的屏蔽性和粘接力好，这样涂层具有良好的抗渗透能力，与图1的结果符合得很好。SLF-2型涂料有等同的结果。

          图3 在3.5％NaCL溶液中浸泡的涂层电阻与浸泡时间的变化曲线

(5)、 SEBF/SLF涂层的机械性能

从表2可见，用作普通埋地管道SEBF-5涂层的冲击强度可达18J，无脱层、裂纹、损伤等产生，可承受运输、安装过程中的冲击。用在化工等重腐蚀行业中的涂层的抗冲击强度达到甚至大于24J。表3说明了SLF涂料的性能与国外涂料的比较，这些性能数据也未见相关文献报道。

表2、SEBF系列涂料涂层的机械性能

表3、SLF-2涂料机械性能与国外同类产品的比较

注：（）内数据为产品说明书所记载

 (6)、抗阴极剥离性能

在长输管线的涂层由于安装、运输中不可避免存在小的针孔和缺陷，导致该处小阳极大阴极的局部腐蚀电池，产生严重的局部腐蚀，故在工程上均采用阴极防护的方法来弥补。在阴极保护电流的作用下，管道作为阴极，但在使用环境中，当水、氧、离子等渗入涂层中，在阴极处发生反应：2H2O+O2+4e→ 4OH-   2H2O+2e→H2+2OH- ，涂层在碱性环境下造成聚合物降解和涂层溶涨产生内应力，导致涂层与基体金属剥离。所以在阴极保护电流和工业杂散电流的相互作用下要求涂层具有良好的抗阴极剥离性能。

实测SEBF/SLF涂层的抗阴极剥离在1.5-4mm之间，远小于国外用于重腐蚀防护上的8mm的标准（如图3所示），同时这种涂层有一定的微渗水性，保证了涂层在阴极保护时有微电流通过，故不会产生阴极屏蔽（CP）现象。

(7)、涂层的化学稳定性

   埋地管道周围所处环境的腐蚀介质比较复杂，作为长效防腐涂层必须具有优异的抗化学介质中各种离子的侵蚀，如H+、OH-、Cl-、SO42-、Na+、Ca2+等。

以上四图说明了SEBF/SLF涂层具有良好的抗浓酸、盐能力，而SEBF/SLF环氧涂层中含脂肪羟基而不含脂键，故耐碱性能也很突出。这说明涂层的化学和交联结构比较致密。这种涂层材料现已广泛应用在化纤厂粘胶纤维生产中受强酸、强碱腐蚀的淋洗机、导流板和油田的卤水管道上，应用实例见表4。

表4

(8)、抗应力腐蚀和抗腐蚀疲劳性能

钢质管道埋设在地下，不可避免地要承受地质运动、温变等引起的土壤应力、管内输送流体压力变化产生的形变应力和焊接时所产生的残余应力，特别在穿越江河、公路、铁路、建筑物等时，管道要承受相当大的弯曲应力，而且埋地管线敷设在地下不可避免与大量的Cl-接触，所以选择涂层时必须考虑到这一点。对于在酸、碱、盐环境服役的异型件，抗应力腐蚀和抗腐蚀疲劳性能更应考虑。

按美国ASTM标准试样的抗应力腐蚀实验，采用U型弯曲试样，基材为1Cr18Ni9Ti，得到的结果如表5所示：

表5、SEBF 涂层抗应力腐蚀的实验结果

从表5的实验结果可以说明，SEBF涂层下的基体在含Cl-腐蚀环境中具有较强抗应力腐蚀断裂。

构件中不可避免地存在腐蚀性环境下外界周期性的交变应力的影响，特别在工业比较发达的地段，这时研究涂层下管线钢的抗腐蚀疲劳非常有必要。图9为涂有SEBF涂层和未涂涂层的1Cr13的试件，在3％NaCl溶液，温度50℃，实验频率为40Hz，应力比为0.1腐蚀疲劳试验。

图9涂层腐蚀疲劳试验结果

以上说明SEBF/SLF涂料的发展已达到非常成熟的程度，在全部采用国产原料和国产设备的条件下，*可以做制作出性能*可控的各种涂料品种，满足市场的需求，这已不存在一般人们认为的国产涂料性能不稳定，保证不了质量的问题。

目前我公司已具备规模化的生产能力，如果国家在重大工程项目选用SEBF/SLF系列涂料，就能实现按定单生产。

2、 涂装设备：SEBF管道内外涂装生产线、SEBF异型件涂装生产线、管道SLF管道模压涂装生产线和SLF管道自动涂装生产线、高性能环氧涂层和高性能环氧涂层钢绞线。

l  涂装工艺与装备的研究

有了高性能的防腐涂层材料后，如何使涂料在被保护件的基体表面形成平整均匀、致密的保护膜，是需要一定的工装设备和涂装工艺来保证的。工艺的合理性和涂装装备的水平将直接影响涂层的质量，也影响终涂层的整体防护效果，涂装装备与涂装工艺是否简单易行，将决定该技术能否实现工业化应用，能否在生产领域进行大规模推广应用。中科院金属研究所国家金属腐蚀控制工程技术研究中心在研究开发SEBF/SLF重腐蚀防护技术时，对SEBF/SLF涂料的涂装工艺与涂装技术进行了专门研究。至目前已开发了三种不同的涂装工艺：

(1)、加热快速固化涂装工艺

熔结环氧快速固化涂装的工艺流程如图13所示，一般采用流水线进行，该工艺可靠，自动化程度高，大限度地减少人为因素。只要严格控制工艺流程中的每个步骤，就能生产出达到防腐性能标准的防腐管道。外涂敷主要采用SEBF-5型涂料，内涂敷的涂料可以根据防腐和减阻需要，分别采用SEBF-5型或SLF－21减阻涂料对长输管线进行内、外同时或先内后外进行涂装防腐。并且该生产线可快速拆卸运输，在工程现场附近利用简易厂房条件就可进行生产，可以大大的减少管道二次运输的成本。这种涂装工艺主要用于大规模的长输管线。

图13、加热快速固化熔结环氧粉末涂装工艺的流程图

该工艺流程中关键步骤作用如下：

a、钢管的表面处理

涂装前表面处理是关键，据国外的文献报道，涂层的失效60％是由于予处理不合格造成的。常用的表面处理方法为：如喷砂和抛丸等，把钢管表面的锈层、灰尘清理干净，达到Sa.2.5级，锚纹深度在20～100um, 管体温度比露点温度至少高3℃目的是增加熔结环氧涂层或液体环氧涂层与基体的附着力。

b、钢管的加热

管道加热一般用电炉或燃气炉，而对长输管道的加热一般采用电感应加热，效率高，热损少，预热的温度根据粉末商提供的熔融温度。温度控制精度要高，在10℃偏差之内，过高或过低对涂层的胶化、固化以及涂装的速度都有影响。

c、涂料的喷涂

环氧粉末涂料是先在流化床内充分流化，然后通过静电喷枪使之带负电，在气流的作用下粉末均匀地粘附到预热的钢管上，对于少量扩散的粉末通过回收系统回收，不会造成环境污染。液体涂料采用可移动进行高压无气喷涂, 根据管径的大小，由喷嘴的数量和喷嘴相对管体的运行速度来控制涂敷层的厚度，管端两头要留有50mm的非涂表面,作为管道焊接时用。内涂敷层的厚度在50-75μm，涂后经过一定的干燥时间，管端要盖上帽子，防止灰尘污染。

d、涂层余热固化

粘附在预热钢管的环氧粉末受热融化，并流动，进一步流平覆盖整个表面，特别在钢管表面凹陷处以及焊缝两侧，涂料通过流动而填平，大限度减少空隙。流平后的涂层进一步胶化、固化，形成致密的交联网络结构。液体涂料通过加热固化结构得到进一步完善，同时也松弛由于涂层交联固化时所产生的内应力。

e、涂层的质量检测

按国家标准《熔融结合环氧粉末涂料的防腐蚀涂装》或相关标准的检测要求执行。

（2）  、加热慢速固化涂装工艺

对于应用在较高温度和酸、碱、盐等苛刻条件下的涂层，也就是重腐蚀防腐涂层，要求防腐蚀涂层更高的性能。

其工艺流程一般按如下方式进行：

图14 、加热慢速固化涂装工艺流程图

三、SEBF/SLF重腐蚀防护技术体系

通过近十年的研究和开发，所形成的SEBF/SLF重腐蚀防护技术主要由涂料、涂料装备和涂料工艺三方面组成：

1、涂料：SEBF系列熔融结合环氧粉末涂料和SLF高分子复合涂料；

涂料技术是SEBF/SLF重腐蚀防护技术的核心，它主要有以下几个基本部分组成：环氧树脂、改性剂、流平剂、偶联剂、固化剂、分散剂、颜料、填料等组成。这些原材料通过特定的加工工艺制成粉末或液体涂料。

  通过对涂料的原材料改性处理、涂料配方的选择及加工工艺的控制，可以很好地控制涂料的性能，根据要求从中选择出*配方和工艺条件，按设计要求制作出相应性能的批量涂料。

中国科学院金属研究所通过近十年对环氧粉末涂料和高性能无溶剂液体环氧涂料的研究和实验，目前已研制成功了ＳＥＢＦ系列熔融结合环氧涂料和ＳＬＦ系列高分子复合涂料。

ＳＥＢＦ系列涂料有以下几种：

ＳＥＢＦ－２：高抗蚀防腐涂料，耐腐蚀、又具有高抗冲击和抗阴极剥离性能

ＳＥＢＦ－４：耐磨防腐蚀涂料，耐腐蚀、又耐磨损

ＳＥＢＦ－５：快速固化防腐涂料，用在普通长输管线的防腐

ＳＥＢＦ－６：抗气蚀抗冲刷防腐涂料，用于运动部件的防腐、耐磨和耐久性能的重大型工程

ＳＥＢＦ－8：抗海洋混凝土结构钢筋、钢绞线腐蚀的涂料

ＳＥＢＦ－９Ａ：耐强酸耐蚀涂料

ＳＬＦ系列涂料有如下几种：

ＳＬＦ－１：耐蚀修补剂

ＳＬＦ－２：耐蚀厚浆型补口涂料

ＳＬＦ－３Ａ：耐强酸耐蚀涂料

ＳＬＦ－21：天然气管道减阻耐磨涂料

ＳＬＦ－22：机喷大面积防腐涂料

通过对SEBF/SLF涂料进行系统研究，已把这两类涂料覆盖应用到大气腐蚀，埋地土壤腐蚀，酸、碱、盐重腐蚀和泵、阀、风机、波纹管等动态部件防护上，在这些不同类型的腐蚀环境中，都取得了非常成功的应用，得到了用户的普遍好评。如图12所示可备用户选用

（9）、涂层耐冲刷和气蚀性能好

输运管路中不可避免地混有固体颗粒，在这种环境下涂层受到固液双相流的冲刷磨蚀和水中的介质化学腐蚀的交互作用，这就需要涂层优异的抗冲刷、磨蚀和气蚀。图10上显示了1％NaCl溶液中含有10％大量砂粒（120目）时，涂层的临界流速仍可达到7m/s,表明SEBF涂层具有良好的抗冲刷磨蚀性能。作为输运系统中的辅助设备如泵、阀门等除了耐化学介质腐蚀，还必须耐磨、耐气蚀，而SEBF/SLF涂层在这方面具有很好的特性。近几年，我所用SEBF涂装的泵、叶轮、阀门、弯头等异型构件和设备用于核电站的海水回路中，效果非常显著。

图10 动态试验中涂层失重与流速关系

（10）、涂层的抗机械划伤性

外层涂层在30公斤负荷下Φ2.5mm划伤头的性能应小于150µm,低于标准规定的350µm），外层涂层50公斤负荷下2.5mm划伤头的划伤性能达到250-350µm，已远低于标准500µm

图11

（11）、涂层抗Cl-渗透分析结果

表6   不同涂层抗Cl-渗透分析结果

注：3#为SEBF涂料、4#为SLF涂料

（12）、涂层耐海生物附着性本文相关的论文有：中国阀门产值递增