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創(chuàng)作者

文/劉玉昆，周偉，崔志剛

廊坊市艾格瑪新立村材料科技有限責(zé)任公司

引言：規(guī)范EN877中規(guī)定了工程建筑排水鑄鐵管道必須達(dá)到溫度循環(huán)試驗(yàn)，這對(duì)鑄鐵排水管的防腐涂料提出了更高的規(guī)定。文中討論并驗(yàn)證了環(huán)氧粉末涂料配方設(shè)計(jì)中危害涂層耐溫度循環(huán)特性的要素，還介紹了適用粉末狀生產(chǎn)商實(shí)驗(yàn)室的溫度循環(huán)檢測(cè)儀器的設(shè)計(jì)方案和運(yùn)用。

熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料（FBE）是一種具有高耐蝕性和優(yōu)良性能的熱塑性靜電粉末，運(yùn)用于裝飾材料、管路、閥門(mén)管件、船只、地底設(shè)備、深海設(shè)備、電子設(shè)備、家居飾品等，是工程建筑排水鑄鐵管道里外壁防腐蝕的不二之選。《BS EN 877 1999 A1 -2006 Cast ironpipes and fittings,their joints and accessories for the evacuation of water from buildings-Requirements,test methods and quality assurance》規(guī)范中有對(duì)污水管道溫度循環(huán)試驗(yàn)的要求，關(guān)鍵充分考慮大家日常見(jiàn)水里有較寬的溫度范疇，日常生活排水管道存有冷水熱水交替變化的狀況。水環(huán)境治理下熱冷交替變化對(duì)原材料是一種苛刻的磨練，假如環(huán)氧粉末涂料挑選不恰當(dāng)，非常容易產(chǎn)生涂層脫離、出泡等狀況。試驗(yàn)后，一般小管經(jīng)涂層比較大管經(jīng)涂層毀壞更嚴(yán)重，通道部位涂層較別的位置涂層毀壞更嚴(yán)重。因而，對(duì)FBE涂層的耐溫度循環(huán)特性進(jìn)行檢測(cè)是十分必要和具備防止實(shí)際意義的。與此同時(shí)，設(shè)計(jì)方案一種簡(jiǎn)單有效的溫度循環(huán)檢測(cè)儀器，對(duì)粉末狀制造商有關(guān)檢測(cè)試驗(yàn)和探討的開(kāi)展至關(guān)重要。與此同時(shí)，試驗(yàn)室開(kāi)展溫度循環(huán)檢驗(yàn)時(shí)常用設(shè)備的設(shè)計(jì)方案，對(duì)有關(guān)檢測(cè)試驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)也激發(fā)著重要作用。

1 EN877規(guī)范中要求的溫度循環(huán)實(shí)驗(yàn)方法介紹

EN877規(guī)范中要求的溫度循環(huán)實(shí)驗(yàn)方法如下所示：

（1）（30±1）L，（93±2）℃水，1min的時(shí)長(zhǎng)不斷穿過(guò)管道系統(tǒng)；

（2）排盡并逗留1min；

（3）（30±1）L，（15±5）℃水，1min的時(shí)長(zhǎng)不斷穿過(guò)管道系統(tǒng)；

（4）排盡并逗留1min；

（5）循環(huán)1500次。

耐溫度循環(huán)試驗(yàn)平面圖如下圖1所顯示。

2 配方設(shè)計(jì)中危害FBE涂層耐溫度循環(huán)的要素

生鐵管件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)出氣孔、沙孔及其表層處理的品質(zhì)都會(huì)對(duì)FBE涂層的溫度循環(huán)檢測(cè)造成很大的危害，這里不予以細(xì)究。文中關(guān)鍵對(duì)于環(huán)氧粉末涂料的本身要素開(kāi)展討論。

FBE涂層無(wú)效是由于浸蝕物質(zhì)（水和O2等）滲入至板材，板材產(chǎn)生浸蝕毀壞，涂層出泡、裂開(kāi)或板材生銹造成體積膨脹導(dǎo)致涂層掉下來(lái)（如下圖2）。因而如何阻止浸蝕物質(zhì)的滲透，是有效的避免環(huán)氧樹(shù)脂涂層無(wú)效的具體路徑。

因?yàn)榄h(huán)氧樹(shù)脂涂層是一種剛度高分子聚合物，在溫度轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的地應(yīng)力功效下不可以及時(shí)完成妥協(xié)功效，數(shù)次溫度交替變化的情況下導(dǎo)致涂膜損害，產(chǎn)生銀紋，為腐蝕性物質(zhì)的滲透到提供了安全通道。此外環(huán)氧樹(shù)脂膠及環(huán)氧固化劑都富含很多正負(fù)極官能團(tuán)，涂膜后除開(kāi)基團(tuán)間的反映之外，正負(fù)極官能團(tuán)中間會(huì)產(chǎn)生氫鍵作用，進(jìn)而提高了涂膜的高密度水平。而水分的滲透到會(huì)影響這類(lèi)功效(如下圖3)，使涂膜越來(lái)越松散，高分子材料產(chǎn)生增溶，內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺度空間增大，這樣一來(lái)水份和O2就更加容易滲透到了。下邊從下列這幾個(gè)方面開(kāi)展認(rèn)證。

2.1 填料量的危害

靜電粉末中的填料能夠提升涂膜強(qiáng)度，提升涂層致密性，合理阻攔水份、O2、鹽份等浸蝕物質(zhì)的滲透。伴隨著填料量的提升，涂膜的熱膨脹系數(shù)也漸漸降低。涂膜的粘合力關(guān)鍵來(lái)源于涂膜和的墻面或者材料中間的物理學(xué)牙齒咬合及其正負(fù)極官能團(tuán)之間的引線鍵合功效，如共價(jià)鍵。涂膜受變色涂料的變形越小，會(huì)難毀壞這類(lèi)引線鍵合功效，粘合力越不容易受影響。但填料的加上都是有程度的，過(guò)多的填料會(huì)阻攔涂膜的持續(xù)性，導(dǎo)致涂膜物理性能降低，氣孔率擴(kuò)大，浸蝕物質(zhì)更加容易滲入。填料量的危害實(shí)驗(yàn)秘方見(jiàn)表1。

由表1得知，當(dāng)填料量加到40%（3號(hào)秘方）上下時(shí)，涂層經(jīng)溫度循環(huán)檢測(cè)（檢測(cè)試驗(yàn)均為實(shí)驗(yàn)室儀器開(kāi)展，方式詳細(xì)機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)詳細(xì)介紹的一部分）結(jié)論相對(duì)性最好是。填料偏少，涂膜非常容易產(chǎn)生一整片掉下來(lái)；填料太多，汽泡顯著增加。實(shí)際上不論是涂層掉下來(lái)或是出泡，全是因?yàn)樗莺蚈2滲透到，導(dǎo)致板材生銹，涂層與板材擺脫的主要表現(xiàn)。

2.2 填料類(lèi)型的危害

填料類(lèi)型的選取對(duì)涂膜抗透水性尤為重要，應(yīng)用一些塊狀構(gòu)造的填料可高效阻攔浸蝕物質(zhì)的滲入；而球形填料則更加容易被環(huán)氧樹(shù)脂極致包囊，減少涂膜氣孔率，二者混配應(yīng)用能夠得到抗透水性極好的涂膜。明確填料的物質(zhì)的量為40%，開(kāi)展填料類(lèi)型對(duì)涂層耐溫度循環(huán)特性危害的試驗(yàn)，結(jié)論如表2圖示。

試驗(yàn)說(shuō)明，相互配合應(yīng)用球形和塊狀填料，使涂膜的耐溫度循環(huán)測(cè)試結(jié)果達(dá)到最佳（秘方4）。

2.3 涂膜的交聯(lián)密度（涂膜的夾層玻璃轉(zhuǎn)換溫度）的危害

涂膜的交聯(lián)密度非常大水平上決定了涂膜構(gòu)造的致密性和夾層玻璃轉(zhuǎn)換溫度（Tg）。同樣環(huán)氧樹(shù)脂膠管理體系下，Tg的尺寸，能夠體現(xiàn)涂膜的交聯(lián)密度。涂膜交聯(lián)密度越高，構(gòu)造越緊致，高分子材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)隨意容積越小，浸蝕物質(zhì)滲入就會(huì)越艱難。涂膜的Tg決定了涂膜的耐高溫性能，Tg下列，涂膜維持硬實(shí)的玻璃態(tài)，鏈段健身運(yùn)動(dòng)受限制，構(gòu)造、特性及粘合力能夠保持一致。但并不是交聯(lián)密度越高就越好，干固涂膜過(guò)程中，過(guò)高的交聯(lián)密度往往會(huì)造成很大的熱應(yīng)力，降低了涂膜的可靠性；此外涂膜剛度提升，促使原材料妥協(xié)工作能力降低，應(yīng)對(duì)外力作用或是變色涂料造成的應(yīng)變力時(shí)，造成地應(yīng)力積累，導(dǎo)致涂膜損害。

本試驗(yàn)選用環(huán)氧樹(shù)脂劑量為400~500的酚醛樹(shù)脂改性材料環(huán)氧樹(shù)脂EP2#來(lái)提升涂膜的交聯(lián)密度，認(rèn)證不一樣配制Tg）下FBE涂層的溫度循環(huán)測(cè)試效果（填料采用一般填料以突顯對(duì)比效果），見(jiàn)表3。

1號(hào)：Tg2=97℃；2號(hào)：Tg2=105℃；3號(hào)：Tg2=112℃；

1號(hào)秘方涂膜交聯(lián)密度最少（Tg最少），涂膜致密性差，浸蝕物質(zhì)滲入較非常容易，造成了較多汽泡和掉落的狀況；伴隨著EP2#成分的提升，2號(hào)和3號(hào)秘方的實(shí)驗(yàn)結(jié)果達(dá)到最佳；4號(hào)秘方涂膜交聯(lián)密度盡管最大（Tg最大），致密性最好是，但涂膜妥協(xié)工作能力最爛，地應(yīng)力的毀壞最嚴(yán)重，測(cè)試結(jié)果下降。

2.4 環(huán)氧固化劑類(lèi)型的危害

環(huán)氧樹(shù)脂固化劑有許多，主要包含酚類(lèi)化合物、丙烯胺、酸（酸酐）類(lèi)、催化反應(yīng)型（咪唑以及化合物）等。試驗(yàn)采用了重防腐環(huán)氧防腐涂料最常用的酚類(lèi)化合物環(huán)氧固化劑和雙氰胺固化劑做比照（填料采用一般填料以突顯對(duì)比效果）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

根據(jù)試驗(yàn)看得出，雙氰胺測(cè)試結(jié)果較弱，這應(yīng)當(dāng)是由于雙氰胺自身防水性差，尤其是遇開(kāi)水（80℃之上）會(huì)溶解，且其與環(huán)氧樹(shù)脂膠相溶性差，溶點(diǎn)較高（209℃），冶煉擠壓時(shí)不可以跟環(huán)氧樹(shù)脂膠做到分子結(jié)構(gòu)等級(jí)的混和。干固過(guò)程中僅雙氰胺顆粒物表面的活力官能團(tuán)參加反映，雙氰胺顆粒遇水溶解或溶解，導(dǎo)致化學(xué)交聯(lián)節(jié)點(diǎn)破裂（如下圖4）。

此外，雙氰胺不但能夠做為環(huán)氧樹(shù)脂膠的環(huán)氧固化劑，它還能催化反應(yīng)環(huán)氧樹(shù)脂膠中甲基的活力，使環(huán)氧樹(shù)脂膠產(chǎn)生自匯聚，干固后環(huán)氧樹(shù)脂涂膜中羥值降低，與板材的粘合力降低。總的來(lái)說(shuō)，環(huán)氧粉末涂料配方設(shè)計(jì)時(shí)保證以下幾個(gè)方面，可有效的改進(jìn)涂膜耐溫度循環(huán)的特性。

（1）填料量操縱在40%上下；

（2）挑選塊狀和球形填料混配應(yīng)用；

（3）適當(dāng)加上酚醛樹(shù)脂改性材料環(huán)氧樹(shù)脂，一定程度提升涂膜的交聯(lián)密度；

（4）應(yīng)用酚類(lèi)化合物環(huán)氧固化劑，防止應(yīng)用雙氰胺。

決定之上構(gòu)思設(shè)計(jì)了秘方（如表5），進(jìn)行了中試產(chǎn)，測(cè)試結(jié)果如下圖5所顯示。

由圖5可以看出，依據(jù)之上秘方制取的環(huán)氧粉末涂料用以鑄鐵排水管，溫度循環(huán)試驗(yàn)后表面狀況良好，無(wú)任何轉(zhuǎn)變。

3 試驗(yàn)室溫度循環(huán)試驗(yàn)檢測(cè)儀器設(shè)計(jì)方案與運(yùn)用

針對(duì)一般范圍的粉末狀生產(chǎn)廠商而言，規(guī)范的溫度循環(huán)實(shí)驗(yàn)條件比較難做到，必須有不一樣管經(jīng)的管段和閥門(mén)管件，及其對(duì)其內(nèi)腔涂敷的噴涂設(shè)備。因而必須設(shè)計(jì)方案一種合適粉末狀生產(chǎn)廠商的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室機(jī)器設(shè)備。我公司與機(jī)器設(shè)備企業(yè)合作設(shè)計(jì)方案的溫度循環(huán)機(jī)器設(shè)備見(jiàn)如下所示各圖。

①操縱電控柜；②電動(dòng)推桿；③180度旋轉(zhuǎn)器；④樣品固定夾板（強(qiáng)磁鐵）；⑤15℃涼水鍋；⑥涼水鍋電磁感應(yīng)調(diào)壓閥；⑦熱水鍋；⑧固定支架。

儀器設(shè)備務(wù)必組裝在總體水平的櫥柜臺(tái)面，試驗(yàn)常用開(kāi)水為熱水鍋本身加溫的飲用水，涼水為制冷機(jī)組制冷的飲用水，冷水熱水鍋中皆有熱電阻溫度傳感器設(shè)備。試驗(yàn)前先往操縱電控柜處設(shè)置電動(dòng)推桿冉冉升起和著陸后停留的時(shí)間，調(diào)節(jié)電動(dòng)推桿著陸后相對(duì)高度，使樣品涂膜面滲入液位下列，未涂敷面曝露在空氣中（仿真模擬管路具體情況，壁厚存有溫度梯度方向）；2個(gè)恒溫水浴鍋中液位會(huì)全自動(dòng)保持在排水孔部位，涼水鍋中的溫度會(huì)由于試樣帶上的熱能慢慢上升，這時(shí)涼水鍋中熱電阻認(rèn)知溫度變化后，繼電器啟灌水方式至水的溫度降到15℃；熱水鍋中因?yàn)樗臏囟容^高（93℃），揮發(fā)迅速，因而灌水管維持小流水無(wú)間斷灌水，以確保液位處在出水口相對(duì)高度。逐漸試驗(yàn)后，樣品隨電動(dòng)推桿降到涂敷面處在液位下列的部位，滯留1min后，電動(dòng)推桿提到，并根據(jù)旋轉(zhuǎn)器互換2個(gè)試樣部位，上空滯留1min，再度降低，這般循環(huán)1500次。

因?yàn)榫唧w制造的制成品鑄鐵管道耐溫度循環(huán)特性與鍛造品質(zhì)、表層處理有較大關(guān)聯(lián)，且該設(shè)備選用6mm厚檢驗(yàn)不銹鋼板做試樣，與管路有顯著差異，并且未考慮到壓力、流動(dòng)速度等領(lǐng)域的危害，因而測(cè)試結(jié)果一般好于標(biāo)準(zhǔn)方法的檢測(cè)結(jié)果。該儀器設(shè)備關(guān)鍵適用環(huán)氧涂料耐溫度循環(huán)檢測(cè)的平行面對(duì)比試驗(yàn)和好壞判斷（如下圖7），不能用以EN877中有關(guān)級(jí)別的認(rèn)定。

4 結(jié)束語(yǔ)

排水鑄鐵管道環(huán)氧涂料涂層耐溫度循環(huán)特性受各個(gè)方面危害，例如鍛造品質(zhì)，表層處理品質(zhì)，涂敷生產(chǎn)制造的工藝條件，粉末狀品質(zhì)等。文中僅僅討論了做為粉末狀制造商有關(guān)配方設(shè)計(jì)層面的要素，及其檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室機(jī)器設(shè)備的推薦。針對(duì)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)中遇上的實(shí)際問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)依據(jù)詳細(xì)情況，剖析從哪兒下手改進(jìn)。

封面照片：Pexels 上的Avinash Patel拍照的照片

歌曲：Alone in kyoto（Air）-Kitchen

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