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創作者

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任公司

引言：規范EN877中規定了工程建筑排水鑄鐵管道必須達到溫度循環試驗，這對鑄鐵排水管的防腐涂料提出了更高的規定。文中討論并驗證了環氧粉末涂料配方設計中危害涂層耐溫度循環特性的要素，還介紹了適用粉末狀生產商實驗室的溫度循環檢測儀器的設計方案和運用。

熔結環氧粉末涂料（FBE）是一種具有高耐蝕性和優良性能的熱塑性靜電粉末，運用于裝飾材料、管路、閥門管件、船只、地底設備、深海設備、電子設備、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》規范中有對污水管道溫度循環試驗的要求，關鍵充分考慮大家日常見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。水環境治理下熱冷交替變化對原材料是一種苛刻的磨練，假如環氧粉末涂料挑選不恰當，非常容易產生涂層脫離、出泡等狀況。試驗后，一般小管經涂層比較大管經涂層毀壞更嚴重，通道部位涂層較別的位置涂層毀壞更嚴重。因而，對FBE涂層的耐溫度循環特性進行檢測是十分必要和具備防止實際意義的。與此同時，設計方案一種簡單有效的溫度循環檢測儀器，對粉末狀制造商有關檢測試驗和探討的開展至關重要。與此同時，試驗室開展溫度循環檢驗時常用設備的設計方案，對有關檢測試驗的實現也激發著重要作用。

1 EN877規范中要求的溫度循環實驗方法介紹

EN877規范中要求的溫度循環實驗方法如下所示：

（1）（30±1）L，（93±2）℃水，1min的時長不斷穿過管道系統；

（2）排盡并逗留1min；

（3）（30±1）L，（15±5）℃水，1min的時長不斷穿過管道系統；

（4）排盡并逗留1min；

（5）循環1500次。

耐溫度循環試驗平面圖如下圖1所顯示。

2 配方設計中危害FBE涂層耐溫度循環的要素

生鐵管件的內部結構出氣孔、沙孔及其表層處理的品質都會對FBE涂層的溫度循環檢測造成很大的危害，這里不予以細究。文中關鍵對于環氧粉末涂料的本身要素開展討論。

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

因為環氧樹脂涂層是一種剛度高分子聚合物，在溫度轉變產生的地應力功效下不可以及時完成妥協功效，數次溫度交替變化的情況下導致涂膜損害，產生銀紋，為腐蝕性物質的滲透到提供了安全通道。此外環氧樹脂膠及環氧固化劑都富含很多正負極官能團，涂膜后除開基團間的反映之外，正負極官能團中間會產生氫鍵作用，進而提高了涂膜的高密度水平。而水分的滲透到會影響這類功效(如下圖3)，使涂膜越來越松散，高分子材料產生增溶，內部結構尺度空間增大，這樣一來水份和O2就更加容易滲透到了。下邊從下列這幾個方面開展認證。

2.1 填料量的危害

靜電粉末中的填料能夠提升涂膜強度，提升涂層致密性，合理阻攔水份、O2、鹽份等浸蝕物質的滲透。伴隨著填料量的提升，涂膜的熱膨脹系數也漸漸降低。涂膜的粘合力關鍵來源于涂膜和的墻面或者材料中間的物理學牙齒咬合及其正負極官能團之間的引線鍵合功效，如共價鍵。涂膜受變色涂料的變形越小，會難毀壞這類引線鍵合功效，粘合力越不容易受影響。但填料的加上都是有程度的，過多的填料會阻攔涂膜的持續性，導致涂膜物理性能降低，氣孔率擴大，浸蝕物質更加容易滲入。填料量的危害實驗秘方見表1。

由表1得知，當填料量加到40%（3號秘方）上下時，涂層經溫度循環檢測（檢測試驗均為實驗室儀器開展，方式詳細機械設備設計詳細介紹的一部分）結論相對性最好是。填料偏少，涂膜非常容易產生一整片掉下來；填料太多，汽泡顯著增加。實際上不論是涂層掉下來或是出泡，全是因為水份和O2滲透到，導致板材生銹，涂層與板材擺脫的主要表現。

2.2 填料類型的危害

填料類型的選取對涂膜抗透水性尤為重要，應用一些塊狀構造的填料可高效阻攔浸蝕物質的滲入；而球形填料則更加容易被環氧樹脂極致包囊，減少涂膜氣孔率，二者混配應用能夠得到抗透水性極好的涂膜。明確填料的物質的量為40%，開展填料類型對涂層耐溫度循環特性危害的試驗，結論如表2圖示。

試驗說明，相互配合應用球形和塊狀填料，使涂膜的耐溫度循環測試結果達到最佳（秘方4）。

2.3 涂膜的交聯密度（涂膜的夾層玻璃轉換溫度）的危害

涂膜的交聯密度非常大水平上決定了涂膜構造的致密性和夾層玻璃轉換溫度（Tg）。同樣環氧樹脂膠管理體系下，Tg的尺寸，能夠體現涂膜的交聯密度。涂膜交聯密度越高，構造越緊致，高分子材料內部結構隨意容積越小，浸蝕物質滲入就會越艱難。涂膜的Tg決定了涂膜的耐高溫性能，Tg下列，涂膜維持硬實的玻璃態，鏈段健身運動受限制，構造、特性及粘合力能夠保持一致。但并不是交聯密度越高就越好，干固涂膜過程中，過高的交聯密度往往會造成很大的熱應力，降低了涂膜的可靠性；此外涂膜剛度提升，促使原材料妥協工作能力降低，應對外力作用或是變色涂料造成的應變力時，造成地應力積累，導致涂膜損害。

本試驗選用環氧樹脂劑量為400~500的酚醛樹脂改性材料環氧樹脂EP2#來提升涂膜的交聯密度，認證不一樣配制Tg）下FBE涂層的溫度循環測試效果（填料采用一般填料以突顯對比效果），見表3。

1號：Tg2=97℃；2號：Tg2=105℃；3號：Tg2=112℃；

1號秘方涂膜交聯密度最少（Tg最少），涂膜致密性差，浸蝕物質滲入較非常容易，造成了較多汽泡和掉落的狀況；伴隨著EP2#成分的提升，2號和3號秘方的實驗結果達到最佳；4號秘方涂膜交聯密度盡管最大（Tg最大），致密性最好是，但涂膜妥協工作能力最爛，地應力的毀壞最嚴重，測試結果下降。

2.4 環氧固化劑類型的危害

環氧樹脂固化劑有許多，主要包含酚類化合物、丙烯胺、酸（酸酐）類、催化反應型（咪唑以及化合物）等。試驗采用了重防腐環氧防腐涂料最常用的酚類化合物環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比效果）。實驗結果見表4。

根據試驗看得出，雙氰胺測試結果較弱，這應當是由于雙氰胺自身防水性差，尤其是遇開水（80℃之上）會溶解，且其與環氧樹脂膠相溶性差，溶點較高（209℃），冶煉擠壓時不可以跟環氧樹脂膠做到分子結構等級的混和。干固過程中僅雙氰胺顆粒物表面的活力官能團參加反映，雙氰胺顆粒遇水溶解或溶解，導致化學交聯節點破裂（如下圖4）。

此外，雙氰胺不但能夠做為環氧樹脂膠的環氧固化劑，它還能催化反應環氧樹脂膠中甲基的活力，使環氧樹脂膠產生自匯聚，干固后環氧樹脂涂膜中羥值降低，與板材的粘合力降低?？偟膩碚f，環氧粉末涂料配方設計時保證以下幾個方面，可有效的改進涂膜耐溫度循環的特性。

（1）填料量操縱在40%上下；

（2）挑選塊狀和球形填料混配應用；

（3）適當加上酚醛樹脂改性材料環氧樹脂，一定程度提升涂膜的交聯密度；

（4）應用酚類化合物環氧固化劑，防止應用雙氰胺。

決定之上構思設計了秘方（如表5），進行了中試產，測試結果如下圖5所顯示。

由圖5可以看出，依據之上秘方制取的環氧粉末涂料用以鑄鐵排水管，溫度循環試驗后表面狀況良好，無任何轉變。

3 試驗室溫度循環試驗檢測儀器設計方案與運用

針對一般范圍的粉末狀生產廠商而言，規范的溫度循環實驗條件比較難做到，必須有不一樣管經的管段和閥門管件，及其對其內腔涂敷的噴涂設備。因而必須設計方案一種合適粉末狀生產廠商的檢測實驗室機器設備。我公司與機器設備企業合作設計方案的溫度循環機器設備見如下所示各圖。

①操縱電控柜；②電動推桿；③180度旋轉器；④樣品固定夾板（強磁鐵）；⑤15℃涼水鍋；⑥涼水鍋電磁感應調壓閥；⑦熱水鍋；⑧固定支架。

儀器設備務必組裝在總體水平的櫥柜臺面，試驗常用開水為熱水鍋本身加溫的飲用水，涼水為制冷機組制冷的飲用水，冷水熱水鍋中皆有熱電阻溫度傳感器設備。試驗前先往操縱電控柜處設置電動推桿冉冉升起和著陸后停留的時間，調節電動推桿著陸后相對高度，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個恒溫水浴鍋中液位會全自動保持在排水孔部位，涼水鍋中的溫度會由于試樣帶上的熱能慢慢上升，這時涼水鍋中熱電阻認知溫度變化后，繼電器啟灌水方式至水的溫度降到15℃；熱水鍋中因為水的溫度較高（93℃），揮發迅速，因而灌水管維持小流水無間斷灌水，以確保液位處在出水口相對高度。逐漸試驗后，樣品隨電動推桿降到涂敷面處在液位下列的部位，滯留1min后，電動推桿提到，并根據旋轉器互換2個試樣部位，上空滯留1min，再度降低，這般循環1500次。

因為具體制造的制成品鑄鐵管道耐溫度循環特性與鍛造品質、表層處理有較大關聯，且該設備選用6mm厚檢驗不銹鋼板做試樣，與管路有顯著差異，并且未考慮到壓力、流動速度等領域的危害，因而測試結果一般好于標準方法的檢測結果。該儀器設備關鍵適用環氧涂料耐溫度循環檢測的平行面對比試驗和好壞判斷（如下圖7），不能用以EN877中有關級別的認定。

4 結束語

排水鑄鐵管道環氧涂料涂層耐溫度循環特性受各個方面危害，例如鍛造品質，表層處理品質，涂敷生產制造的工藝條件，粉末狀品質等。文中僅僅討論了做為粉末狀制造商有關配方設計層面的要素，及其檢測實驗室機器設備的推薦。針對生產經營活動中遇上的實際問題，應當依據詳細情況，剖析從哪兒下手改進。

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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