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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?！禕S 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FBE涂層的耐溫度循環(huán)特性進(jìn)行檢測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)方案一種簡單有效的溫度循環(huán)檢測儀器，對粉末狀制造商有關(guān)檢測試驗(yàn)和探討的開展至關(guān)重要。與此同時(shí)，試驗(yàn)室開展溫度循環(huán)檢驗(yàn)時(shí)常用設(shè)備的設(shè)計(jì)方案，對有關(guān)檢測試驗(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)長不斷穿過管道系統(tǒng)；

（2）排盡并逗留1min；

（3）（30±1）L，（15±5）℃水，1min的時(shí)長不斷穿過管道系統(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)都會對FBE涂層的溫度循環(huán)檢測造成很大的危害，這里不予以細(xì)究。文中關(guān)鍵對于環(huán)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(zhì)（水和O2等）滲入至板材，板材產(chǎn)生浸蝕毀壞，涂層出泡、裂開或板材生銹造成體積膨脹導(dǎo)致涂層掉下來（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)氧樹脂涂層無效的具體路徑。

因?yàn)榄h(huán)氧樹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)，涂膜后除開基團(tuán)間的反映之外，正負(fù)極官能團(tuán)中間會產(chǎn)生氫鍵作用，進(jìn)而提高了涂膜的高密度水平。而水分的滲透到會影響這類功效(如下圖3)，使涂膜越來越松散，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(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)秘方見表1。

由表1得知，當(dāng)填料量加到40%（3號秘方）上下時(shí)，涂層經(jīng)溫度循環(huán)檢測（檢測試驗(yàn)均為實(shí)驗(yàn)室儀器開展，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)論相對性最好是。填料偏少，涂膜非常容易產(chǎn)生一整片掉下來；填料太多，汽泡顯著增加。實(shí)際上不論是涂層掉下來或是出泡，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 填料類型的危害

填料類型的選取對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%，開展填料類型對涂層耐溫度循環(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，干固涂膜過程中，過高的交聯(lián)密度往往會造成很大的熱應(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)氧樹脂劑量為400~500的酚醛樹脂改性材料環(huán)氧樹脂EP2#來提升涂膜的交聯(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(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號和3號秘方的實(shí)驗(yàn)結(jié)果達(dá)到最佳；4號秘方涂膜交聯(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，測試結(jié)果下降。

2.4 環(huán)氧固化劑類型的危害

環(huán)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(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比效果）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。

根據(jù)試驗(yàn)看得出，雙氰胺測試結(jié)果較弱，這應(yīng)當(dāng)是由于雙氰胺自身防水性差，尤其是遇開水（80℃之上）會溶解，且其與環(huán)氧樹脂膠相溶性差，溶點(diǎn)較高（209℃），冶煉擠壓時(shí)不可以跟環(huán)氧樹脂膠做到分子結(jié)構(gòu)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(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)氧樹脂膠的環(huán)氧固化劑，它還能催化反應(yīng)環(huán)氧樹脂膠中甲基的活力，使環(huán)氧樹脂膠產(chǎn)生自匯聚，干固后環(huán)氧樹脂涂膜中羥值降低，與板材的粘合力降低?？偟膩碚f，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)加上酚醛樹脂改性材料環(huán)氧樹脂，一定程度提升涂膜的交聯(lián)密度；

（4）應(yīng)用酚類化合物環(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，無任何轉(zhuǎn)變。

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

針對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)的管段和閥門管件，及其對其內(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)備見如下所示各圖。

①操縱電控柜；②電動推桿；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面，試驗(yàn)常用開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)置電動推桿冉冉升起和著陸后停留的時(shí)間，調(diào)節(jié)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(gè)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(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間斷灌水，以確保液位處在出水口相對高度。逐漸試驗(yàn)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(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、流動速度等領(lǐng)域的危害，因而測試結(jié)果一般好于標(biāo)準(zhǔn)方法的檢測結(jié)果。該儀器設(shè)備關(guān)鍵適用環(huán)氧涂料耐溫度循環(huán)檢測的平行面對比試驗(yàn)和好壞判斷（如下圖7），不能用以EN877中有關(guān)級別的認(rèn)定。

4 結(jié)束語

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，及其檢測實(shí)驗(yàn)室機(jī)器設(shè)備的推薦。針對生產(chǎn)經(jīng)營活動中遇上的實(shí)際問題，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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