球墨铸铁管环氧陶瓷防腐技术初探

宫景文

1前言

环氧陶瓷的成分为环氧树脂、石英粉、防沉剂、固化剂等，该材料为厚浆型、多组份、胺固化，一次喷涂厚度可达到1000μm以上，产品各项性能指标均符合ASTM标准要求。由于环氧陶瓷中含有体积比不小于20%的微细石英粉末，其结构更加稳定、坚韧，具有其它材料所无法比拟的耐磨性;按照ASTM标准，分别使用20% H2SO4、25% NaOH、10% NaCl溶液浸泡，环氧陶瓷涂层没有变化。

环氧陶瓷涂层非常适用于温差较大的地区，经对成品管的反复试验，在-20℃—100℃条件下反复进行温升和温降，涂层的表面及与母材的结合无任何变化;环氧陶瓷表面光滑如镜，同时其涂层厚度平均为1000—2000μm，远远低于水泥内衬管，这使它的有效流量比普通水泥内衬管提高了10%—20%，因此可大大减少动力系统的设计投资除了化学腐蚀电腐蚀对管材也是不利的，环氧陶瓷涂层能够承受4000V电压。

以上这些优点是目前所有已知铸管防腐材料所不能达到的。目前已经在国际国内市场得到批量成功应用。

2球墨铸铁管内衬环氧陶瓷技术应用现状及研究背景

2.1国内外球墨铸铁管内衬环氧陶瓷的由来

随着铸管行业的发展，球墨铸铁管被越来越多的用户所认知和接受。同时对铸管的防腐性能也提出了更高的要求。而目前市场所使用的球墨铸铁管95%以上内防腐材料仍局限于普通水泥砂浆。其缺点为不能用于含有酸碱等侵蚀性介质的输送，在内衬环氧陶瓷球墨铸铁管产品之前，也曾经采用抗硫酸盐水泥、高铝水泥替代普通硅酸盐水泥用于输送污水，但其抗酸碱侵蚀的能力远不能满足一些特殊环境的使用。美国于2002年开发的Petro401产品在铸管内防腐得到了成功应用。但由于其综合性价比远不如环氧陶瓷（Ceramic Epoxy），因此環氧陶瓷成为污水输送用球墨铸铁管材的首选内防腐材料。

2.2环氧陶瓷球墨铸铁管的研究背景

2002年，科威特客户提出对内衬环氧陶瓷球墨铸铁管的需求。总合同量为20000吨。当时这种产品在国内完全是空白，而根据市场调查，国外对该产品的需求量大，而且前景广阔。

当时，通过对外商提供的技术文件的详细解读，根据其提供的有限资料，我们组建了一条特殊防腐管生产线，但该生产线很不成熟，从管材的处理到喷涂过程基本都是手动操作。由于环氧陶瓷对配比要求严格，而且对工艺温度的要求近乎于苛刻，因此在初期生产效率低而且环氧陶瓷衬里废品率高大50%左右。

综上所述，为了拓宽铸管市场，满足客户对产品质量的稳定性、供货及时性的要求，就必须对球墨铸铁管内衬环氧陶瓷工艺进行自主研发及创新。

3球墨铸铁管内衬环氧陶瓷开发过程中的喷涂工艺难点

由于环氧陶瓷材料对工艺温度、环境友好、铸管的母材要求近乎于苛刻，决定了该产品生产的难度远大于其它品种，且从产品的特性上来看，该产品对设备精确性、稳定性控制等方面要求较高。根据产品开发阶段生产经验，将球墨铸铁管内衬环氧陶瓷开发过程中的工艺难点归结如下：

3.1原料及母材温度控制难点

环氧陶瓷料喷涂的工艺温度要求为45-50℃。当料温低于工艺温度的情况下，涂层在喷涂完成后涂层固化时间会大大延长。经实验室测试当料温为50℃时，涂层固化时间为4h。而当料温为30℃时，涂层固化时间长达48h，且涂层表面产生针孔的几率明显增加。而当料温大于50℃时，涂层表面易产生气泡等缺陷。

受到施工工艺特性的限制，A、B两组料在喷杯处混合前需经过长达8 m的输送管路，且需分开单独输送。这样以来A、B两组料的料温及两组料料温的一致性就无法得到保证，经使用拌热带对其进行拌热，发现温度波动非常大波动范围为40-70℃，无法满足工艺要求。

3.2原料输出同步性控制难点

环氧陶瓷是一种在50℃下将A、B两种流体材料混合施涂于产品表面，材料具有高温，粘稠，腐蚀性强（对多数密封材料），且内含体积比20%以上的石英砂，对密封部位的腐蚀磨损严重，一般形式的阀体工作及密封方式无法适应这种材料。由于双阀动作要求一致，但加工中很难保证，所以阀体行程自补偿能力要强，密封部位磨损要尽可能小，且材料要适应使用温度环境。

如果不能保证同步开启，或阀体开启不充分会造成两组料配比不均匀。同时由于开启不同步，在喷涂起始位置造成单组分的问题无法得到解决。

3.3涂层表面质量稳定控制难点

环氧陶瓷衬层表面缺陷主要包括针孔和鼓包两大类。其产生的原因分别为工艺温度的不恒定和环氧陶瓷料不匹配及母材处理不当，前者在生产过程就可以检测发现。而后者往往在很长一段时间后才出现，如果控制不当其造成的问题是无法进行弥补和处理的。

4球墨铸铁管内衬环氧陶瓷稳定生产的技术应用

4.1温度对终涂层影响的技术分析

从生产实际来看，环氧陶瓷的固化时间、表面质量不仅与环氧陶瓷原料的工艺温度有关，其与球墨铸铁管母材的基体预热温度也存在着密切的关系。为了研究结果的可比性，在研究实验过程将环氧陶瓷原料温度设定为45℃。

1.球墨铸铁管母材基体的制备

首先对球墨铸铁管内壁进行磨削处理，然后切取六个样片，并对样片的表面进行喷砂处理，喷砂标准达到表面外观要达到SSPC-SP10“近白级”，喷砂后描纹深度至少为76um。样片按以上要求制备完成后备用。

2.环氧陶瓷涂层的制备

把A、B两组环氧陶瓷原料分别置于加热装置内加热至少50℃，然后取出并按重量比3%加入消泡剂，代料温达到45℃时，使用刷涂的方式将环氧陶瓷原料均匀的涂刷在球墨铸铁管样片的表面（球墨铸铁管样片的温度分别为①40℃、②45℃、③50℃、④55℃、⑤60℃、⑥65℃）。

把以上六个样片放置于环境温度下进行观察和检测，发现以上六个样片的特征如下：