石油金屬管道腐蝕給石化行業(yè)建設(shè)帶來巨大的損失,石化行業(yè)每年為金屬管道防腐工作投入巨大的資金,管道內(nèi)防腐一直是石化行業(yè)生產(chǎn)建設(shè)中的重要工作,目前,國內(nèi)管道內(nèi)防腐主要有不銹鋼內(nèi)襯,環(huán)氧粉末、納米鈦等技術(shù)。HR新型耐磨防腐涂料是與海瑞石油合作開發(fā),主要應(yīng)用于各類管道內(nèi)防腐新型防腐涂料,它解決了不銹鋼內(nèi)襯管在使用中出現(xiàn)的內(nèi)襯脫落現(xiàn)象,填補了我國在利用陶瓷涂料進行管道內(nèi)防腐的技術(shù)空白。
1HR耐磨陶瓷防腐涂料主要機理
HR耐磨陶瓷防腐涂料采用亞微級的陶瓷顆粒做填料,是一種能夠保護大多數(shù)金屬管道表面的耐磨防腐涂料,分為甲、乙兩組分。甲組分是陶瓷粉末、環(huán)氧樹脂和揮發(fā)性有機物的混合物,乙組分是固化劑。當(dāng)配置好的HR耐磨防腐涂料經(jīng)高壓空氣噴涂設(shè)備噴涂到經(jīng)過表面預(yù)處理的工件表面后,涂料就會在常溫下逐漸固化,進而與基體粘結(jié)成具有高硬度、耐磨、耐腐蝕、抗高溫氧化等優(yōu)點的陶瓷涂層。該涂料可以在常溫下進行噴涂、刷涂或滾涂,操作非常簡便。該涂料可用于含大量CO2、H2S和鹽水等化學(xué)物質(zhì)的油氣井中的管壁上,可大大提高管道的使用壽命。
HR耐磨陶瓷防腐涂料以環(huán)氧樹脂為基料,配以柔性陶瓷粉等耐磨顏料制成的雙組分高耐磨陶瓷防腐涂料,其中主要陶瓷組分為A、B、C三種。(A,B,C——特定種類的陶瓷粉代號)陶瓷A組分是白色松散的結(jié)晶粉末,粉末顆粒平均大小為40~70μm,每個顆粒是由許多粒徑小于0.1μm的小晶體組成的,為多孔球形聚焦體,每個顆�？砂鄠�小晶體。顆粒內(nèi)部的氣孔分整個體積的25%~30%,這種多孔疏松結(jié)構(gòu)不利于A晶體的相互接觸。
一定數(shù)量的陶瓷B組分復(fù)合微米級A陶瓷顯微結(jié)構(gòu)發(fā)生較大的變化,復(fù)相材料的晶體尺寸明顯下降,并且克服了A陶瓷主晶體的異常長大現(xiàn)象,其斷裂方式為穿晶和沿晶斷裂并存。納米粒子除了分布在主晶相的晶界之間,部分分布在主晶相的穿晶斷裂面上。
B具有低的膨脹系數(shù),較高的硬度和高的導(dǎo)熱性,加入A能提高陶瓷的抗熱沖擊性能,提高韌性。
1HR耐磨陶瓷防腐涂料配方研制
1.1實驗準(zhǔn)備
1.1.1主要實驗原材料
成膜物質(zhì)E-44型環(huán)氧樹脂、主要助劑、混合溶劑(二甲苯:正丁醇=7:3)、增塑劑、流平劑、消泡劑、填料A、B、C(三種陶瓷填料),固化劑T-31(三木產(chǎn)品)。
1.1.2試片
50mm×100mm×0.2~0.3mm馬口鐵試片,50mm×100mm×10mm玻璃片。
1.2成膜物質(zhì)篩選
選用環(huán)氧樹脂作為耐磨陶防腐涂料的成膜物質(zhì)。環(huán)氧樹脂能同各種樹脂、陶瓷粉和助劑良好的相溶,配制成一系列的常用防腐涂料。為了適應(yīng)各種填料的要求,達到較高的涂料性能指標(biāo),環(huán)氧樹脂選用E-44型環(huán)氧樹脂,其中E-44型環(huán)氧樹脂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在40~45%以上。在實驗中選擇(三木環(huán)氧樹脂)。
1.3固化劑選擇
HR耐磨陶瓷防腐涂料是屬于高固分、雙組分涂料,所用固化劑的粘度較低,使用期較長,與漆料成膜后的涂層具有足夠的強度和韌性。涂層具有抵抗外界機械磨損和化學(xué)腐蝕的良好性能。固化劑與成膜物質(zhì)的交聯(lián)固化效果是決定涂層性能的關(guān)鍵。HR耐磨陶瓷防腐涂料所用的固化劑為無毒的胺改性固化劑,在涂層中有良好的分散性,所固化的涂層具有良好的韌性和密實性,在常溫下涂層可充分固化。T31固化劑胺含量不一樣,配比比例也不同。
1.4陶瓷粉研究
HR耐磨陶瓷防腐涂料的主要特點是耐磨,為了提高涂料耐磨性,綜合分析美國賽克54重防腐涂料,并進行了大量的實驗與篩選,最后選定含硅、鋁的陶瓷粉作為耐磨涂料的填料:①陶瓷粉是無機填料,與環(huán)氧樹脂、溶劑等不發(fā)生反應(yīng),在固化過程中沒有新物質(zhì)生成;②陶瓷粉成分在固化過程中收縮小,涂層的內(nèi)應(yīng)力小;③陶瓷粉本身的硬度很高,耐磨性很好,是最常用的磨料。
1.4.1陶瓷粉結(jié)構(gòu)的選擇
陶瓷粉的種類不同,它的空間結(jié)構(gòu)也不同,即使同一種陶瓷粉由于生產(chǎn)工藝不同,其在空間結(jié)構(gòu)上也是多種多樣的。因此造成同一化學(xué)成分的陶瓷粉性能差異較大,為了探明陶瓷粉空間結(jié)構(gòu)對涂料性能的影響,選擇具有不同形狀的一種陶瓷粉進行對比實驗,實驗結(jié)果顯示球型結(jié)構(gòu)陶瓷粉在柔韌性、附著力、抗沖擊性能方面要優(yōu)于片狀結(jié)構(gòu)和不規(guī)則立體結(jié)構(gòu)的陶瓷粉,尤其是在耐磨性方面,充分顯示了球型結(jié)構(gòu)的優(yōu)點。為此,選用球型結(jié)構(gòu)的A、B、C陶瓷粉。
球徑小的陶瓷粉顆粒與環(huán)氧樹脂更易形成致密的涂層。這是由于陶瓷粉的球徑小,表面積大,易吸附成膜物質(zhì)而成為準(zhǔn)交聯(lián)點,陶瓷粉與環(huán)氧樹脂的結(jié)合更牢固,形成的涂層的附著力、抗沖擊性能及耐磨性等指標(biāo)均很優(yōu)良。本實驗選用球型微米級或亞微米級的陶瓷粉。
1.4.2A、B、C三種陶瓷粉在涂料中的作用填料的品種對涂料的耐蝕性和綜合物理機械性能具有相當(dāng)大的影響。實驗結(jié)果表明,選取單一品種陶瓷粉作為填料,會使涂料的綜合性能下降。陶瓷粉的加入會或多或少的影響環(huán)氧樹脂成膜,同時降低成膜物質(zhì)在基體上的附著力。由于環(huán)氧樹脂與陶瓷粉形成的準(zhǔn)交聯(lián)點的結(jié)合力比環(huán)氧樹脂本身的交聯(lián)點的結(jié)合力要弱,導(dǎo)致漆膜的附著力和抗沖擊性能、柔韌性等都有所下降。為了把這種影響降到最小,本實驗采用了三種球型的陶瓷粉混用。
每一個陶瓷粉顆粒均被涂上環(huán)氧樹脂,緊緊地包在固化膜下。
通過陶瓷粉和環(huán)氧樹脂的合理調(diào)配,使得涂料同時具備了陶瓷的剛性和環(huán)氧樹脂的韌性。在實驗中不斷的摸索求證,按照實驗效果,選用A、B、C三種特定的陶瓷粉按4∶4∶7混用,效果較好。
1.5HR耐磨陶瓷防腐涂料的研制成果
1.5.1HR耐磨陶瓷防腐涂料的基本配方
HR耐磨陶瓷防腐涂料是一種高固分的重防腐涂料。它主要由以下四部分組成:環(huán)氧樹脂、固化劑、顏填料消泡劑流平劑。本實驗采用E-44環(huán)氧樹脂為成膜物質(zhì),A,B,C三種陶瓷粉作為填料。通過正交實驗,優(yōu)化確定涂料的最佳配比組成:環(huán)氧樹脂20~24g;各種助劑的總和15~20g;填料總和55~62g;固化劑10~19g。
1.5.2配制工藝
①首先將馬口鐵試片用砂紙打磨干凈,玻璃試片再用丙酮脫脂棉擦試干凈。②按試驗配方稱取環(huán)氧樹脂,先加入溶劑、陶瓷粉,混合均勻,放入研磨機中磨至5~10μm后備用。③在上一步的研磨混和物中,按比例加入固化劑,充分?jǐn)嚢杈鶆?用噴槍噴涂在實驗開始準(zhǔn)備好的涂片上,固化24h后,測試其各種性能。
1.5.3耐鹽水實驗
按照GB/T10834-1989標(biāo)準(zhǔn),船舶漆耐鹽水性的測定,鹽水和熱鹽水的浸泡法,試驗21天,最后2h用熱鹽水做試驗。實驗結(jié)束后,用自來水沖干,涂層沒有出現(xiàn),失光、生銹、變色、起泡、脫落裂紋等現(xiàn)象。
1.5.4耐磨實驗
采用JM-1型漆膜耐磨儀,在750g的負(fù)載、500r/min的條件下,用漆膜的失重表示漆膜的耐磨性(GB1768-79)。HR耐磨陶瓷防腐涂料的耐磨性實驗結(jié)果為失重12mg。表明HR耐磨陶瓷防腐涂料的耐磨性非常好。
1.6實驗結(jié)果分析
1.6.1HR耐磨陶瓷防腐涂料漆膜致密,抗?jié)B性好,在嚴(yán)酷條件下具有優(yōu)異的防護性能。在油田污水以及酸、堿、鹽等腐蝕介質(zhì)中能長期使用。該涂料初步經(jīng)青島海洋化工涂料研究所檢驗達到合格標(biāo)準(zhǔn),達到了海檢標(biāo)準(zhǔn)。
1.6.2HR耐磨陶瓷防腐涂料具有很好的附著力,極強的抗沖擊性能,優(yōu)良的硬度和耐磨性能。
2HR耐磨陶瓷防腐涂料的使用
2.1使用技術(shù)要求
2.1.1表面預(yù)處理
為了提高涂層與基體的粘結(jié)力,必須對工件進行噴砂除銹預(yù)處理,使表面達到無銹、無油污狀態(tài)。通過除銹處理標(biāo)準(zhǔn)達到Sa2級或Sa2.5級。
2.1.2HR耐磨陶瓷防腐涂料配制主要影響因素分析及相應(yīng)改進措施,HR耐磨陶瓷防腐涂料本身對涂料噴涂效果的影響因素主要有以下二方面:
2.1.2.1固化條件的影響。固化條件的影響主要是指涂料現(xiàn)場施工固化環(huán)境的溫度和濕度。
隨著溫度和濕度的相應(yīng)變化,HR涂料A體系與B體系的質(zhì)量比也發(fā)生相應(yīng)的變化,否則A體系與B體系就不會產(chǎn)生完全反應(yīng)。在生產(chǎn)施工中發(fā)現(xiàn),在室溫22.2℃下HR涂料的A組分與B組分的質(zhì)量比維持在15∶1為佳,當(dāng)溫度高于25℃維持在16∶1為佳,反之當(dāng)溫度低于18℃時,A與B的質(zhì)量比維持在14∶1為佳。為了取得更好的防腐效果,現(xiàn)場施工要結(jié)合工作環(huán)境具體調(diào)整。
2.1.2.2稀釋劑的用量對涂料性能的影響因素分析。稀釋劑的作用在于調(diào)整粘度,同時稀釋劑對涂膜的密度亦有較大影響,現(xiàn)場施工中二甲苯作為稀釋劑會出現(xiàn)增稠現(xiàn)象,建議以酮類為稀釋劑,通常加入稀釋劑的量,使涂料粘度調(diào)整到15~25s比較合適,也可根據(jù)施工要求加入適量稀釋劑,達到最佳的噴涂效果。
總之,在現(xiàn)場應(yīng)用中影響涂料性能的不確定因素較多如溫度、濕度、員工的操作水平等等,施工人員要注意溫度變化,稀釋劑的配比,在施工過程中要做好各項記錄積累新產(chǎn)品的應(yīng)用經(jīng)驗。(中國石油大學(xué)石油工程學(xué)院山東勝利職業(yè)學(xué)院) |
