Эпоксидное покрытие, наплавляемое методом наплавки
Покрытие, используемое для защиты стали от коррозии

Эпоксидное покрытие, наплавляемое методом наплавки , также известное как порошковое эпоксидное покрытие, наплавляемое методом наплавки , и обычно называемое покрытием FBE , представляет собой порошковое покрытие на основе эпоксидной смолы , которое широко используется для защиты стальных труб, используемых при строительстве трубопроводов, от коррозии . Оно также широко используется для защиты арматурных стержней (хотя с 2005 года его применение прекращено [1] ) и на самых разных соединениях трубопроводов, клапанах и т. д. [2] Покрытия FBE представляют собой термореактивные полимерные покрытия. [3] Они относятся к категории защитных покрытий в номенклатуре красок и покрытий. Название «эпоксидное покрытие, наплавляемое методом наплавки» связано с образованием поперечных связей и методом нанесения, который отличается от метода нанесения обычной краски. В 2020 году объем рынка оценивался в 12 миллиардов долларов. [4]

Компоненты смолы и отвердителя в сухом порошковом FBE остаются непрореагировавшими при нормальных условиях хранения. При типичных температурах нанесения покрытия, обычно в диапазоне от 180 до 250 °C (от 356 до 482 °F), содержимое порошка плавится и переходит в жидкую форму. Жидкая пленка FBE смачивает и течет по стальной поверхности, на которую она нанесена, и вскоре становится твердым покрытием за счет химической сшивки, поддерживаемой теплом. Этот процесс известен как «склеивание сплавлением». Химическая реакция сшивания, происходящая в этом случае, необратима. После отверждения покрытие не может быть возвращено в свою первоначальную форму никакими способами. Применение дальнейшего нагрева не «расплавит» покрытие, и поэтому оно известно как « термореактивное » покрытие.

История

С момента их появления в качестве защитного покрытия в начале 1960-х годов, формулы покрытий FBE претерпели значительные усовершенствования и разработки. Сегодня доступны различные типы покрытий FBE, которые изготавливаются по индивидуальному заказу для удовлетворения различных требований. FBE доступны как отдельные покрытия, а также как часть многослойных покрытий. Покрытия FBE с различными свойствами доступны для нанесения на основную часть трубы, внутренние поверхности, кольцевые сварные швы, а также на фитинги.

Химия покрытий FBE

Структура немодифицированного эпоксидного преполимера типа бисфенола А. n обозначает число полимеризованных субъединиц и находится в диапазоне от 0 до примерно 25.

Основными компонентами порошкового покрытия являются: [5]

  1. Смола.
  2. Отвердитель или отверждающий агент.
  3. Наполнители и разбавители.
  4. Цветные пигменты.

Часть смолы и отвердителя вместе известна как «связующее вещество». Как следует из названия, в эпоксидных покрытиях, соединенных методом наплавления, часть смолы представляет собой смолу типа «эпоксидная». Структура « эпоксидной » или «оксирановой» содержит трехчленное циклическое кольцо — один атом кислорода , соединенный с двумя атомами углерода — в молекуле смолы. Эта часть является наиболее реакционноспособной группой в эпоксидных смолах. Наиболее часто используемые смолы FBE являются производными бисфенола А и эпихлоргидрина . Однако другие типы смол (например, типа бисфенола F ) также обычно используются в формулах FBE для достижения различных свойств, комбинаций или дополнений. Смолы также доступны с различной молекулярной длиной, чтобы обеспечить уникальные свойства конечному покрытию.

Вторая по важности часть покрытий FBE — это отвердитель или упрочнитель. Отвердители реагируют либо с эпоксидным кольцом, либо с гидроксильными группами вдоль молекулярной цепи эпоксида. Различные типы отвердителей, используемых в производстве FBE, включают дициандиамид, ароматические амины, алифатические диамины и ангидриды органических кислот . [6] Выбранный отвердитель определяет природу конечного продукта FBE — его плотность сшивки, химическую стойкость, хрупкость, гибкость и т. д. Соотношение эпоксидных смол и отвердителей в рецептуре определяется их относительными эквивалентными массами.

В дополнение к этим двум основным компонентам покрытия FBE включают наполнители, пигменты, удлинители и различные добавки для обеспечения желаемых свойств. Эти компоненты контролируют такие характеристики, как проницаемость, твердость, цвет, толщина, устойчивость к выемкам и т. д. Все эти компоненты обычно являются сухими твердыми веществами, хотя в некоторых формулах FBE могут использоваться небольшие количества жидких добавок. Если они используются, эти жидкие компоненты распыляются в смесь рецептуры во время предварительного смешивания в процессе производства.

Стандартом для покрытия трубопроводов методом НЭП является ISO 21809, часть 2.

Процесс производства порошка FBE

Основными частями завода по производству порошковых покрытий являются:

  1. станция взвешивания,
  2. станция предварительного смешивания,
  3. экструдер и
  4. классификатор или измельчитель.

Компоненты формулы FBE взвешиваются и предварительно смешиваются в высокоскоростных смесителях. Затем смесь переносится в экструдер с высоким сдвигом. Экструдеры FBE включают в себя установку с одним или двумя шнеками, вращающимися внутри фиксированного цилиндра-ракушки. Диапазон температур [ неопределенный ] от 50 °C до 100 °C используется внутри цилиндра экструдера. Эта установка сжимает смесь FBE, одновременно нагревая и расплавляя ее до полужидкой формы. Во время этого процесса ингредиенты расплавленной смеси тщательно диспергируются. Благодаря быстрой работе экструдера и относительно низкой температуре внутри цилиндра компоненты эпоксидной смолы и отвердителя не будут подвергаться значительной химической реакции. Затем расплавленный экструдат проходит между холодными валками и становится твердым, хрупким листом. Затем он перемещается в «киблер», который измельчает его на более мелкие чипсы. Эти чипсы измельчаются с помощью высокоскоростных измельчителей (классификаторов) до размера частиц менее 150 микрометров (стандартные спецификации требуют 100% прохождения через сита 250 микрометров и максимум 3% задерживается через сито 150 микрометров). Конечный продукт упаковывается в закрытые контейнеры, при этом особое внимание уделяется предотвращению попадания влаги. Нормальная температура хранения порошковых покрытий FBE составляет ниже 25 °C (77 °F) на кондиционируемых складах.

Процесс нанесения покрытия FBE

Независимо от формы и типа покрываемой стальной поверхности, нанесение порошкового покрытия FBE состоит из трех основных этапов:

  1. стальная поверхность тщательно очищается,
  2. очищенная металлическая деталь нагревается до рекомендуемой температуры нанесения порошка FBE и
  3. этап нанесения и отверждения.

Преимущество труб и арматуры в том, что их круглая форма позволяет производить непрерывное линейное нанесение на внешнюю поверхность, при этом детали перемещаются на конвейере через камеру нанесения порошка, что обеспечивает высокую производительность. На арматуру и т. д. покрытие наносится ручными распылителями. Другим методом нанесения является процесс «погружения в жидкость», при котором нагретые детали погружаются в псевдоожиженный слой порошка (см. ниже).

Подготовка поверхности — струйная очистка

Дробеструйная очистка является наиболее часто используемым методом подготовки стальных поверхностей. [7] Это эффективно удаляет ржавчину, окалину, планки и т. д. с поверхности и обеспечивает промышленную степень очистки и грубую отделку поверхности. Шероховатость стали, достигаемая после дробеструйной обработки, называется профилем, который измеряется в микрометрах или милах . Обычно используемые для профилирования диапазоны для покрытий FBE составляют от 37 до 100 микрометров (от 1,5 до 4 милов). Профиль увеличивает эффективную площадь поверхности стали. Достигнутая чистота оценивается по классам ISO 8501-1 : они произошли от набора фотографических слайдов в шведском стандарте (SIS), показывающих образцы общепринятой терминологии белого металла, почти белого металла и т. д. Обычно для трубопроводов используется SA 2½ (эквивалент NACE N°2).

Важно удалить жировые или масляные загрязнения перед струйной очисткой. Для этой цели обычно используются очистка растворителем, выжигание и т. д. В процессе струйной очистки сжатый воздух (от 90 до 110 фунтов на кв. дюйм/от 610 до 760 кПа) используется для подачи абразива на очищаемую поверхность. Оксид алюминия, стальная крошка, стальная дробь, гранат, угольный шлак и т. д. являются часто используемыми абразивами. Другим методом струйной очистки является центробежная струйная очистка, которая особенно используется для очистки внешней поверхности трубы. При этом методе абразив выбрасывается во вращающийся корпус трубы с помощью специально разработанного колеса, которое вращается с высокой скоростью, при этом абразив подается из центра колеса.

Нагрев и нанесение порошка FBE

Нагрев может быть достигнут несколькими способами, но наиболее часто используемыми являются «индукционный нагрев» или «нагрев в печи». Стальная деталь пропускается через высокочастотное магнитное поле переменного тока, которое нагревает металлическую деталь до требуемой температуры нанесения покрытия FBE. Типичная температура нанесения для отдельного FBE составляет от 225° до 245°C. При использовании в качестве грунтовки в многослойной полиолифиновой системе температура нанесения может быть снижена в соответствии с рекомендациями производителя FBE, чтобы соответствовать параметрам «межслойной адгезии». Недавно некоторые производители порошков FBE разработали специальные покрытия FBE, которые можно наносить при температурах до 175 °C. Другими способами нагрева являются «нагрев в печи», «инфракрасный нагрев» и т. д. Порошок FBE помещается в «псевдоожиженный слой». В псевдоожиженном слое частицы порошка взвешены в потоке воздуха, в котором порошок будет «вести себя» как жидкость. После отключения подачи воздуха порошок останется в своей первоначальной форме. Псевдоожиженный порошок распыляется на горячую подложку с помощью подходящих распылителей. Электростатический распылитель включает в себя ионизаторный электрод, который придает частицам порошка положительный электрический заряд. Сталь, на которую наносится покрытие, «заземляется» через конвейер. Заряженные частицы порошка равномерно обволакивают подложку и расплавляются в жидкой форме. Внутренние поверхности труб покрываются с помощью распылительных копий, которые перемещаются от одного конца к другому концу нагретой трубы с постоянной скоростью, в то время как труба вращается вокруг своей продольной оси.

Стандартный диапазон толщины покрытия для отдельных покрытий FBE составляет от 250 до 500 микрометров, хотя в зависимости от условий эксплуатации могут быть указаны более низкие или более высокие диапазоны толщины. Расплавленный порошок «течет» в профиль и связывается со сталью. Расплавленный порошок станет твердым покрытием, когда закончится «время гелеобразования», что обычно происходит в течение нескольких секунд после нанесения покрытия. Смоляная часть покрытия подвергнется сшивке, что известно как «отверждение» в горячем состоянии. Полное отверждение достигается либо за счет остаточного тепла на стали, либо с помощью дополнительных источников нагрева. В зависимости от системы покрытия FBE полное отверждение может быть достигнуто менее чем за одну минуту или несколько минут в случае FBE с длительным отверждением, которые используются для нанесения внутреннего покрытия на трубы.

Арматура покрывается аналогично нанесению покрытия на внешнюю поверхность труб. Для нанесения покрытия FBE на внутреннюю поверхность трубы используется копье. Копье входит в предварительно нагретую трубу и начинает распылять порошок с противоположного конца, в то время как труба вращается вокруг своей оси, а копье вытягивается с заранее определенной скоростью.

На такие фитинги, как тройники, колена, изгибы и т. д., порошок можно распылять с помощью ручных распылителей. Фитинги небольшого размера также можно покрывать путем погружения в псевдоожиженный слой порошка, после нагрева стали до требуемой температуры нанесения порошка. После сварки концов труб в полевых условиях FBE можно также наносить на область сварки.

Преимущества нанесения FBE по сравнению с традиционным нанесением жидких покрытий:

  • Простота применения,
  • Меньше отходов материала,
  • Быстрое применение,
  • Графики отверждения, что означает более высокие темпы производства

Неудачи

Существует ряд потенциальных режимов отказа для эпоксидной смолы, соединенной методом Fusion. Одним из таких режимов отказа является ультрафиолетовая деградация. [8]

Производители

Ведущими мировыми производителями FBE являются Sherwin-Williams (Valspar), SolEpoxy (бывший Henkel/Dexter), KCC Corporation , Jotun Powder Coatings , 3M , Axalta Coating Systems , Akzo Nobel , BASF и Rohm & Haas . [9]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Ростам, Стин (2005). Проектирование и строительство сегментных бетонных мостов со сроком службы от 100 до 150 лет. Американский институт сегментных мостов. С.  19–20 . Архивировано из оригинала 2022-04-07 . Получено 2021-06-08 .
  2. ^ "Fusion Bonded Epoxy (FBE) | Pipeline Induction Heat". www.pipelineinductionheat.com . Получено 2021-11-17 .
  3. ^ «Наплавляемое эпоксидное покрытие защищает водопровод от коррозии». www.materialsperformance.com . Получено 17.11.2021 .
  4. ^ "Новые достижения в технологии порошковых покрытий". Американская ассоциация по покрытиям . Получено 17.11.2021 .
  5. ^ "Сравнение порошковых и жидких покрытий для применения в трубопроводах". www.pcimag.com . Получено 17.11.2021 .
  6. ^ "К высоким температурам стеклования в эпоксидных порошковых покрытиях на основе BTDA®". Американская ассоциация по покрытиям . Получено 24.07.2023 .
  7. ^ "Наука, лежащая в основе жидких эпоксидных покрытий для трубопроводов, применяемых в полевых условиях". www.materialsperformance.com . Получено 17.11.2021 .
  8. ^ "Отказ покрытий FBE на газотранспортных трубопроводах". nace.mydigitalpublication.com . Получено 17.11.2021 .
  9. ^ "Компании, производящие покрытия на основе эпоксидных смол". Xpert Environmental . Ноябрь 2021 г.

Дальнейшее чтение

  • Технология эпоксидной смолы. Пол Ф. Брюинс, Политехнический институт Бруклина. Нью-Йорк: Interscience Publishers. 1968. ISBN 0-470-11390-1. OCLC  182890.{{cite book}}: CS1 maint: другие ( ссылка )
  • Флик, Эрнест В. (1993). Эпоксидные смолы, отвердители, соединения и модификаторы: промышленное руководство. Парк-Ридж, Нью-Джерси. ISBN 978-0-8155-1708-5. OCLC  915134542.{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
  • Ли, Генри (1967). Справочник по эпоксидным смолам. Крис Невилл ([2-е, расширенное] изд.). Нью-Йорк: McGraw-Hill. ISBN 0-07-036997-6. OCLC  311631322.
  • Улучшение защиты от коррозии с помощью функциональных порошковых покрытий. Архивировано 16.02.2006 на Wayback Machine
  • Группа по интересам к эпоксидным покрытиям CRSI - Покрытие для арматурной стали
  • Защита от коррозии с помощью покрытий для водопроводов и канализационных трубопроводов
  • Лабораторная оценка наплавляемых эпоксидных покрытий для применения в строительстве
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Эпоксидное_покрытие_Fusion_bonded&oldid=1241498744"