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自从塑料管工业化生产以来,它已广泛应用于工农业生产的各个领域。在西欧、北美和日本等国,聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等塑料管占据了管道市场的1/3以上,建筑管道基本实现了塑料化。

西欧工业体系化建设

传统输送带压的腐蚀性气体或液体的管道,一般采用工业搪瓷管、玻璃管、酚醛石棉管和玻璃钢增强塑料管。玻璃管易碎,使用极不安全,其它三种管材制造工艺复杂,成本较高。因此,如何制造廉价,耐腐蚀性强,强度、刚度高,使用寿命长,管道内壁光洁,输送介质阻力小,制造工艺简单的复合管,成为人们长期以来追求的目标。

近几年,国际上已经发表了一些金属———塑料复合管加工技术的专利,西欧、北美在这方面处于领先地位。英国Bayer公司开发出一种金属———高密度聚乙烯塑料(HDPE)套管,用作输送石油、天然气和化学工业中腐蚀介质的内衬,可以承受℃以上的高温。

聚氨酯树脂

瑞士VonRoll公司开发出球墨铸铁管内外涂聚氨酯树脂层,用以输送天然气、煤气和化工介质。荷兰KitechnologyBr公司开发生产的铝基塑料管可用于上下水管和供暖系统。日本本杰明以双环戊二烯(DCPP)为原料,控制温度和压力,利用反映注射成型(RIM)技术使金属———塑料复合成一体,其包覆的复合材料既有铁质的强度,又有塑料特有的优异外观及耐蚀性。

DN悦瀚铸管生产车间

我国对于市场上出现的金属———塑料复合管反应极快,年10月,国家建设部专门召开了技术讨论会,认为金属———塑料复合管具有许多优良性质,是一项系统工程,从管材和管件的开发到工程设计、施工安装和使用管理等方面涉及多种行业,应该进行多方面协作。据资料分析,金属———塑料复合管的国内市场前景广阔,以最保守的估计,仅自来水管每年就需要万米,煤气管需要万米,特别是近几年随着我国大型石油化工生产线的不断上马,使这一项目更具有诱人的开发前景。由于国外许多金属———塑料复合管技术是属保密或受专利保护的,因此开发中国自己的复合管技术是刻不容缓的任务。近几年我国的一些高分子材料专家、工程技术人员和材料科学工作者已经做了一定的工作,如江苏、浙江、南京、天津、广东、安徽等地,先后在铝管、钢管方面做了大量的研究和开发工作,有不少产品已经投入批量生产。但是,在球墨铸铁管的内涂塑复合技术及其制品的研究与开发方面,国内还属于空白。为此,尽快开展球铁———塑料复合管的研究,在这一技术领域赶超国际先进水平,以高质量的球铁———塑料复合管产品占领国内市场,打入国际市场,具有重要的学术价值和丰厚的商业利润。

年11月至年月10月,中国农机院腐蚀防护技术中心、某军工厂钢研所和北京某涂装公司,共同开发了球铁管内衬涂设备,研究了球铁管———无溶剂环氧陶瓷涂衬喷涂工艺及管道内外涂衬的高性能专用涂料。

由于本课题在国内尚属空白,故有一定的难度,但在上述三个单位的通力合作下,调查和收集了大量资料,经过试验室和现场调试两个阶段,历时两年,终使该工艺达到了大生产的要求,生产产品开始出口中东等国。下面仅对课题的生产设备和工艺,以及生产过程中出现的问题并需要改进的地方作一简单介绍。

2、生产设备

设备包括电器控制系统、喷头、涂料供应系统(包括柱塞泵、隔膜泵、涂料管路和涂料加热保温系统)、气动控制元件。球铁管内衬涂料采用无溶剂(A、B)双组分环氧陶瓷涂料,其中A组分为固化剂,B组分为环氧树脂。其工作示意图如下:

2.1　喷头的设计

喷头是内涂衬系统关键部件,正是依靠它进行双组分涂料混合和雾化。中国农机院与北京某涂装公司合作进行了大量研究,设计和制造出了喷头。其工作原理是:双组分涂料在混合室混合,并且初步雾化,然后进入喷头进一步雾化。Υ喷头最大雾化量约为4l/min。

2.2　马达

马达可以用电动、气动或其它动力来驱动,但必须体积小,重量轻,转速高,驱动耗能低。

2.3　喷枪和喷嘴

喷枪控制涂料的开、关,其驱动压力要求较高。喷嘴的结构严重影响雾化质量。

2.4　柱塞泵考虑到将来使用的涂料都是无溶剂、高粘度涂料,需要使用压力较高的泵。根据涂料品种和施工条件,泵体的所有涂料流经部位,都必须具备如下性能:(1)优良的耐化学性能,耐多元胺侵蚀;(2)优良的耐溶剂性能;(3)优良的耐热性能。涂料温度80～85℃,因此材料耐温应该大于等于℃,最好能耐℃;(4)优良的耐磨性能。当然也可以使用其它形式的泵,但必须能提供足够的泵压。

2.5　隔膜泵隔膜泵在本涂装设备中做清洗剂供给泵。

2.6　涂料管路涂料管路使用耐高压、耐高温、耐油、耐溶剂和耐多元胺的胶管。设备的管路系统必须进行保温,在生产线设计中,除了管路的活动部位外,均应该使用金属管。金属管可以加热保温,长期使用不老化,仅仅在系统的活动部位,用高压软胶管。

2.7　涂料加热保温系统管路的保温恒温很重要。本课题在试验装置上,使用了蒸汽加热保温,温度变化较大,不稳定。生产改用电加热,温度波动可以控制在±10℃范围内,而且比较稳定。

2.8　电气控制系统本系统配备电气控制盘。它由控制元件和显示元件等组成,对整个喷涂过程实现全面控制。

2.9气动控制元件本系统由减压阀、电磁阀及管路组成。控制泵体、涂料流动和马达的运行。

3　生产工艺根据试验,球墨铸铁管内涂衬,应该包括如下：

3.1　磨平球墨铸铁管内表面凹凸,如果用涂料把不平处填平,消耗的涂料是非常可观的,为降低生产成本,打磨是必不可少的工序。衬水泥的管子也要求打磨掉水泥表面粘着不牢的水泥层,并且对承口进行防锈处理。

3.2　去油污

喷砂处理前,应该去除油污,以便使涂层与基材有较好的结合力。3.3　喷砂处理涂复前,管子除了必须无油污外,还必须无锈。美国U.S.Pipe的管子喷砂处理等级为无锈,但是,可以有牢固附着在金属表面的热处理氧化皮。衬水泥管不用喷砂处理。3.4　吹拂吹去内表面的铁屑、灰尘和其他杂物。3.5　预热(1)为了使涂料能尽快固化,需要将管进行预热,预热的温度与所使用的涂料及所要求的固化时间有关,一般为60～80℃。由于从管子的接口端喷涂到承口端需要一段时间,所以管子的预热温度应成阶梯状分布,其中入口端温度低,管两端温差小于等于20℃,以便能连续施工。(2)由于使用的是无溶剂涂料,粘度很大,常温下很难施工,本课题采用涂料加温、保温法,以降低涂料粘度,使两个组份混合良好,涂料雾化效果好。预热温度与所用涂料的粘度有关,一般为50～70℃。(3)为了使涂料在输送过程中温度不下降,需要将输料管进行保温,方法有水浴法和电热带法。保温温度为70℃左右。3.6　内涂衬管子在整个内衬、外涂施工中,从喷涂开始到涂层固化,管子要在拖轮上转动。在喷涂时,涂料流量和喷涂速度有很大关系,现作一简单介绍。

(1)涂料流量

在选用了合适的喷头和马达后,测定涂料的最大雾化量,而后根据管径、管子预热温度状况等因素确定涂料流量。(2)喷涂速度喷涂速度取决于流量和涂层厚度,计算公式如下:球铁管涂料每米用量=(10×π×公称直径×涂层厚度)/利用率,单位:l/m喷涂速度=涂料流量/涂料每米用量=涂料流量(l/min)×利用率/(10×π×公称直径×涂层厚度),单位:m/min

内涂衬操作步骤如下:(1)预热涂料、管子和输料管;(2)柱塞泵启动,使A、B组份分别在各自的泵※输料管※喷枪※回流管※泵之间来回循环;(3)测定涂料流量;(4)根据流量和所要求的厚度确定喷涂速度;(5)喷涂施工时把预热到指定温度的球铁管滚到拖轮上转动。同时打开马达开关,旋转喷头,在转速恒定后,按动喷涂开关,并使喷枪匀速向前移动,进行喷涂;(6)喷涂完毕后,启动清洗泵,用清洗剂对喷头进行清洗:(7)重复以上步骤,进行下一根管的喷涂。3.7　下线喷涂好的管子,要继续在拖轮上转动,直至涂层固化。3.8　修补对于不合格的产品需要进行修补。不合格的地方主要有:涂层有气泡、涂层局部地方厚度不够或没固化等,这些地方可以用刷子进行填补,而对于存在大面积没固化的管子,则需要去掉涂层重新喷涂。3.9　入库经检验完全合格的产品即可入库存放。

4　结果与讨论

采用上述操作工艺,笔者得到了比较满意的产品,生产一根管(Υ0)仅需要15～18min,涂层厚度为1～2mm,涂层表面均匀光滑。由某军工厂生产的几万根管子已按照上述工艺完成,但从其生产过程中也看出了一些问题,在此提出,以便在以后的生产线设计中加以改进。由于喷涂涂料为环氧陶瓷涂料,涂料中含有很大比例的用于耐磨的石英砂或其它类似填料,这些填料在涂层中起到耐磨作用的同时,在喷涂过程中对设备起到了加速磨损作用。在生产的过程中,磨损较严重的部件主要是柱塞泵中的柱塞杆。工作时,柱塞杆与套在其上面的聚四氟乙烯密封圈要一起上下运动,涂料中的石英砂不可避免地要渗透到两者之间,从而使这两个部件在运动中受到磨损,导致密封不严,这样就会有涂料从泵里渗出。所以需要研制出耐磨的柱塞杆和密封圈,现在这个工作由北京某涂装公司负责解决,并已初见成效。

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