无溶剂刚性聚氨酯在钢质管件中的防腐工艺研究

王 刚 孙兆斌

（1. 银川高新技术产业开发有限责任公司，宁夏 银川 750000；2. 宁夏青龙管业集团有限公司，宁夏 银川 750000）

0 引言

随着国家发展化进程，高工压输水管道逐渐采用钢管进行设计安装。目前钢管主要分为内防腐为IPN 8710无毒饮水舱漆、外防腐主要采用“四油一布”或环氧煤沥青的防腐钢管，以及3PE防腐钢管。随着大型加工设备的不断更新进步，钢管生产加工已实现自动化生产。但相应的管配件加工却依旧停留在人工切割、人工防腐等较原始的作业方式，目前管配件加工普遍存在工艺复杂、质量层次不齐、人工成本投入大、施工效率低等缺点，已严重影响企业生产效率和产品质量，制约管道施工安装速度。

无溶剂刚性聚氨酯防腐材料是由多异氰酸酯与多元醇通过快速化学反应生成结构交错、附着力优良的刚性聚氨酯分子结构，其反应是一个快速放热的过程[1]。它具有优异的物理性能、优异的防腐、防结垢功能，耐候性、耐老化性好，反应活性高、固化速度快5～10s凝胶，5min实干，一次施工厚度无限制，施工周期短效率高。可在-45～80℃长期使用，并能承受160℃高温短暂的冲击，特别适合北方冬季施工需求，近年来逐渐被用于埋地输水钢管外防腐、管配件等钢结构及其它基层的防护。

1 定义

无溶剂聚氨酯防腐材料由两种分子结构组成：一种是多异氰酸酯，另一种是多元醇，两种成分通过混合，形成化学反应。“无溶剂”是指反应过程中不再掺加其它溶剂，只有A/B组份，这样当两种组份充分反应固化之后，即使在室外暴晒环境下，也不会发生挥发、粉化等现象，从而保证了施工厚度即为防腐厚度，不存在后期防腐层厚度减薄现象。同时此化学反应是一个放热过程，进一步加速反应的进行，放热过程对金属基材进行了加热，不再需要对基材额外加热，化学反应（如图1所示）。

图1 无溶剂聚氨酯化学反应方程式

如果把上述多元醇换成胺类化合物，异氰酸酯也可以与其反应，生成所谓的聚氨酯。

2 施工工艺[2]

无溶剂刚性聚氨酯防腐涂料采用美国固瑞克E-XP1液体聚氨酯喷涂设备进行，施工前应先对金属基材进行清洁处理，保证除锈等级达到Sa2.5级，锚纹深度大于50μm，冬季施工提前对原料进行预热，预热温度至少25℃以上，喷涂工艺（如图2所示）。

图2 无溶剂聚氨酯喷涂工艺过程

3 防腐参数

喷涂压力：2000psi以上（动态）喷涂压差：200psi以下；

雾化喷幅：40～80o主加热器温度：60～70℃；

管道预热温度：65 桶内原料温度：25～65℃；

混合比（A:B体积）：1:1；

涂布率：1.0m2/kg（800微米厚度）喷涂层数厚度：单层一次成型 喷涂距离：喷枪距离施工面不超过80cm；

喷枪摆幅：涂层施工宽度不超过120cm，以减少雾化固化颗粒散落为目的。

4 材料特性

无溶剂刚性聚氨酯涂料特性应满足性能要求（如表1所示）。

5 基材处理

（1）去除基材表面的油污、附着物等东西，保持表面清洁；

（2）打磨除锈，去除表面浮锈、焊渣等不平物，保证基材表面平整；

（3）对管道表面进行喷砂除锈，除锈等级Sa2.5 级，应采用清洁干净的钢砂或钢丸等磨料，并保证不会对管道表面造成污染；

（4）现场用气源应保持干净，不应带有水汽，吹扫喷砂后表面不会造成管材返锈情况发生。

6 基材处理后检查

（1）检查基材除锈等级是否达到Sa2.5级，肉眼可见金属基底本色，控制表面锚纹深度为50～100μm。如果局部不合格则需要重新打磨除锈直至合格；

（2）检查基材是否存在未处理到地方，尤其转角、焊缝处，用手工打磨工具对这些位置进行处理，保证基材表面平滑、不得存在尖角；

（3）检查表面是否有污染物。如有用与防腐材料配套使用的清洗剂进行擦拭清洁。

7 施工环境要求

（1）施工环境保持现场通风，环境温度不能低于10℃，空气湿度小于85%；

（2）提前对A/B组份原材料进行预热，保证其材料温度不能低于25℃；

（3）施工前基材表面温度要高于露点温度3℃以上。

8 钢管预热

对钢管预热可以提前去除钢管表面附着水汽，保证管道清洁度，从而在防腐施工时更好的让防腐材料与管道表面相结合，保证了防腐涂层的附着力、硬度、抗冲击和耐磨性能。因此，如果有条件建议对管道进行提前预热。预热可采用电加热、火烤等方式，也可采用加热带进行加热，如加热效果不好应及时更换其它加热方式[3]。

9 喷涂

（1）先在地面钢板试块上进行试喷，让管道内A/B组份混料均匀，确定设备内混料均匀后再开始管道正式喷涂；

（2）喷涂时，应随时观察设备喷涂压力、喷涂温度、防腐厚度、表观质量等，并做好记录；

（3）施工开始时，先避开管道喷涂3秒左右，保证设备、加热软管、喷枪混料室均处于正常工作状态；

（4）喷涂时喷枪距离工件表面80cm，喷幅保持120°，设备压力夏季保持2100psi，温度63℃，冬季运行压力2200psi，温度65℃。喷涂时A/B组份运行压力和温度始终一致，否则由于压力或温度不一致将会导致A/B组份喷出混料室时造成混料不均，容易出现鼓包、起皮等现象；

（5）管道喷涂时根据防腐层厚度要求确定喷枪行走遍数，同时根据管径计算出管道最小旋转速度、喷枪行走速度、喷涂时间、管道旋转时间、表干时间、实干时间、吊装转运时间等；

（6）防腐结束后管道继续保持旋转，继续转动5～10min；

（7）防腐时每道涂层喷涂间隔不应超过4h，超过4h应对表面重新进行打磨，重新涂装施工。

10 下管后保温

外壁喷涂后继续保持管道旋转，待防腐涂层彻底固化后再进行下管，下管应以管道表面涂层无明显压痕，管道支架应提前用橡胶衬垫加以保护，防止防腐涂层二次破坏。下管后应保证管道停放至少30min，确保涂层完全固化，达到运输条件。

内壁喷涂在喷涂完成后管道即可停止转动，应保证管道在室外放置至少30min，涂层完全固化。

11 质量检验

依据SY/T 4106-2016涂层固化后进行涂层外观、厚度、电火花和附着力检验。

11.1 防腐层外观

全部目视检查防腐层应平整、光滑、无漏涂、无流挂、无划痕、无气泡、无色差等外观缺陷。表观检测涂层表面光顺，无流挂、无针孔、无起泡、无开裂。

11.2 厚度检测

应采用磁性测厚仪进行检测。内防腐层应检测距管口大于150mm范围内的两个截面，外防腐层应随机抽取三个截面，每个截面测量上、下、左、右四点的防腐层厚度，所有结果符合规定值为合格。

11.3 防腐层漏点检测

采用电火花检漏仪进行100%面积捡漏，捡漏电压宜为5V/μm，无漏点为合格。

11.4 附着力检验

应采用附着力测定仪进行检验，防腐层附着力应≥10MPa为合格。

12 结语

综上所述，本文主要对埋地输水管道无溶剂刚性聚氨酯的工艺过程进行了简述，无溶剂刚性聚氨酯防腐工艺技术，在保证防腐质量的基础上，简化了生产过程，提高生产效率，同时大大降低了人工成本。其低温可适应性特点，特别适合北方冬季施工，从而解决了埋地输水管道行业长期以来防腐施工质量问题，为输水行业钢质管道及管件提供了一种新的防腐方式。