（蕪湖新興鑄管有限責(zé)任公司，安徽蕪湖 241000）

1 當(dāng)前聚氨酯涂層的使用現(xiàn)狀和特點(diǎn)

國(guó)內(nèi)外每年由于腐蝕造成的重大損失（包括嚴(yán)重故障和生命財(cái)產(chǎn)安全等各類費(fèi)用）都非常巨大，通過主動(dòng)系統(tǒng)性防腐措施可以防止其中很大一部分損失。我國(guó)自20 世紀(jì)50 年代開始展開對(duì)聚氨酯（PU）涂料的研發(fā)與應(yīng)用，普遍應(yīng)用在建筑屋頂、外墻、頂板、地下、廚衛(wèi)、道路橋梁、鐵路等部位。聚氨酯防腐涂層優(yōu)點(diǎn):1）性能穩(wěn)定，在酸、堿、鹽等化學(xué)介質(zhì)作用下不變質(zhì)失效，能耐10%強(qiáng)酸、40%強(qiáng)堿浸蝕；耐鹽穩(wěn)定，可在海洋環(huán)境使用；2）強(qiáng)度高，粘結(jié)力強(qiáng)，抗巖石沖擊，抗土壤應(yīng)力；3）疏水材料，抗?jié)B水性強(qiáng)；4）海洋環(huán)境不會(huì)受海貝類生物侵蝕；5）工作溫度范圍寬（-50 ℃～120 ℃），不會(huì)因溫度變化而開裂；6）環(huán)保型材料，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。目前聚氨酯涂層在球墨鑄鐵管防腐方面得到廣泛應(yīng)用，符合美國(guó)水質(zhì)協(xié)會(huì)ANSI/AWWA O22299 標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)標(biāo)對(duì)聚氨酯涂層輸送直飲水的規(guī)定。但球墨鑄鐵管聚氨酯涂層最大的缺點(diǎn)是容易起泡，如法國(guó)莫松橋和日本久保田聚氨酯涂層球墨鑄鐵管在非洲施工現(xiàn)場(chǎng)就出現(xiàn)過類似現(xiàn)象。起泡易造成涂層與基材脫離，使該處涂層失效加快管材的腐蝕。為了解決球墨鑄鐵管聚氨酯涂層氣泡問題，經(jīng)過長(zhǎng)期大量實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)試驗(yàn)，試驗(yàn)確定優(yōu)化的雙組份全固態(tài)聚氨酯涂層工藝可起到消除氣泡的效果，目前球墨鑄鐵管件采用聚氨酯涂層已實(shí)現(xiàn)了連續(xù)化生產(chǎn)，并實(shí)現(xiàn)了出口。

2 聚氨酯氣泡分析和規(guī)范流程

2.1 聚氨酯氣泡產(chǎn)生情況分析

圖1 涂層氣泡

聚氨酯噴涂后，當(dāng)日或經(jīng)過幾天留置，會(huì)出現(xiàn)大小不等的氣泡缺陷，見圖1［1］，氣泡造成涂層與基材脫離，使該處涂層失效。聚氨酯涂層起泡的主要原因是聚氨酯分子中異氰酸酯基團(tuán)與水反應(yīng)生成CO2氣體所致［2］，除常規(guī)環(huán)境溫度和濕度外，其他異常氣泡是需要追蹤的對(duì)象，為此結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，采用雙組份全固態(tài)（A 主要組分:多元醇；B 主要組分:異氰酸酯）進(jìn)行針對(duì)性試驗(yàn)，查找生產(chǎn)過程薄弱點(diǎn)和誘因，起到消除氣泡目的。

2.2 試驗(yàn)流程和規(guī)范

試驗(yàn)用主要設(shè)備為北汽福田DF-20/35A 系統(tǒng)。

設(shè)備操作程序?yàn)?接通電源開到ON 位置，啟動(dòng)主泵后查看電機(jī)是否正轉(zhuǎn)（順時(shí)針）、查看油泵壓力表壓力是否正常（80 kg 左右）扳動(dòng)主機(jī)工作開關(guān)至正常位置，主機(jī)平衡泵左右工作使A.、B 料增壓（關(guān)機(jī)時(shí)工作順序反操作）。

工藝流程為:設(shè)備檢查→啟動(dòng)→預(yù)熱→原料預(yù)熱-→壓力調(diào)整→設(shè)備再檢查→試噴。噴涂作業(yè)流程:毛坯拋丸→高溫除水預(yù)熱（60 ℃以上）→高壓吹掃→檢測(cè)→噴涂。

噴涂試驗(yàn)和檢測(cè)過程如圖2 所示，首先采用氣體吹除除去管壁上灰塵，然后粘貼檢測(cè)膠帶，用放大鏡檢測(cè)灰塵達(dá)標(biāo)情況，采用粗糙度對(duì)比板對(duì)比核對(duì)粗糙度符合情況，噴涂前檢測(cè)溫度、濕度、壓力和防護(hù)情況、雙組份預(yù)熱溫度，管件預(yù)熱溫度，最后確認(rèn)試噴噴涂效果。

2.3 球墨鑄鐵管聚氨酯涂層試驗(yàn)儀器

球墨鑄鐵管聚氨酯涂層試驗(yàn)用儀器及用途如表1 所示。為保證整體試驗(yàn)效果，試驗(yàn)前對(duì)采用壓敏膠帶和粗糙度對(duì)比板對(duì)清潔度和粗糙度檢測(cè)，試驗(yàn)后常規(guī)檢測(cè)項(xiàng)目采用測(cè)厚儀、附著力測(cè)試儀、電火花檢漏儀、硬度計(jì)等進(jìn)行常規(guī)檢測(cè)。

表1 球墨鑄鐵管聚氨酯涂層試驗(yàn)儀器

圖2 檢查規(guī)范流程

3 球墨鑄鐵管噴涂聚氨酯涂層對(duì)比試驗(yàn)

對(duì)球墨鑄鐵管噴涂聚氨酯涂層設(shè)計(jì)三種實(shí)驗(yàn)方案:1）針對(duì)實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中主要可接觸污染物質(zhì)單獨(dú)點(diǎn)狀涂覆，模擬異常污染后可能產(chǎn)生結(jié)果；2）對(duì)A、B 組分單獨(dú)點(diǎn)涂覆噴涂，模擬配比異常可能產(chǎn)生結(jié)果進(jìn)行試驗(yàn)；3）對(duì)溫度異常噴涂，核查試驗(yàn)結(jié)果并進(jìn)行顯微分析，核查原因。

3.1 試驗(yàn)1

試驗(yàn)1 的目的和過程為:濕度、溫度、壓力、灰塵、粗糙度正常情況下噴涂，采取人工涂抹5 類污染物污漬，觀察污染點(diǎn)位置1～30 天的發(fā)生氣泡和異常發(fā)生情況。

圖3 5 類污染物試驗(yàn)

表2 5 類污染物試驗(yàn)情況統(tǒng)計(jì)

試驗(yàn)結(jié)果見表2 和圖3，可以看出，A 組分、B組分污染點(diǎn)在噴涂后第1 天就產(chǎn)生氣泡，工業(yè)潤(rùn)滑油在第2 天發(fā)生氣泡，水少量污染位置未見氣泡，工業(yè)環(huán)氧粉末未見氣泡。

3.2 試驗(yàn)2

試驗(yàn)2 的目的和過程為:濕度、溫度、壓力、灰塵、粗糙度正常情況下噴涂，采取人工涂抹7 類污染物，正常噴涂后異常情況。

試驗(yàn)結(jié)果見表3 和圖4，可以看出，驗(yàn)證水漬點(diǎn)未產(chǎn)生氣泡，反映少量水在本次試驗(yàn)中未造成氣泡，驗(yàn)證工業(yè)環(huán)氧粉末未見氣泡，污染物A、B 組分、工業(yè)黃油、原子灰均產(chǎn)生氣泡，其他未發(fā)生氣泡。

3.3 試驗(yàn)3

試驗(yàn)3 的目的和過程為:濕度、溫度、壓力、灰塵、粗糙度正常情況下噴涂，采取人工涂抹10 類污染物，再次驗(yàn)證少量水和污染物2 以及8-18 污染物噴涂后氣泡和異常情況。

圖4 7 類污染物試驗(yàn)

表3 7 類污染物試驗(yàn)情況統(tǒng)計(jì)

試驗(yàn)結(jié)果見圖5 和表4，由于各技術(shù)文章反復(fù)提出水為氣泡敏感物質(zhì)，為此采用水漬再次驗(yàn)證，由表4 可以看出未產(chǎn)生氣泡，表明少量水在本次試驗(yàn)中不敏感，綠色混合油漆、藍(lán)色環(huán)氧固化劑污漬點(diǎn)發(fā)生氣泡，其他污漬點(diǎn)均未產(chǎn)生氣泡。

圖5 10 類污染物試驗(yàn)

表4 10 類污染物試驗(yàn)情況統(tǒng)計(jì)

3.4 試驗(yàn)4

試驗(yàn)4 進(jìn)行溫度不均衡異常檢測(cè)。

原料不預(yù)熱，采用料泵打循環(huán)預(yù)熱，預(yù)熱溫度誤差超5 ℃，試驗(yàn)噴涂結(jié)果見圖6.

圖6 溫度不均衡、對(duì)比檢測(cè)

圖6 可以看出氣泡出現(xiàn)，顯微觀察發(fā)現(xiàn)多處混合不均勻點(diǎn)狀物，不均勻點(diǎn)直徑0.05 mm，原因分析預(yù)熱溫度誤差超過5 ℃，原料未進(jìn)行預(yù)熱黏度較大，混合不均勻?qū)е鲁霈F(xiàn)氣泡。

3.5 試驗(yàn)5

試驗(yàn)5 通過顯微觀察，追溯異常問題，試驗(yàn)結(jié)果見圖7.

由圖7 可以看出氣泡樣本面積1×1.6 mm2，不均勻混合點(diǎn)22 個(gè)；無(wú)異常樣本面積1×1.6 mm2，不均勻混合點(diǎn)為2 個(gè)。分析認(rèn)為，氣泡點(diǎn)存在多個(gè)不均勻質(zhì)點(diǎn)，混合不均勻?yàn)闅馀葜饕颉?/p>

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

1）A、B 組分比例1:1，誤差不超+0.05%（廠家提供），任意一種比例超過限值，均會(huì)產(chǎn)生氣泡；

2）微量水分污染未見氣泡，反映對(duì)微量水分不敏感；

3）環(huán)境污染物污染會(huì)造成氣泡，例如油品等出現(xiàn)氣泡或小孔；

圖7 異常問題顯微追溯對(duì)比分析

4）容易造成配比變化大的，例如預(yù)熱溫度溫差大，由于黏度差距容易導(dǎo)致混合不均勻，產(chǎn)生氣泡；

5）通過表面組織顯微觀察，可迅速對(duì)物料混合不均勻類氣泡成因進(jìn)行判別。

5 結(jié)論

1）聚氨酯涂層作為球墨鑄鐵管件優(yōu)異涂層，通過規(guī)范雙組份全固態(tài)聚氨酯涂層工藝操作可以獲得較好的噴涂質(zhì)量，完全可以解決氣泡異常等問題。

2）污染物對(duì)聚氨酯氣泡起著較大影響作用，為此作業(yè)過程需對(duì)人員手套、工作鞋等進(jìn)行有效管理，對(duì)作業(yè)流程需規(guī)范化要求。

3）對(duì)工藝參數(shù)溫度、壓力等進(jìn)行管控，可提高整體質(zhì)量效果。對(duì)設(shè)備泄露、油品污染增強(qiáng)管控可減少該類氣泡發(fā)生。

4）通過表面組織顯微觀察，可迅速對(duì)物料混合不均勻類氣泡成因進(jìn)行判別。