2025-05-19 09:28:21
拼裝罐是由鋼板通過自鎖螺栓和密封膠拼接而成的儲(chǔ)存容器(圖1)，廣泛應(yīng)用在飲用水、消防水、污水處理、農(nóng)業(yè)、沼氣發(fā)酵、化工等各種領(lǐng)域。有關(guān)調(diào)查表明，未來(lái)十年全球拼裝罐年復(fù)合增長(zhǎng)率CAGR約為5.9%。目前拼裝罐的涂裝防護(hù)以搪瓷為主，由于無(wú)機(jī)搪瓷涂層耐溫高，耐化學(xué)性能好，搪瓷拼裝罐在各類應(yīng)用場(chǎng)合表現(xiàn)優(yōu)秀。但搪燒需要溫度高達(dá)800℃，造價(jià)較高，涂層韌性和附著力相對(duì)較差，且搪瓷表面或內(nèi)部很難避免都會(huì)存在微孔，安裝運(yùn)輸過程中由于磕碰易造成缺陷，這些問題的存在促使人們著手研究其他類型的涂覆材料。熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料用于管道、儲(chǔ)罐、鋼構(gòu)等防腐領(lǐng)域已經(jīng)非常成熟，因此環(huán)氧粉末便順理成章的成為首選對(duì)象。早在本世紀(jì)初，歐美地區(qū)就有關(guān)于粉末涂料用于拼裝罐涂覆的研究，拼裝罐龍頭廠商CST Industries、Permastore等公司為粉末涂料涂覆拼裝罐的先行者。環(huán)氧粉末涂層其耐蝕性僅次于搪瓷涂層，適用于大多數(shù)種類的拼裝罐，環(huán)氧粉末涂覆拼裝罐在歐美地區(qū)已經(jīng)多年的應(yīng)用驗(yàn)證，并且已較廣泛推廣。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)拼裝罐企業(yè)也在推行環(huán)氧涂層拼裝罐，如北京盈和瑞、石家莊正中等。隨著國(guó)內(nèi)的產(chǎn)業(yè)越來(lái)越集中，可再生資源的擴(kuò)展，水處理廠、農(nóng)業(yè)儲(chǔ)存設(shè)施、沼氣池等基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目的建造，給拼裝罐市場(chǎng)的帶來(lái)了大幅增長(zhǎng)。因此，推動(dòng)粉末涂料在拼裝罐上的應(yīng)用，將對(duì)粉末涂料的市場(chǎng)擴(kuò)展起到很大的促進(jìn)作用。
2 環(huán)氧涂層拼裝罐可儲(chǔ)存物質(zhì)
環(huán)氧涂層相較于搪瓷涂層，其化學(xué)耐性稍差，尤其是在有機(jī)溶劑的耐受性方面，因此選擇時(shí)應(yīng)充分考慮存儲(chǔ)介質(zhì)種類。環(huán)氧涂層拼裝罐可以用于儲(chǔ)存以下介質(zhì)，見表1。
實(shí)際應(yīng)用時(shí)，還需考慮介質(zhì)溫度帶來(lái)的影響，合理設(shè)計(jì)環(huán)氧粉末涂料的配方，如適當(dāng)添加酚醛改性環(huán)氧可提升涂膜玻璃化溫度和化學(xué)耐性。
3 粉末涂料涂裝拼裝罐的工藝介紹和技術(shù)要求
3.1 涂裝工藝
拼裝罐多處于室外暴露環(huán)境，內(nèi)壁涂層與存儲(chǔ)介質(zhì)直接接觸，提供良好的防腐蝕能力和耐化學(xué)性，一般選用特種純環(huán)氧體系粉末涂料；外壁暴露在室外，需要兼?zhèn)浞栏g和抗紫外線老化的能力，因此多采用環(huán)氧涂層打底，外涂聚酯粉末的雙層結(jié)構(gòu)。涂裝工藝如圖2。粉末涂裝拼裝罐鋼板需要經(jīng)歷以上15個(gè)步驟。良好的前處理是任何合格涂裝的前提，在保證噴砂/拋丸效果的同時(shí)，也要注意鋼丸的定期更換，以及后續(xù)后壓制成型設(shè)備(壓輥、傳送裝置)的潔凈度，避免鋼板表面被油污污染。很多涂裝廠家鋼板壓制成型后省去了脫脂處理，涂裝后往往會(huì)出現(xiàn)局部氣泡、針孔等各種涂層弊病。由于涂裝后有二次固化，涂裝前預(yù)熱不需要達(dá)到太高的溫度，其主要目的是去除鋼板表面和內(nèi)部濕氣，一般建議在110℃~160℃之間。如果鋼材足夠潔凈，也可以采用冷涂裝的方式，環(huán)氧底層涂裝完成后進(jìn)行預(yù)固化，然后趁著鋼板的熱量進(jìn)行面層涂裝，最后進(jìn)行二次固化。若有條件在涂裝前將鋼材加熱到比較高的溫度，也可以采用快速固化類型的粉末涂料，利用鋼板的余熱固化成膜；或者底層環(huán)氧、面層聚酯直接連續(xù)噴涂，最后進(jìn)行一次鞏固性固化。但需要注意的是，利用鋼板余熱固化的涂裝工藝，涂裝前一定要達(dá)到粉末涂料廠商要求的溫度，且給予鋼板足夠的預(yù)熱時(shí)間，以保證鋼板熱透而具備足夠的熱量，并根據(jù)需要可在噴室前后增加封閉保溫空間，以減少熱量損失。總之，無(wú)論是哪種工藝，在涂裝線設(shè)計(jì)時(shí)都應(yīng)考慮盡快進(jìn)入下一環(huán)節(jié)，避免過程中的能量損失，減輕最終的固化壓力。粉末廠家生產(chǎn)粉末前一定要了解各環(huán)節(jié)的溫度、時(shí)間，以便更準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)出適用的粉末涂料。
3.2 涂層技術(shù)要求關(guān)
于拼裝罐涂覆熱固性粉末涂料的技術(shù)要求，目前國(guó)內(nèi)沒有相關(guān)國(guó)標(biāo)或行標(biāo)，儲(chǔ)水拼裝罐可參考的標(biāo)準(zhǔn)有美標(biāo)AWWA D103-09。根據(jù)國(guó)內(nèi)外相關(guān)拼裝罐企業(yè)的設(shè)計(jì)要求和企標(biāo)，本文總結(jié)了一下拼裝罐鋼板涂裝粉末涂料的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)：
下面是Permastore公司的粉末涂料拼裝罐的技術(shù)要求：表2和表3分別是內(nèi)壁熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料性能要求和外壁環(huán)氧底粉加聚酯面粉雙涂層的性能要求：
國(guó)內(nèi)某企業(yè)粉末涂料拼裝罐的技術(shù)要求表4和表5分別為內(nèi)壁環(huán)氧粉末涂層的厚度要求和外壁雙環(huán)氧低粉加聚酯面粉雙涂層的厚度要求：
表6和表7分別為內(nèi)壁環(huán)氧粉末涂層性能要求和外壁環(huán)氧底層加聚酯面層雙涂層的性能要求:
以上技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)僅供參考，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)拼裝罐的具體用途和使用環(huán)境制定更合適的指標(biāo)要求。
4 粉末涂裝拼裝罐常見問題及粉末涂料配方設(shè)計(jì)
拼裝罐的鋼板厚度一般在2~12mm，烘烤過程中升溫慢，拋丸后表面錨紋深度一般為40μm~100μm，涂覆上去的粉末在烘烤過程中會(huì)長(zhǎng)時(shí)間處于低溫區(qū)，需要重點(diǎn)考慮流平和流掛的平衡問題。下面從涂裝過程中常見弊病的角度，簡(jiǎn)單介紹一下配方設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮到的問題。
4.1 常見問題
(1) 橘皮和流掛
由于鋼板較厚，升溫較慢，烘烤固化時(shí)粉末涂料長(zhǎng)時(shí)間處于低溫熔融狀態(tài)，固化緩慢，加之涂裝厚度較大，很容易出現(xiàn)流掛現(xiàn)象，流掛不但會(huì)造成外觀問題，還會(huì)影響鋼板的拼裝。流掛一般可以通過調(diào)整膠固化時(shí)間，適當(dāng)提高樹脂粘度，添加適量觸變劑來(lái)改善。但調(diào)整的同時(shí)，要考慮對(duì)流平帶來(lái)的不利影響。鋼板長(zhǎng)時(shí)間的低溫狀態(tài)，造成樹脂的熔融黏度一直居高不下，本身對(duì)流平就很不利，如若體系反應(yīng)過快，則涂膜會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重橘皮。因此配方設(shè)計(jì)時(shí)要考慮二者平衡，并根據(jù)實(shí)際涂裝效果進(jìn)行修正配方。涂裝時(shí)也可以調(diào)整烘烤溫度，涂裝工藝參數(shù)等方法來(lái)改善涂膜外觀效果。
(2) 氣泡
氣泡是拼裝罐涂裝粉末涂料的工藝中比較常見的問題。氣泡往往出現(xiàn)在鋼板的四周，通常是由于邊緣部位表面處理不徹底所致，邊緣部分應(yīng)著重進(jìn)行打砂/拋丸處理。沖孔、裁切和壓制成型時(shí)要盡量保證鋼材不被污染，如有污染一定要進(jìn)行脫脂處理。也有人認(rèn)為邊緣部分在烘烤過程中升溫速率快于鋼板大面，從而固化速度較快，更易出現(xiàn)氣泡；也有人認(rèn)為鋼板邊緣部分切割和沖孔會(huì)對(duì)鋼材內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成一定破壞，產(chǎn)生微孔，從而引起烘烤時(shí)產(chǎn)生氣泡。不管哪種原因，拼裝罐用粉末涂料配方設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)做好消泡預(yù)防，添加合適的消泡助劑。其實(shí)氣泡問題與流平和流掛并不能獨(dú)立對(duì)待，往往改善了A問題的同時(shí)會(huì)帶來(lái)B問題，配方設(shè)計(jì)時(shí)需要全面的考慮。涂裝時(shí)，也要根據(jù)氣泡的分布、大小、多少以及涂膜厚度，理性分析，調(diào)整溫度等工藝參數(shù)來(lái)改善問題。
(3) 漏點(diǎn)
漏點(diǎn)會(huì)嚴(yán)重影響涂層的防腐蝕效果，因此涂裝過程中，每一塊鋼板都需要進(jìn)行漏點(diǎn)檢測(cè)(圖5)，檢測(cè)電壓一般采用1100V。針對(duì)膜厚較大，如≥300μm的鋼板，應(yīng)適當(dāng)提高測(cè)試電壓，可用1500V進(jìn)行檢測(cè)。產(chǎn)生漏點(diǎn)的原因有很多，如基材的前處理不徹底，表面的雜質(zhì)殘留，涂裝環(huán)境差，壓縮空氣不潔凈，漏涂，氣孔，使用的回收粉被污染，粉末質(zhì)量不好等。粉末涂料生產(chǎn)制造時(shí)要保證混合和混煉效果，使樹脂和顏填料之間進(jìn)行充分的潤(rùn)濕包裹，這樣固化后的涂膜才足夠致密，且不宜選用粒徑過大的填料(建議≥800目)，以免其中的大顆粒在涂膜中形成漏點(diǎn)。
以上是粉末涂裝拼裝罐鋼板過程中3個(gè)常見的問題，配方設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮。
4.2 配方設(shè)計(jì)
由于聚酯粉末面層主要提供耐候性，跟其他行業(yè)沒有太大差別，根據(jù)耐候的要求設(shè)計(jì)配方，同時(shí)需要考慮避免上述易出問題，此處不再贅述。環(huán)氧粉末涂層直接與存儲(chǔ)介質(zhì)接觸，對(duì)內(nèi)外防護(hù)尤為重要，設(shè)計(jì)時(shí)需要全面考慮。環(huán)氧粉末涂層可耐受表1中的化學(xué)介質(zhì)，配方設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)拼裝罐的用途，更準(zhǔn)確的選擇材料，如飲用水拼裝罐要避免使用含有重金屬和其他有害物質(zhì)的原材料，同時(shí)要考慮體系的耐水性，避免使用耐水性差的雙氰胺作為固化劑，推薦采用酚類固化劑；如果存儲(chǔ)高溫的介質(zhì)，需要考慮提高涂膜的玻璃化溫度，如使用部分酚醛改性環(huán)氧。涂膜的附著力是防腐蝕的基礎(chǔ)。一旦出現(xiàn)附著力問題，涂膜與基材的界面會(huì)很快形成水膜，并通過滲透壓快速擴(kuò)散，基材也會(huì)迅速腐蝕。潤(rùn)濕是附著力的前提，因此不能一味追求涂裝時(shí)的抗流掛能力而過度提高樹脂的粘度。另外可以通過填料和助劑來(lái)改善涂膜的附著力。市場(chǎng)上有很多高羥基含量的附著力促進(jìn)劑，對(duì)涂膜的附著力有很明顯的提升，但是這些助劑都有較強(qiáng)的親水性，過量添加會(huì)影響涂膜的耐水性，需要注意用量。拼裝儲(chǔ)罐內(nèi)介質(zhì)的流動(dòng)更新，會(huì)對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)壁涂層產(chǎn)生摩擦，長(zhǎng)期下來(lái)會(huì)造成嚴(yán)重磨損，因此配方設(shè)計(jì)時(shí)需要適當(dāng)提高涂膜的耐磨性?？梢酝ㄟ^添加硬度較高的填料，如硅灰石，二氧化硅，氧化鋁等來(lái)提高涂膜的耐磨性能；同時(shí)可以適當(dāng)提高涂膜的交聯(lián)密度，雖然按照GB/T 1768的方法測(cè)試結(jié)果沒有明顯提升，但大量的實(shí)用案例證明提高涂膜交聯(lián)密度會(huì)明顯增加涂膜耐磨壽命；也可以使用一些表面張力低的材料，如含硅樹脂，從而降低涂膜表面的摩擦系數(shù)，減少磨損。抗?jié)B透性好的涂膜會(huì)大大提高涂膜的防護(hù)能力和使用壽命。研究表明，交聯(lián)密度對(duì)涂膜抗?jié)B透能力的影響并不如想象那么明顯；而不同填料卻表現(xiàn)大相徑庭。絹云母能大大提升涂膜的抗?jié)B透能力；疏水性氣相SiO2也會(huì)阻止水分的滲透；硅灰石對(duì)涂膜的濕附著力有幫助，可以阻止水分的擴(kuò)散。拼裝罐鋼板存儲(chǔ)、運(yùn)輸、安裝過程中難免會(huì)磕碰，這就要求涂膜具有較好的抗沖擊能力，以抵抗外來(lái)的機(jī)械破壞。涂膜抗沖擊性能跟使用的環(huán)氧樹脂分子量，固化劑種類，填料種類，樹脂份含量都有關(guān)系，這方面的經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)較普及，本文不再贅述。綜上，粉末涂料配方設(shè)計(jì)是個(gè)需要全方位考慮的工作。不止需要考慮涂料本身性質(zhì)，還需結(jié)合涂裝工藝條件，沒有萬(wàn)能的粉末，只有千變?nèi)f化的涂裝工藝。拼裝罐市場(chǎng)市場(chǎng)前景廣闊，在大多數(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，粉末涂料都可完美替代搪瓷作為拼裝罐的防護(hù)材料。國(guó)內(nèi)的環(huán)氧涂層拼裝罐生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)較少，仍需摸索完善。拼裝罐粉末涂料的制造和使用過程中，仍存在很多難點(diǎn)問題需要解決。配方設(shè)計(jì)時(shí)只有充分考慮應(yīng)用需求，技術(shù)指標(biāo)，和易發(fā)問題，才能生產(chǎn)出合格的粉末產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)效防護(hù)。
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