Эпоксидное покрытие, наплавленное методом наплавления

Эпоксидное покрытие, полученное методом наплавления , также известное как порошковое эпоксидное покрытие, полученное методом наплавления , и обычно называемое покрытием FBE , представляет собой на эпоксидной основе порошковое покрытие , которое широко используется для защиты стальных труб, используемых при строительстве трубопроводов, от коррозии . Он также широко используется для защиты арматурных стержней (хотя с 2005 года его производство прекращено). ^[1]) и на широком спектре трубопроводных соединений, клапанов и т. д. ^[2] Покрытия FBE представляют собой термореактивные полимерные покрытия. ^[3] Они относятся к категории защитных покрытий в номенклатуре красок и покрытий. Название «эпоксидная смола плавления» связано с отсутствием поперечных связей и способом нанесения, который отличается от обычной краски. В 2020 году объем рынка оценивался в 12 миллиардов долларов. ^[4]

Компоненты смолы и отвердителя в сухом порошке 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 смачивается и растекается по стальной поверхности, на которую она нанесена, и вскоре превращается в твердое покрытие в результате химического сшивания, которому способствует тепло. Этот процесс известен как «сваривание». Протекающая в этом случае химическая реакция сшивки необратима. После отверждения покрытие невозможно вернуть в первоначальный вид никакими способами. Дальнейшее нагревание не «расплавляет» покрытие, поэтому оно известно как « термореактивное » покрытие.

История

С момента своего появления в качестве защитного покрытия в начале 1960-х годов составы покрытий FBE претерпели значительные усовершенствования и разработки. Сегодня доступны различные типы покрытий FBE, специально разработанные для удовлетворения различных требований. FBE доступны как отдельные покрытия, так и в виде многослойных покрытий. Доступны покрытия FBE с различными свойствами, подходящие для нанесения покрытия на основную часть трубы, внутренние поверхности, кольцевые сварные швы, а также на фитинги.

Химия покрытий FBE

Основными компонентами порошкового покрытия являются: ^[5]

Смола.
Отвердитель или отвердитель.
Наполнители и расширители.
Цветные пигменты.

Часть смолы и отвердителя вместе известна как «связующее». Как следует из названия, в эпоксидных покрытиях, связанных методом Fusion, составляющая смолы представляет собой смолу «эпоксидного» типа. Структура « Эпоксидной смолы трехчленное циклическое кольцо — один атом кислорода , соединенный с двумя атомами углерода » или «Оксирана» содержит в молекуле смолы . Эта часть является наиболее реакционноспособной группой в эпоксидных смолах. Наиболее часто используемые смолы FBE представляют собой производные бисфенола А и эпихлоргидрина .Однако другие типы смол (например, тип бисфенола F ) также обычно используются в рецептурах FBE для достижения различных свойств, комбинаций или дополнений. Также доступны смолы с различной молекулярной длиной, чтобы придать окончательным покрытиям уникальные свойства.

Второй по важности частью покрытий FBE является отвердитель. Отвердители реагируют либо с эпоксидным кольцом, либо с гидроксильными группами вдоль молекулярной цепи эпоксидной смолы. Различные типы отвердителей, используемых при 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 отвердителя в рецептуре определяется их относительным эквивалентным весом.

Помимо этих двух основных компонентов, покрытия FBE включают наполнители, пигменты, наполнители и различные добавки для обеспечения желаемых свойств. Эти компоненты контролируют такие характеристики, как проницаемость, твердость, цвет, толщина, устойчивость к выдавливанию и т. д. Все эти компоненты обычно представляют собой сухие твердые вещества, хотя в некоторых рецептурах FBE могут использоваться небольшие количества жидких добавок. Если эти жидкие компоненты используются, их распыляют в рецептурную смесь во время предварительного смешивания в производственном процессе.

Стандартом покрытия трубопроводов методом FBE является ISO 21809, часть 2.

Процесс производства порошка FBE

Основными частями завода по производству порошковых покрытий являются:

станция взвешивания,
станция предварительного смешивания,
экструдер, -и
классификатор или измельчительный агрегат.

Компоненты рецептуры FBE взвешиваются и предварительно смешиваются в высокоскоростных миксерах. Затем смесь переносят в экструдер с высоким усилием сдвига. Экструдеры FBE имеют одношнековую или двухшнековую установку, вращающуюся внутри неподвижного грейферного цилиндра. Диапазон температур ^{[ нечеткий ]} внутри цилиндра экструдера используется температура от 50 °C до 100 °C. Эта установка сжимает смесь FBE, одновременно нагревая и плавя ее до полужидкой формы. В ходе этого процесса ингредиенты расплавленной смеси тщательно диспергируются. Благодаря быстрой работе экструдера и относительно низкой температуре внутри цилиндра компоненты эпоксидной смолы и отвердителя не вступают в значительную химическую реакцию. Расплавленный экструдат затем проходит между холодными валками и становится твердым, хрупким листом. Затем он переходит к «Kibbler», который измельчает его на более мелкие кусочки. Эту стружку измельчают с помощью высокоскоростных измельчителей (классификаторов) до размера частиц менее 150 микрометров (стандартные спецификации требуют 100% прохождения через сита 250 микрометров и максимум 3% удерживания в сите 150 микрометров). Конечный продукт упаковывают в закрытые контейнеры, при этом особое внимание уделяется предотвращению загрязнения влагой. Обычная температура хранения порошковых покрытий FBE составляет ниже 25 °C (77 °F) на складах с кондиционированием воздуха.

Процесс нанесения покрытия FBE

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

стальная поверхность тщательно очищается,
очищенная металлическая деталь нагревается до рекомендованной температуры нанесения порошка FBE и
этап нанесения и отверждения.

Преимущество труб и арматуры заключается в том, что их круглая форма позволяет осуществлять непрерывное линейное нанесение на наружную поверхность, в то время как детали перемещаются по конвейеру через камеру нанесения порошка, обеспечивая высокую производительность. На арматуру и т.п. покрытие наносится ручными краскопультами. Другим методом нанесения является процесс «погружения в жидкость», при котором нагретые компоненты погружаются в псевдоожиженный слой порошка (см. ниже).

Подготовка поверхности – пескоструйная очистка.

Пескоструйная очистка является наиболее часто используемым методом подготовки стальных поверхностей. ^[7] Это эффективно удаляет ржавчину, окалину, рейки и т. д. с поверхности и обеспечивает очистку промышленного уровня и шероховатую поверхность. Шероховатость стали, достигаемая после пескоструйной обработки, называется профилем и измеряется в микрометрах или милах . Обычно для профилирования покрытий FBE используются диапазоны от 37 до 100 микрометров (от 1,5 до 4 мил). Профиль увеличивает эффективную площадь поверхности стали. Достигнутая чистота оценивается по классам ISO 8501-1 : они взяты из набора фотографических слайдов шведского стандарта (SIS), показывающих образцы общепринятой терминологии «белый металл», «почти белый металл» и т. д. Обычно SA 2½ соответствует используется для трубопроводов (эквивалент NACE N°2).

Перед струйной очисткой важно удалить жировые и масляные загрязнения. Для этой цели обычно используются очистка растворителем, прожигание и т. д. В процессе струйной очистки используется сжатый воздух (от 90 до 110 фунтов на квадратный дюйм/от 610 до 760 кПа) 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 центробежно-струйная очистка, которая особенно используется для очистки наружной поверхности труб. В этом методе абразив подается на вращающийся корпус трубы с помощью специально сконструированного колеса, которое вращается с высокой скоростью, при этом абразив подается из центра колеса.

Нагрев и нанесение порошка FBE

Нагревание может быть достигнуто с помощью нескольких методов, но наиболее часто используемыми являются «индукционный нагрев» или «нагрев в духовке». Стальную деталь пропускают через высокочастотное магнитное поле переменного тока, которое нагревает металлическую деталь до необходимой температуры нанесения покрытия FBE. Типичная температура применения отдельного FBE составляет от 225° до 245°C. При использовании в качестве грунтовки в многослойной полиолифиновой системе температуру нанесения можно снизить в соответствии с рекомендациями производителя FBE, чтобы обеспечить соответствие параметрам «адгезии между слоями». Недавно некоторые производители порошков FBE разработали специальные покрытия FBE, которые можно наносить при температурах до 175 °C. Другими методами нагрева являются «нагрев в печи», «инфракрасный нагрев» и т. д. Порошок FBE помещают в «кипящий слой». В псевдоожиженном слое частицы порошка суспендируются в потоке воздуха, в котором порошок «ведёт 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 оснащен электродом-ионизатором, который придает частицам порошка положительный электрический заряд. Сталь, на которую будет нанесено покрытие, «заземляется» через конвейер. Заряженные частицы порошка равномерно обволакивают подложку и плавятся, переходя в жидкую форму. Внутренние поверхности труб покрываются с помощью распылительных копий, которые перемещаются от одного конца нагретой трубы к другому с равномерной скоростью, при этом 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 «втекает» в профиль и связывается со сталью. Расплавленный порошок превратится в твердое покрытие, когда закончится «время гелеобразования», которое обычно происходит через несколько секунд после нанесения покрытия. Смоляная часть покрытия подвергается сшивке, которая называется «отверждением» в горячем состоянии. Полное отверждение достигается либо за счет остаточного тепла стали, либо с помощью дополнительных источников нагрева. В зависимости от системы покрытия FBE, полное отверждение может быть достигнуто менее чем за одну или несколько минут в случае FBE длительного отверждения, которые используются для внутреннего покрытия труб.

На арматуру наносят покрытие таким же образом, как и 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, при этом труба вращается вокруг своей оси и копье выдвигается с заданной скоростью.

На такие фитинги, как тройники, колена, колена и т. д., порошок можно распылять с помощью ручных распылителей. На фитинги небольшого размера также можно наносить покрытие путем погружения в псевдоожиженный слой порошка после нагрева стали до необходимой температуры нанесения порошка. После сварки концов труб FBE также можно наносить на зону сварного шва.

Преимущества нанесения FBE по сравнению с традиционным нанесением жидкого покрытия:

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

Неудачи

Существует несколько потенциальных видов отказа эпоксидной смолы, связанной методом плавления. Одним из таких видов отказов является деградация под воздействием ультрафиолета. ^[8]

Производители

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

См. также

Ссылки

^ Ростам, Стин (2005). Проектирование и строительство сегментных железобетонных мостов на срок службы от 100 до 150 лет . Американский институт сегментных мостов. стр. 19–20. Архивировано из оригинала 7 апреля 2022 г. Проверено 8 июня 2021 г.
^ «Эпоксидная смола, связанная плавлением (FBE) | Индукционная нагрев трубопроводов» . www.pipelineinductionheat.com . Проверено 17 ноября 2021 г.
^ «Эпоксидное покрытие, полученное методом наплавления, защищает водопровод от коррозии» . www.materials Performance.com . Проверено 17 ноября 2021 г.
^ «Новые достижения в технологии порошковой окраски» . Американская ассоциация производителей покрытий . Проверено 17 ноября 2021 г.
^ «Сравнение порошковых и жидких покрытий для трубопроводов» . www.pcimag.com . Проверено 17 ноября 2021 г.
^ «На пути к высоким температурам стеклования в эпоксидных порошковых покрытиях на основе BTDA®» . Американская ассоциация производителей покрытий . Проверено 24 июля 2023 г.
^ «Наука, лежащая в основе жидких эпоксидных покрытий трубопроводов, применяемых в полевых условиях» . www.materials Performance.com . Проверено 17 ноября 2021 г.
^ «Разрушение покрытий ФБЭ в трубопроводах транспортировки газа» . nace.mydigitalpublication.com . Проверено 17 ноября 2021 г.
^ «Компании по производству эпоксидных покрытий Fusion Bonded» . Эксперт по окружающей среде . Ноябрь 2021 г.

Дальнейшее чтение

Технология эпоксидной смолы . Пол Ф. Брюинз, Политехнический институт Бруклина. Нью-Йорк: Издательство Interscience. 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-я расширенная работа] изд.). Нью-Йорк: МакГроу-Хилл. ISBN 0-07-036997-6 . OCLC 311631322 .

Внешние ссылки

[:0-1] Ростам, Стин (2005). Проектирование и строительство сегментных железобетонных мостов на срок службы от 100 до 150 лет . Американский институт сегментных мостов. стр. 19–20. Архивировано из оригинала 7 апреля 2022 г. Проверено 8 июня 2021 г.

[2] «Эпоксидная смола, связанная плавлением (FBE) | Индукционная нагрев трубопроводов» . www.pipelineinductionheat.com . Проверено 17 ноября 2021 г.

[3] «Эпоксидное покрытие, полученное методом наплавления, защищает водопровод от коррозии» . www.materials Performance.com . Проверено 17 ноября 2021 г.

[4] «Новые достижения в технологии порошковой окраски» . Американская ассоциация производителей покрытий . Проверено 17 ноября 2021 г.

[5] «Сравнение порошковых и жидких покрытий для трубопроводов» . www.pcimag.com . Проверено 17 ноября 2021 г.

[6] «На пути к высоким температурам стеклования в эпоксидных порошковых покрытиях на основе BTDA®» . Американская ассоциация производителей покрытий . Проверено 24 июля 2023 г.

[7] «Наука, лежащая в основе жидких эпоксидных покрытий трубопроводов, применяемых в полевых условиях» . www.materials Performance.com . Проверено 17 ноября 2021 г.

[8] «Разрушение покрытий ФБЭ в трубопроводах транспортировки газа» . nace.mydigitalpublication.com . Проверено 17 ноября 2021 г.

[9] «Компании по производству эпоксидных покрытий Fusion Bonded» . Эксперт по окружающей среде . Ноябрь 2021 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]