給水涂塑鋼管內(nèi)防腐涂層綜合性能分析:

2.1管道內(nèi)防腐涂層種類

a)單層聚乙烯涂層

b)環(huán)氧粉末涂層

管道內(nèi)涂敷層主要有兩個(gè)功能：

·防腐，提高輸水管線的使用壽命；

·減阻，提高輸水管線的輸水能力。

2.1.1 環(huán)氧樹脂的分子結(jié)構(gòu)與性能

雙酚A型環(huán)氧樹脂的各結(jié)構(gòu)單元賦予樹脂不同的功能，見圖2

1)環(huán)氧基和羥基賦予樹脂反應(yīng)性，使樹脂固化物具有很強(qiáng)的內(nèi)聚力和粘接力；

2)醚鍵和羥基是極性基團(tuán)，有助于提高浸潤(rùn)性和粘附力；

3)醚鍵和C-C鏈?zhǔn)勾蠓肿泳哂腥犴樞裕?/p>

4)苯環(huán)賦予聚合物以耐熱性和剛性；

5)異丙基也賦與環(huán)氧大分子具有一定的剛性；

6)-C-O-鍵的鍵能高，從而提高了樹脂的耐堿性。

圖2 雙酚A環(huán)氧樹脂各結(jié)構(gòu)單元賦于樹脂的性能

· 環(huán)氧樹脂卓越的附著力

環(huán)氧樹脂經(jīng)與固化劑反應(yīng)，充分交聯(lián)之后才發(fā)揮其優(yōu)良性質(zhì)，最突出的是其與接觸物的附著力。這是由于其分子中含有極性的羥基、醚鍵等，即使對(duì)濕面也能有一定的附著。其附著機(jī)理與圖2的搭扣機(jī)理有關(guān)。由于羥基和醚基的極性使環(huán)氧樹脂分子和相鄰表面之間產(chǎn)生引力，而且環(huán)氧基和含活潑氫的金屬表面形成化學(xué)鍵，因此大大提高了其對(duì)金屬表面的附著力及耐化學(xué)防腐性能。

固化時(shí)體積收縮率僅有2%左右，而且環(huán)氧分子中的醚鍵使分子鏈便于旋轉(zhuǎn)，可消除內(nèi)應(yīng)力，所以附著力高。

圖2 環(huán)氧樹脂附著力搭扣原理

·環(huán)氧樹脂的化學(xué)性

環(huán)氧樹脂中含有親水的羥基及醚鍵，但該樹脂中的雙酚A鏈段（二個(gè)苯環(huán)和一個(gè)異丙基，共15個(gè)碳原子的烴基）則有疏水性，兩個(gè)苯環(huán)的剛性屏蔽了羥基和醚鍵，保持了整體涂層的耐水性。固化后的環(huán)氧樹脂的玻璃化溫度較高，有利于其耐水性。環(huán)氧樹脂分子中沒有酯鍵，耐堿性優(yōu)良。在腐蝕微電池的陰極部位呈堿性。一般優(yōu)良的防腐蝕涂層必須有耐堿性和附著力，所以環(huán)氧樹脂是優(yōu)良的防蝕涂料的基料。

·環(huán)氧樹脂的老化性能

環(huán)氧樹脂中含有醚鍵，涂層經(jīng)日光紫外線照射后易降解斷鏈，其鏈?zhǔn)椒磻?yīng)可見圖3

圖3. 環(huán)氧樹脂的老化斷鏈反應(yīng)

所以環(huán)氧涂層不耐戶外日曬，涂層易失去光澤，然后粉化，不宜作戶外用面漆。環(huán)氧涂層老化破壞主要表現(xiàn)為逐漸粉化而涂層減薄。

2.1.2 聚乙烯的分子結(jié)構(gòu)與性能

聚乙烯粉末涂料是目前鋼管涂塑的主要原料，且以線性低密度為主。線性低密度是乙烯和—烯烴的共聚物，其分子結(jié)構(gòu)和密度有較大變化，它的結(jié)構(gòu)、結(jié)晶度和密度介于高密度聚乙烯和低密度聚乙烯之間，雖然也是線性結(jié)構(gòu)，但分子排列整齊，支鏈短小且有規(guī)則，導(dǎo)致分子間排列不緊密，破壞了分子鏈段的近程有序性，降低了聚乙烯分子的結(jié)晶傾向，因此抗沖擊性能好，結(jié)構(gòu)通式為

R為：CH3（甲基）；C2H5（乙基）；C4H9（異丁基）

由結(jié)構(gòu)可看出聚乙烯是以—CH2—為主體的鏈狀高分子聚合物，R側(cè)鏈或支鏈的存在會(huì)降低聚乙烯的結(jié)晶度。

聚乙烯的分子結(jié)構(gòu)使其具有優(yōu)異的耐環(huán)境應(yīng)力裂化性能及耐腐蝕性能。

2.2兩種內(nèi)防腐涂層綜合比較

1) EP附著力更強(qiáng)。涂層與鋼管內(nèi)表面的附著力與涂塑鋼管的使用壽命有密切關(guān)系，而涂層的附著力主要取決于所用防腐涂層材料的自身性能。環(huán)氧（EP）涂層附著力強(qiáng)，遠(yuǎn)大于聚乙烯涂層的附著力。環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)中含有不易水解的脂肪基（－C－）和醚鍵（－C-O-C-），能夠產(chǎn)生電磁引力。另外，在固化過(guò)程中活潑的環(huán)氧基和鋼材表面上的游離氫鍵起反應(yīng)而形成牢固的化學(xué)鍵，從而賦予環(huán)氧固化物對(duì)鋼管基材以極好的附著力以及抗陰極剝離能力。

2）EP具有更優(yōu)異的防腐蝕性能

環(huán)氧樹脂固化涂層，含有穩(wěn)定的苯環(huán)、醚鍵等，結(jié)構(gòu)致密，耐酸、耐堿、耐有機(jī)溶劑、耐水。漆膜對(duì)金屬附著力好，結(jié)構(gòu)氣孔小，使各種腐蝕介質(zhì)難以滲透到金屬表面，所以耐腐蝕性極好。

3）EP固化收縮率低

環(huán)氧樹脂具有很強(qiáng)的內(nèi)聚力，分子結(jié)構(gòu)致密，通過(guò)加成反應(yīng)方式進(jìn)行固化，固化過(guò)程中沒有水和其它揮發(fā)性副產(chǎn)物放出。另外，環(huán)氧樹脂本身具有仲羥基，再加上環(huán)氧基固化時(shí)派生的部分殘留羥基，它們的氫鍵締合作用使分子排列緊密，因此環(huán)氧樹脂的固化收縮率是熱固性樹脂中最低的品種之一，一般為1～2％。環(huán)氧樹脂固化時(shí)的收縮性低，產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力小，這也有助于提高粘附強(qiáng)度；

4）PE塑料的熱容較大（熔融時(shí)吸收熱量大，冷卻時(shí)放出的熱量也多），因此當(dāng)內(nèi)層防腐使用PE涂塑時(shí)，隨著塑膜厚度增大，在冷卻時(shí)體積收縮也大，內(nèi)應(yīng)力就隨之增大。防腐要求越高，所需涂膜厚度越大，這就使厚塑膜的耐環(huán)境應(yīng)力開裂隨膜厚增加而變差。

5）環(huán)氧粉末與單層聚乙烯內(nèi)涂層相比，成本較低，使用壽命長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)連接補(bǔ)口工藝成熟、操作方便；

6）EP涂層具有很高的玻璃化溫度，應(yīng)用溫度范圍寬，能在–30～100℃之間保持最佳性能；環(huán)氧粉末（EP）涂層使用用溫度高于涂聚乙烯PE產(chǎn)品，消防管道更加適用。

熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料（FBE）國(guó)外最早開發(fā)于上世紀(jì)50年代，在60年代實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。由于FBE具有優(yōu)良的機(jī)械性能、抗腐蝕性能和耐久性能，所以被廣泛應(yīng)用于陸上、水下、海底等管線的防腐涂裝，為處于各種環(huán)境中的管線長(zhǎng)期低維護(hù)運(yùn)行提供了可靠的保證。40多年來(lái)，經(jīng)過(guò)不斷的發(fā)展完善，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)走向成熟。迄今為止，全球已有20余萬(wàn)公里以上的管道使用了熔結(jié)環(huán)氧粉末，鋪設(shè)于世界各地—從陸地到海洋，從城市到鄉(xiāng)村，從赤道到極地，從平原到山地、河流、湖泊，從西伯利亞草原到非洲沙漠，從美洲大陸到中東海灣，都有熔結(jié)環(huán)氧粉末的應(yīng)用實(shí)例。

熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層能夠在各種極端的氣候條件和苛刻的機(jī)械應(yīng)力作用、化學(xué)介質(zhì)侵蝕的環(huán)境中得到廣泛應(yīng)用，足以證明熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層是一種可靠的保護(hù)涂層，經(jīng)得起實(shí)踐和時(shí)間的考驗(yàn)。

據(jù)美國(guó)《管道文摘》統(tǒng)計(jì)，熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐層以其優(yōu)良的機(jī)械性能和防腐性能、極強(qiáng)的附著力和與陰極保護(hù)相融性等特點(diǎn)，一直是世界管道工程的首選防腐層。