Z245.20-06加拿大标准

Z245.20-06研发低涂敷温度的熔结环氧粉末涂料

研发低涂敷温度的熔结环氧粉末涂料

Development of A Low Application Temperature FBE Coating

Jennifer K. Pratt博士和Meghan L. Mallozzi，美国3M公司

摘要：

管道外防腐采用熔结环氧粉末（FBE）防腐层已经有四十多年了。它们或者作为单层防腐层体系中唯一的产品，或者在两层和三层防腐层体系中作为底漆。为达到最佳性能，目前在单层防腐体系中用的熔结环氧粉末（FBE）需要230℃的涂敷温度，而在三层防腐层体系中的熔结环氧粉末（FBE）底漆需要200℃的涂敷温度。管道工业采用高强度钢管，如X80、X100和X120后，对管道防腐层的适用性提出了挑战。高强度钢（特别是X100及以上等级）不能承受预热温度超过200℃。采用常规熔结环氧粉末（FBE）产品的高温涂敷，就会削弱这些高强度钢的某些主要特性。

本文讨论研发新一代的熔结环氧粉末（FBE）产品，目标是单层防腐体系中用时只需要180℃的涂敷温度，而在多层防腐层体系中用时只需要150℃的涂敷温度。这样的新产品性能应当与目前在240℃高温下涂敷的熔结环氧粉末（FBE）产品相当。

关键词：熔结环氧粉末、FBE、管道防腐层、低温固化、高强度钢、阴极剥离

引言

熔结环氧粉末（FBE）是单组分粉末环氧涂料，喷撒在热的钢管上使它熔融、流淌和固化，形成耐腐蚀的防腐层。第一根管子用熔结环氧粉末（FBE）防腐是1960年投入使用的。自那以来，熔结环氧粉末（FBE）防腐层已经成为北美地区新建管道使用最普遍的防腐层。欧洲和世界其他地区已经采用多层防腐层体系作为新建管道的主要防腐层，熔结环氧粉末（FBE）用作多层防腐层的底漆。涂敷温度是底材达到充分润湿的关键。常规的熔结环氧粉末（FBE）防腐层体系要求管子加热到至少220℃，最好达到240℃才能具有最佳性能。

随着天然气需求的增加，使用薄壁高强度钢管（X80、X100、X120）证明能够大幅度降低大口径管道的施工成本。根据防腐层涂敷对应力-应变曲线的影响，认为这样的热处理会显著增加拉伸屈服强度，而屈服伸长率略有减小。结果，已经有人建议要避免高强度钢管（特别是X100及以上等级）预热高于200℃的温度下。按照这项限制，常规熔结环氧粉末（FBE）防腐层体系是不能采用的，从而促进人们研发能够在180℃温度下涂敷的新一代熔结环氧粉末（FBE）产品。本文叙述新一代熔结环氧粉末（FBE）产品的性能特征，其能够在180℃温度下涂敷，并且性能与在240℃温度下涂敷的常规熔结环氧粉末（FBE）产品相当。

实验程序

材料

接受测试的材料包括设计在240℃管子温度范围涂敷的标准工业用熔结环氧粉末（FBE）产品和设计在180℃管子温度范围涂敷的实验用熔结环氧粉末（FBE）产品。

接受阴极剥离试验（CDT）和热水浸泡附着力试验（HWT）的实验室涂敷的防腐层试验样板是热轧钢板，尺寸为3.5英寸×3.5英寸×3/8英寸，除非另有规定。

接受柔韧性试验的实验室涂敷的防腐层试验棒材是热轧钢棒，尺寸为1英寸×8英寸×3/8英寸，除非另有规定。

氯化钠是试剂级，没有进一步提纯就使用了。

总的试验程序

本文报告的所有试验用的实验室涂敷的防腐层试验试件是如下制备的：

1）钢质试件（按照SSPC-SP1标准要求）先用甲乙酮溶剂洗涤，再用异丙醇漂洗。

2）干的钢质表面按照NACE No. 2/SSPC-SP10 1508501-5A2.5标准喷丸清理达到近白级表面。

3）钢质试件按照理想的涂敷温度（325℉至480℉）预先设置的电炉里预热大约一小时。

4）将钢质试件浸在流化床里足够长的时间，使防腐层厚度达到14至16密耳。

5）将有防腐层的试件放进后固化炉里（按照预热炉相同的设置温度）2分钟，除非另有规定。

6）有防腐层的试件然后在空气中冷却1分钟。

7）有防腐层的试件然后在水浴里急冷2分钟。

按照CSA Z245.20-06标准第12.8节规定的下列试验程序进行CDT阴

极剥离试验（所用试验试件的尺寸3.5英寸×3.5英寸×3/8英寸，与CSA标准程序要求尺寸略有不同，除非另有规定）：

1）在试验样板中央钻一个直径0.125英寸（3.2 mm）的漏涂点。

2）用外径3英寸、壁厚1/4英寸、长6英寸的透明的聚碳酸酯管做成试验池，然后用3M牌#08663超级硅胶或类似产品黏贴到熔结环氧粉末（FBE）防腐层上。

3）用去离子水配成3%氯化钠溶液作为每个电解池中的电解质。

4）用铂丝作为阳极通过电解池顶部小孔插入，外加一个-1.5 VDC的电位差。

5）样品放入指定温度的热风循环炉里。

6）定期检查实际电位差和电解质液位，按需要进行调整。

7）试验期结束时，在一小时内用小刀在漏涂点成辐射状划八道切口，再用小刀尝试撬起防腐层，由此评价漏涂点周围防腐层的附着力。从漏涂点的边缘开始沿着辐射状切口测量防腐层的剥离长度，再算出平均值。

8）报告的所有值都是3块钢质试验样板上所得结果的平价值，除非另有说明。

柔韧性试验是按照CSA Z245.20-06标准第12.11节规定的下列程序进

行的（所用试验试件的尺寸1英寸×8英寸×3/8英寸，与CSA标准程序要求尺寸略有不同，除非另有规定。此外，采用不同的心轴尺寸来得出估计的失效点，即在那个度数/管径用三个试件确认通过了最高度数/管径）：

1）试验棒材放在-30℃的冰箱里最少一小时。

2）用规定的心轴弯曲试验棒材达到理想的度数/管径。所谓失效就是任何肉眼可见的破损点。防腐层顶部1/2英寸内任何开裂不予考虑。

热水浸泡试验HWT是按照CSA Z245.20-06标准第12.14节规定的下

列程序进行的（所用试验试件的尺寸3.5英寸×3.5英寸×3/8英寸，与CSA标准程序要求尺寸略有不同，除非另有规定）：

1）在试验试件浸泡之前，新鲜的自来水预先加热到规定的温度。

2）将试验试件放入预热的水里并且完全浸没。

3）按规定的时间要求（一般28天）使试验试件始终浸泡在水里。

4）取出试验试件时趁热用小刀在防腐层上刻划一个30×15 mm的矩形，要刻透防腐层直到底材。

5）试验试件用空气冷却到20±3℃。

6）在试件从热水里取出一小时内，用小刀尖插进刻划的矩形一个角的防腐层下面。

7）靠杠杆作用撬起防腐层。继续这样做直至取下刻划的矩形全部防腐层，或者事实证明靠杠杆作用确实是无法撬起防腐层的。

8）刻划的矩形范围内防腐层的附着力等级是如下划分的：

1级–明确防腐层是无法去除的。

2级–能够去除不足50%的防腐层。

3级–能够去除超过50%的防腐层，但是事实证明靠杠杆作用确实是无法撬起防腐层的。

4级–能够容易地成条或大片地去除防腐层。