管道三层结构防腐层的新的涂装工艺 【技术领域】
本发明涉及管道防腐层包覆技术，具体涉及地下管道三层结构防腐层的新的涂装技术。
背景技术
目前埋在地下的管道采用在钢管表面涂装防腐层，钢管“三层结构”防腐层包括三层聚乙烯(3PE或3LPE)和三层聚丙烯(3PP或3LPP)两种，是目前公认的最先进的管道防腐层，其适用范围广、防腐性能可靠。
三层结构特指底层为熔结环氧粉末涂层(FBE)、中间层为合成胶粘剂(包括α-烯烃与乙烯的共聚物胶粘剂、接枝聚合改性聚乙烯胶粘剂两类，AD)、外层为聚烯烃(包括聚乙烯，PE；聚丙烯，PP)的管道外防腐层。
现有三层结构防腐层的涂装工艺技术包括：
1、FBE的涂装
将钢管加热后(加热温度通常为180～230℃)，将环氧粉末喷涂到钢管表面，使环氧粉末涂料熔化、固化而形成底涂层。为了提高粉末涂料的利用率，改善底涂层成膜效果，通常采用静电粉末喷涂技术喷涂环氧粉末底涂层。
2、AD的涂装
将胶粘剂粒料投入塑料挤出机中，胶粘剂经过加热、塑化后，从模具口呈膜片基状挤出，塑料挤出机的挤塑温度一般控制在160～210℃；随FBE涂装之后，挤出的胶粘剂膜片缠绕到螺旋行进的钢管上，螺旋缠绕的胶粘剂边沿相互叠合，在钢管表面形成连续的胶粘剂中间层。
3、聚烯烃的涂装
将聚烯烃防腐颗粒料投入塑料挤出机中，物料经过加热、塑化后，从模具口呈膜片状挤出，塑料挤出机的挤塑温度一般控制在180～250℃；随AD涂装之后，挤出的物料膜片缠绕到螺旋行进的钢管上，螺旋缠绕的膜片相互叠合，根据厚度要求，设定叠合层数，通过适度的滚压，在钢管表面形成连续而致密的聚烯烃外层。
对小口径钢管的防腐涂装，则AD的涂装和聚烯烃的涂装常采用环状挤出包覆的技术，即将钢管直线送进，穿过AD和聚烯烃环形挤出模口，从环形模口挤出的AD及聚烯烃呈管状包覆到钢管上，形成三层结构防腐层。
但是现有技术存在以下不足：
三层结构防腐层的性能决定于三层材料的紧密结合，其中AD和聚烯烃因为二者分子具有相同的主链而得到很好的熔融结合。但FBE和AD的结合则存在一定不足。这个问题产生的原因是现有工艺的局限，FBE和AD的结合不仅需要二者官能团的结合，而且需要二者表面的微观啮合甚至融合。
1、化学结合方面的制约
现有工艺主要提供FBE和AD的化学反应结合，而这种结合受到FBE固化程度的影响：a、当FBE固化过度时，AD才涂装上去，AD中的酸酐基团和FBE中的环氧基团的化学反应数量下降，AD和FBE表层的化学结合不足；b、也可能受到温度偏低的影响，当温度偏低时(低于190℃，甚至更低)，AD中的酸酐基团和FBE中的环氧基团的化学反应能力降低，AD和FBE表层的化学结合不足，这种情况在使用低温固化环氧粉末时容易出现。
2、表面微观啮合及表层融合方面的制约
FBE粉末在未完全熔化之前，具有很高的粗糙度，但当FBE完全熔化、流平后，这种状态消失，此时缠绕AD，二者不能够形成表面啮合；如果在FBE未充分胶化前缠绕AD，则有可能在AD缠绕作用力的作用下，破坏FBE和钢管的整体结合完整性。这种制约使得二者无法建立起有效的表面微观啮合及表层融合。
上述问题影响到防腐层粘接力，尤其是使得国际GB/T埋地钢质管道聚乙烯防腐层技术标准规定的高温阴极剥离性能(最高运行温度，30d阴极剥离，剥离值≤15mm)不容易达到，这种情况在使用低温涂装三层结构防腐层时容易出现。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供管道三层结构防腐层的新的涂装工艺，提高三层结构的整体性，改善三层结构防腐层的抗阴极剥离性能，节约三层结构防腐层成本，为弯管防腐提供更为高效的涂层技术。
实现上述目的的技术方案为：
管道三层结构防腐层的新的涂装工艺，包括以下步骤：
1)FBE地涂装
将钢管加热到180～230℃，采用静电粉末喷涂技术将环氧粉末喷涂到钢管表面，使环氧粉末涂料熔化、固化而形成底涂层，涂层厚度80～200μm；
2)AD的涂装
在环氧粉末未完全胶化之前，将粉末胶粘剂涂装到(采用静电粉末喷涂技术喷涂到经过步骤1的)涂层钢管表面，涂装表面温度为170～225℃，胶粘剂涂层厚度为100-250μm；
3)聚烯烃的涂装
将聚烯烃防腐颗粒料投入塑料挤出机中，物料经过加热、塑化后，从模具口呈膜片状挤出，塑料挤出机的挤塑温度控制在180～250℃；随AD涂装之后，挤出的物料膜片缠绕到螺旋行进的钢管上，螺旋缠绕的膜片相互叠合，根据厚度要求，设定叠合层数，通过适度的滚压(排除层间气泡)，在钢管表面形成连续而致密的聚烯烃外层。
进一步地改进，步骤3)聚烯烃的涂装：将聚乙烯或聚丙烯粉末采用静电喷涂到经过步骤2)的钢管表面，涂装表面温度在170℃～250℃，喷涂结束后随即采用电加热或火焰加热红外、远红外加热器、加热炉，或者液化气、天然气燃气加热器、加热炉，对防腐层进行后续加热，使聚乙烯粉末层充分熔化、流平；或者将聚乙烯或聚丙烯粉末采用火焰喷涂技术喷涂到经过步骤2)的钢管表面，聚乙烯或聚丙烯粉末涂层厚度为450～1250μm。
步骤3)采用静电喷涂技术喷涂聚烯烃粉末的过程应在胶粘剂层未冷却之前完毕。
更进一步地改进，胶粘剂中间层涂装后，采用耐高温橡胶辊在胶粘剂表面以适度的压力进行滚压，可提高胶粘剂和环氧粉末两层间的融合程度和紧密性，从而提高三层结构的粘接力性能，30天阴极剥离性能可以提高2mm，如采用低温固化环氧粉末涂料，粉胶三层结构65℃，30d，-1.5v阴极剥离小于10mm。
采用改进的喷涂技术，即FBE、AD和聚烯烃三层均采用粉末原料，可作为弯管防腐涂层，与双层环氧粉末相比，涂层抗弯曲、抗划伤和抗冲击性能均显著提高，涂层绝缘电阻提高2个数量级；全粉三层结构可作为直管防腐涂层，以加强级三层结构(涂层总厚度1000μm)和普通级常规三层结构涂层(涂层总厚度3mm)相比，可以节约防腐材料费用40％以上；和双层环氧粉末涂层(涂层总厚度800μm)相比，可以节约防腐材料费用三分之一。
表1粉末胶粘剂对不同环氧粉末性能的适应性
表2胶粘剂层滚压工艺数据对比
表3防腐层每平米材料成本对比(理论值)
本发明具有以下有益效果：
1、提高三层结构的整体性，改善三层结构防腐层的抗阴极剥离性能。
2、节约三层结构防腐层成本。
3、为弯管防腐提供更为高效的涂层技术。
【具体实施方式】
实施例1
2)FBE的涂装
将钢管加热到185℃，采用静电粉末喷涂技术将环氧粉末喷涂到钢管表面，使环氧粉末涂料熔化、固化而形成底涂层，涂层厚度为100μm；
2)AD的涂装
在环氧粉末未完全胶化之前，采用静电粉末喷涂技术将粉末胶粘剂喷涂到经过步骤1)的钢管表面，AD涂层厚度为180μm；
采用耐高温橡胶辊在胶粘剂表面以适度的压力进行滚压；
3)聚烯烃的涂装
将聚烯烃防腐颗粒料投入塑料挤出机中，物料经过加热、塑化后，从模具口呈膜片状挤出，塑料挤出机的挤塑温度控制在210℃；随AD涂装之后，挤出的物料膜片缠绕到螺旋行进的钢管上，螺旋缠绕的膜片相互叠合，根据厚度要求，设定叠合层数，通过适度的滚压，在钢管表面形成连续而致密的聚烯烃外层，防腐层总厚度3.0mm。
实施例2
1)FBE的涂装
将钢管加热到205℃，采用静电粉末喷涂技术将环氧粉末喷涂到钢管表面，使环氧粉末涂料熔化、固化而形成底涂层，涂层厚度为120μm；
2)AD的涂装
在环氧粉末喷涂之后，随即采用静电粉末喷涂技术将粉末胶粘剂喷涂到经过步骤1)的钢管表面，AD涂层厚度为220μm；
采用耐高温橡胶辊在胶粘剂表面以适度的压力进行滚压；
3)聚烯烃的涂装
将聚烯烃防腐颗粒料投入塑料挤出机中，物料经过加热、塑化后，从模具口呈膜片状挤出，塑料挤出机的挤塑温度控制在235℃；随AD涂装之后，挤出的物料膜片缠绕到螺旋行进的钢管上，螺旋缠绕的膜片相互叠合，根据厚度要求，设定叠合层数，通过适度的滚压，在钢管表面形成连续而致密的聚烯烃外层，防腐层总厚度3.7mm。
实施例3
1)FBE的涂装
将钢管加热到225℃，采用静电粉末喷涂技术将环氧粉末喷涂到钢管表面，使环氧粉末涂料熔化、固化而形成底涂层，涂层厚度为150μm；
2)AD的涂装
在环氧粉末喷涂之后，随即采用静电粉末喷涂技术将粉末胶粘剂喷涂到经过步骤1)的钢管表面，AD涂层厚度为250μm；
3)聚烯烃的涂装
将聚烯烃防腐颗粒料投入塑料挤出机中，物料经过加热、塑化后，从模具口呈膜片状挤出，塑料挤出机的挤塑温度控制在210℃；随AD涂装之后，挤出的物料膜片缠绕到螺旋行进的钢管上，螺旋缠绕的膜片相互叠合，根据厚度要求，设定叠合层数，通过适度的滚压，在钢管表面形成连续而致密的聚烯烃外层，防腐层总厚度3.7mm。
实施例4
2)FBE的涂装
将钢管加热到210℃，采用静电粉末喷涂技术将环氧粉末喷涂到钢管表面，使环氧粉末涂料熔化、固化而形成底涂层，涂层厚度为80μm；
2)AD的涂装
在环氧粉末未完全胶化之前，采用静电粉末喷涂技术将粉末胶粘剂喷涂到经过步骤1)的钢管表面，AD涂层厚度为100μm；
3)聚烯烃的涂装
采用静电喷涂技术将聚乙烯粉末喷涂到经过步骤2)的钢管表面，在胶粘剂层冷却之前喷涂完毕，随后经过远红外随道炉，对防腐层进行后续加热，使聚乙烯粉末层充分熔化、流平。防腐涂层总厚度为500μm。
实施例5
1)FBE的涂装
将钢管加热到230℃，采用静电粉末喷涂技术将环氧粉末喷涂到钢管表面，使环氧粉末涂料熔化、固化而形成底涂层，涂层厚度为150μm；
2)AD的涂装
在环氧粉末未完全胶化之前，采用静电粉末喷涂技术将粉末胶粘剂喷涂到经过步骤1)的钢管表面，AD涂层厚度为250μm；
3)聚烯烃的涂装
采用火焰喷涂技术将聚丙烯粉末喷涂到经过步骤2)的钢管表面，防腐涂层总厚度为1500μm。
实施例6
1)FBE的涂装
将钢管加热到200℃，采用静电粉末喷涂技术将环氧粉末喷涂到钢管表面，使环氧粉末涂料熔化、固化而形成底涂层，涂层厚度为100μm；
2)AD的涂装
在环氧粉末未完全胶化之前，采用静电粉末喷涂技术将粉末胶粘剂喷涂到经过步骤1)的钢管表面，AD涂层厚度为200μm；
3)聚烯烃的涂装
采用静电喷涂技术将聚乙烯粉末喷涂到经过步骤2)的钢管表面，在胶粘剂层冷却之前喷涂完毕；随后采用天然气燃烧火焰，对防腐层进行后续加热，使聚乙烯粉末层充分熔化、流平。防腐涂层总厚度为800μm。
实施例7
1)FBE的涂装
将钢管加热到230℃，采用静电粉末喷涂技术将环氧粉末喷涂到钢管表面，使环氧粉末涂料熔化、固化而形成底涂层，涂层厚度为120μm；
2)AD的涂装
在环氧粉末喷涂之后，随即采用静电粉末喷涂技术将粉末胶粘剂喷涂经过步骤1)的钢管表面，AD涂层厚度为220μm；
3)聚烯烃的涂装
采用静电喷涂技术将聚乙烯粉末喷涂到经过步骤2)的钢管表面，在胶粘剂层冷却之前喷涂完毕。随后采用液化气燃烧热能，对防腐层进行空气加热，使聚乙烯粉末层充分熔化、流平。防腐涂层总厚度为1000μm。
实施例8
1)FBE的涂装
将钢管加热到230℃，采用静电粉末喷涂技术将环氧粉末喷涂到钢管表面，使环氧粉末涂料熔化、固化而形成底涂层，涂层厚度为120μm；
2)AD的涂装
在环氧粉末喷涂之后，随即采用静电粉末喷涂技术将粉末胶粘剂喷涂到经过步骤1)的钢管表面，涂层厚度为180μm；
3)聚烯烃的涂装
在胶粘剂粉末喷涂之后，随即采用静电粉末喷涂技术将聚乙烯粉末喷涂到经过步骤2)的钢管表面，随后采用电热红外加热器，对防腐层进行后续加热，使聚乙烯粉末层充分熔化、流平。涂层厚度为1250μm。