{首页主词},&

熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料涂層的失效分析

2016-02-17 12:03:41 作者：本網(wǎng)整理來(lái)源：景成化工分享至：

1、引言

任何有機(jī)涂料涂層都有一定的使用壽命，可以說(shuō)沒(méi)有不壞的涂料，如何盡量延長(zhǎng)涂層的使用年限是涂料界的一個(gè)永恒的課題。不同的產(chǎn)品對(duì)涂層壽命的要求也不一樣，例如：冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)、微波爐、洗碗機(jī)等家用電器的使用壽命一般十幾年以上就可以了。外表涂層以裝飾為主，購(gòu)買(mǎi)十幾年后即使涂層不壞，而壓縮機(jī)、管路、電機(jī)等核心部件也會(huì)磨損、老化以致?lián)p壞，最后整體報(bào)廢；而以防腐為主的功能性涂料的涂層使用壽命卻是越長(zhǎng)越好，因?yàn)樗鼈兊膽?yīng)用對(duì)象不是一個(gè)個(gè)簡(jiǎn)單的個(gè)體，而是一個(gè)龐大的線、網(wǎng)或群，影響千家萬(wàn)戶(hù)。例如鋼筋上的涂層一般與整個(gè)建筑物的壽命是同等的；輸油、輸氣、輸水的鋼管上防腐層的防腐效果關(guān)系到管道的使用壽命，一條幾千公里的管道有一點(diǎn)泄漏，也會(huì)導(dǎo)致整條管線停運(yùn)，還會(huì)造成國(guó)家財(cái)產(chǎn)和人身安全的巨大損害。涂層失效的原因有很多，不僅與涂料本身有關(guān)，而且涉及到涂料施工工藝、被涂基材表面處理、工件的使用環(huán)境等諸多方面。所以，涂層的失效分析被提到一定高度，研究人員需要研究涂層的失效機(jī)理，為研發(fā)新型涂料提供理論依據(jù)；生產(chǎn)企業(yè)更是需要了解涂層應(yīng)用過(guò)程失效的原因，以便改進(jìn)、提高涂料質(zhì)量；工程技術(shù)人員則需要掌握涂層失效分析的方法，現(xiàn)場(chǎng)分析、判斷引起涂層失效的可能因素，以避免在涂料工程中再次發(fā)生，所以說(shuō)研究涂料就要研究它的失效。

研究腐蝕的主要對(duì)象是金屬，尤其以鋼鐵的腐蝕最為重要，因?yàn)樗谴罅繎?yīng)用的材料，而且又極易腐蝕。將礦石冶煉成鋼需要消耗大量的能量，此能量潛存于鋼鐵中，鋼鐵是不穩(wěn)定態(tài)，它們隨時(shí)隨地可恢復(fù)至原始自然的化合態(tài)而釋放出能量，這在化學(xué)熱力學(xué)上是自發(fā)的過(guò)程，即腐蝕現(xiàn)象。人們利用鋼鐵及其合金的特性創(chuàng)建了今日的文明，所以保護(hù)鋼鐵等金屬，使存在于不穩(wěn)定狀態(tài)的金屬正常發(fā)揮功效，阻止它轉(zhuǎn)化為化合態(tài)（銹蝕），延長(zhǎng)物體的使用壽命是防腐工作的一項(xiàng)重要任務(wù)。

在防腐理論方面，已有許多科學(xué)家奠定了基礎(chǔ)，近年來(lái)進(jìn)展并不甚大；而在防腐蝕涂料的技術(shù)方面，則發(fā)展迅速新的涂料品種、新的涂裝工藝、新的應(yīng)用領(lǐng)域不斷涌現(xiàn)，熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料就是防腐領(lǐng)域非常重要的品種；隨著配套原材料、生產(chǎn)設(shè)備、檢測(cè)儀器、噴涂設(shè)備的配套齊全，粉末涂料有了前所未有的發(fā)展，無(wú)論在品種、數(shù)量、質(zhì)量、應(yīng)用和人們的認(rèn)識(shí)上都有大的飛躍；粉末涂料具有傳統(tǒng)溶劑型工業(yè)涂料不可比擬的優(yōu)良特性，無(wú)論在環(huán)境上、經(jīng)濟(jì)上、涂膜品質(zhì)上、涂裝效率上都有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)在粉末涂料已經(jīng)滲透到家用電器、汽車(chē)、機(jī)械儀表、家具、廚具、建筑材料、園林設(shè)施、電力設(shè)施、交通設(shè)施、輸油輸氣輸水管道防腐等領(lǐng)域。尤其是熔結(jié)環(huán)氧粉末以其獨(dú)特的功能，備受人們矚目，在輸送天然氣、原油、成品油、水、海水、污水等管道防腐領(lǐng)域大量使用，能夠有效防止土壤、大氣、水、有機(jī)溶劑、微生物、植物根系的腐蝕和破壞。

2、熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料

概述熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料是一種以環(huán)氧樹(shù)脂為基料的熱固性粉末涂料（加熱熔化，然后固化成膜，以后不再遇熱熔化），應(yīng)用于管道防腐領(lǐng)域已有50多年的歷史，最早服役的環(huán)氧粉末涂料涂層防腐的管線現(xiàn)在還依舊發(fā)揮著它們的作用，說(shuō)明其經(jīng)得起實(shí)踐和時(shí)間的考驗(yàn)。

熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料是一種以空氣為載體進(jìn)行輸送和分散的固體涂料，將其施涂于經(jīng)預(yù)熱的鋼鐵制品表面，熔化、流平、固化形成一道均勻的涂層，故得此名，英文名稱(chēng)FusionBonding Epoxy Powder Coatings，簡(jiǎn)稱(chēng)FBE。

FBE的每個(gè)顆粒都均勻地包含所有組成成分，使涂敷的操作過(guò)程以及形成的涂層都具有連續(xù)穩(wěn)定的均勻性。其優(yōu)異的物理性能、化學(xué)性能、使用性能、耐久性能、安全環(huán)保性能、經(jīng)濟(jì)性（涂層薄，只有300-500μm，成本低）得到防腐界普遍認(rèn)可，顯示出其強(qiáng)大的生命力，廣泛應(yīng)用于輸水、輸油、輸氣、建筑、高鐵、水利、采礦等方面，并發(fā)揮著其獨(dú)特作用。幾十年來(lái)，經(jīng)過(guò)不斷的發(fā)展完善，這項(xiàng)技術(shù)在管道領(lǐng)域已經(jīng)走向成熟，在不同的管徑、不同的傳輸介質(zhì)、不同的連接方式、不同的地理環(huán)境都有出色的表現(xiàn)。伴隨中國(guó)油氣管道業(yè)20年來(lái)的快速發(fā)展，F(xiàn)BE粉末涂料已獲得大規(guī)模應(yīng)用，產(chǎn)品配方、生產(chǎn)工藝和涂裝工藝技術(shù)日臻完善。特的功能，備受人們矚目，在輸送天然氣、原油、成品油、水、海水、污水等管道防腐領(lǐng)域大量使用，能夠有效防止土壤、大氣、水、有機(jī)溶劑、微生物、植物根系的腐蝕和破壞。

3、熔結(jié)環(huán)氧粉末

涂料的優(yōu)良特性防腐涂料有很多種類(lèi)，為什么FBE能夠一枝獨(dú)秀？這得益于其粉體涂裝方式（不含溶劑，V0C含量為零）和環(huán)氧樹(shù)脂獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)，環(huán)氧樹(shù)脂種類(lèi)很多，最常用的雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂其分子通式（如圖1所示）：

熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料涂層的失效分析從以上分子結(jié)構(gòu)可以看出：環(huán)氧基和羥基賦予樹(shù)脂反應(yīng)性，使樹(shù)脂固化物具有很強(qiáng)的內(nèi)聚力和粘接力；醚鍵和羥基是極性基團(tuán)，有助于提高浸潤(rùn)性和粘附力；醚鍵和c-c鍵使大分子具有柔順性；苯環(huán)賦予聚合物以耐熱性和剛性；異丙撐基減小分子間作用力，賦予樹(shù)脂一定韌性；-c-o-鍵的鍵能高，從而提高了耐堿性。主要缺點(diǎn)是：分子中的極性基團(tuán)導(dǎo)致分子有一定的親水性，芳醚鍵的存在導(dǎo)致樹(shù)脂耐紫外光性差、耐候性差、易粉化。

FBE是一種有機(jī)涂料，涂層就是一種高分子膜，能夠阻隔水、電解質(zhì)、氧等腐蝕因素，防止化學(xué)和電化學(xué)腐蝕，F(xiàn)BE涂層突出的性能就是其耐久性，涂層具有良好的抗化學(xué)品性、抗溶劑性；堅(jiān)韌、致密、耐磨，抗沖擊性及抗彎曲性?xún)?yōu)良；與鋼鐵之間能形成化合鍵，有極佳的附著力。環(huán)氧樹(shù)脂分子上富含羥基，不含有酯鍵（不水解），既有一定的水通過(guò)性，又有良好的絕緣電阻，與陰極保護(hù)配伍，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)效保護(hù)的目的；涂層具有很高的玻璃化溫度，應(yīng)用溫度范圍寬，能在-30-120℃之間保持最佳性能；FBE施工方便、無(wú)需底漆、固化迅速，特別容易實(shí)現(xiàn)流水線作業(yè)，涂裝效率高；工件檢測(cè)和修補(bǔ)簡(jiǎn)便，涂層質(zhì)量容易控制。涂層有一定的吸水性且耐候性差，不適合室外裝飾，而且涂敷需要專(zhuān)門(mén)的設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)施工性欠佳。

4、FBE涂層的工作原理與失效原理

4.1FBE的工作原理

將FBE施涂于經(jīng)預(yù)熱的鋼鐵制品表面，F(xiàn)BE快速熔化、潤(rùn)濕、流平、交聯(lián)、固化形成一道均勻的涂層即高分子膜，分子由低分子的線性預(yù)聚體交聯(lián)成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。這個(gè)膜即有附著力又有韌性，并且能夠阻隔水、電解質(zhì)、氧的滲入，防止腐蝕的發(fā)生。大多數(shù)情況下附著力來(lái)自次級(jí)化學(xué)鍵或極性鍵，次級(jí)化學(xué)鍵是極性相互作用，如氫鍵和范德華力這些力依靠分子內(nèi)的電荷分布不均勻，使得產(chǎn)生偶極子。這樣，分子帶有正電荷部分的一端，會(huì)被臨近帶有負(fù)電荷的部分的分子吸引。環(huán)氧樹(shù)脂上由原子構(gòu)成的官能團(tuán)如羥基（OH）和固化劑中胺基（NH）具有顯著不同的電負(fù)性，與基材容易形成極性鍵。如果固化溫度到達(dá)230℃，則FBE涂層可能與鋼鐵表面形成化合鍵，附著力進(jìn)一步提高。

涂層必須與基材形成親密的物理接觸才能實(shí)現(xiàn)良好的粘接，無(wú)論化合鍵還是次級(jí)鍵，都只發(fā)生在只有幾A（10-10m）的距離內(nèi)，F(xiàn)BE熔化并與鋼鐵親密接觸的過(guò)程叫潤(rùn)濕，只有充分的潤(rùn)濕才有好的附著力。FBE高溫熔化粘度很大，并且很快固化，要想充分潤(rùn)濕必須要有好的前處理（去除氧化鐵皮、灰塵、油污、打出錨紋），管道和鋼筋一般采用噴砂或拋丸的前處理方式，不但有利于潤(rùn)濕，還增大了接觸面積，影響表面張力，提高了機(jī)械結(jié)合力，附著力會(huì)顯著提高。

至少在一定程度上涂層都具有阻隔性和滲透性，這也是FBE涂層保護(hù)好基材的關(guān)鍵因素，F(xiàn)BE涂層能夠阻隔水、氧、鹽分的滲入，又對(duì)水有一定的通過(guò)性，這樣既保護(hù)了基材不受電化學(xué)腐蝕，又能讓陰極保護(hù)發(fā)揮作用。

4.2失效原理

任何涂層都有可能失效，F(xiàn)BE也不例外，一般人們普遍地將涂料失效的原因歸咎于四個(gè)方面，即涂料質(zhì)量因素；涂層的制作因素；涂料的選擇因素；涂層的服役環(huán)境因素。涂層失效可能是上述四個(gè)原因之一引起的，也可能是其中幾個(gè)原因共同引起的。

4.2.1FBE的質(zhì)量

因素涂料的質(zhì)量與其原材料、生產(chǎn)工藝、配方、運(yùn)輸、儲(chǔ)存的環(huán)節(jié)有關(guān)。

FBE的質(zhì)量，與原材料選擇、配方設(shè)計(jì)、加工工藝息息相關(guān)。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)有些環(huán)氧樹(shù)脂生產(chǎn)廠家為了降低成本，在生產(chǎn)環(huán)氧樹(shù)脂過(guò)程中添加一定比例的聚酯中間體，這種材料價(jià)格便宜，但是都是聚酯成分，而且沒(méi)有官能團(tuán)，不參加化學(xué)反應(yīng)，對(duì)FBE的固化性能、耐水性、耐陰極剝離性、機(jī)械強(qiáng)度、附著力都有很大影響。

有些FBE應(yīng)用在特殊環(huán)境下，需要使用部分改性環(huán)氧，以提高交聯(lián)密度或提高韌性等，因?yàn)檫@些材料價(jià)格比較高，被有些FBE生產(chǎn)廠家棄用，而達(dá)不到預(yù)期的性能。

配方設(shè)計(jì)，就是根據(jù)產(chǎn)品的性能要求和工藝條件合理地選用原材料，確定各種原材料的用量和配比關(guān)系。FBE是由環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑、顏料、填料和助劑等組成，其中各個(gè)組分之間存在著復(fù)雜的物理和化學(xué)作用，目前尚不能完全用理論計(jì)算的方法確定各種原材料的配比，在一定程度上仍依賴(lài)于長(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)。配方設(shè)計(jì)是一項(xiàng)專(zhuān)業(yè)性很強(qiáng)的技術(shù)工作，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和成本有決定性的影響，此外合理的配方又是保證加工性能的關(guān)鍵。因此配方設(shè)計(jì)在FBE生產(chǎn)中是個(gè)重要的環(huán)節(jié)。配比不合理的涂料流入市場(chǎng)，肯定會(huì)造成涂層的不合格，所以需要多個(gè)檢測(cè)環(huán)節(jié)對(duì)質(zhì)最把關(guān)，以防萬(wàn)一。

配方設(shè)計(jì)的目的不單純是為了研究原材料的配比組合，更重要的是了解原材料的基本性質(zhì)，各種配比對(duì)FBE性能的影響。以及與工藝性能的關(guān)系，進(jìn)而了解各種結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。在謀求經(jīng)濟(jì)合理的同時(shí)，獲得最好的綜合性能，制成物美價(jià)廉的產(chǎn)品。

運(yùn)輸和儲(chǔ)存環(huán)節(jié)主要是防止粉末結(jié)塊、吸潮、變質(zhì)，F(xiàn)BE含有能夠反應(yīng)的環(huán)氧樹(shù)脂和固化劑，是一種非常活波的材料，一定情況下會(huì)發(fā)生輕微的化學(xué)反應(yīng)。常溫下FBE粉末的儲(chǔ)存期最長(zhǎng)一年，超過(guò)40℃還要縮短。過(guò)期或變質(zhì)的粉末可能結(jié)塊、膠化時(shí)間變短、流平變差、機(jī)械性能和耐化學(xué)性能變差等。

4.2.2FBE涂層施工因素

4.2.2.1基材前處理

涂裝前良好的表面處理，對(duì)提高鋼管的使用壽命可以起到事半功倍的效果。采用好的涂層，就如同給鋼結(jié)構(gòu)“穿”上了一件遮擋腐蝕的外衣，達(dá)到良好的涂層保護(hù)效果，涂裝前良好的表面處理是必不可少的，它可以增加涂層與鋼管的接觸面積，使這件外衣牢牢地附著在鋼結(jié)構(gòu)表面，持久地?fù)?dān)當(dāng)起保護(hù)鋼管的重任。

鋼管剛出廠時(shí)，表面完整地覆蓋著一層堅(jiān)硬的氧化皮，這一層氧化皮肉眼看起來(lái)很緊密，但實(shí)際上有許多縫隙，這些縫隙會(huì)滲透水和氧氣。氧化皮大體上是由三層鐵的氧化物組成的，表層是Fe2O3，中間層Fe3O4，與金屬表面直接接觸的是FeO·Fe203在化學(xué)上是穩(wěn)定的，而FeO很不穩(wěn)定，在水和氧的作用下，F(xiàn)eO很容易水解成鐵的氫氧化物，這樣，上述水解作用和腐蝕就會(huì)慢慢從縫隙開(kāi)始。并沿著金屬和氧化皮的界面向內(nèi)深入，在界面上生成較大體積的銹蝕產(chǎn)物，從而引起氧化皮表層應(yīng)力的變化，而氧化皮本身沒(méi)有延展性，這樣氧化皮很快就會(huì)帶著它外面的涂層一起剝落下來(lái)。此外溫度的變化、機(jī)械作用等物理因素也會(huì)引起氧化皮翹起或剝落。另外，從電化學(xué)觀點(diǎn)看，氧化皮的電極電位比金屬鐵本身要正0.15-0.20V,當(dāng)鋼板的大部分表面上仍附有氧化皮時(shí)，在腐蝕性介質(zhì)中氧化皮部分便構(gòu)成一個(gè)大陰極，而在氧化皮不連續(xù)處的鋼管表面則構(gòu)成一個(gè)小陽(yáng)極，從而發(fā)生嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕。同時(shí)我們大量的試驗(yàn)證實(shí)，除去氧化皮以后再涂裝的工件比帶有氧化皮的工件受保護(hù)的效果更好。因此，要提高防護(hù)涂層的附著力，必須有好的前處理。

4.2.2.2FBE涂層的涂敷工藝

FBE是熱固性粉末涂料，加工工藝主要指粉末涂裝的固化溫度和固化時(shí)間，只有完全固化才能獲得涂層良好的物理性能和化學(xué)性能。被涂敷的大口徑管道一般長(zhǎng)為12米，利用余熱使之固化，凝膠時(shí)間必須足夠快，使之冷卻前完全固化；同時(shí)，固化速度又要足夠慢，使表面適當(dāng)潤(rùn)濕和流平，浸潤(rùn)到錨紋深處，這是一對(duì)矛盾；因?yàn)槿劢Y(jié)環(huán)氧粉末涂料FBE是熱固性涂料，涂裝后，不但要流平，而且要完全固化，要發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的大分子，這需要在一定溫度下，保持一段時(shí)間，使之完全反應(yīng)和熟化，如果沒(méi)有完全反應(yīng)，固化百分率達(dá)不到95%以上，則涂層的物理、化學(xué)性能不能實(shí)現(xiàn)，涂膜中的樹(shù)脂還是脆的預(yù)聚體，沒(méi)有強(qiáng)度和耐性，更談不上對(duì)鋼管的保護(hù)，這一點(diǎn)在熔結(jié)環(huán)氧粉末的使用中是非常重要的，只有固化率達(dá)到95%以上才認(rèn)為是完全固化，不完全固化或過(guò)固化對(duì)涂層質(zhì)量都是有害的。在固化溫度高于260℃時(shí)，涂層分子鏈易斷裂，造成降解、分解等副反應(yīng)，涂層被烤焦，達(dá)不到應(yīng)有的性能，且基材的金相結(jié)構(gòu)也有可能發(fā)生改變，影響管道的主體強(qiáng)度。

總之，要想獲得好的附著力必須有好的前處理，好的環(huán)氧粉末，好的固化工藝，否則涂層失效是不可避免的。

4.2.3FBE應(yīng)用選擇

FBE有很多品種，每一種都有其特點(diǎn)，性能指標(biāo)各有所側(cè)重。施工和應(yīng)用都不盡相同，我們選擇FBE的原則是“物盡其用”。不同的工件采用不同的FBE和施工工藝。例如：管道內(nèi)涂FBE要求涂層致密、堅(jiān)硬耐磨，減少輸送介質(zhì)的二次污染，降低摩擦阻力，延長(zhǎng)鋼質(zhì)管道的使用壽命，提高管道輸送效率；而管道外涂層則側(cè)重涂層的韌性和抗沖擊能力，表面流平放在第二位，畢竟保護(hù)作用最重要，兩者用反了就達(dá)不到預(yù)期目的。再如：鋼筋涂層因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)折彎的要求，所以韌性是放在第一位的，而管道內(nèi)涂FBE則把附著力放在第一位。這兩種材料也是不能混用，所以說(shuō)合理地選擇FBE與生產(chǎn)FBE同等重要。

4.2.4FBE服役環(huán)境因素管道遍布世界各地，從陸地到海洋，從城市到鄉(xiāng)村，從赤道到極地，從地面到地下，從平原到山地、河流、湖泊、沼澤、草原、沙漠，每處的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、溫度、大氣、水體、雜散電流都不盡相同，所以腐蝕狀況也不一樣。雖然FBE涂層有很寬的適用范圍，但是也要區(qū)別對(duì)待。有些地方用普通級(jí)防腐就可以，腐蝕苛刻的地方就要用加強(qiáng)級(jí)，有些特殊管道，例如：注水管道，就要用高交聯(lián)密度的耐高溫涂層，如果使用普通FBE涂層，由于涂層玻璃化溫度低于環(huán)境溫度，會(huì)很快軟化、脫落并堵塞管道。

5、涂層失效各種表現(xiàn)方式及失效分析

5.1孔隙

孔隙就是涂層表面或內(nèi)部不連續(xù)部分，粉末涂料是以空氣為載體的涂料，F(xiàn)BE固化迅速，在成膜之后微量的空氣或揮發(fā)分封閉在涂層中或沖破涂層就形成孔隙，對(duì)于快速固化的熱噴涂涂層孔隙是不可避免的，但通過(guò)改進(jìn)粉末和涂裝工藝可以把空隙控制到無(wú)危害程度。在顯微鏡可清晰發(fā)現(xiàn)斷面和粘接面的孔隙（如圖2、圖3）。

熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料涂層的失效分析熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料涂層的失效分析SY/T-0442標(biāo)準(zhǔn)把孔隙率由低到高分為5級(jí)，2級(jí)以下認(rèn)為是合格的，過(guò)多的孔隙會(huì)吸收水分，并沿界面擴(kuò)散，消散涂層與鋼鐵底材的結(jié)合力，嚴(yán)重的導(dǎo)致脫層。

5.2氣泡

良好的FBE涂層除了能屏蔽水、氧、離子透過(guò)外，尚必須具有保持高度的附著力，涂膜對(duì)金屬的附著力，除了個(gè)別來(lái)自主價(jià)鍵，絕大多數(shù)來(lái)自次價(jià)鍵力：氫鍵和范德華力，當(dāng)涂膜浸入水后，水分子透過(guò)涂膜達(dá)到金屬界面，對(duì)極性基團(tuán)置換取代，特別是滲透到孔隙并延界面蔓延，在滲透壓和熱量膨脹的作用下產(chǎn)生氣泡，而使涂層局部剝離。

5.3漏點(diǎn)

所謂漏點(diǎn)，英文是holiday，指防腐層上的不連續(xù)點(diǎn)或貫通的鐵屑雜質(zhì)。FBE漏點(diǎn)檢測(cè)的實(shí)質(zhì)就是檢查和發(fā)現(xiàn)鋼管表面局部的防腐層不完整。如孔隙、貫通涂層的導(dǎo)電物質(zhì)如磁性物，這些部位就是將來(lái)有可能比較快地受到腐蝕介質(zhì)如水溶液的浸蝕，而發(fā)生腐蝕破壞的部位。因此，對(duì)防護(hù)性的涂層，尤其是防腐層的連續(xù)性或稱(chēng)為完整性的檢測(cè)在防腐蝕涂裝施工驗(yàn)收中占有十分重要的地位。

埋地鋼質(zhì)管道防腐層的漏點(diǎn)檢測(cè)，要比其他行業(yè)的防腐蝕涂裝更為重要，這不僅是留下一個(gè)涂層漏點(diǎn)，也留下了一處涂層隱患。由于管道防腐層的完整性直接影響到陰極保護(hù)的電流密度的大小和陰極保護(hù)的經(jīng)濟(jì)性。因此在埋地管道防腐層的施工過(guò)程中，無(wú)論是在防腐預(yù)制廠里防腐涂層管的生產(chǎn)預(yù)制過(guò)程中，或者是將防腐好的防腐層管搬運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)的焊接、補(bǔ)口等工藝過(guò)程的施工中，都要對(duì)管道外的防腐層進(jìn)行漏點(diǎn)檢測(cè)。尤其在下溝前，應(yīng)進(jìn)行全線100%電火花檢漏。檢漏的方法通常都使用高壓電火花檢漏儀。對(duì)于檢測(cè)出的漏點(diǎn)可用雙組份無(wú)溶劑環(huán)氧涂料修補(bǔ)。

5.4損傷

所謂的損傷是指防腐后的管道在搬運(yùn)、運(yùn)輸、施工等過(guò)程中造成的破損。大面積的損傷說(shuō)明涂層失效，需要重涂，小面積的損傷，可以用雙組份無(wú)溶劑環(huán)氧涂料修補(bǔ)。
5.5陰極

剝離陰極保護(hù)作為埋地管線的防腐蝕手段之一，得到了廣泛應(yīng)用，在防止鋼管電化學(xué)腐蝕方面效果顯著。陰極保護(hù)所帶來(lái)的負(fù)面作用也早已為各國(guó)的防腐工作者所認(rèn)同，副作用之一是陰極反應(yīng)產(chǎn)物導(dǎo)致防腐層局部剝離而使涂層失效。原理就是陰極部位析氫和堿性增強(qiáng)導(dǎo)致，所以要求FBE要有足夠的附著力和耐堿性；從原材料的角度出發(fā)環(huán)氧樹(shù)脂有較高的官能度和活性，不含任何酯類(lèi)物質(zhì)，成膜后涂層有較高的交聯(lián)密度，附著力和耐滲透性提高，抑制陰極剝離的發(fā)生。

5.6脫層

所謂脫層就是附著力不好，造成的涂層與鋼管脫離。原因與前處理、FBE質(zhì)量、加工工藝等有關(guān)：

FBE不含溶劑，是高溫快速固化的熱固性涂料，熔融成粘流態(tài)并保持的時(shí)間很短，涂料流動(dòng)和潤(rùn)濕基材的能力有限，所以前處理的好壞對(duì)粉末涂料來(lái)說(shuō)比液體的油漆更為重要。

FBE固化不僅生成高分子薄膜，同時(shí)它也是良好的粘合劑。單純的塑料薄膜并不能阻止金屬腐蝕，它必須緊密地粘合在鋼鐵表面才能阻隔腐蝕介質(zhì)滲入。通常涂料附著于鋼鐵表面是由于分子間的次價(jià)鍵的極性吸引力，如氫鍵和范德華力。。吸引力的大小與分子間距離的6次方成反比，越近越大；但吸引力范圍必須在5A以?xún)?nèi)才有效，即氧原子直徑的3倍以?xún)?nèi)。所以鋼鐵表面若有油污即使單分子的油污也會(huì)超過(guò)5A，會(huì)使涂層失去附著力，脫層而失效。

6、試驗(yàn)方法

腐蝕是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，有時(shí)試驗(yàn)一個(gè)涂層的好壞，在一般狀態(tài)下。要用幾年的時(shí)間考驗(yàn)，周期太長(zhǎng)，起不到指導(dǎo)作用。于是人們利用一些極端的方法，能在短時(shí)期內(nèi)夠判斷出試驗(yàn)結(jié)果。鹽霧試驗(yàn)、水煮試驗(yàn)、陰極剝離試驗(yàn)、DSC試驗(yàn)就是考驗(yàn)粉末涂層的附著力和耐滲透性的強(qiáng)化或科學(xué)的試驗(yàn)方法，對(duì)FBE生產(chǎn)和涂裝都有一定的指導(dǎo)意義。

6.1水煮

附著力試驗(yàn)把涂裝好的樣板放置到水中浸泡以后測(cè)試附著力叫濕附著力，濕附著力是涂層防腐性能的一個(gè)關(guān)鍵因素。如果放置在高溫的水中（一般選擇75℃或95℃），熱的水其分子運(yùn)動(dòng)速度加快，滲透性也加快，這種方法能短時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)涂層附著力的下降情況，也就是水煮附著力試驗(yàn)，是對(duì)涂層、前處理等方面的一個(gè)綜合考驗(yàn)。水煮后的樣板及附著力試驗(yàn)。

6.2陰極剝離試驗(yàn)

上面我們講到過(guò)陰極剝離，陰極剝離是涂裝金屬遭到破壞的一種常見(jiàn)形式。涂裝的鋼鐵常采用陰極保護(hù)手段防止腐蝕。陰極保護(hù)不理想的后果之一是有缺陷處的涂層，由于陰極反應(yīng)而失去附著力，涂層會(huì)從金屬上分離，這種現(xiàn)象稱(chēng)為陰極剝離。我們模仿陰極保護(hù)過(guò)程，人為制作電解質(zhì)溶液、漏點(diǎn)，及陰極保護(hù)電流觀察陰極部位剝離的半徑，就是陰極剝離試驗(yàn)。陰極剝離試驗(yàn)與溫度、電解質(zhì)種類(lèi)和濃度、施加電位、涂膜厚度、前處理等有關(guān)。試驗(yàn)?zāi)軌蛟诙唐趦?nèi)顯示出涂層的耐陰極剝離能力。
6.3鹽霧試驗(yàn)

人工模擬鹽霧環(huán)境試驗(yàn)是利用一種具有一定容積空間的試驗(yàn)設(shè)備一一鹽霧試驗(yàn)箱，在其容積空間內(nèi)用人工的方法，造成鹽霧環(huán)境來(lái)對(duì)產(chǎn)品的耐鹽霧腐蝕性能質(zhì)量進(jìn)行考核，觀察樣板的銹蝕、蔓延、起泡和剝離程度。它與天然環(huán)境相比，其鹽霧環(huán)境的氯化物的鹽濃度，可以是一般天然環(huán)境鹽霧含量的幾倍或幾十倍，使腐蝕速度大大提高，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)，得出結(jié)果的時(shí)間也大大縮短。

6.4DSC差示掃描量熱試驗(yàn)

差示掃描量熱法（DSC）是在程序控制溫度下，測(cè)量輸給物質(zhì)和參比物的功率差與溫度關(guān)系的一種技術(shù)。粉末涂料因?yàn)椴缓軇瑳](méi)有溶液殘留問(wèn)題，最適合用DSC進(jìn)行表征。由于FBE是高溫固化，具有相對(duì)高、清晰而容易測(cè)定粉末的玻璃化溫度，固化放熱量、涂層的玻璃化溫度、固化百分率、固化速度等參數(shù)，可以為防腐廠使用FBE提供施工和質(zhì)量控制的依據(jù)。DSC就像一雙特殊的眼睛，測(cè)量FBE的應(yīng)用參數(shù)和涂層參數(shù)，為管道涂敷生產(chǎn)服務(wù)。

7、防腐粉末涂料的應(yīng)用領(lǐng)域及失效分析

7.1FBE在石油、天然氣管道領(lǐng)域的應(yīng)用

進(jìn)入21世紀(jì)，天然氣以環(huán)保方面的優(yōu)勢(shì)，超過(guò)石油和煤炭成為世界一次能源的首選。我國(guó)天然氣儲(chǔ)量豐富，但多分布于西部偏遠(yuǎn)地區(qū)，而消費(fèi)市場(chǎng)主要集中在我國(guó)經(jīng)濟(jì)相對(duì)發(fā)達(dá)、人口密集的東部，21世紀(jì)初我國(guó)開(kāi)始鋪設(shè)了“西氣東輸”一線，2008年初，世界最長(zhǎng)的跨國(guó)天然氣管線“西氣東輸二線”工程正式開(kāi)工，2012年10月16日西氣東輸三線工程開(kāi)工，建成后每年可向沿線市場(chǎng)輸送300億m3天然氣，可滿(mǎn)足東部地區(qū)尤其是燃?xì)怆姀S日益增長(zhǎng)的天然氣需求及日益提高的環(huán)境保護(hù)要求。

熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料涂層的失效分析管道運(yùn)輸正成為全球經(jīng)濟(jì)一體化發(fā)展的新方向，中國(guó)將成為世界油氣管網(wǎng)建設(shè)的中心地區(qū)之一，今后，中國(guó)油氣管道建設(shè)將朝著大口徑、大流量和立體網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。大口徑油氣管道總里程2015年將超過(guò)15萬(wàn)km，形成資源多元、調(diào)運(yùn)靈活和供應(yīng)穩(wěn)定的全國(guó)能源保障系統(tǒng)。各地的城市管網(wǎng)也在緊鑼密鼓地進(jìn)行著，大量使用單層FBE、雙層FBE和3PE進(jìn)行管道外防腐。

單層FBE和雙層FBE主要失效模式有：有些防腐廠家，片面追求產(chǎn)量，涂敷運(yùn)行速度過(guò)快造成的涂層不完全固化（有時(shí)與季節(jié)更替造成的氣溫變化有關(guān)）；粉末質(zhì)量和固化工藝造成的孔隙和漏點(diǎn)；運(yùn)輸和施工過(guò)程中的損傷等。

3PE防腐方式的失效方式主要有：管頭涂層翹邊；陰極保護(hù)電流屏蔽；焊縫后坡空鼓；涂層劃傷；內(nèi)層環(huán)氧粉末涂料漏涂等。

3PE防腐涂裝一般采用中頻加熱，管頭部位接觸外界面積大，涂裝時(shí)溫度一般較中部偏低，底層的FBE層如果固化不完全，粘接強(qiáng)度就會(huì)較低。而從鋼管端頭部位脫層，即翹邊。同時(shí)側(cè)向纏繞的中間的膠層及外面的PE層都是靠輥壓的方式涂敷的，難免在突出的焊縫處造成空鼓。

陰極保護(hù)是一種用于防止金屬在電介質(zhì)（海水、淡水及土壤等介質(zhì)）中腐蝕的電化學(xué)保護(hù)技術(shù)，該技術(shù)的基本原理是對(duì)被保護(hù)的金屬表面施加一定的直流電流，使其產(chǎn)生陰極極化。當(dāng)金屬的電位負(fù)于某一電位值時(shí)，腐蝕的陽(yáng)極溶解過(guò)程就會(huì)得到有效抑制。

當(dāng)陰極保護(hù)電流真正具有通達(dá)管子金屬的通道時(shí)，陰極保護(hù)才是非常有效的。當(dāng)防腐層發(fā)生剝離或者起泡時(shí)，大多數(shù)類(lèi)型的防腐層會(huì)使保護(hù)電流偏離它們?cè)械睦硐胪ǖ溃Y(jié)果，陰極保護(hù)電流無(wú)法充分保護(hù)管子的外表面，這樣的防腐層稱(chēng)為“屏蔽型”管道防腐層，3PE防腐層就屬于屏蔽型的，這主要是因?yàn)镻E層隔絕電流造成的，而單層FBE屬于可滲透的“非屏蔽型”的防腐層，盡管涂料的電阻很高。但是，電流還是能夠直接穿過(guò)熔結(jié)環(huán)氧粉末（FBE）屏障到達(dá)防腐層下的鋼質(zhì)底材，在防腐層剝離情況下依然形成高pH值環(huán)境，防止腐蝕的發(fā)生。

7.2在油田注水管道上的應(yīng)用

注水采油技術(shù)是國(guó)內(nèi)各大油田提高原油采收率的主要方法，隨著油田開(kāi)采時(shí)間的增長(zhǎng)，注水水質(zhì)的不斷惡化，硫酸鹽氧化還原菌的不斷增多，而且井下溫度高，油田井下管柱和輸油管線的腐蝕及結(jié)垢問(wèn)題，一直是困擾油氣開(kāi)采和輸送的頑癥，所造成的嚴(yán)重?fù)p失令人觸目驚心。水溫對(duì)溶解氧引起的鋼鐵腐蝕過(guò)程有較大的影響。在封閉系統(tǒng)中，水的溫度愈高，金屬腐蝕的速度愈快。這是因?yàn)椋瑴囟壬邥r(shí)，各種物質(zhì)在水溶液中的擴(kuò)散速度加快和電解質(zhì)水溶液的電阻降低，這些都會(huì)加速腐蝕電池陰陽(yáng)兩極的電極過(guò)程。有些涂敷好的注水管道，在井下惡劣的環(huán)境中，涂層不到一年就失效脫落而堵塞管道，而使整口井報(bào)廢。

水、氧和離子是腐蝕的三要素。防腐涂層是一種高聚物薄膜，能不同程度地阻緩上述三因素的透過(guò)而發(fā)揮防腐蝕作用，溫度升高，從微觀來(lái)看就是水分子的運(yùn)動(dòng)加快，對(duì)涂層的滲透性也就加強(qiáng)。如何更好地降低透水性、透氧性、透離子性、吸水性，提高涂層的交聯(lián)密度和玻璃化溫度Tg使環(huán)氧涂層更致密、具有優(yōu)異的屏蔽能力，是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。

7.3在小口徑給水管道上的應(yīng)用

在小管徑給排水管道、消防管道領(lǐng)域，國(guó)家出臺(tái)禁用內(nèi)鍍鋅鋼管政策，涂塑鋼管因價(jià)格低廉、使用范圍廣、操作簡(jiǎn)便、安全可靠而倍受青睞，成為取代鍍鋅管的主導(dǎo)產(chǎn)品，成功應(yīng)用于城市給排水、消防、工廠腐蝕介質(zhì)輸送、樓宇消防、地鐵和隧道給排水、海水淡化工程等領(lǐng)域，而涂覆鋼管的主要防腐材料就是環(huán)氧粉末，提高了管道的使用壽命，涂塑鋼管的使用壽命在50年以上。主要失效模式是：管壁薄，蓄熱量不足，有些加熱方式不能使涂層完全固化，而在安裝使用中出現(xiàn)脫層、開(kāi)裂。同時(shí)薄壁管采用的是溝槽連接，安裝施工中有時(shí)會(huì)截取管道后壓槽，這種做法對(duì)涂層傷害很大，輕者產(chǎn)生微裂紋，埋下隱患，重者使管道涂層完全報(bào)廢。

7.4在煤礦管道上的應(yīng)用

煤礦在開(kāi)采煤炭資源過(guò)程中會(huì)伴隨著多種災(zāi)害事故的發(fā)生，在這些事故中瓦斯爆炸無(wú)疑是最嚴(yán)重的，它不光是造成的損失最大，發(fā)生的頻率也是最大的，根據(jù)每年國(guó)家煤監(jiān)局的事故統(tǒng)計(jì)來(lái)看，煤礦發(fā)生一次死亡10人以上的特大事故中，絕大多數(shù)是瓦斯爆炸，約占特大事故總數(shù)的70%左右，為此，瓦斯可稱(chēng)為煤礦安全的最大威脅者。

防止瓦斯爆炸的主動(dòng)防護(hù)措施就是防止電火花的產(chǎn)生，涂塑鋼管用的粉末塑添加了導(dǎo)電劑和阻燃劑，使靜電荷不能在涂層表面積累，不會(huì)突然放電而產(chǎn)生電火花并且在長(zhǎng)期使用中不燃燒，不軟化。現(xiàn)在，F(xiàn)BE在煤礦領(lǐng)域也有許多應(yīng)用，如：排水管、煤礦通風(fēng)管、瓦斯管等，這種管道在滿(mǎn)足機(jī)械性能的同時(shí)，還要具備導(dǎo)靜電和阻燃的性能符合煤礦井下用塑料管安全性能檢驗(yàn)規(guī)范，MT181-1988標(biāo)準(zhǔn)，這種粉末也就是所謂的“雙抗”粉末。主要失效模式：因?yàn)橹饕捎镁浇糠绞剑繉由媳∠潞瘢竦南露穗娮杪蔬_(dá)不到106Ω，有可能達(dá)不到導(dǎo)電要求；管體入井前溫度過(guò)高造成的氣泡和孔隙等。

7.5在閥門(mén)管件上的應(yīng)用

隨著管道事業(yè)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)閥門(mén)管件產(chǎn)品也在向高技術(shù)含量、高標(biāo)準(zhǔn)、耐腐蝕、高壽命方向發(fā)展，這對(duì)閥門(mén)的涂層及涂裝技術(shù)提出了更高的要求。熱噴涂的FBE非常適合異形管件的涂覆。例如：西氣東輸?shù)乳L(zhǎng)輸管線需要大量彎頭，這種異形件不方便搬運(yùn)，有時(shí)拖拉會(huì)造成涂層劃傷，雙層FBE便很好地解決這一問(wèn)題，另外，閥門(mén)、水表、接頭等異形件對(duì)外觀要求較高，這些工件雖然尺寸不大，但是有足夠的壁厚，熱噴涂后FBE迅速熔化、流平，工件余熱能夠保證涂層完全固化，所以在保證外觀、內(nèi)在質(zhì)量的同時(shí)，工作效率比傳統(tǒng)的液體涂料大大提高。

主要失效模式是：管件都是異形件，各個(gè)部位薄厚不一致，不能使各部位固化完全一致，可能產(chǎn)生有些部位過(guò)烘烤或欠烘烤而產(chǎn)生局部脫落。

7.6在涂層鋼筋上的應(yīng)用

所謂環(huán)氧樹(shù)脂涂層鋼筋是一種在普通鋼筋表面涂覆一層FBE保護(hù)層的鋼筋，涂層厚度一般在180-300μm。采用這種鋼筋能有效防止處于惡劣環(huán)境條件下的鋼筋被腐蝕，從而大大提高工程結(jié)構(gòu)的耐久性。

鋼筋用熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料具有快速固化、厚度均勻、柔韌性好、抗彎曲性好、工作溫度范圍寬泛、機(jī)械性能優(yōu)異、抗泥漿摩擦、抗陰極剝離、抗化學(xué)性能良好等眾多優(yōu)勢(shì)。

環(huán)氧涂層鋼筋產(chǎn)品主要應(yīng)用于鐵路、公路、橋梁、高層建筑地下室、地下車(chē)庫(kù)、海港、碼頭、水壩及污水處理池、化工等行業(yè)需重防腐的部位。1973年美國(guó)的賓西法尼亞大橋首先使用了環(huán)氧涂層鋼筋，以后，許多高速公路、鹽湖城國(guó)際機(jī)場(chǎng)等都使用了環(huán)氧涂層鋼筋。該環(huán)氧涂層鋼筋與裸鋼筋相比，因涂裝費(fèi)用而引起的額外費(fèi)用，只占工程總費(fèi)用的2%左右，但由此可延長(zhǎng)鋼筋使用壽命50年以上，這在美國(guó)等先進(jìn)國(guó)家得到證實(shí)。從環(huán)氧鋼筋的防護(hù)要求、施工性能、技術(shù)成熟度、經(jīng)濟(jì)性等方面來(lái)看，目前我國(guó)已達(dá)到實(shí)用化的階段，并已而在某些工程中開(kāi)始使用，應(yīng)用前景廣闊。

中國(guó)的高速鐵路建設(shè)始于1999年所興建的秦沈客運(yùn)專(zhuān)線。經(jīng)過(guò)10多年的建設(shè)和對(duì)既有鐵路的高速化改造，中國(guó)目前已經(jīng)擁有全世界最大規(guī)模以及最高運(yùn)營(yíng)速度的高速鐵路網(wǎng)。截止2013年9月，中國(guó)高鐵總里程達(dá)到10463km，“四縱”千線基本成型。中國(guó)高速鐵路運(yùn)營(yíng)里程約占世界高鐵運(yùn)營(yíng)里程的46%，穩(wěn)居世界高鐵里程榜首。

涂層鋼筋主要有兩個(gè)職能：防腐和絕緣。粉末涂裝FBE完畢的鋼筋。失效模式就是防腐失效和絕緣失效。

7.6.1防腐失效

在水下或地下部分，混凝土必定有一些縫隙或孔隙可以讓水和腐蝕介質(zhì)進(jìn)入。如果鋼筋涂層固化不完全，折彎有裂紋或有孔隙和損傷，會(huì)引起混凝土中的鋼筋銹蝕。由干銹蝕產(chǎn)生的氧化鐵皮體積要膨漲到幾十倍，導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂、保護(hù)層剝落而失效，使鋼筋直接暴露在大氣、水及其它腐蝕介質(zhì)中，腐蝕速度加快，往往未至設(shè)計(jì)使用年限而遭提前破壞。鋼筋涂層FBE屬于高溫快速固化，容易產(chǎn)生涂層孔隙，且容易造成欠固化。

7.6.2絕緣失效絕緣

失效主要表現(xiàn)在高鐵建設(shè)上。高鐵速度很快，其信號(hào)傳遞尤為重要，我國(guó)的鐵路信號(hào)是在鐵軌上傳遞的，如果軌道板鋼筋不絕緣，就如同一個(gè)閉合的線圈，將產(chǎn)生物理學(xué)上的電磁效應(yīng)。鐵軌上有電流，和鋼筋形成電磁效應(yīng)，使信號(hào)傳輸?shù)木嚯x變短或出現(xiàn)錯(cuò)誤信號(hào)。這主要是涂層鋼筋生產(chǎn)中鐵屑的帶入或涂層鋼筋運(yùn)輸使用過(guò)程中損傷造成的漏點(diǎn)。

我國(guó)過(guò)去受?chē)?guó)情限制，工程往往只注重盡量降低造價(jià)，而忽略了結(jié)構(gòu)物的耐久性和長(zhǎng)遠(yuǎn)的維修問(wèn)題。前期的費(fèi)用省了一些，卻帶來(lái)日后極高昂的修復(fù)費(fèi)用和拆建問(wèn)題。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展效益觀念的轉(zhuǎn)變及體制的改革和進(jìn)步，F(xiàn)BE涂層鋼筋在我國(guó)建筑行業(yè)也必將有廣闊的應(yīng)用前景。

7.7在跨海大橋鋼管樁上的應(yīng)用

跨海大橋是世界公認(rèn)的建筑難題，基礎(chǔ)要用鋼管樁，以杭州灣大橋?yàn)槔褂昧虽摴軜?800多根，每根直徑2.0-2.2m、長(zhǎng)71.88m，因?yàn)榭绾４髽蛞话闾幱谔幱谌牒？冢髿鉂駶?rùn)，所含氯離子較高，海水中還攜帶大量泥沙這些都對(duì)大橋的鋼管樁及各種鋼結(jié)構(gòu)體造成嚴(yán)重的腐蝕威脅，海水會(huì)侵蝕深入海底的鋼管樁，國(guó)外通行的做法就是加厚管壁，按百年大橋的設(shè)計(jì)，管壁就要增厚2厘米，整座大橋鋼管樁用鋼量將從37萬(wàn)噸增至50萬(wàn)噸。成本增加不說(shuō)，現(xiàn)有的打樁設(shè)備無(wú)法勝任。技術(shù)人員經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次次摸索，創(chuàng)新了FBE涂裝工藝，給鋼管樁裹上了一層特制的“外衣”，防腐效果非常好，并節(jié)省建設(shè)資金。其防護(hù)涂層采用了與管道防腐類(lèi)似的熔結(jié)環(huán)氧粉末，即單層、雙層及三層環(huán)氧粉末涂料防腐結(jié)構(gòu)相結(jié)合，以最大限度地保護(hù)大橋鋼管樁，阻緩鋼管樁腐蝕。主要失效模式：鋼管樁體積龐大，加熱和涂層均勻性受限制，涂層固化也容易不均勻；涂層易產(chǎn)生孔隙；而搬運(yùn)不方便，易受損傷。

7.8在建筑預(yù)應(yīng)力混凝土鋼絞線、錨索上的應(yīng)用

預(yù)應(yīng)力鋼絞線主要用于巖土錨固技術(shù)，這是近代巖土工程領(lǐng)域的一個(gè)重要分支。由于安全、經(jīng)濟(jì)和有效，越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于各工程領(lǐng)域。巖土工程多屬隱蔽工程，預(yù)應(yīng)力筋所接觸的介質(zhì)多為地下巖土和土，環(huán)境條件十分復(fù)雜，處于地層中的預(yù)應(yīng)力錨索經(jīng)常會(huì)受到地下水（特別是含有腐蝕介質(zhì)的地下水）的侵蝕，而在高應(yīng)力作用下，預(yù)應(yīng)力筋會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕，二者交織在一起，往往導(dǎo)致錨索的損壞。要保證錨索在服務(wù)期內(nèi)的安全性、耐久性和可靠性，防腐是關(guān)鍵。

預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線主要作預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)配筋用，如大跨度鐵路和公路的橋梁、吊車(chē)梁、巖土錨固工程，多層工業(yè)廠房等，環(huán)氧涂層鋼絞線示意見(jiàn)圖14。

熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料涂層的失效分析利用FBE填充鋼絞線具有優(yōu)異的耐腐蝕和耐水性能，提升了目前錨索應(yīng)用的耐腐蝕水平。填充型環(huán)氧涂層鋼絞線，其外層及組成鋼絞線的各根鋼絲間隙內(nèi)均由FBE完全填充和固化，形成致密整體，通過(guò)生產(chǎn)監(jiān)控及后續(xù)處理，使鋼絞線表面環(huán)氧樹(shù)脂涂層全長(zhǎng)范圍內(nèi)無(wú)針孔，可完全避免腐蝕介質(zhì)進(jìn)入鋼絞線內(nèi)部。填充型環(huán)氧涂層鋼絞線具有優(yōu)異的防腐性能，無(wú)需外包PE護(hù)套即可用于體外索、斜拉索等工程中；目前，填充型環(huán)氧涂層鋼絞線在世界范圍內(nèi)環(huán)氧涂層鋼絞線市場(chǎng)上占據(jù)80%以上的份額，是預(yù)應(yīng)力工程中防腐鋼絞線的首選產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)天津瑞遠(yuǎn)粉末涂料有限公司已經(jīng)成功開(kāi)發(fā)了預(yù)應(yīng)力鋼絞線填充FBE，并在四川綿陽(yáng)安昌河飛云大橋、西安繞城高速公路香王立交主線橋、河南信陽(yáng)連心河橋、石家莊市鹿泉西部長(zhǎng)青項(xiàng)目柳樹(shù)溝大橋等工程上成功應(yīng)用，取得了良好的應(yīng)用效果。鋼絞線用FBE與鋼筋用FBE一樣，主要由于涂敷施工屬于高溫快速固化，容易產(chǎn)生涂層孔隙，且容易造成欠固化（折彎開(kāi)裂）。

8、FBE的最新進(jìn)展

經(jīng)過(guò)20多年的不斷發(fā)展和完善，國(guó)內(nèi)FBE經(jīng)歷了從無(wú)到有、從差到優(yōu)、從弱到強(qiáng)、從單一到系列化的幾次大的飛躍，產(chǎn)品向著高性能化、多功能化、無(wú)公害化、應(yīng)用簡(jiǎn)單化、使用寬泛化、節(jié)約能源化方向發(fā)展。最終目的是延長(zhǎng)管道使用壽命，防止涂層過(guò)早失效。下面介紹一下新產(chǎn)品動(dòng)向。

8.1復(fù)合涂層

復(fù)合涂層就是把FBE涂層與其它涂層結(jié)合起來(lái)，達(dá)到最佳的綜合性能。俗話(huà)說(shuō)得好：“人各有長(zhǎng)”世界上所有的材料跟人一樣，不可能十全十美，。每一種材料都有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，關(guān)鍵在于怎樣取長(zhǎng)補(bǔ)短。近年來(lái)防腐界推出了各種新型的復(fù)合涂層，就是把兩種或兩種以上的涂層結(jié)合在一起，使它們各自發(fā)揮自身的特長(zhǎng)，避開(kāi)各自的缺點(diǎn)，例如：3PE和雙環(huán)氧涂層就是比較好的組合，三層防腐結(jié)構(gòu)綜合了環(huán)氧粉末的附著性、防腐性與聚乙烯層的耐候性、抗機(jī)械損傷性，彌補(bǔ)了各自的缺點(diǎn)，從而大大提高了涂層的使用壽命。雙環(huán)氧涂層底層有好的附著力，面層有良好的耐劃傷性，補(bǔ)口也用雙層FBE，相容性好，操作方便，質(zhì)量控制容易，覆蓋層表面光滑，可避免陰極屏蔽問(wèn)題，與陰極保護(hù)體系的匹配性比三層PE結(jié)構(gòu)更好，最適于穿越地段和腐蝕比較強(qiáng)的地段使用。

防腐的復(fù)合涂層還有很多，如：雙環(huán)氧涂層、3PE、環(huán)氧+聚酯、環(huán)氧+丙烯酸、環(huán)氧+聚氨酯。使涂層的附著力、韌性、硬度、防腐性、耐候性、耐磨性等等得到兼顧。

8.2管道內(nèi)外防腐組合

管道內(nèi)外涂層質(zhì)量要求側(cè)重不一樣，所以，內(nèi)外涂層盡量區(qū)別使用，達(dá)到最佳的綜合防腐效果。如：內(nèi)環(huán)氧外PE、內(nèi)環(huán)氧外3PE、內(nèi)環(huán)氧外環(huán)氧、內(nèi)環(huán)氧外雙環(huán)氧等等，使得鋼制管道的應(yīng)用領(lǐng)域得到擴(kuò)展。

8.3低溫固化低

溫固化不是一個(gè)新課題，在粉末涂料行業(yè)已經(jīng)提出近30年了，裝飾型粉末涂料可以做到最低固化溫度120℃，在管道領(lǐng)域一般不提倡低溫固化，因?yàn)榈蜏毓袒艿冷摬谋砻媾c環(huán)氧涂層不能形成有效的化合鍵，所以附著力和耐陰極剝離都很差。一般國(guó)外對(duì)單層環(huán)氧粉末涂料提出的最佳固化溫度為4500F，也就是232℃，普通鋼管常用鋼是X45-X75，管道涂敷施工溫度可達(dá)到245℃，而西氣東輸使用的是X80高強(qiáng)度管道鋼，溫度過(guò)高會(huì)改變鋼材的金相結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，最高溫度不能超過(guò)120℃，經(jīng)過(guò)粉末行業(yè)努力，3PE粉末最低做到180℃涂敷溫度，而不影響性能。

8.4耐高溫粉末涂層

內(nèi)在的高交聯(lián)密度，高Tg使得出現(xiàn)外在的致密性，從而使涂層具有耐高溫、耐熱水性，從而應(yīng)用于一些特殊的苛刻環(huán)境中，如：溫泉管道、油田注水管道、抽油桿等的應(yīng)用。

8.5特殊功能性涂層

如：導(dǎo)電、阻燃、絕緣等等，滿(mǎn)足消防管道、煤礦瓦斯管道等的應(yīng)用。

8.6滿(mǎn)足后壓槽工藝的粉末

消防、供水管道一般采用溝槽連接，先壓槽后涂裝。但在現(xiàn)場(chǎng)施工中，有些需要截取管段后再壓槽，由于壓槽產(chǎn)生的破壞力及產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，極易導(dǎo)致涂層脫落。要滿(mǎn)足后壓槽要求，必須要有好的附著力和好的韌性，但是附著力和韌性是矛盾的，我們經(jīng)過(guò)努力通過(guò)環(huán)氧改性及助劑的使用，已經(jīng)生產(chǎn)出完全能夠滿(mǎn)足后壓槽工藝需要的粉末涂料。

8.7涂層致密性改善

環(huán)氧粉末涂層具有很強(qiáng)的阻隔性，但是熱涂工藝由于高溫快速固化容易使涂層產(chǎn)生孔隙、空穴（顯微鏡下如圖2、3所示），富含氧和電解質(zhì)的水進(jìn)入孔隙并傳播，最后達(dá)到界面，會(huì)導(dǎo)致脫層和腐蝕，我們經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次試驗(yàn)，通過(guò)使用納米材料和脫氣材料，成功的克服了孔隙的產(chǎn)生，涂層堅(jiān)韌致密，使防腐性能上了一個(gè)新臺(tái)階。（改善后的粘接面孔隙率和斷面孔隙率如圖15、圖16所示）熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料涂層的失效分析熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料涂層的失效分析.

9、結(jié)語(yǔ)

失效分析是一門(mén)發(fā)展中的新興學(xué)科，近年開(kāi)始從軍工到普通企業(yè)普及。在提高產(chǎn)品質(zhì)量，技術(shù)開(kāi)發(fā)、改進(jìn)，產(chǎn)品修復(fù)及仲裁失效事故等方面具有很強(qiáng)的實(shí)際意義，失效分析是根據(jù)失效模式和現(xiàn)象，通過(guò)分析和驗(yàn)證，模擬重現(xiàn)失效的現(xiàn)象，找出失效的原因，挖掘出失效的機(jī)理的活動(dòng)，在材料領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。

搞好防腐蝕工作已不是單純的技術(shù)問(wèn)題，而是關(guān)系到保護(hù)資源、節(jié)約能源、節(jié)省材料、保護(hù)環(huán)境、保證正常生產(chǎn)和人身安全、發(fā)展新技術(shù)等一系列重大社會(huì)和經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，血的教訓(xùn)太多，我們不希望從失敗中獲得教訓(xùn)，我們應(yīng)該從實(shí)踐中獲得經(jīng)驗(yàn)，未雨綢繆比亡羊補(bǔ)牢要好得多。失效分析強(qiáng)調(diào)的還是預(yù)防為主，把一切腐蝕的安全隱患消滅在萌芽狀態(tài)，讓我們的管道、建筑長(zhǎng)期、穩(wěn)定的發(fā)揮作用。現(xiàn)在，國(guó)家預(yù)計(jì)投資4000億到5000億在全國(guó)范圍內(nèi)推行管廊建設(shè)，這是機(jī)遇，也是挑戰(zhàn)。隨著基層建設(shè)質(zhì)量要求的不斷提高，失效分析也會(huì)越來(lái)越有用武之地。

責(zé)任編輯：班英飛

《中國(guó)腐蝕與防護(hù)網(wǎng)電子期刊》征訂啟事
投稿聯(lián)系：編輯部
電話(huà)：010-62313558-801
郵箱：ecorr_org@163.com
中國(guó)腐蝕與防護(hù)網(wǎng)官方 QQ群：140808414

免責(zé)聲明：本網(wǎng)站所轉(zhuǎn)載的文字、圖片與視頻資料版權(quán)歸原創(chuàng)作者所有，如果涉及侵權(quán)，請(qǐng)第一時(shí)間聯(lián)系本網(wǎng)刪除。