一种熔结环氧粉末材料、涂层钢管及其制备方法和应用与流程

2021-02-02 18:02:19|

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本发明属于管道防腐技术领域，具体涉及一种熔结环氧粉末材料、涂层钢管及其制备方法和应用。

背景技术：

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

熔结环氧粉末涂层防腐钢管是以钢管为基管，经抛丸除锈后，在其内外表面涂敷一层高分子环氧树脂粉末而制得的一种具有防腐蚀性能的复合产品，内外壁环氧涂层具有很强的耐酸碱性和耐腐蚀性，表面光洁度高，附着力强，流体阻力小，内壁光滑不易结垢，该产品克服了钢管本身易生锈、易腐蚀、高污染及塑料管强度低、易变性等多种缺陷，整合了钢管和塑料管的共同优势，广泛应用于输水、输气等介质输送。

在煤矿等特殊领域，矿用管道产品在输送介质过程中产生的静电具有很大安全隐患，因此煤矿用管道产品须符合mt181-1988标准中规定的阻燃抗静电的指标要求。目前受制于现有技术，具有导静电阻燃性能的熔结环氧粉末涂层防腐钢管产品采用的导电炭黑或导电石墨类产品作为导电材料，防腐钢管的颜色只能为黑色。目前煤矿井下用管道按用途分为给水管、排水管、正压风管、喷浆管以及瓦斯抽放管材等，不同种管路在巷道壁集中架空铺设，且均为黑色管路，在巷道内出现异常时，需要开闭管路时，无法快速辨别每条管线内输送的介质及其具体用途，进而影响异常处理效率，矿方为辨别管线内输送介质的种类，通常采用以下手段：1.张贴标识牌，但标识牌易脱落且辨识度低；2.依靠管体自身色标线区分，但彩色色标线不具备抗静电性能，且色标线较细，标识不清晰，安装时若做到色标线完全对正会降低连接效率；3.粉刷彩色抗静电剂生产的管材，抗静电剂在管材表面易失效，无法满足永久性效果，4.采用普通彩色涂塑钢管，无法满足抗静电阻燃要求，对矿井下使用风险极高。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种熔结环氧粉末材料、涂层钢管及其制备方法和应用。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

第一方面，一种熔结环氧粉末材料，包括如下重量份的原料：环氧树脂40～60份、酚类固化剂8～12份、抗静电阻燃母料20～30份、添加剂2.6-12.5份、纳米填料10～40份；

抗静电阻燃母料包括如下重量份的原料：纳米碳纤维10～20份，导电云母10～20份，导电钛白粉5～30份，阻燃剂10～20份，粉体偶联剂0.5～1份，环氧树脂40～60份。

本发明的熔结环氧粉末涂层具有抗静电、阻燃等优越性能。本发明中在熔结环氧粉末材料中加入了抗静电阻燃母料，抗静电阻燃母料中含有纳米碳纤维、导电云母、导电钛白粉，这三种物质主要起到协同抗静电的作用。阻燃剂主要起到阻燃的作用，粉体偶联剂的主要作用为提高无机粉体材料在环氧树脂中的分散性和相容性。

本发明的熔结环氧粉末材料的其它成分对抗静电阻燃母料的作用为促进抗静电阻燃母料在粉末涂料体系中的分散，使熔结环氧粉末材料在使用过程中充分流平固化。

在本发明的一些实施方式中，抗静电阻燃母料包括如下重量份的原料：纳米碳纤维15～20份，导电云母10～15份，导电钛白粉5～10份，阻燃剂10～15份，粉体偶联剂0.8～1份，环氧树脂50～60份。本发明中抗静电阻燃母料的组成在上述范围内，制备得到的涂层，火焰的平均燃烧时间较短，火星平均燃烧时间较短，电阻值较小。

在本发明的一些实施方式中，环氧树脂为双酚a型环氧树脂；优选为一步法环氧树脂604、两步法环氧树脂或几种环氧树脂的复合。

在本发明的一些实施方式中，阻燃剂为溴系阻燃剂、三氧化二锑、氢氧化铝、氢氧化镁等一种或几种的复配使用。

在本发明的一些实施方式中，酚类固化剂为环氧树脂专用固化剂。

在本发明的一些实施方式中，纳米填料为：纳米沉淀硫酸钡、纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、纳米硅灰石粉、纳米蒙脱土、以及滑石粉、云母粉等填料中的一种或几种。纳米填料的作用为增加抗静电阻燃母料在粉末涂料体系中的分散以及增加整个粉末涂料体系的硬度，使粉末涂层具有一定的耐磨、耐刮擦性能。

在本发明的一些实施方式中，添加剂包括促进剂、流平剂助剂、消泡剂，分别在整个涂层中的重量份为：促进剂0.1～0.5份、流平剂助剂1～2份、消泡剂0.5～2份。

本发明中加入了几种添加剂，各种添加剂在熔结环氧粉末材料中的作用为：促进剂能够促进环氧树脂与固化剂之间的反应，加速反应过程。流平剂助剂有助于粉末涂料在加热熔融过程中的流平，在钢管表面形成连续的涂层。消泡剂有助于粉末涂料在加热熔融流平固化过程气体的排出。

在本发明的一些实施方式中，促进剂为咪唑类、环脒类等产品，以2-甲基咪唑效果较好。

在本发明的一些实施方式中，流平助剂为丙烯酸酯类产品，选用宁波南海的pv88、武汉银彩的l88流平剂。选用这两种流平助剂对本发明的涂层具有更好的处理效果。

在本发明的一些实施方式中，消泡剂为安息香类产品。

在本发明的一些实施方式中，添加剂包括颜料，在整个涂层中的重量份为1-8份；优选，颜料为钛白粉、群青、酞菁绿、酞菁蓝、铬黄、永固黄、永固红、dpp红等各种彩色颜料中的一种或几种复合使用。

第二方面，上述熔结环氧粉末材料的制备方法，所述方法为将抗静电阻燃母料与其它原料按照比例进行混合，然后通过挤出机、压片机制备出片材，将片材进行粉碎得到熔结环氧粉末材料。

制备的过程主要是通过混合、挤压得到具有均匀一致，性能稳定的粉末材料。

在本发明的一些实施方式中，抗静电阻燃母料的制备方法为：将各原料混合，然后通过挤出机、压片机制备出片材，将片材进行粉碎得到抗静电阻燃母料。

在本发明的一些实施方式中，抗静电阻燃母料的粒径为40目～50目。先制备得到抗静电阻燃母料然后再制备熔结环氧粉末材料，可以使抗静电阻燃母料中的各个原料进行充分的混合形成一个整体，抗静电阻燃母料具有提高熔结环氧粉末材料抗静电和阻燃性能的作用，先制备抗静电阻燃母料，有助于抗静电阻燃母料中的各个成分相互作用，有利于在涂层中发挥更优越的性能，如果不先制备抗静电阻燃母料，将会导致纳米碳纤维、导电云母、导电钛白粉以及阻燃剂在粉末涂料体系中的分散困难，造成粉末涂料的制备困难，涂层外观粗糙，抗静电和阻燃性能降低。

在本发明的一些实施方式中，熔结环氧粉末材料的粒径为100目～140目。

第三方面，上述熔结环氧粉末材料作为涂层在钢管领域中的应用。所述钢管为各种型号及各种材质的钢管。

第四方面，一种钢管，包括钢管基管和涂覆于钢管内外壁的熔结环氧粉末涂层，熔结环氧粉末涂层由上述熔结环氧粉末材料组成。

在本发明的一些实施方式中，熔结环氧粉末涂层的厚度为0.3mm～1mm。

第五方面，上述钢管的制备方法，所述方法为预热钢管基管，钢管内壁和钢管外壁涂覆熔结环氧粉末材料，然后熔结环氧粉末材料熔融流平，流平后使涂层进行固化得到钢管。

在本发明的一些实施方式中，预热钢管的温度为130℃-150℃。预热钢管的温度使钢管能够与涂层进行结合，提高结合效果。

在本发明的一些实施方式，涂覆熔结环氧粉末材料的方法为，钢管内壁为真空吸涂的方法，钢管外壁为静电喷涂的方法。

在本发明的一些实施方式，固化的温度为200-230℃。

第六方面，上述涂层钢管在煤矿、化工、非煤矿山、地下管廊等领域中的应用。

本发明的有益效果：

本发明提出了一种具有彩色抗静电阻燃性能的熔结环氧粉末涂层防腐钢管产品及其制造工艺，通过加入不同的颜料，使涂层能够显示出不同的颜色，该产品外观颜色丰富、辨识度高；

本发明的熔结环氧粉末涂层，各个成分的配合作用，使钢管具有极佳的抗静电、阻燃性能；

本发明的钢管在制备过程中可根据煤矿领域的不同用途定制不同颜色的外观，满足煤矿等特殊领域对防腐钢管产品彩色抗静电、阻燃等性能的特殊需求。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。下面结合实施例对本发明进一步说明

实施例1

a：抗静电阻燃母料的制备。按质量份配比为：纳米碳纤维20份，导电云母10份，导电钛白粉5份，溴系阻燃剂10份，粉体偶联剂1份，双酚a型环氧树脂(604)54份。将各种原材料通过高速混合机进行混合后，通过双螺杆挤出机及压片机制备出片材，然后通过acm磨粉机进行粉碎，制备出粒径为50目的抗静电阻燃母料。

b：具有红色抗静电阻燃性能的熔结环氧粉末的制备。按质量份配比为：双酚a型环氧树脂(604)50份、酚类固化剂(大庆庆鲁969f02x)10份、抗静电阻燃母料20份、促进剂(2-甲基咪唑)0.1份、流平剂助剂(武汉银彩l88)1份、消泡剂(安息香)0.6份、纳米填料(纳米二氧化硅)16份、钛白粉1份，dpp红1.3份。将各种原材料通过高速混合机进行混合后，通过双螺杆挤出机及压片机制备出片材，然后通过acm磨粉机进行粉碎，制备出粒径为140目的红色抗静电阻燃性能的熔结环氧粉末。

c：红色抗静电阻燃性能的熔结环氧粉末涂层防腐钢管的制备。将无缝钢管进行抛丸喷砂除锈处理，除锈等级为sa2.5级，锚纹深度为50-100μm，再将除锈后的钢管采用烘道式加热的方法进行钢管预热，使钢管预热温度控制在140℃，通过内壁真空吸涂外壁静电喷涂工艺，在钢管表面涂覆一层红色抗静电阻燃性能的熔结环氧粉末，环氧粉末经过高温熔融流平、在200℃的固化室中固化20min后形成具有红色抗静电阻燃性能的防腐钢管产品。

实施例2

b：具有蓝色抗静电阻燃性能的熔结环氧粉末的制备。按质量份配比为：双酚a型环氧树脂(604)50份、酚类固化剂(大庆庆鲁969f02x)10份、抗静电阻燃母料20份、促进剂(2-甲基咪唑)0.1份、流平剂助剂(武汉银彩l88)1份、消泡剂(安息香)0.6份、纳米填料(纳米二氧化硅)16份、钛白粉1份，酞青蓝1.3份。将各种原材料通过高速混合机进行混合后，通过双螺杆挤出机及压片机制备出片材，然后通过acm磨粉机进行粉碎，制备出粒径为140目的蓝色抗静电阻燃性能的熔结环氧粉末。

c：蓝色抗静电阻燃性能的熔结环氧粉末涂层防腐钢管的制备。将无缝钢管进行抛丸喷砂除锈处理，除锈等级为sa2.5级，锚纹深度为50-100μm，再将除锈后的钢管采用烘道式加热的方法进行钢管预热，使钢管预热温度控制在140℃，通过内真空吸涂，外壁静电喷涂工艺，在钢管表面涂覆一层蓝色抗静电阻燃性能的熔结环氧粉末，环氧粉末经过高温熔融流平、在200℃的固化室中固化20min后形成具有蓝色抗静电阻燃性能的防腐钢管产品。

实施例3

a：抗静电阻燃母料的制备。按质量份配比为：纳米碳纤维10份，导电云母10份，导电钛白粉20份，溴系阻燃剂10份，粉体偶联剂1份，双酚a型环氧树脂(604)49份。将各种原材料通过高速混合机进行混合后，通过双螺杆挤出机及压片机制备出片材，然后通过acm磨粉机进行粉碎，制备出粒径为50目的抗静电阻燃母料。

c：蓝色抗静电阻燃性能的熔结环氧粉末涂层防腐钢管的制备。将无缝钢管进行抛丸喷砂除锈处理，除锈等级为sa2.5级，锚纹深度为50-100μm，再将除锈后的钢管采用烘道式加热的方法进行钢管预热，使钢管预热温度控制在140℃，通过内壁真空吸涂，外壁静电喷涂工艺，在钢管表面涂覆一层蓝色抗静电阻燃性能的熔结环氧粉末，环氧粉末经过高温熔融流平、在200℃的固化室中固化20min后形成具有蓝色抗静电阻燃性能的防腐钢管产品。

对比例1：

a：红色熔结环氧粉末的制备。按质量份配比为：双酚a型环氧树脂(604)50份、酚类固化剂(大庆庆鲁969f02x)10份、抗静电阻燃母料0份、促进剂(2-甲基咪唑)0.1份、流平剂助剂(武汉银彩l88)1份、消泡剂(安息香)0.6份、纳米填料(纳米二氧化硅)36份、钛白粉1份，dpp红1.3份。将各种原材料通过高速混合机进行混合后，通过双螺杆挤出机及压片机制备出片材，然后通过acm磨粉机进行粉碎，制备出粒径为140目的红色熔结环氧粉末。

b：红色熔结环氧粉末涂层防腐钢管的制备。将无缝钢管进行抛丸喷砂除锈处理，除锈等级为sa2.5级，锚纹深度为50-100μm，再将除锈后的钢管采用烘道式加热的方法进行钢管预热，使钢管预热温度控制在140℃，通过内壁真空吸涂外壁静电喷涂工艺，在钢管表面涂覆一层红色熔结环氧粉末，环氧粉末经过高温熔融流平、在200℃的固化室中固化20min后形成具有红色防腐钢管产品。

对比例2：

a：抗静电母料的制备。按质量份配比为：纳米碳纤维20份，导电云母10份，导电钛白粉5份，粉体偶联剂1份，双酚a型环氧树脂(604)64份。将各种原材料通过高速混合机进行混合后，通过双螺杆挤出机及压片机制备出片材，然后通过acm磨粉机进行粉碎，制备出粒径为50目的抗静电母料。

b：具有蓝色抗静电性能的熔结环氧粉末的制备。按质量份配比为：双酚a型环氧树脂(604)50份、酚类固化剂(大庆庆鲁969f02x)10份、抗静电母料20份、促进剂(2-甲基咪唑)0.1份、流平剂助剂(武汉银彩l88)1份、消泡剂(安息香)0.6份、纳米填料(纳米二氧化硅)16份、钛白粉1份，酞青蓝1.3份。将各种原材料通过高速混合机进行混合后，通过双螺杆挤出机及压片机制备出片材，然后通过acm磨粉机进行粉碎，制备出粒径为140目的蓝色抗静电性能的熔结环氧粉末。

c：蓝色抗静电性能的熔结环氧粉末涂层防腐钢管的制备。将无缝钢管进行抛丸喷砂除锈处理，除锈等级为sa2.5级，锚纹深度为50-100μm，再将除锈后的钢管采用烘道式加热的方法进行钢管预热，使钢管预热温度控制在140℃，通过内真空吸涂，外壁静电喷涂工艺，在钢管表面涂覆一层蓝色抗静电性能的熔结环氧粉末，环氧粉末经过高温熔融流平、在200℃的固化室中固化20min后形成具有蓝色抗静电性能的防腐钢管产品。

对比例3：

a：阻燃母料的制备。按质量份配比为：溴系阻燃剂10份，粉体偶联剂1份，双酚a型环氧树脂(604)89份。将各种原材料通过高速混合机进行混合后，通过双螺杆挤出机及压片机制备出片材，然后通过acm磨粉机进行粉碎，制备出粒径为50目的阻燃母料。

b：具有蓝色阻燃性能的熔结环氧粉末的制备。按质量份配比为：双酚a型环氧树脂(604)50份、酚类固化剂(大庆庆鲁969f02x)10份、阻燃母料20份、促进剂(2-甲基咪唑)0.1份、流平剂助剂(武汉银彩l88)1份、消泡剂(安息香)0.6份、纳米填料(纳米二氧化硅)16份、钛白粉1份，酞青蓝1.3份。将各种原材料通过高速混合机进行混合后，通过双螺杆挤出机及压片机制备出片材，然后通过acm磨粉机进行粉碎，制备出粒径为140目的蓝色阻燃性能的熔结环氧粉末。

c：蓝色阻燃性能的熔结环氧粉末涂层防腐钢管的制备。将无缝钢管进行抛丸喷砂除锈处理，除锈等级为sa2.5级，锚纹深度为50-100μm，再将除锈后的钢管采用烘道式加热的方法进行钢管预热，使钢管预热温度控制在140℃，通过内壁真空吸涂，外壁静电喷涂工艺，在钢管表面涂覆一层蓝色阻燃性能的熔结环氧粉末，环氧粉末经过高温熔融流平、在200℃的固化室中固化20min后形成具有蓝色阻燃性能的防腐钢管产品。

对比例4

a：抗静电阻燃母料的制备。按质量份配比为：溴系阻燃剂10份，导电钛白粉35份，粉体偶联剂1份，双酚a型环氧树脂(604)54份。将各种原材料通过高速混合机进行混合后，通过双螺杆挤出机及压片机制备出片材，然后通过acm磨粉机进行粉碎，制备出粒径为50目的阻燃母料。

b：具有蓝色阻燃性能的熔结环氧粉末的制备。按质量份配比为：双酚a型环氧树脂(604)50份、酚类固化剂(大庆庆鲁969f02x)10份、抗静电阻燃母料20份、促进剂(2-甲基咪唑)0.1份、流平剂助剂(武汉银彩l88)1份、消泡剂(安息香)0.6份、纳米填料(纳米二氧化硅)16份、钛白粉1份，酞青蓝1.3份。将各种原材料通过高速混合机进行混合后，通过双螺杆挤出机及压片机制备出片材，然后通过acm磨粉机进行粉碎，制备出粒径为140目的蓝色阻燃性能的熔结环氧粉末。

对比例5

a：抗静电阻燃母料的制备。按质量份配比为：溴系阻燃剂10份，导电云母：30份，导电钛白粉5份，粉体偶联剂1份，双酚a型环氧树脂(604)54份。将各种原材料通过高速混合机进行混合后，通过双螺杆挤出机及压片机制备出片材，然后通过acm磨粉机进行粉碎，制备出粒径为50目的阻燃母料。

对比例6

a：抗静电阻燃母料的制备。按质量份配比为：溴系阻燃剂10份，纳米碳纤维20份，导电钛白粉15份，粉体偶联剂1份，双酚a型环氧树脂(604)54份。将各种原材料通过高速混合机进行混合后，通过双螺杆挤出机及压片机制备出片材，然后通过acm磨粉机进行粉碎，制备出粒径为50目的阻燃母料。

试验：本发明钢管的阻燃性能满足mt181-1988的标准要求。将实施例1、实施例2、实施例3、对比例1、对比例2、对比例3、对比例4、对比例5、对比例6进行阻燃性能测试，具体为采用酒精喷灯进行燃烧试验时：a:当酒精喷灯燃烧器移走后，每组6条试件的火焰燃烧时间的算术平均值小于3秒，且其中任何一个试件的火焰燃烧时间小于10秒。b：当酒精喷灯燃烧器移走后，每组6条试件的火星燃烧时间的算术平均值小于20秒，且其中任何一个试件的火星燃烧时间小于60秒。

电阻的测试方法为采用高阻计在100v电压下测试电阻值。

表1、实施例与对比实施例的性能测试结果

表1可以看到，实施例1与实施例2仅为颜色不同，说明颜色对制备得到的钢管涂层抗静电性能和阻燃性能的影响不大；实施例2与实施例3中抗静电阻燃母料的比例不同，导致制备得到的钢管涂层电阻及阻燃效果也不同。对比实施例1中没有加入抗静电阻燃母料，制备得到的钢管涂层不具有阻燃及抗静电效果；对比实施例2中抗静电阻燃母料中没有加入阻燃剂，制备得到的钢管涂层不具有阻燃效果；对比实施例3中抗静电阻燃母料中没有加入抗静电材料，制备得到的钢管涂层电阻值超过10¹²ω不具有抗静电效果；对比例4中抗静电阻燃母料中不含有导电云母和纳米碳纤维只含有导电钛白粉，制备得到的钢管涂层抗静电效果不好；对比例5中抗静电阻燃母料中不含有纳米碳纤维，只含有导电云母和导电钛白粉，制备得到的钢管涂层抗静电效果不好；对比例6中抗静电阻燃母料中不含导电云母，只有纳米碳纤维和导电钛白粉，制备得到的钢管涂层抗静电效果不好。实施例2与对比例4、对比例5、对比例6相比，同时添加纳米碳纤维、导电钛白粉、导电云母才能更好地发挥协同抗静电的作用。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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