聚乙烯防腐粉末涂料耐热及防腐性能研究

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李庆刘东坪李云岩

李庆，甘肃金昌金川责任有限公司，甘肃金昌737100

刘东坪、李云岩，南京聚隆科技股份有限公司，江苏南京210061

摘要：本文针对管道防腐现有技术存在的缺点，开发高粘防腐交联聚乙烯复合材料并研究材料粘结、防腐等相关性能与配方、加工工艺之间的关系。本文制备了马来酸酐接枝聚乙烯/交联聚乙烯高粘高防腐复合材料，并研究了马来酸酐接枝聚乙烯与交联聚乙烯配比，交联剂用量等因素对材料粘性力、防腐性能的影响。结果表明：加入0.3%交联助剂后，可明显改善材料的耐热、防腐性能；加入热熔胶后，能明显改善材料与金属的粘结力，20%的热熔胶的加入量，不仅能够最大化提高材料的粘结力，而且不会造成耐腐蚀性能的降低。

0·前言

随着经济的发展，化工、石油、船舶、电厂、公用事业等各行业对管道、泵等防腐要求日益迫切而且档次不断提高，对材料防腐性能也提出了越来越高的要求。为了赋予管道更加优越的防腐性能，曾经采用塑料管代替钢管，但是在大多数使用场合，由于塑料管的强度、钢度不够，大大地限制了它的使用范围。钢塑复合防腐管是在钢管壁表面涂敷一层良好的塑料涂层保护膜,它不但克服了塑料管强度刚度不够的弱点，而且具有塑料良好的耐磨性、防腐性，在输送一些介质时不易形成污垢的特点。然而，普通的热塑性防腐内衬，例如热塑性滚塑聚乙烯，在要求苛刻的应用领域（高温强碱腐蚀、卤系酸液腐蚀），仍然不能满足要求。在高腐蚀作业环境下，必须采用防腐性能更高的热固性材料。以往这些材料一般采用熔结环氧粉末(FBE)、煤焦油瓷漆(CTE)及聚乙烯复合结构(三层PE)。这些防腐覆盖层总体防腐性能能满足油气管道腐蚀防护的要求，但仍有各自的缺陷(熔结环氧粉末防腐层较薄，抗机械损伤强度差；煤焦油瓷漆冷脆、热流淌及对环境可能造成的污染，使其应用面越来越窄；聚乙烯三层复合结构防腐施工工艺复杂。

为了获得更高的生产效率，近年来滚塑-涂覆工艺在防腐行业得到了广泛的应用。然而，滚塑原料当中线性低密度聚乙烯所占的比例为93%。在上述高防腐领域中，由于线性低密度聚乙烯耐腐蚀，耐磨，防渗透，耐热蠕变性方面的缺点，限制了线性低密度聚乙烯的应用。相比之下，交联聚乙烯滚塑料以高的冲击性能、耐热、耐环境应力开裂、高度防腐方面的优越性，开始应用在防腐内衬方面。目前，交联聚乙烯的研究主要集中在线性低密度聚乙烯的硅烷交联工艺方面[1-4]。但该工艺成型的材料必须经过水浴（或蒸气浴）后处理，增加了工艺流程和成本，而且材料的交联度不高，不能满足高度防腐的要求。同时，由于聚乙烯本身属于非极性材料，加入交联助剂后，虽一定程度上赋予材料极性，但仍然不能解决材料与钢材粘结问题，材料容易脱落。针对以上现有技术存在的缺点，开发高粘防腐交联聚乙烯复合材料并研究材料粘结、防腐等相关性能与配方、加工工艺之间的关系是非常必要的。本文制备了马来酸酐接枝聚乙烯/交联聚乙烯高粘高防腐复合材料，并研究了马来酸酐接枝聚乙烯与交联聚乙烯配比，交联剂用量等因素对材料粘性力、防腐性能的影响。

1·实验

1.1原材料

线性低密度聚乙烯，3505，南京扬子石油化学公司；

线性高密度聚乙烯，HDPEHMA-025，沙特埃克森美孚；

过氧化而异丙苯（DCP），BCFF，阿克苏诺贝尔；

马来酸酐，MAH-g-PE，试剂级，泉州市海峡西化工原料有限公司；

三烯丙基异氰脲酸酯，TAIC，广州信达精细化工有限公司。

1.2样品制备

(1)将线性低密度聚乙烯预先干燥处理至水分含量低于600ppm,并与DCP,MAH-g-PE按一定比例称重，在高速搅拌机中充分混合2分钟；而后在双螺杆挤出机中挤出造粒，制备热熔胶。挤出温度为200℃，螺杆转速为200rpm，经挤出造粒后，干燥至水分含量低于600ppm，备用；

(2)将高密度聚乙烯预先干燥处理至水分含量低于600ppm后，加入不同用量的交联剂/助交联剂在高速混合机中混合2分钟，而后在双螺杆挤出机中挤出造粒。挤出温度为150℃，螺杆转速为200rpm，备用；

(3)将第一步制得的接枝物与第二步制得的聚乙烯按不同比例（10/90、15/85、20/80、25/75、30/70）称重，在高速混合机中混合2分钟；然后挤出造粒，挤出温度150℃，螺杆转速为200-500rpm挤出造粒后，磨粉30-50目并将粉料干燥至水分含量低于600ppm；

1.3样板制作

(1)制作高粘料塑料样板：将平板硫化机加热至温度为200℃时，将制得的粉料均匀涂撒在钢板模具上，并在1.2Mpa压力下保温15分钟。待样板冷却至室温后，用冲片机冲剪出样条，以备性能检测之用。

  　(2)制作高粘料塑料-金属复合样板（用于测定剥离强度）：加热另一块钢板（200×150×10mm），测定钢板的温度在240~250℃时直接均匀上料，上料厚度为4~6mm。在样板尚未完全冷却时使用刀片在塑料层上按20mm间距均匀的划上缝隙，并将边缘2cm宽处掀起以防边缘与钢板粘结。

1.4性能测试

(1)维卡软化点的测定：使用A法（932克砝码）测定试样维卡软化点，按规定要求取下两块试样，分别置于仪器左右两个测试针脚下。

(2)塑料拉伸性能测定：按照GB2918调节试样状态和实验环境。按GB/T1040-1992进行测试，试样为哑铃状，厚度4mm，拉伸速率50mm/min。

(3)塑料抗冲击测定：在样板厚薄均匀的地方冲取冲击样片后，再使用缺口制样机在其正中间制出1mm深的缺口。按规定GB/T1043-1993进行测试，试样尺寸为65mm×10mm×4mm。

(4)90°剥离强度测定：待样板在固化完全后固定放置在电子平台秤上，记下重量数值。再使用虎钳将样条垂直拉起同时观察数值变化，记下瞬时最小值。利用剥离时电子平台秤重量数据的变化值计算出剥离时单位宽度防腐层与金属层的力值。