内容摘要
直到最近石油和天然气行业的低迷,在过去的十年里,许多行业领域的新建设项目都达到了前所未有的水平,包括石油和天然气、发电和基础设施以及许多其他行业。
保护性涂层通常是许多此类项目的主要腐蚀控制手段--因为需要有效地保护大型钢结构并提供有效的长期保护。虽然这通常是设计和规范过程中的首要任务,但当面对压缩的项目时间表时,保持长期性能可能是一个挑战,因为喷涂被视为 "无可避免之灾祸"。
在这种情况下,快速干燥的涂料系统可以用来提高涂装工艺的生产效率,特别是如果涂料系统的每一个组分层都能更快地干燥,并与下一层涂料一起涂覆。虽然这似乎是一个很有吸引力的选择,但必须仔细平衡保持涂料系统的长期完整性,因为越来越多的人要求涂料系统的使用寿命越来越长。
为什么要快速涂装?
涂装通常被视为一种后期活动,它在制造或施工周期的最后完成。
- 当在现场涂装时,涂装肯定是最后的事情之一,因此,随着开工/试运行的临近,完成涂装的时间框架往往受到压力。
- 当在制造阶段进行时,喷漆往往是在焊接和其他车间或堆场活动完成后的最后一项活动,并且当压力是快速移动涂覆的部分,为下一个项目让路。
- 当应用于较小的部件项目时,喷漆发生在机械完成后和部件可以装运之前,这再次创造了加快进程的紧迫性。
是什么推动了涂装过程中的生产效率?
虽然很多因素都会影响到涂装工艺的生产效率,但这些因素可以分为几个关键领域。
- 是否有适当准备的钢材、涂装设备的类型、人力水平、车间配置、检查活动的程度等。
- 涂料系统的特性,如涂层的数量、规定的涂层干膜厚度(DFT)、体积固体的百分比、干燥时间、最短的涂层时间等。
- 涂装时涂装地点的环境条件。
(i) 物理干燥,以及在化学固化的情况下,如在双组份体系中发现的环氧树脂,取决于涂装时的温度和随后的暴露。在溶剂型方案的情况下,通风也可能是一个影响因素。
(ii) 其他依靠水分帮助固化的体系,如硅酸锌底漆,可能依赖于湿度,因此在相对湿度较低的地方,涂装进度较慢。在某些情况下,需要对底漆进行强制润湿,以限制这种对生产效率的影响。
在多层涂料系统中,不同的性能可以加快涂料系统的生产效率。从典型的三层涂料方案来看,如用于沿海或近海环境中的钢结构,减少最初两层涂料的最短涂覆时间对生产效率有显著影响。而对于最后一层涂料,重点是确保涂料系统发展出足够的机械性能,使其能够更快地处理,而不会损坏。
示意图(如下图)显示了如何减少三层涂料系统中其中一层的过涂层时间,可以提供显著的改善,对钢结构制造者和项目进度有积极的好处。
通常情况下,在比较不同的涂料系统时,往往只看产品的干燥时间,但很少能显示出完整的情况,特别是当这也会受到不同地点的环境条件的严重影响。
涂层性能受到怎样的影响?
开发固化速度更快、生产率更高的涂装系统可能会对其性能产生影响。这取决于一些因素,应注意以下几点。
- 在生产快速固化的双包产品时,固化速度必须与涂料系统的最终机械性能保持平衡。
- 过快的固化速度会导致涂膜抗裂性降低,从而降低长期腐蚀性能。
- 在实际现场应用过程中,通常会遇到比规范中描述的更高的膜厚时,开裂现象会更加明显。
涂层系统中的任何一层都可能出现裂纹或劈裂失效。当然,只有当它穿透涂层并到达钢基体,或者很可能在涂层的预期寿命内到达钢基体时,才会构成潜在的腐蚀威胁,从而需要提前进行维护。
为了确保设计人员在规范和设计阶段达到所需腐蚀环境的正确性能,设计人员经常参考国际标准作为类型、最小膜厚和层数的建议。ISO 12944-5 : 2007、ISO 20340 : 2009和NORSOK M-501 : 第6版等标准在许多工业领域得到普遍使用。ISO 12944和ISO 20340目前都在审查中。
左图:300-400微米的快干环氧树脂的典型开裂故障。
表1(如下)显示了两个常见标准ISO 12944-5 : 2007和ISO 20304 : 2009的例外情况。
表1:常用标准中的典型涂料方案厚度。
虽然标准、规范和制造商指南经常引用最低或推荐的膜厚,但工业涂装的现实情况是,特别是在复杂的几何形状上,如结构型材,过厚是很常见的。
因此,了解涂料系统不仅在推荐的干膜厚度下,而且在超过这个厚度时的性能是非常重要的。为了避免疑问,一个完善的规范会列出最低(通常是推荐DFT的80%)和最高膜厚。ISO 12944-5将最大膜定义为 "最高可接受的干膜厚度,超过这个厚度,涂料或涂料系统的性能就会受到损害"。它提供了额外的指导,建议最大干膜厚度不大于3×标称干膜厚度,以避免疑问。
越来越多的设计师意识到过厚的影响,并将其纳入到他们的资格预审要求中。从表1可以看出,最高的层厚,因此最可能导致过厚的层厚应该是中间环氧层。
表2(如下)显示了作为中间体的常用环氧涂料体系在经过抗裂性评估后的样品。按照NACE TM0404 : 2004 : 第9.2节中的描述,对从+60°C到-30°C循环温度暴露21天后的测试样品进行了评估。
表2:推荐的DFT和两倍推荐的DFT对单层快干环氧树脂在热循环后的抗裂性的影响(NACE TM0404 : 2004 : 第9.2节)。
0-用显微镜观察不到裂缝。
1-用显微镜观察表层裂纹。钢材保护没有受到影响
2-用显微镜观察到的裂纹,但肉眼观察不到。钢材保护没有受到影响
3-肉眼可见的小裂纹。钢材保护不可能受到影响
4-肉眼可见的连续裂缝--钢结构保护受到影响。
5-肉眼可见的连续而深的裂纹--明显的涂层失效。
1 根据网上提供的产品资料
2 在23℃下测量
表3(如下)重复了上述评估中,在富锌环氧底漆层上以推荐DFT为100微米时,表现最好和最差的体系。
表3:推荐DFT和两倍推荐DFT对热循环后涂在锌环氧底漆上的单层快干环氧树脂的抗裂性的影响(NACE TM0404 : 2004 : 第9.2节)
0-用显微镜观察不到裂缝。
1-用显微镜观察表层裂纹。钢材保护没有受到影响
2-用显微镜观察到的裂纹,但肉眼观察不到。钢材保护没有受到影响
3-肉眼可见的小裂纹。钢材保护不可能受到影响
4-肉眼可见的连续裂缝--钢结构保护受到影响。
5-肉眼可见的连续而深的裂纹--明显的涂层失效。
我们能得出什么结论?
上述工程表明,虽然对提高涂料材料的固化速度有显著的好处,但对长期性能也有挑战。在寻求生产效率的提高时,需要对此进行平衡。
此外,它表明需要更好地了解某些产品类型的过厚影响,而历史上主要的重点是避免厚度不足,因为这是提供长期腐蚀保护的关键手段。上述工程表明,虽然对提高涂料材料的固化速度有显著的好处,但对长期性能也有挑战。在寻求生产效率的提高时,需要对此进行平衡。
此外,它表明需要更好地了解某些产品类型的过厚影响,而历史上主要的重点是避免厚度不足,因为这是提供长期腐蚀保护的关键手段。
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