CN103318578A - 具有高结合强度内壁防腐层的大型金属储罐的成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有高结合强度内壁防腐层的大型金属储罐的成型方法，适用于大型聚乙烯钢塑复合储罐的加工，其特征是它包括表面（1）激光毛化，使用激光在钢板表面加工出微凹凸结构，提高钢基体与涂覆层的结合面积；（2）硅烷化，在钢基体表面形成KH560硅烷膜粘结层，通过化学键与聚乙烯涂覆层粘结。本发明通过激光毛化联合硅烷化的处理方法，在增大接触面积的同时引入化学键，提高了钢基体与涂覆层的结合能力，保证了储罐的质量。

Description

具有高结合强度内壁防腐层的大型金属储罐的成型方法

技术领域

本发明属于塑料制品成型加工技术，尤其是一种滚塑加工方法，具体地说是一种通过基体激光毛化和硅烷化复合处理的增强滚塑储罐内塑料涂覆层和钢基体结合强度的具有高结合强度的大型储罐成型方法。

背景技术

 随着石油、制药等化工行业对于大型防腐蚀储罐质量性能要求的提高，使用滚塑成型的大型钢网塑储罐由于其极高的性价比得到广泛使用。在当前的储罐加工行业，应用比较广泛的是滚塑加工技术。滚塑是一种热塑性塑料中空成型方法，即先将粉状或糊状或单体物料注入模内，通过对模具的加热和双轴滚动旋转，使物料借自身重力作用均匀地布满模具内腔并且熔融，待冷却后脱模而得中空制品。滚塑的转速不高，产品几乎无内应力，不易发生变形、凹陷等问题。

    目前，一般使用滚塑成型技术生产小型储罐，主要是使用粉末状的LLDPE颗粒，预热后填入到储罐模具中，用直火式的加热方法，对模具进行加热，同时进行双轴的滚动摇摆，待LLDPE粉末在模具腔内融化且分布均匀，撤去热源，喷水加速储罐的冷却与凝固，之后进行脱模，便可得到塑料储罐。但此种工艺只适用于生产小型储罐，并且所生产的储罐强度较差。

大型储罐一般使用钢网塑结构。滚塑成型的大型钢网塑储罐的结构为：外层是作为基体的不锈钢储罐外壁，中层为不锈钢钢丝网，通过焊接与储罐壁连接。内层为聚乙烯（LLDPE）防腐蚀层。如现阶段的滚塑储罐相关专利《立式大型钢塑复合储罐》 (CN 101445182 A)，聚乙烯层通过滚塑工艺直接与储罐壁和钢丝网结合。

对于滚塑成型的大型钢网塑储罐，聚乙烯层与钢基体的结合性能对大型储罐的质量极其重要。现有的储罐不少都采用07MnCrMoVR不锈钢板来生产储罐壁，滚塑过程中聚乙烯涂覆层直接与不锈钢储罐壁结合，自然冷却，钢塑结合表面并未形成化学键。且储罐壁不经过表面处理，两者接触面积达不到理想要求，影响粘结性能。LLDPE是非极性结晶聚合物,表面能低,与其他材料粘结性能差，现阶段的滚塑工艺形成钢塑结合不能保证储罐对于结合性能的要求，在冷却凝固的过程中，由于聚乙烯涂覆层与钢基体的碰撞率不一致，易产生内外层分层、剥离等质量问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有的滚塑加工中由于聚乙烯与钢质基材结合力不足，易产生内外层分层、剥离的质量问题，提供一种基于激光毛化与硅烷沉积增强聚乙烯与钢质基体结合力的大型金属储罐内壁防腐层的滚塑成型方法。

本发明技术方案是：

 一种具有高结合强度内壁防腐层的大型金属储罐的成型方法，其特征是它包括以下步骤：

（1）对钢质储罐基体内表面进行激光毛化处理，控制毛化点的形状为圆形，毛化点的直径为150-200um，并最终在钢质储罐基体内表面形成表面粗糙度为0.8-1.5μm的微凹凸结构； 

（2）使用清洗剂对钢基体表面进行清洗；

（3）使用硅烷溶液进行硅烷化处理，控制浸润时间在100到120秒之间，以便在钢质储罐内表面形成一层厚度为5～8μm硅烷粘结层，为提高后续滚塑材料聚乙烯与钢质基体的结合强度；

（4）利用经过处理的钢基体完成储罐的焊接成型工作；

（5）将焊接成型的钢质储罐放在滚塑设备上进行硅烷成膜固化及滚塑加工，控制滚塑温度为190-220℃。

所述的钢质储罐的规格不小于100立方米。

所述的硅烷溶液为KH 560溶液，它由固态KH 560水解至少48h所得，溶液的硅烷浓度（体积分数）为4-6%,最佳为5%。

所述的硅烷粘接层在完成硅烷化处理后为吸附在钢基体表面的固体，其固化与聚乙烯粉末的滚塑加工在同一时刻进行，加工温度为190-220℃。

所述的清洗剂原液和水组成，所述主的原液由以下重量比成分组成：氢氧化钠5-10%，碳酸钠20—30%，其余为酒精，清洗剂中原液的质量浓度为8-10%。

所述的钢质基体上焊接有具有硅烷沉积层的钢网。

所述的硅烷溶液制备方法如下：

（1）在磁力搅拌器中加入甲醇与去离子水，形成水解混合溶剂；由于甲醇的存在，会延长KH 560的水解时间，使其更加稳定；甲醇与去离子水的体积百分比为：25-35%：65-75%。

（2）在水解混合溶剂中缓慢加入KH 560，滴加30-40%的乙酸溶液调节PH值至4.5至5.5，硅烷的体积浓度为4-6%；

（3）不断搅拌至溶液透明、均匀；

（4）将溶液放置在室温中进行水解，约48h之后形成钢基体硅烷化所需要的KH 560溶液。

本发明的有益效果：

本发明通过对钢基体的激光毛化-硅烷化的复合处理，使钢基体表面产生凹凸结构，从而使聚乙烯涂覆层与钢基体的接触面积增大，提高了聚乙烯层的物理结合力，并且经过硅烷化处理后增强了聚乙烯层与钢基体的化学结合力，进一步增强了涂覆层与基体的粘结强度，从而解决了滚塑储罐内塑料涂覆层和钢基体的结合强度不够理想的问题，提高产品质量合格率，保证了安全性。实际的生产试验表明，使用结合强度测试仪测试，即使在不焊接钢网的情况下，激光毛化-硅烷化的复合处理方法使得钢塑的结合强度可以达到20MPa以上，成品率可达到98.5%，而传统的滚塑工艺在不加钢网的情况下所形成的钢塑结合强度为8.5MPa左右，成品率为87.2%，可见激光毛化-硅烷化的复合处理方法较传统的工艺在结合强度与成品率方面分别改善了46.7%与12.9%，均有较大提高和保证。

附图说明

图1是本发明的钢网塑复合储罐截面的结构示意图。

图中：1为钢基体，2为KH 560粘结层，3为钢网，4为聚乙烯涂覆层。

具体实施方式

下面结构附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例一。

如图1所示。

图1的金属罐体的内部体积为200立方米，其加工成型方法如下：

首先，制备硅烷溶液备用，硅烷溶液制备方法如下：

（1）在磁力搅拌器中加入甲醇与去离子水，形成水解混合溶剂；由于甲醇的存在，会延长KH 560的水解时间，使其更加稳定；甲醇与去离子水的体积百分比为：25-35%：65-75%。

（2）在水解混合溶剂中缓慢加入KH 560硅烷，滴加质量百分数为30-40%（最佳为35%）的乙酸溶液调节PH值至4.5至5.5，硅烷的体积浓度为4-6%（最佳为5%）；

（3）不断搅拌至溶液透明、均匀；

（4）将溶液放置在室温中进行水解，约48h之后形成钢基体硅烷化所需要的KH 560溶液。

其次，对钢基体表面进行激光毛化处理，激光器功率达到1.6kw，频率达到2000Hz，毛化点直径为150-200μm，使钢基体表面粗糙度为0.8-1.5μm的微凹凸结构。

第三，使用清洗剂对钢基体进行清洗，步骤如以下：

(1)将清洗剂放入到处理槽中，加热到50-60度；

(2)将钢基体放入处理槽中用毛刷刷洗至少8秒钟；

(3)将钢基体用去离子水清洗完成。

清洗剂由原液和水组成，原液由以下重量比成分组成：氢氧化钠5-10%，碳酸钠20—30%，其余为酒精。液洗剂中原液的质量浓度为8-10%。

第四，使用第一步制备所得的KH 560溶液进行硅烷化处理，步骤如下：

(1)将KH 560溶液放入处理槽中，KH 560溶液的体积浓度为4-6%（最佳5%） ， 

(2)将钢基体放入处理槽中进行浸涂，时间为100—120秒；以便在钢质储罐内表面形成一层厚度为5～8μm硅烷粘结层；

第五，将经过前述处理的钢基体焊接形成钢质储罐；

最后，将焊接成型的钢质储罐放在滚塑设备上进行硅烷成膜的固化及滚塑加工，滚塑原料为聚乙烯粉末(LLDPE)，加热温度为190-220度，加热时间为45至60分钟，自然冷却即可。

具体实施时，为了增加滚塑层与钢质基体的结合力，还可在滚塑加工之前在焊接成形的储罐的钢质基体内表面上焊接一层有硅烷层沉积层的钢网3以增强结合力。

实施例二。

一种具有高结合强度内壁防腐层的大型金属储罐的成型方法，它包括以下步骤：

1.对钢基体表面进行毛化处理的步骤；

在本步骤中，将用于生产储罐外壁所使用的07MnCrMoVR不锈钢板(尺寸为2900mm *1500mm*8mm)进行毛化处理。在进行激光毛化处理时所使用的设备为华工恒信激光公司生产的“Lance 3500”型激光器。钢基体表面经过激光毛化处理后，形成毛化点直径为200um，20点/平方毫米，且粗糙度为0.8-1.5um的微凹凸结构，使得钢基体1表面的粗糙度增加，进而是聚乙烯涂覆层4与钢基体1的粘结接触面积增大，增加结合强度。

2.使用清洗剂对钢基体1表面进行清洗，为后续工艺做准备。

在本步骤中，对钢基体1表面进行处理的清洗剂，由如下成分组成：氢氧化钠5-10%，碳酸钠20—30%，其余为无水酒精。配置浓度为8-10%。PH值为10-12。

在对钢基体1进行清洗的过程中,包括以下步骤：

（1）将清洗剂放入处理槽中，加热至50-60摄氏度。

（2）牵引钢基体1水平通过处理槽，并用清洗槽内的毛刷进行清洗，刷洗时间至少8秒钟以上。实际上，在处理槽中通过清洗剂对钢带上的杂物产生浸润作用，然后对表面油脂杂质产生乳化作用，再通过处理槽中的滚动毛刷随钢带的前进转动完成对钢带表面产生的刷洗，将杂质从钢带上卷离，完成清洗过程。

（3）将钢基体1放入清洁槽中，使用去离子水清洗钢基体1表面，为后续的工艺做准备。

3.使用预先制备而成的KH 560溶液进行钢基体表面进行硅烷化处理。

在本步骤中，对钢基体表面进行硅烷化镀膜处理，其使用的特殊的硅烷溶液制备方法如下：

（1）在磁力搅拌器中加入甲醇与去离子水，形成水解混合溶剂。由于甲醇的存在，会延长KH 560的水解时间，使其更加稳定。

（2）在水解混合溶剂中缓慢加入KH 560，滴加质量百分比为35%的乙酸溶液调节PH值至4.5至5.5。硅烷的体积浓度约为5%。

（3）不断搅拌至溶液透明、均匀。

（4）将溶液放置在室温中进行水解，约48h之后形成后续钢基体硅烷化所需要的KH 560溶液。

钢基体的硅烷化处理的步骤如下：

（1）在处理槽中加入所需要的KH 560溶液，体积浓度为5%。

（2）将厚度为8mm的钢基体1牵引浸入KH 560溶液中，由于吸附过程几乎是瞬间完成的，若浸润时间过长，易形成弱边界效应，影响成膜质量，所以浸润时间应控制在100到120秒之间。控制成膜的厚度不超过10微米（以5～8μm为最佳）。

（3）将钢基体1从溶液中取出，通过卷板机卷制成储罐外壁。

 (4) 在储罐壁钢基体1内壁焊接钢网3（具体实施时也可省去本）。

 (5) 将封头、封底，储罐外壁焊接成储罐体，并且焊接上滚塑模具，将整体安装在滚塑机上，为固化工序做准备。

4.加入35筛孔的聚乙烯粉末（LLDPE）后用直火加热的方式固化KH 560膜2，整个滚塑工艺过程加热温度为190-220摄氏度，加热时间为一个小时。加热完成后使储罐在室温中自然冷却，完成钢基体的硅烷化处理。

本发明实施例一、二中所使用的激光毛化作为一种表面处理方法，其原理是利用经过特殊调制的高能量密度（104-106W/                                                

）、高重复频率的脉冲激光束,在聚焦后入射到钢基体表面实施强化，在聚焦点处形成微小熔池，同时由侧吹装置对微小熔池施以设定压力、流量、方向的辅助气体，使熔池中的溶融物按指定要求尽量堆积到熔池边缘形成圆弧形凸台。激光毛化可以有效的增大钢基体表面的接触面积，如专利《用于钢带增强聚乙烯螺旋波纹管的钢带毛化处理方法》 (CN 101987395 A)，便是使用激光毛化增加了钢带和聚乙烯层的接触面积。

本发明的硅烷剂KH-560（γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷）是一种含环氧基的偶联剂，用于环氧树脂的胶粘剂、填充型或增强型热固性树脂、玻璃纤维胶粘剂和用于无机物填充或玻璃增强的热塑料性树脂等。现阶段利用硅烷膜一般是用做表面防护，如专利《金属表面硅烷化处理方法及其应用》 (CN 101885945 A)，一般是要得到比较厚的防护层，来防止对基体材料的腐蚀。而作为粘接层时，KH-560应用较少，考虑到“弱边界效应”，必须要严格控制KH-560粘接层的厚度。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (7)

1.一种具有高结合强度内壁防腐层的大型金属储罐的成型方法，其特征是它包括以下步骤：

（1）对钢基体表面进行激光毛化处理，控制毛化点的形状为圆形，毛化点的直径为150-200um，并最终在钢质储罐基体内表面形成表面粗糙度为0.8-1.5μm的微凹凸结构； 

（2）使用清洗剂对钢基体表面进行清洗；

（3）使用硅烷溶液进行硅烷化处理，控制浸润时间在100到120秒之间，以便在钢质储罐内表面形成一层厚度为5～8μm硅烷粘结层，为提高后续滚塑材料聚乙烯与钢质基体的结合强度；

（4）利用经过处理的钢基体完成储罐的焊接成型工作；

（5）将焊接成型的钢质储罐放在滚塑设备上进行硅烷成膜固化及滚塑加工，控制滚塑温度为190-220℃。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的钢质储罐的规格不小于100立方米。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的硅烷溶液为KH 560，它由固态KH 560水解至少48h所得，溶液的硅烷体积分数浓度为4-6%。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征所述的已经完成水解的固态硅烷粘接层的固化与聚乙烯粉末的滚塑加工在同一时刻进行，加工温度为190-220℃。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的清洗剂原液和水组成，所述主的原液由以下重量比成分组成：氢氧化钠5-10%，碳酸钠20—30%，其余为酒精，清洗剂中原液的质量浓度为8-10%。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的钢质基体上焊接有具有硅烷沉积层的钢网。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的硅烷溶液制备方法如下：

（1）在磁力搅拌器中加入甲醇与去离子水，形成水解混合溶剂；由于甲醇的存在，会延长KH 560的水解时间，使其更加稳定；甲醇与去离子水的体积百分比为：25-35%：65-75%；

（2）在水解混合溶剂中缓慢加入KH 560，滴加30-40%的乙酸溶液调节PH值至4.5至5.5，硅烷的体积浓度为4-6%；

（3）不断搅拌至溶液透明、均匀；

（4）将溶液放置在室温中进行水解，约48h之后形成钢基体硅烷化所需要的KH 560溶液。

Images