CN112046045A - 一种内、外三层防腐的钢管及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于钢管的防腐领域，涉及一种内、外三层防腐的钢管及其制备方法与应用。内、外三层防腐的钢管由金属管体(1)、环氧防腐层(2)、马来酸酐接枝改性胶粘剂层(3、3’)、聚烯烃管道专用料层(4、4’)组成。本发明的外三层防腐采用环氧喷涂、胶粘剂和专用料采用包覆或缠绕工艺加工，内三层防腐采用专用料挤出管胚后在外表面涂覆胶粘剂后插入到喷涂或滚涂环氧的钢管内进行衬塑复合。本发明结合外包覆或缠绕、内衬塑的工艺，钢管内外表面均实现了三层防腐，因而钢管具有优异的防腐效果及更长的使用寿命。

Description

一种内、外三层防腐的钢管及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于钢管的防腐领域，具体涉及一种外防腐层缠绕成型、内防腐层衬塑成型的内、外三层防腐管道。
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。
三层聚烯烃防腐由环氧粉末、马来酸酐改性的胶粘剂、外层聚烯烃专用料三层复合而成，其底层为环氧粉末涂料，面层为挤出聚乙烯或聚丙烯，中间为挤出马来酸酐改性的胶粘剂。这种防腐层克服了熔结环氧粉末脆性大、耐水性差的缺点，结合了环氧粉末的强粘接防腐能力及聚烯烃的抗机械损伤性能，因而是目前公认的防腐效果最好的钢管防腐方法。三层聚烯烃防腐一般采取环氧粉末喷涂、聚烯烃胶粘剂及专用料挤出包覆或挤出缠绕的工艺成型，因此目前只能实现钢管的外壁三层聚烯烃防腐，而无法实现钢管的内壁三层聚烯烃防腐。目前钢管的内壁防腐主要采用环氧粉末涂料或液体环氧涂料进行防腐，仍然存在防腐涂层的脆性大、耐水性差的不足。
衬塑复合是一种利用马来酸酐改性胶粘剂将塑料管内衬到金属管的内壁提高金属管耐腐蚀性的一种的复合防腐工艺。但仅仅通过马来酸酐改性的胶粘剂复合的衬塑复合管，复合层马来酸酐改性的胶粘剂容易因吸潮而导致内衬塑料管与钢管发生开裂，液体介质容易沿着开裂缝隙进一步深入而引起钢管的腐蚀。
综上所述，衬塑复合能提高钢管的内壁的防腐性，但因胶粘剂不耐水而存在的进水腐蚀的隐患；三层聚烯烃防腐是目前公认的防腐效果最好的钢管外壁防腐方法，但现有的包覆或挤出缠绕工艺无法对钢管的内壁实现三层聚烯烃防腐。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种内、外三层防腐的钢管及其制备方法，钢管内外表面均实现了三层防腐，因而钢管具有优异的防腐效果及更长的使用寿命。
为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面，提供了一种内、外三层防腐的钢管，包括：
金属管体(1)；
所述金属管体外侧由内到外依次设置有环氧防腐层(2)、马来酸酐接枝改性胶粘剂层(3)、聚烯烃管道专用料层(4)；
所述金属管体内侧沿指向圆心方向依次设置有环氧防腐层(2)、马来酸酐接枝改性胶粘剂层(3’)、聚烯烃管道专用料层(4’)。
本发明对钢管内三层防腐利用环氧层固化交联反应将钢管和聚烯烃层结合到一起，结合了环氧粉末的强粘接防腐能力及聚烯烃的抗机械损伤性能的优点，突破了现有三层聚烯烃防腐技术只能进行钢管外壁防腐的难题，结合外三层防腐采用环氧喷涂、胶粘剂和专用料采用包覆或缠绕工艺，实现了钢管内外表面三层防腐，因而钢管具有更优异的耐腐蚀性及更长的使用寿命。
本发明的第二个方面，提供了一种内、外三层防腐的钢管的制备方法，包括：
对钢管内外表面进行预处理；
对管道外表面进行预热后喷涂环氧粉末，在环氧粉末固化前，在180-250℃挤出马来酸酐接枝改性胶粘剂层包覆或缠绕到钢管表面，接着在180-250℃挤出聚烯烃管道专用料包覆或缠绕到钢管表面，冷却后得到外三层防腐的钢管；
挤出聚烯烃管道，并在其外表面涂覆上马来酸酐接枝改性的胶粘剂；
对外三层防腐的钢管的进行预热，在其内表面喷涂环氧粉末；
将涂覆有马来酸酐接枝改性的胶粘剂的聚烯烃管道插入到内壁喷涂有喷涂环氧粉的钢管内，通过加热和空气压力使二者贴合，并使环氧粉末固化，马来酸酐接枝改性的胶粘剂参与环氧的固化反应，冷去，得到内、外三层防腐的钢管。
本发明的钢管内衬塑防腐工艺采取了先将钢管用中频加热到为140-160℃后利用喷涂或滚涂工艺在钢管内壁涂覆一层环氧粉末，在该温度下环氧粉末只是均匀的粘附到钢管的内部而没有进行固化交联反应，然后再与涂覆马来酸酐接枝改性的胶粘剂的聚烯烃管材进行衬塑复合，在180-250℃的复合温度下，马来酸酐接枝改性的胶粘剂的马来酸酐基团参与了环氧粉末的固化反应，固化后的环氧、马来酸酐接枝改性的胶粘剂及聚烯烃管材三层形成了一个有机结合的整体。相对于常规的以马来酸酐改性的胶粘剂复合的衬塑钢管，环氧层的通过固化交联反应将钢管和聚烯烃层结合到一起，解决了常规衬塑工艺中马来酸酐改性的胶粘剂容易因吸潮而导致内衬塑料管与钢管发生开裂、液体介质容易沿着开裂缝隙进一步深入而引起钢管的腐蚀的难题。
本发明的第三个方面，提供了任一上述的内、外三层防腐的钢管在矿山用管路、燃气管道、市政管道、热力管道、及工业和民用管道制造中的应用。
由于本发明的钢管具有优异的耐腐蚀性及使用寿命，因此，有望在矿山用管路、燃气管道、市政管道、热力管道、及工业和民用管道制造中得到广泛的应用。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明的钢管内衬塑防腐工艺采取了先将钢管用中频加热到为140-160℃后利用喷涂或滚涂工艺在钢管内壁涂覆一层环氧粉末，在该温度下环氧粉末只是均匀的粘附到钢管的内部而没有进行固化交联反应，然后再与涂覆马来酸酐接枝改性的胶粘剂的聚烯烃管材进行衬塑复合，在180-250℃的复合温度下，马来酸酐接枝改性的胶粘剂的马来酸酐基团参与了环氧粉末的固化反应，固化后的环氧、马来酸酐接枝改性的胶粘剂及聚烯烃管材三层形成了一个有机结合的整体。相对于常规的以马来酸酐改性的胶粘剂复合的衬塑钢管，环氧层的通过固化交联反应将钢管和聚烯烃层结合到一起，解决了常规衬塑工艺中马来酸酐改性的胶粘剂容易因吸潮而导致内衬塑料管与钢管发生开裂、液体介质容易沿着开裂缝隙进一步深入而引起钢管的腐蚀的难题。
(2)本发明对钢管内三层防腐利用环氧层固化交联反应将钢管和聚烯烃层结合到一起，结合了环氧粉末的强粘接防腐能力及聚烯烃的抗机械损伤性能的优点，解决了现有钢管的内壁防腐采用环氧粉末涂料或液体环氧涂料或油漆进行防腐存在防腐涂层的脆性大、耐水性差、耐候性差的难题。
(3)本发明对钢管内三层防腐利用环氧层固化交联反应将钢管和聚烯烃层结合到一起，结合了环氧粉末的强粘接防腐能力及聚烯烃的抗机械损伤性能的优点，突破了现有三层聚烯烃防腐技术只能进行钢管外壁防腐的难题，结合外三层防腐采用环氧喷涂、胶粘剂和专用料采用包覆或缠绕工艺，实现了钢管内外表面三层防腐，因而钢管具有更优异的耐腐蚀性及更长的使用寿命。
(4)本发明的方法简单、实用性强，易于推广。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例的内、外三层防腐钢管的结构示意图；
其中，1、金属管体，2、环氧层，3和3’、马来酸酐改性胶粘剂层，4和4’、聚烯烃管道专用料层。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明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发明的示例性实施方式。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。
为了解决钢管的内三层防腐的技术问题，本发明提出了一种内、外三层防腐的钢管及其制备方法。
一种内、外三层防腐的钢管，其特征是，包括金属管体、金属管外壁三层防腐层(依次为环氧防腐层、马来酸酐接枝改性胶粘剂层、聚烯烃管道专用料层)、金属管内壁三层防腐层(依次为环氧防腐层、马来酸酐接枝改性胶粘剂层、聚烯烃管道专用料层)。
进一步地，环氧防腐层为环氧粉末固化反应形成的具有设定厚度的管状结构，以利用环氧粉末的强粘接防腐能力与胶粘剂和专用料相配合，形成三层防腐结构。
更进一步地，当聚烯烃管道专用料层为聚乙烯时，胶粘剂层为马来酸酐接枝改性的聚乙烯胶粘剂，以与聚烯烃管道专用料相配合，获得更优的防腐效果。
更进一步地，当聚烯烃管道专用料层为聚丙烯时，胶粘剂层为马来酸酐接枝改性的聚丙烯胶粘剂，以与聚烯烃管道专用料相配合，获得更优的防腐效果。
本申请的内、外三层防腐方法能够适用于多种不同厚度的金属管体，在一些实施例中，所述金属管体的厚度为2mm-100mm，可根据不同情况进行选择。
进一步地，所述环氧防腐层的厚度为0.1mm-0.5mm，以达到较好的防腐和粘结效果。
进一步地，所述马来酸酐接枝改性胶粘剂层的厚度为0.1mm-0.5mm，以使固化后的环氧、马来酸酐接枝改性的胶粘剂及聚烯烃管材三层形成了一个有机结合的整体，提高防腐效果和使用寿命。
进一步地，所述内、外三层防腐层的厚度为1mm-10mm，保证钢管具有优异的耐腐蚀性及使用寿命的同时，减少原料的消耗。
一种内、外三层防腐的钢管，其特征是按以下步骤制备：
S1：钢管的内外表面处理：利用喷砂抛丸除锈对钢管进行表面处理，除去表面油污及锈；
S2：钢管的外三层防腐：利用中频加热对表面处理的钢管进行预热，使钢管表面温度为150-190℃，喷涂环氧粉末，在环氧粉末固化前，利用挤出机在180-250℃挤出马来酸酐接枝改性胶粘剂层包覆或缠绕到钢管表面，接着利用挤出机在180-250℃挤出聚烯烃管道专用料包覆或缠绕到钢管表面，冷却后得到外三层防腐的钢管；
S3聚烯烃管道挤出及涂胶粘剂：利用管材加工设备在170-215℃的温度挤出需要厚度的聚烯烃管道，在180-250℃温度通过涂胶挤出机在管道外表面涂覆上需要厚度的马来酸酐接枝改性的胶粘剂；
S4钢管的内涂环氧粉末：利用中频加热对S2的外三层防腐的钢管进行预热，使钢管内壁温度为140-160℃，利用喷涂或滚涂工艺在钢管内壁涂覆一层需要厚度的环氧粉末；
S5衬塑复合：将S3涂胶粘剂的聚烯烃管插入到S4内涂覆环氧的钢管中，利用中频或高频加热钢管至180-250℃，利用钢管热量将胶粘剂粘接到钢管的内壁，将钢管两端封堵后往管中注入高压空气，结合压力空气和中频或高频加热，将聚烯烃管贴合到钢管内壁，马来酸酐接枝改性的胶粘剂参与环氧的固化反应，三层形成一个有机结合的防腐涂层，得到内、外三层防腐的钢管。
此时钢管的内、外表面均实现了三层聚烯烃防腐，因而使用寿命更长。
下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。
实施例1
内、外三层防腐的钢管的制备方法：
S1、将规格型号为273*8的钢管进行内外表面喷砂抛丸除锈，备用；
S2、钢管外三层防腐：利用三层防腐设备，中频加热钢管表面温度为160-170℃，在管表面喷涂0.12mm环氧层(DX3401T，山东东宏管业股份有限公司)，用挤出机在200-210℃挤出马来酸酐接枝改性的聚乙烯胶粘剂(Amplify GR320，陶氏化学)，胶粘剂的厚度为0.20mm，然后用挤出机在220-230℃挤出聚乙烯外层专用料(12110G，陶氏化学)，控制三层防腐层的厚度为3.0mm，冷却后得到外三层防腐的钢管。
S3、PE内管挤出及涂胶粘剂：利用管材加工设备，以BorSafeTMME3440为原料，在190-200℃的温度挤出2.5mm的管；在250℃温度通过涂胶挤出机在管道外表面涂覆上0.3mm的马来酸酐接枝改性的聚乙烯胶粘剂(Amplify GR320，陶氏化学)；
S4钢管的内涂环氧粉末：利用中频加热对S2的外三层防腐的钢管进行预热，使钢管内壁温度为160℃，在钢管内壁喷涂一层0.15-0.20mm的环氧粉末(DX3401T，山东东宏管业股份有限公司)；
S5衬塑复合：将S3涂胶粘剂的聚烯烃管插入到S4内涂覆环氧的钢管中，利用高频加热钢管至160℃，利用钢管热量使得胶粘剂接触钢管的内壁并逐步熔融，然后调节高频功率使得钢管的温度逐渐升高到220-230℃，将钢管两端封堵后往管中注入压力为1.5MPa的压缩空气，结合压力空气和高频加热，将PE内管贴合到钢管内壁，利用钢管温度环氧逐渐固化，马来酸酐接枝改性的胶粘剂参与环氧的固化反应，三层形成一个有机结合的防腐涂层，冷却后得到内、外三层防腐的钢管。按GB/T23257测试外防腐层、内防腐层的在20℃、60℃的剥离强度；按GB/T23257附录M测试外防腐层、内防腐层在80℃热水浸泡48h防腐层的翘边深度；按GB/T23257附录L测试外防腐层、内防腐层的冲击强度；具体测试数据如表1所示。
实施例2
内、外三层防腐的钢管的制备方法：
S1、将规格型号为273*8的钢管进行内外表面喷砂抛丸除锈，备用；
S2、钢管外三层防腐：利用三层防腐设备，中频加热钢管表面温度为160-170℃，在管表面喷涂0.12mm环氧层(DX3401T，山东东宏管业股份有限公司)，用挤出机在210-220℃挤出马来酸酐接枝改性的聚丙烯胶粘剂(Borcoat BB 127 E，北欧化工)，胶粘剂的厚度为0.20mm，然后用挤出机在225-235℃挤出聚丙烯外层专用料(Borcoat BB 108 E-1199，北欧化工)，控制三层防腐层的厚度为3.0mm，冷却后得到外三层防腐的钢管。
S3、PP内管挤出及涂胶粘剂：利用管材加工设备，以Borcoat BB 108 E-1199为原料，在185-195℃的温度挤出2.5mm的管；在235℃温度通过涂胶挤出机在管道外表面涂覆上0.3mm的马来酸酐接枝改性的聚丙烯胶粘剂(Borcoat BB 127 E，北欧化工)；
S4钢管的内涂环氧粉末：利用中频加热对S2的外三层防腐的钢管进行预热，使钢管内壁温度为160℃，在钢管内壁喷涂一层0.15-0.20mm的环氧粉末(DX3401T，山东东宏管业股份有限公司)；
S5衬塑复合：将S3涂胶粘剂的聚烯烃管插入到S4内涂覆环氧的钢管中，利用高频加热钢管至160℃，利用钢管热量使得胶粘剂接触钢管的内壁并逐步熔融，然后调节高频功率使得钢管的温度逐渐升高到220-230℃，将钢管两端封堵后往管中注入高压空气，结合压力空气和高频加热，将PP内管贴合到钢管内壁，利用钢管温度环氧逐渐固化，马来酸酐接枝改性的胶粘剂参与环氧的固化反应，三层形成一个有机结合的防腐涂层，冷却后得到内、外三层防腐的钢管。按SY/T7041测试外防腐层、内防腐层的在20℃、60℃的剥离强度；按SY/T7041附录C测试外防腐层、内防腐层在80℃热水浸泡48h防腐层的翘边深度；按GB/T23257附录L测试外防腐层、内防腐层的冲击强度；具体测试数据如表1所示。
实施例3
内、外三层防腐的钢管的制备方法：
S1、将规格型号为273*8的钢管进行内外表面喷砂抛丸除锈，备用；
S2、钢管外三层防腐：利用三层防腐设备，中频加热钢管表面温度为160-170℃，在管表面喷涂0.12mm环氧层(DX3401T，山东东宏管业股份有限公司)，用挤出机在200-210℃挤出马来酸酐接枝改性的聚乙烯胶粘剂(A015E IS，大韩油化)，胶粘剂的厚度为0.20mm，然后用挤出机在220-230℃挤出聚乙烯外层专用料(P601 KUBL，大韩油化)，控制三层防腐层的厚度为3.0mm，冷却后得到外三层防腐的钢管。
S3、PP内管挤出及涂胶粘剂：利用管材加工设备，以Borcoat BB 108 E-1199为原料，在180-185℃的温度挤出2.5mm的管；在235℃温度通过涂胶挤出机在管道外表面涂覆上0.3mm的马来酸酐接枝改性的聚丙烯胶粘剂(Borcoat BB 127 E，北欧化工)；
S4钢管的内涂环氧粉末：利用中频加热对S2的外三层防腐的钢管进行预热，使钢管内壁温度为160℃，在钢管内壁滚涂一层0.15-0.20mm的环氧粉末(DX3401T，山东东宏管业股份有限公司)；
S5衬塑复合：将S3涂胶粘剂的聚烯烃管插入到S4内涂覆环氧的钢管中，利用高频加热钢管至160℃，利用钢管热量使得胶粘剂接触钢管的内壁并逐步熔融，然后调节高频功率使得钢管的温度逐渐升高到220-230℃，将钢管两端封堵后往管中注入高压空气，结合压力空气和高频加热，将PP内管贴合到钢管内壁，利用钢管温度环氧逐渐固化，马来酸酐接枝改性的胶粘剂与环氧的固化反应，三层形成一个有机结合的防腐涂层，冷却后得到内、外三层防腐的钢管。按GB/T23257测试外防腐层、内防腐层的在20℃、60℃的剥离强度；按GB/T23257附录M测试外防腐层、内防腐层在80℃热水浸泡48h防腐层的翘边深度；按GB/T23257附录L测试外防腐层、内防腐层的冲击强度；具体测试数据如表1所示。
表1实施例中防腐层的测试数据
Figure BDA0002660407690000111
从实施例1～实施例3对钢管的内防腐层、外防腐层的剥离强度、80℃水煮及冲击试验可知，上述数据均达到GB/T23257以及SY/T7041的标准要求，通过本发明的技术路线，实现了钢管的内、外三层防腐。
最后应该说明的是，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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。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。上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种内、外三层防腐的钢管，其特征在于，包括：
金属管体(1)；
所述金属管体外侧由内到外依次设置有环氧防腐层(2)、马来酸酐接枝改性胶粘剂层(3)、聚烯烃管道专用料层(4)；
所述金属管体内侧沿指向圆心方向依次设置有环氧防腐层(2)、马来酸酐接枝改性胶粘剂层(3’)、聚烯烃管道专用料层(4’)。
2.如权利要求1所述的内、外三层防腐的钢管，其特征在于，所述环氧防腐层(2)为环氧粉末固化反应形成。
3.如权利要求1所述的内、外三层防腐的钢管，其特征在于，所述马来酸酐接枝改性胶粘剂层(3、3’)为马来酸酐接枝改性的聚乙烯胶粘剂、马来酸酐接枝改性的聚丙烯胶粘剂。
4.如权利要求1所述的内、外三层防腐的钢管，其特征在于，所述聚烯烃管道专用料层(4、4’)为聚乙烯或聚丙烯。
5.如权利要求1所述的内、外三层防腐的钢管，其特征在于，所述金属管体(1)的厚度为2mm-100mm。
6.如权利要求1所述的内、外三层防腐的钢管，其特征是，所述环氧防腐层(2)的厚度为0.1mm-0.5mm。
7.如权利要求1所述的内、外三层防腐的钢管，其特征是，所述马来酸酐接枝改性胶粘剂层(3、3’)的厚度为0.1mm-0.5mm。
8.如权利要求1所述的内、外三层防腐的钢管，其特征是，所述内、外三层防腐层的厚度为1mm-10mm。
9.一种内、外三层防腐的钢管的制备方法，其特征在于，包括：
对钢管内外表面进行预处理；
对管道外表面进行预热后喷涂环氧粉末，在环氧粉末固化前，在180-250℃挤出马来酸酐接枝改性胶粘剂层包覆或缠绕到钢管表面，接着在180-250℃挤出聚烯烃管道专用料包覆或缠绕到钢管表面，冷却后得到外三层防腐的钢管；
挤出聚烯烃管道，并在其外表面涂覆上马来酸酐接枝改性胶粘剂；
对外三层防腐的钢管的进行预热，在其内表面喷涂环氧粉末；
将涂覆有马来酸酐接枝改性胶粘剂的聚烯烃管道插入到内壁喷涂有喷涂环氧粉的钢管内，通过加热和空气压力使二者贴合，并使环氧粉末固化，马来酸酐接枝改性的胶粘剂参与环氧的固化反应，冷去，得到内、外三层防腐的钢管。
10.权利要求1-8任一项所述的内、外三层防腐的钢管在矿山用管路、燃气管道、市政管道、热力管道、及工业和民用管道制造中的应用。
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