中國(guó)新型涂料網(wǎng)訊：為預(yù)防鋼管在儲(chǔ)運(yùn)期間發(fā)生銹蝕，目前國(guó)內(nèi)鋼管生產(chǎn)企業(yè)在鋼管涂裝時(shí)絕大部分都采用傳統(tǒng)的溶劑型涂料，雖然單價(jià)比較便宜，但存在一系列的問(wèn)題：①生產(chǎn)效率低。有些廠家采用烘房加熱的方法干燥，但鋼管仍需要10～20min的烘烤才能下線打包；部分廠家采用涂料室溫下自干的方式，徹底干燥需要2～7天，涂裝成為影響生產(chǎn)效率和產(chǎn)能的“瓶頸”工序。②漆膜損傷多。涂料未徹底干燥造成鋼管在傳送、打包、運(yùn)輸環(huán)節(jié)中漆膜損傷，進(jìn)而導(dǎo)致?lián)p傷處銹蝕。③污染嚴(yán)重。溶劑在涂料中的主要作用是溶解樹脂，提供流動(dòng)性和便于施工，傳統(tǒng)溶劑型涂料中溶劑的體積含量達(dá)70％以上，這些溶劑都會(huì)在涂料干燥過(guò)程中逐漸揮發(fā)，大量溶劑的揮發(fā)嚴(yán)重危害環(huán)境和工人的健康。④安全性差。涂漆工位與鋼管加工在同一廠房中，溶劑引起的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)較大。⑤能耗高。烘房采用電能或柴油加熱，能耗較高。
本文將介紹一種新型涂料，即紫外光固化涂料，在鋼管涂裝時(shí)，它可用于取代傳統(tǒng)的溶劑型涂料，使上述各方面問(wèn)題得到極大的改善。
1·紫外光固化涂料原理
紫外光輻射固化技術(shù)是20世紀(jì)70年代開發(fā)出的一種全新的綠色技術(shù)，利用該技術(shù)生產(chǎn)出的紫外光固化涂料，簡(jiǎn)稱UV涂料。UV涂料的主要成分有齊聚物、單體、光引發(fā)劑和助劑。齊聚物是一種低分子量的預(yù)聚物，常用的有聚氨酯丙烯酸樹脂和環(huán)氧丙烯酸樹脂等，是決定漆膜性能的主要因素；單體是較小的反應(yīng)性分子，作為活性稀釋劑降低體系黏度，且多官能度的單體可起到交聯(lián)作用；光引發(fā)劑用來(lái)響應(yīng)UV光，并引發(fā)反應(yīng)；助劑包括表面助劑、增稠劑、消泡劑等，起到提高涂料表面性能、改善其施工性等作用。
紫外光固化過(guò)程通常是指液體涂料經(jīng)過(guò)紫外光照射后變成固態(tài)的過(guò)程，通過(guò)齊聚物與單體的聚合反應(yīng)使得體系的分子量增加，并形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，從而變成固體漆膜。紫外光固化過(guò)程如圖1所示。
圖1 紫外光固化過(guò)程示意圖
2·紫外光固化涂料性能
紫外光固化涂料為100％固體含量，其性能（附著力、柔韌性、硬度、耐溶劑性等）均明顯優(yōu)于傳統(tǒng)溶劑型涂料，且其經(jīng)過(guò)紫外光照射后瞬時(shí)干燥，為生產(chǎn)效率的提高奠定了基礎(chǔ)。
紫外光固化涂料與傳統(tǒng)溶劑型涂料的性能對(duì)比見表1。
表1 紫外光固化涂料與傳統(tǒng)溶劑型涂料的性能對(duì)比
3·紫外光固化涂料的優(yōu)勢(shì)
紫外光固化涂料在鋼管上的應(yīng)用是國(guó)內(nèi)鋼管行業(yè)的新亮點(diǎn)，其具有以下優(yōu)勢(shì)：①固化速度快，交聯(lián)固化在瞬間完成，鋼管涂裝干燥的線速度最高可達(dá)120m/min，是傳統(tǒng)烘干型涂料的15倍以上，鋼管下線即可打包。②節(jié)省能源，一條紫外光固化生產(chǎn)線的燈管能耗一般在70kW以內(nèi)，能耗約為傳統(tǒng)烘烤干燥的熱固化涂料的1/5。③環(huán)境污染小，紫外光固化涂料的VOC（揮發(fā)性有機(jī)化合物）含量為零，是公認(rèn)的綠色環(huán)保產(chǎn)品。④氣味小、閃點(diǎn)高（∧100℃），對(duì)工人健康危害低，大大降低安全風(fēng)險(xiǎn)。⑤涂層性能優(yōu)異，涂料固化后的交聯(lián)密度大大高于熱烘型涂料，故涂層在硬度、耐磨、耐酸堿、耐鹽霧、耐汽油等溶劑各方面的性能指標(biāo)均很高，能基本消除由于涂裝防銹問(wèn)題導(dǎo)致的投訴與賠償。⑥涂裝設(shè)備故障率低，由于UV涂料沒有紫外線輻射不會(huì)固化，因而不會(huì)堵塞和腐蝕設(shè)備，涂覆工具和管路清洗方便，設(shè)備故障率低。⑦固化裝置簡(jiǎn)單，易維修，與之相關(guān)的設(shè)備總體比傳統(tǒng)涂料設(shè)備占用空間小。
4·紫外光固化涂料涂裝設(shè)備
用于鋼管紫外光固化涂料的涂裝設(shè)備能對(duì)鋼管進(jìn)行自動(dòng)噴涂并迅速固化［1］，其主要由噴涂室、固化室、通風(fēng)系統(tǒng)、涂料回收系統(tǒng)和輥道輸送系統(tǒng)5部分組成，結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖3 鋼管紫外光固化涂料涂裝設(shè)備示意
該設(shè)備控制系統(tǒng)可根據(jù)鋼管的外徑編制不同程序，調(diào)整噴涂距離、油漆流量、空氣壓力等參數(shù)以達(dá)到目標(biāo)膜厚。鋼管通過(guò)涂裝設(shè)備時(shí)，噴涂和固化同時(shí)進(jìn)行，中間不作任何停頓，適合高速自動(dòng)化的生產(chǎn)線。此外，由于紫外光固化涂料未經(jīng)紫外光照射時(shí)不會(huì)固化，所以涂料回收系統(tǒng)可對(duì)過(guò)噴的涂料進(jìn)行收集，過(guò)濾后再輸回儲(chǔ)漆罐，這樣涂料的利用率可達(dá)95％，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)有的常見噴涂系統(tǒng)。目前，該涂裝設(shè)備成功地實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用，可替代國(guó)外進(jìn)口設(shè)備。
5·紫外光固化涂料經(jīng)濟(jì)性分析
1）設(shè)備投資
紫外光固化涂料的涂裝設(shè)備主要包括噴涂系統(tǒng)和干燥系統(tǒng)2部分，所需投資大約300萬(wàn)元；傳統(tǒng)溶劑型涂料涂裝設(shè)備主要包括噴涂系統(tǒng)和烘房，所需投資大約100萬(wàn)元。
2）涂料直接成本
紫外光固化涂料與傳統(tǒng)溶劑型涂料的成本對(duì)比見表2。
表2 涂料直接成本對(duì)比
表3 能耗成本對(duì)比
可以看出雖然紫外光固化涂料的單價(jià)較高，但由于其固體含量遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)溶劑型涂料，且對(duì)涂料的回收利用率高，所以最終單位面積鋼管的涂料直接成本并不會(huì)高于傳統(tǒng)溶劑型涂料。
3）能耗成本
無(wú)論是溶劑型涂料還是紫外光涂料，干燥涂料所消耗的電能都是其能耗的主要方面，以此對(duì)兩種涂料的能耗成本進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見表3。
4）質(zhì)量成本
由于紫外光固化涂料的瞬時(shí)固化，能顯著降低鋼管表面因漆膜未干即搬運(yùn)撞擊所造成的損傷，從而大大減少人工修補(bǔ)和因質(zhì)量投訴造成的損失。
5）安全、健康、環(huán)保成本
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷提高，安全、健康和環(huán)保成為國(guó)家、行業(yè)、企業(yè)越來(lái)越重視的因素。與傳統(tǒng)溶劑型涂料相比，紫外光固化涂料在安全、健康和環(huán)保方面有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。雖然這些優(yōu)點(diǎn)帶來(lái)的好處難以量化計(jì)算，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，安全、健康和環(huán)保方面的投資是值得的。
綜上可以看出：①紫外光固化涂料需要專用的噴涂干燥設(shè)備，初期需要一定設(shè)備投資；②由于紫外光固化涂料的固體含量高，涂料回收利用率高，最終的使用成本并不一定高于溶劑型涂料；③相比于烘烤干燥溶劑型涂料，紫外光固化涂料所消耗的能量較低，有助于降低能耗成本；④質(zhì)量投訴、安全健康和環(huán)保方面的成本難以量化計(jì)算，但紫外光固化涂料在這些方面的優(yōu)勢(shì)毋庸置疑。
6·實(shí)際使用情況
寶雞石油鋼管有限責(zé)任公司從2011年7月開始在管加工生產(chǎn)線投入使用紫外光固化涂裝設(shè)備，使用情況良好，尤其是耗電量大幅下降，涂料利用率大幅提高。
（1）耗電量。紫外光固化設(shè)備采用無(wú)極紫外燈，1臺(tái)設(shè)備有6盞燈，單盞燈功率為6kW。在運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)有鋼管通過(guò)時(shí)，紫外燈的功率為36kW（100%）；無(wú)鋼管時(shí)，功率可以迅速降低為7.2kW（20%），既不影響固化質(zhì)量，又可以節(jié)省能源。
（2）涂料利用率。以2011年7月的生產(chǎn)為例，生產(chǎn)規(guī)格為Φ139.7mm×7.72mm鋼管，產(chǎn)量3151.67t，11766支，鋼管平均長(zhǎng)度10.36m，平均膜厚30μm，紫外光固化涂料用量為1700L（包含涂料輸送管系統(tǒng)中殘留的紫外光涂料），利用率達(dá)到94.32%。
7·結(jié)語(yǔ)
我國(guó)的鋼管工業(yè)經(jīng)過(guò)近10年的飛速發(fā)展，目前鋼管產(chǎn)量保持世界第一，并從2006年開始，超過(guò)世界前8國(guó)（日本、俄羅斯、美國(guó)、意大利、德國(guó)、烏克蘭、法國(guó)和英國(guó)）的綜合產(chǎn)量［2］。由于產(chǎn)能過(guò)剩，我國(guó)鋼管工業(yè)會(huì)逐漸進(jìn)入競(jìng)爭(zhēng)、淘汰、調(diào)整的新發(fā)展時(shí)期。提高產(chǎn)品品種質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，降低制造成本，改善技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，改善施工環(huán)境已成為行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。紫外光固化涂料正是應(yīng)此需求而開發(fā)出來(lái)的新技術(shù)，市場(chǎng)應(yīng)用前景廣闊。
8·參考文獻(xiàn)
［1］王杭凱，彭偉，項(xiàng)占琴.鋼管UV固化噴涂機(jī)漆膜均勻性控制的研究［J］.機(jī)電工程，2009，26（9）：84-87.
［2］殷國(guó)茂.我國(guó)鋼管工業(yè)的現(xiàn)狀和今后發(fā)展的思考［J］.鋼管，2011，40（1）：1-7.
