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ETFE粉末涂料的加工技术研究
2018年12月03日    阅读量:4525    新闻来源:中国涂料在线 coatingol.com  |  投稿

摘要:ETFE(乙烯-四氟乙烯)共聚物粉末涂料因其可以制成无接缝的耐化学品和耐高温的涂膜而在防腐领域有着不可取代的地位。简要综述了国内外ETFE粉末涂料的发展现状,介绍了国外主要厂家的产品牌号以及山东华氟公司ETFE粉末涂料。论述了静电喷涂和滚涂两种涂装工艺流程,分析了工艺技术条件和粉末制备时的粒径及粒径分布控制关键点中国涂料在线coatingol.com。介绍了ETFE耐化学品性特点,对比了山东华氟公司ETFE产品和进口ETFE产品在不同温度下的耐化学品性能。


0 前言

乙烯-四氟乙烯(ETFE)共聚物粉末涂料形成的涂膜具有优异的耐热性、耐化学品性、耐候性和力学性能等,与PTFE、FEP等其他防腐衬里材料相比,力学性能更加均衡,熔融加工性好,对基材的黏着性好,耐腐蚀性也几乎没有差别。


ETFE相对较高的氟含量(60%以上)有效保护了碳链骨架,提供给涂层良好的耐久性,规则排列的分子结构赋予其一定的结晶度,为涂层提供了阻隔性,抵抗酸碱等的渗透,图1为ETFE三维结构示意图。

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随着国内集成电路和液晶厂PECVD(等离子增强型化学气相沉积)行业等的增长,蚀刻工艺尾气排风管道的防腐需求猛增,而蚀刻气体具有强腐蚀性和高渗透性,PECVD尾气中含有易燃易爆气体硅烷,从而明显带动了ETFE粉末涂料的需求。其他化工储罐、管道、搅拌叶片等也越来越多地采用ETFE粉末涂料。良好的可熔融加工性使ETFE粉末涂料可以方便地通过静电喷涂法、旋转成型法、流化床浸渍法制成任意形状的没有接缝的防腐蚀涂膜。目前,国内对ETFE的合成和加工研究已经成为了一个热点。


1 国内外ETFE产品

1970年,杜邦将ETFE进行工业化生产获得成功。目前,ETFE的生产企业有美国科慕、日本旭硝子、日本大金和美国3M等。其中美国科慕和美国3M公司的大部分ETFE产品倾向于挤出线缆、注塑件和挤出薄膜,科慕有少部分粉末涂料,日本旭硝子和大金主要生产粉末涂料,并已将其系列化,国外ETFE粉末涂料主要牌号及指标见表1和表2。国内山东华氟化工有限公司已经建成500t/a生产装置,产品涵盖用于静电喷涂、滚衬、线缆等的粉料和粒料,产品已形成系列,见表3和表4。

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ETFE阻燃等级符合UL94V-0级标准,因其优异的阻燃特性和防腐特性而成为FM互助制保险公司选定的控制火灾蔓延的排烟管道防腐衬里材料,国外用量巨大。图2为工厂排烟管道,内衬为ETFE树脂材料。

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ETFE粉末涂料防腐在国内外应用领域广泛,如废气处理塔、精馏塔,废液处理塔、化学原料储罐、半导体制造业中的风管等。


2 试验部分

2.1 试验器材

喷枪,EPG-3000,德国瓦格纳尔;电子万能材料试验机,CMT4102,新三思集团;电火花检漏仪,

Kodin-6DJ,济宁科电;激光粒度分布仪,GSL-101BI,辽宁仪表研究所;低温粉碎机,江阴市中凯制药机械公司。


2.2 ETFE静电粉末喷涂技术

ETFE静电喷涂施工流程如图3所示。

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基材处理有除锈、除去毛刺,还有用焊条将空隙、小孔等填平等处理。脱脂一般用高温烧制,400℃保持1h,然后根据所需涂膜的厚度选择喷砂砂粒的大小,一般厚度越大,砂粒越粗。


为充分保护基材不被腐蚀,需要涂膜具有一定的厚度,一般为100~3000μm,为达到足够的厚度就需要通过多次喷涂来实现。

为保证形成的涂膜表面平滑性好和容易带电,粒径需小于150μm,但是如果粒径太小,则会有流动性差、容易堵喷枪以及上粉率低的问题,因此,粒径小于30μm部分的质量分数应少于1%,而且还存在粒径过小,则重复施工次数增多,操作变得繁琐,而且涂膜多次加热,因热分解而起泡的风险变大。山东华氟化工有限公司经多次试验,在平滑性、减少施工次数、增加上粉率等方面得到了最佳平衡点,将平均粒径控制在70~120μm之间,颗粒形状接近球形,施工4次可以得到总厚度至少为0.8mm的涂膜,施工过程顺利不堵枪,涂膜光洁无缺陷。图4为使用山东华氟化工有限公司牌号为EC-01ETFE喷涂的弯头衬里和铁板照片。

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ETFE静电喷涂施工复杂,需喷涂4~5次才能达到最大膜厚1mm,可通过添加碳纤维、玻璃纤维等增加厚度和减少固化时的收缩。

ETFE异型件喷涂,无接缝、粘接力高、粘接耐久性好,添加碳纤维的经5~7次喷涂膜总厚度可达1mm。

在需求特别高附着力的情况下,可以增加底漆,据报道目前进口底漆一般选择普通改性ETFE与聚酰亚胺树脂或环氧树脂等复合使用以提高附着力,复合树脂宜选择熔点或维卡软化点温度、耐热性等熔融加工条件与ETFE匹配的粉末树脂。


2.3 ETFE滚涂加工技术

滚涂衬里特点是只适用于形状较规则的内表面,膜厚可达2~5mm,适用于重防腐,能够更有效地防止腐蚀性液体和气体的渗透。

ETFE滚涂基本工艺流程如图5所示。

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因涂层主要通过工件由外向里间接传热,而粉末涂层又较厚,为利于传热,需堆积密度大,粒径大,颗粒形状近似球形,粒径小于30μm部分少于1%,以使粉末流动性好,粒径太大则成型物的表明平滑性不好,因此优选粒径150~300μm。此外,ETFE粉末熔融以后完全依赖旋转时自身的质量在工件内表面均匀流平,因此熔融指数需要尽可能大,但是熔融指数太大又会因分子质量下降而导致力学性能降低,因此优选熔融指数15~35g/10min。预热、熔融、冷却温度和时间条件根据加工部件、炉子以及冷却条件的选择而改变。对于加工衬里厚度为2.3mm的情况,选择条件如下:


预热:250℃,5min;熔融:288℃,60min;冷却:环境温度。


其中熔融温度可以在一定范围内变化,例如稍微提高温度,可以缩短时间,降低温度则需要适当延长时间。表5为滚涂保温温度与时间条件。


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ETFE旋转成型采用的主轴和次轴转速与其他传统聚合物旋转成型相同。箱式部件、三通、圆柱状管部件、膨胀节等采用主轴8r/min,次轴9r/min;球体或椭球体采用主轴8r/min,次轴10r/min。采用上述旋转条件就能将粉末分散均匀并熔融成均一厚度的衬里。


山东华氟化工有限公司的ETFE粉末涂料通过旋转成型在精馏塔塔节内表面衬上防腐层,通过测厚仪测试厚度≥2.5mm,通过电火花检测仪测试没有针孔缺陷,且附着力和表面光洁度优异,已经在正常运行的装置上发挥防腐作用,使用两月没有出现损坏。图6为山东华氟化工有限公司滚涂成型精馏塔塔节防腐衬里,图7为山东华氟化工有限公司滚涂成型封头。

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3 ETFE防腐特性

ETFE对大多数化学介质呈惰性,表6为几种常见化学品对ETFE拉伸性能的影响。由表6可见,ETFE对无机酸、碱和有机溶剂都有很好的耐受性。除了强氧化性的酸,如高温下的浓硝酸、有机胺类、磺酸类等在高温下或者接近沸点的温度下会导致ETFE涂层的破坏。表6是将某进口ETFE和山东华氟化工公司ETFE制成1mm厚微哑铃型试样测试的数据,其中断裂伸长率变化小于15%的情况下,不影响正常使用。

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4 结论

除了静电喷涂法和滚涂法,还可以通过流化床浸渍法实现在工件表面形成没有接缝的涂膜,但是目前很少采用。市场上广泛采用的是大金、旭硝子和科慕的ETFE粉末涂料,涂装工艺一般都是静电喷涂和滚涂法。国产ETFE已经有几家正在市场上试用,但是大部分存在开裂现象、杂质、加工性差、耐久性和耐腐蚀性不足,有的使用一段时间发生开裂,而且表面光洁度、质感也与进口产品存在一定差距。山东华氟化工有限责任公司的产品具有优异的耐腐蚀性,表现出与进口产品相当的高温防腐性能。

因ETFE树脂颜料分散性较差,大部分的ETFE粉末涂料熔融成膜后为无色,遮盖力差。此外,增加底漆可提高附着力,但目前国内还没有这方面的研究、专利或产品见诸报道。这也是今后研究人员需持续努力的方面。另外,国产ETFE粉末涂料还需通过FM认证才能得到华为、三星、TCL等终端客户认可。

随着国内研究工作的持续深入,国产ETFE必将赶上发达国家水平,并形成自己的特色。山东华氟化工有限责任公司目前仍在持续提高和研发新的ETFE粉末涂料,不断提高加工和使用性能,同时进一步拓宽其使用领域。


文/宿梅香,郭希刚,王延平

山东华氟化工有限责任公司


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