2025-05-19 09:28:21
拼裝罐是由鋼板通過自鎖螺栓和密封膠拼接而成的儲存容器(圖1)，廣泛應用在飲用水、消防水、污水處理、農業、沼氣發酵、化工等各種領域。有關調查表明，未來十年全球拼裝罐年復合增長率CAGR約為5.9%。目前拼裝罐的涂裝防護以搪瓷為主，由于無機搪瓷涂層耐溫高，耐化學性能好，搪瓷拼裝罐在各類應用場合表現優秀。但搪燒需要溫度高達800℃，造價較高，涂層韌性和附著力相對較差，且搪瓷表面或內部很難避免都會存在微孔，安裝運輸過程中由于磕碰易造成缺陷，這些問題的存在促使人們著手研究其他類型的涂覆材料。熔結環氧粉末涂料用于管道、儲罐、鋼構等防腐領域已經非常成熟，因此環氧粉末便順理成章的成為首選對象。早在本世紀初，歐美地區就有關于粉末涂料用于拼裝罐涂覆的研究，拼裝罐龍頭廠商CST Industries、Permastore等公司為粉末涂料涂覆拼裝罐的先行者。環氧粉末涂層其耐蝕性僅次于搪瓷涂層，適用于大多數種類的拼裝罐，環氧粉末涂覆拼裝罐在歐美地區已經多年的應用驗證，并且已較廣泛推廣。近年來，國內拼裝罐企業也在推行環氧涂層拼裝罐，如北京盈和瑞、石家莊正中等。隨著國內的產業越來越集中，可再生資源的擴展，水處理廠、農業儲存設施、沼氣池等基礎設施項目的建造，給拼裝罐市場的帶來了大幅增長。因此，推動粉末涂料在拼裝罐上的應用，將對粉末涂料的市場擴展起到很大的促進作用。
環氧涂層相較于搪瓷涂層，其化學耐性稍差，尤其是在有機溶劑的耐受性方面，因此選擇時應充分考慮存儲介質種類。環氧涂層拼裝罐可以用于儲存以下介質，見表1。
實際應用時，還需考慮介質溫度帶來的影響，合理設計環氧粉末涂料的配方，如適當添加酚醛改性環氧可提升涂膜玻璃化溫度和化學耐性。
3.1 涂裝工藝
拼裝罐多處于室外暴露環境，內壁涂層與存儲介質直接接觸，提供良好的防腐蝕能力和耐化學性，一般選用特種純環氧體系粉末涂料；外壁暴露在室外，需要兼備防腐蝕和抗紫外線老化的能力，因此多采用環氧涂層打底，外涂聚酯粉末的雙層結構。涂裝工藝如圖2。粉末涂裝拼裝罐鋼板需要經歷以上15個步驟。良好的前處理是任何合格涂裝的前提，在保證噴砂/拋丸效果的同時，也要注意鋼丸的定期更換，以及后續后壓制成型設備(壓輥、傳送裝置)的潔凈度，避免鋼板表面被油污污染。很多涂裝廠家鋼板壓制成型后省去了脫脂處理，涂裝后往往會出現局部氣泡、針孔等各種涂層弊病。由于涂裝后有二次固化，涂裝前預熱不需要達到太高的溫度，其主要目的是去除鋼板表面和內部濕氣，一般建議在110℃~160℃之間。如果鋼材足夠潔凈，也可以采用冷涂裝的方式，環氧底層涂裝完成后進行預固化，然后趁著鋼板的熱量進行面層涂裝，最后進行二次固化。若有條件在涂裝前將鋼材加熱到比較高的溫度，也可以采用快速固化類型的粉末涂料，利用鋼板的余熱固化成膜；或者底層環氧、面層聚酯直接連續噴涂，最后進行一次鞏固性固化。但需要注意的是，利用鋼板余熱固化的涂裝工藝，涂裝前一定要達到粉末涂料廠商要求的溫度，且給予鋼板足夠的預熱時間，以保證鋼板熱透而具備足夠的熱量，并根據需要可在噴室前后增加封閉保溫空間，以減少熱量損失。總之，無論是哪種工藝，在涂裝線設計時都應考慮盡快進入下一環節，避免過程中的能量損失，減輕最終的固化壓力。粉末廠家生產粉末前一定要了解各環節的溫度、時間，以便更準確的設計出適用的粉末涂料。
3.2 涂層技術要求關
于拼裝罐涂覆熱固性粉末涂料的技術要求，目前國內沒有相關國標或行標，儲水拼裝罐可參考的標準有美標AWWA D103-09。根據國內外相關拼裝罐企業的設計要求和企標，本文總結了一下拼裝罐鋼板涂裝粉末涂料的相關技術指標：
下面是Permastore公司的粉末涂料拼裝罐的技術要求：表2和表3分別是內壁熔結環氧粉末涂料性能要求和外壁環氧底粉加聚酯面粉雙涂層的性能要求：
國內某企業粉末涂料拼裝罐的技術要求表4和表5分別為內壁環氧粉末涂層的厚度要求和外壁雙環氧低粉加聚酯面粉雙涂層的厚度要求：
表6和表7分別為內壁環氧粉末涂層性能要求和外壁環氧底層加聚酯面層雙涂層的性能要求:
以上技術標準僅供參考，實際設計時可根據拼裝罐的具體用途和使用環境制定更合適的指標要求。
拼裝罐的鋼板厚度一般在2~12mm，烘烤過程中升溫慢，拋丸后表面錨紋深度一般為40μm~100μm，涂覆上去的粉末在烘烤過程中會長時間處于低溫區，需要重點考慮流平和流掛的平衡問題。下面從涂裝過程中常見弊病的角度，簡單介紹一下配方設計時需要考慮到的問題。
4.1 常見問題
(1) 橘皮和流掛
由于鋼板較厚，升溫較慢，烘烤固化時粉末涂料長時間處于低溫熔融狀態，固化緩慢，加之涂裝厚度較大，很容易出現流掛現象，流掛不但會造成外觀問題，還會影響鋼板的拼裝。流掛一般可以通過調整膠固化時間，適當提高樹脂粘度，添加適量觸變劑來改善。但調整的同時，要考慮對流平帶來的不利影響。鋼板長時間的低溫狀態，造成樹脂的熔融黏度一直居高不下，本身對流平就很不利，如若體系反應過快，則涂膜會出現嚴重橘皮。因此配方設計時要考慮二者平衡，并根據實際涂裝效果進行修正配方。涂裝時也可以調整烘烤溫度，涂裝工藝參數等方法來改善涂膜外觀效果。
(2) 氣泡
氣泡是拼裝罐涂裝粉末涂料的工藝中比較常見的問題。氣泡往往出現在鋼板的四周，通常是由于邊緣部位表面處理不徹底所致，邊緣部分應著重進行打砂/拋丸處理。沖孔、裁切和壓制成型時要盡量保證鋼材不被污染，如有污染一定要進行脫脂處理。也有人認為邊緣部分在烘烤過程中升溫速率快于鋼板大面，從而固化速度較快，更易出現氣泡；也有人認為鋼板邊緣部分切割和沖孔會對鋼材內部結構造成一定破壞，產生微孔，從而引起烘烤時產生氣泡。不管哪種原因，拼裝罐用粉末涂料配方設計時應做好消泡預防，添加合適的消泡助劑。其實氣泡問題與流平和流掛并不能獨立對待，往往改善了A問題的同時會帶來B問題，配方設計時需要全面的考慮。涂裝時，也要根據氣泡的分布、大小、多少以及涂膜厚度，理性分析，調整溫度等工藝參數來改善問題。
(3) 漏點
漏點會嚴重影響涂層的防腐蝕效果，因此涂裝過程中，每一塊鋼板都需要進行漏點檢測(圖5)，檢測電壓一般采用1100V。針對膜厚較大，如≥300μm的鋼板，應適當提高測試電壓，可用1500V進行檢測。產生漏點的原因有很多，如基材的前處理不徹底，表面的雜質殘留，涂裝環境差，壓縮空氣不潔凈，漏涂，氣孔，使用的回收粉被污染，粉末質量不好等。粉末涂料生產制造時要保證混合和混煉效果，使樹脂和顏填料之間進行充分的潤濕包裹，這樣固化后的涂膜才足夠致密，且不宜選用粒徑過大的填料(建議≥800目)，以免其中的大顆粒在涂膜中形成漏點。
以上是粉末涂裝拼裝罐鋼板過程中3個常見的問題，配方設計時應重點考慮。
4.2 配方設計
由于聚酯粉末面層主要提供耐候性，跟其他行業沒有太大差別，根據耐候的要求設計配方，同時需要考慮避免上述易出問題，此處不再贅述。環氧粉末涂層直接與存儲介質接觸，對內外防護尤為重要，設計時需要全面考慮。環氧粉末涂層可耐受表1中的化學介質，配方設計時需要根據拼裝罐的用途，更準確的選擇材料，如飲用水拼裝罐要避免使用含有重金屬和其他有害物質的原材料，同時要考慮體系的耐水性，避免使用耐水性差的雙氰胺作為固化劑，推薦采用酚類固化劑；如果存儲高溫的介質，需要考慮提高涂膜的玻璃化溫度，如使用部分酚醛改性環氧。涂膜的附著力是防腐蝕的基礎。一旦出現附著力問題，涂膜與基材的界面會很快形成水膜，并通過滲透壓快速擴散，基材也會迅速腐蝕。潤濕是附著力的前提，因此不能一味追求涂裝時的抗流掛能力而過度提高樹脂的粘度。另外可以通過填料和助劑來改善涂膜的附著力。市場上有很多高羥基含量的附著力促進劑，對涂膜的附著力有很明顯的提升，但是這些助劑都有較強的親水性，過量添加會影響涂膜的耐水性，需要注意用量。拼裝儲罐內介質的流動更新，會對儲罐內壁涂層產生摩擦，長期下來會造成嚴重磨損，因此配方設計時需要適當提高涂膜的耐磨性。可以通過添加硬度較高的填料，如硅灰石，二氧化硅，氧化鋁等來提高涂膜的耐磨性能；同時可以適當提高涂膜的交聯密度，雖然按照GB/T 1768的方法測試結果沒有明顯提升，但大量的實用案例證明提高涂膜交聯密度會明顯增加涂膜耐磨壽命；也可以使用一些表面張力低的材料，如含硅樹脂，從而降低涂膜表面的摩擦系數，減少磨損。抗滲透性好的涂膜會大大提高涂膜的防護能力和使用壽命。研究表明，交聯密度對涂膜抗滲透能力的影響并不如想象那么明顯；而不同填料卻表現大相徑庭。絹云母能大大提升涂膜的抗滲透能力；疏水性氣相SiO2也會阻止水分的滲透；硅灰石對涂膜的濕附著力有幫助，可以阻止水分的擴散。拼裝罐鋼板存儲、運輸、安裝過程中難免會磕碰，這就要求涂膜具有較好的抗沖擊能力，以抵抗外來的機械破壞。涂膜抗沖擊性能跟使用的環氧樹脂分子量，固化劑種類，填料種類，樹脂份含量都有關系，這方面的經驗已經較普及，本文不再贅述。綜上，粉末涂料配方設計是個需要全方位考慮的工作。不止需要考慮涂料本身性質，還需結合涂裝工藝條件，沒有萬能的粉末，只有千變萬化的涂裝工藝。拼裝罐市場市場前景廣闊，在大多數的應用領域，粉末涂料都可完美替代搪瓷作為拼裝罐的防護材料。國內的環氧涂層拼裝罐生產經驗較少，仍需摸索完善。拼裝罐粉末涂料的制造和使用過程中，仍存在很多難點問題需要解決。配方設計時只有充分考慮應用需求，技術指標，和易發問題，才能生產出合格的粉末產品，實現長效防護。
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