紫外光固化涂料在鋼管生產(chǎn)上的應(yīng)用
中國新型涂料網(wǎng)訊：為預(yù)防鋼管在儲運期間發(fā)生銹蝕，紫外目前國內(nèi)鋼管生產(chǎn)企業(yè)在鋼管涂裝時絕大部分都采用傳統(tǒng)的光固管生溶劑型涂料，雖然單價比較便宜，化涂
東莞市邦昵涂料有限公司但存在一系列的料鋼問題：①生產(chǎn)效率低。有些廠家采用烘房加熱的產(chǎn)上方法干燥，但鋼管仍需要10～20min的紫外烘烤才能下線打包；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，光固管生涂裝成為影響生產(chǎn)效率和產(chǎn)能的化涂“瓶頸”工序。②漆膜損傷多。料鋼涂料未徹底干燥造成鋼管在傳送、產(chǎn)上打包、紫外運輸環(huán)節(jié)中漆膜損傷，光固管生進而導(dǎo)致?lián)p傷處銹蝕?；竣畚廴緡乐?。料鋼溶劑在涂料中的產(chǎn)上主要作用是溶解樹脂，提供流動性和便于施工，傳統(tǒng)溶劑型涂料中溶劑的體積含量達70％以上，這些溶劑都會在涂料干燥過程中逐漸揮發(fā)，大量溶劑的揮發(fā)嚴重危害環(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
東莞市邦昵涂料有限公司火災(zāi)風(fēng)險較大。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，它可用于取代傳統(tǒng)的溶劑型涂料，使上述各方面問題得到極大的改善。 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。 紫外光固化過程通常是指液體涂料經(jīng)過紫外光照射后變成固態(tài)的過程，通過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。紫外光固化過程如圖1所示。 圖1 紫外光固化過程示意圖 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)過紫外光照射后瞬時干燥，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比 3·紫外光固化涂料的優(yōu)勢 紫外光固化涂料在鋼管上的應(yīng)用是國內(nèi)鋼管行業(yè)的新亮點，其具有以下優(yōu)勢：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)性有機化合物）含量為零，是公認的綠色環(huán)保產(chǎn)品。④氣味小、閃點高（∧100℃），對工人健康危害低，大大降低安全風(fēng)險。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固化，因而不會堵塞和腐蝕設(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)備能對鋼管進行自動噴涂并迅速固化［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)以達到目標(biāo)膜厚。鋼管通過涂裝設(shè)備時，噴涂和固化同時進行，中間不作任何停頓，適合高速自動化的生產(chǎn)線。此外，由于紫外光固化涂料未經(jīng)紫外光照射時不會固化，所以涂料回收系統(tǒng)可對過噴的涂料進行收集，過濾后再輸回儲漆罐，這樣涂料的利用率可達95％，遠遠高于現(xiàn)有的常見噴涂系統(tǒng)。目前，該涂裝設(shè)備成功地實現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用，可替代國外進口設(shè)備。 5·紫外光固化涂料經(jīng)濟性分析 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比見表2。 表2 涂料直接成本對比 表3 能耗成本對比 可以看出雖然紫外光固化涂料的單價較高，但由于其固體含量遠高于傳統(tǒng)溶劑型涂料，且對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高于傳統(tǒng)溶劑型涂料。 3）能耗成本 無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，以此對兩種涂料的能耗成本進行對比，結(jié)果見表3。 4）質(zhì)量成本 由于紫外光固化涂料的瞬時固化，能顯著降低鋼管表面因漆膜未干即搬運撞擊所造成的損傷，從而大大減少人工修補和因質(zhì)量投訴造成的損失。 5）安全、健康、環(huán)保成本 隨著我國經(jīng)濟實力的不斷提高，安全、健康和環(huán)保成為國家、行業(yè)、企業(yè)越來越重視的因素。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)保方面有無可比擬的優(yōu)勢。雖然這些優(yōu)點帶來的好處難以量化計算，但從長遠看，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算，但紫外光固化涂料在這些方面的優(yōu)勢毋庸置疑。 6·實際使用情況 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)備采用無極紫外燈，1臺設(shè)備有6盞燈，單盞燈功率為6kW。在運行過程中，當(dāng)有鋼管通過時，紫外燈的功率為36kW（100%）；無鋼管時，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），利用率達到94.32%。 7·結(jié)語 我國的鋼管工業(yè)經(jīng)過近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，超過世界前8國（日本、俄羅斯、美國、意大利、德國、烏克蘭、法國和英國）的綜合產(chǎn)量［2］。由于產(chǎn)能過剩，我國鋼管工業(yè)會逐漸進入競爭、淘汰、調(diào)整的新發(fā)展時期。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)濟指標(biāo)，改善施工環(huán)境已成為行業(yè)發(fā)展的趨勢。紫外光固化涂料正是應(yīng)此需求而開發(fā)出來的新技術(shù)，市場應(yīng)用前景廣闊。 8·參考文獻 ［1］王杭凱，彭偉，項占琴.鋼管UV固化噴涂機漆膜均勻性控制的研究［J］.機電工程，2009，26（9）：84-87. ［2］殷國茂.我國鋼管工業(yè)的現(xiàn)狀和今后發(fā)展的思考［J］.鋼管，2011，40（1）：1-7.
