聚烯烴涂覆金屬的工藝技術(shù)

現代塑料加工應用第13卷第2期Modern Plastics Processing and Applications2001年4月綜述聚烯烴涂覆金屬的工藝技術(shù)王秀臻孫祖德(齊魯石化股份有限公司樹(shù)脂研究所,山東臨淄,255400)韓洪文(齊魯石化公司計劃處)摘要:介紹了擠出復合法、包覆法、金屬表面樹(shù)脂粉末流動(dòng)浸塑和火焰噴涂等聚烯烴材料涂覆金屬的技術(shù)特點(diǎn)、生產(chǎn)工藝、設備及涂層材料,著(zhù)重指出了包覆法、浸塑技術(shù)的用途及社會(huì )、經(jīng)濟效益。關(guān)鍵詞:聚烯烴材料共擠流動(dòng)浸塑火焰嘖涂包覆早在20世紀40年代,人們就開(kāi)始用塑料涂覆(4)此法的缺點(diǎn)是設備投資大,生產(chǎn)成本高。金屬的方法制作鋼塑復合材料,既保持了金屬的剛性和強度,又具有塑料的耐腐蝕、耐磨損、電絕緣性表1鋼(鋁)塑復合材料應 用實(shí)例等特點(diǎn),具有良好的金屬性和非金屬性,在工農業(yè)生制品生產(chǎn)工藝涂層的原料制品特點(diǎn)產(chǎn)和日常生活中的用途越來(lái)越廣泛。鋁塑復合管擠出復合法PE、PP重量輕,耐溫,耐塑料涂覆金屬的方法很多,主要有火焰噴涂、靜或分步復合法壓,易彎,不反彈電噴涂、流化噴涂、熱熔敷和懸浮液涂覆等,常用的包覆管垂直擠出法或PE、PP XLPE耐腐蝕,涂覆材料有:PE、XLPE、PP、PVC、尼龍、聚酯和環(huán)氧(夾克管)縱向纏繞法使用壽命長(cháng)樹(shù)脂等,塑料涂覆工藝能成型各種形狀復雜的工件無(wú)立柱鋼塑樹(shù)脂粉末PE.PF耐腐蝕,耐老化，和大型工件,例如罐、槽的內外涂層[1]。大棚骨架流動(dòng)浸塑聚烯烴材料涂覆金屬的制品有很多,其應用實(shí)化工產(chǎn)品用火焰噴涂PP .XLPE,PE耐溫,耐腐蝕例見(jiàn)表1。儲罐、儲槽公路橋梁、流化噴涂PE、PVC美觀(guān),耐用，1擠出復合法建筑用護欄抗腐蝕家電零部件、家用靜電噴PE.電絕緣性好,擠出復合法是60年代才發(fā)展起來(lái)的一種新型防盜門(mén)、防護窗涂或浸塑環(huán)氧樹(shù)脂.防腐的制備鋁塑或鋼塑復合材料的技術(shù),主要制作各種板材和管材,如建筑用鋁塑復合板和管材,長(cháng)距離輸養殖業(yè)用的浸塑工藝PE、PVC防腐,美.送石油、天然氣、水的大口徑鋼塑復合管線(xiàn)?？?、籃、籠觀(guān),耐用.擠出復合法包括生產(chǎn)鋼塑復合管和鋁塑復合日用品，如衣美觀(guān),耐用管,生產(chǎn)鋁塑復合管的工藝有共擠復合法和分步復架、掛鉤等合法。.1.2 生產(chǎn)工藝1.1技術(shù)特點(diǎn)鋁塑復合管常為聚烯烴/粘接劑/鋁材/粘接劑/(1)自動(dòng)化程度高,采用專(zhuān)用的擠出加工設備，從加料到產(chǎn)品包裝全部實(shí)現自動(dòng)化。收稿日期:2000- 10 - 23。(2)涂層均勻,產(chǎn)品質(zhì)量容易控制。作者簡(jiǎn)介:王秀臻,工程師。1989 年畢業(yè)于青島化工學(xué)院高分/5方數撒率高,無(wú)公害。子材料系,現從事塑料加工及開(kāi)發(fā)應用研究工作?！?6現代塑料加工應用第13卷第2期聚烯烴5層結構,其生產(chǎn)工藝流程圖如下:-京”線(xiàn)就采用HDPE包覆鋼管。常用的工藝方法PH枯接劑一-擠出復奇一 -定型一-冷相有垂直擠出法和縱向纏繞法。鋁(鋼)帶」- -牽可一圈繞(或切割)2.1 技術(shù)特點(diǎn)一位測一包裝一成品(1)自動(dòng)化程度高,適合連續化大規模生產(chǎn);(2)產(chǎn)品質(zhì)量容易控制,包覆層均勻; (3)無(wú)環(huán)境污圖1鋁塑復合管生產(chǎn)工藝流程圉染。1.3設備2.2 生產(chǎn)工藝生產(chǎn)鋼(鋁)塑復合管可采用國產(chǎn)或進(jìn)口的專(zhuān)用防腐層為2層或3層，即PE/熱熔膠或PE/熱設備。近年來(lái),國內引進(jìn)了幾條德國Unicor公司共熔膠/環(huán)氧樹(shù)脂,其生產(chǎn)工藝流程圖如圖2。擠復合方式生產(chǎn)的生產(chǎn)線(xiàn)以及從韓國引進(jìn)的分步復合方式生產(chǎn)對接型鋁塑復合管生產(chǎn)線(xiàn)。德國Unicor加熱的鋼管→涂底膠→包覆(垂直擠出或縱向纏繞)-定型公司采用- -次成型法生產(chǎn)鋁塑復合管技術(shù),采用多→-冷卻-座引-切割一檢測-包裝-成品口徑、共擠分流模進(jìn)行PE/粘接劑/AI/粘接劑/PE的5層共擠。瑞士的Swiscab公司和Nokia公司采圖2包覆法生產(chǎn)工藝流程圖用二次成型工藝技術(shù)，首先將聚烯烴與粘接性材料2.3 設備共擠復合,然后再與鋁材復合[2]。國產(chǎn)設備有山東精達橡塑機械公司生產(chǎn)的分步不同口徑的生產(chǎn)線(xiàn)所用設備有所不同,如管子復合法生產(chǎn)鋁塑復合管生產(chǎn)線(xiàn)及濰坊塑料機械廠(chǎng)生的設計口徑為660mm時(shí),可采用意大利的MD2/產(chǎn)的一步法化學(xué)交聯(lián)鋁塑復合管生產(chǎn)線(xiàn)。115-19型雙螺桿擠出機,直徑為720mm的成型機頭及導熱油熬膠裝置、中頻加熱器等。1.4 涂層材料對于--些簡(jiǎn)單的生活日用品,采用普通的PE2.4 涂層材料和PVC樹(shù)脂涂覆即可;對于生產(chǎn)輸送常溫或溫度不早在50年代,荷蘭的Key和Kramer公司就采高的流體的管線(xiàn)和高速公路的護欄等要求使用壽命用LDPE作鋼管的保護層。澳大利亞Alkatrene 帝較長(cháng)的制品時(shí),為保證產(chǎn)品質(zhì)量,提高塑料和鋼材的國化學(xué)工業(yè)公司用LDPE粉末作鋼管的保護層,但附著(zhù)力,在其中間加--層粘接性樹(shù)脂,即熱熔膠。熱LDPE的強度差,抗穿刺性和硬度也差,不適合用作熔膠是在非極性的聚烯烴中接枝上極性的單體,如鋼管包覆,也不適合整體擠出包覆和側向纏繞包覆馬來(lái)酸酐丙烯酸等,通過(guò)這些接枝高分子來(lái)提高樹(shù)工藝。脂與金屬之間的粘結性。目前,一般采用HDPE或MDPE專(zhuān)用料,該料在有些環(huán)境條件苛刻的情況,如泵站附近的高具有優(yōu)良的物理機械性能和良好的環(huán)境應力開(kāi)裂性溫流體或直接從石油輔助產(chǎn)品中直接提取的特殊流能耐熱氧老化性能、耐紫外光老化性能及低的氧、體的輸送管線(xiàn),管外的涂層應采用部分交聯(lián)聚烯烴,水滲透率、良好的耐化學(xué)腐蝕性,能夠滿(mǎn)足石油、天因為交聯(lián)聚乙烯的耐熱性好,在熔融態(tài)下仍具有極然 氣管道系統的要求。高的粘彈性,承受比較大的機械應力而不會(huì )產(chǎn)生撕裂,部分交聯(lián)聚烯烴的方法有輻射交聯(lián)法、過(guò)氧化物3樹(shù)脂粉末的流動(dòng)浸塑工藝交聯(lián)法和硅烷水交聯(lián)法。由于聚烯烴具有良好的耐化學(xué)性,人們在20世2包覆法紀40年代就試圖在金屬上涂覆聚烯烴。1952 年西德Knaspsak Griesheim公司首先提出了流化床浸塑在石油天然氣系統有大量的管線(xiàn)需防腐保溫,工藝,就是將聚烯烴制成80~ 120目的粉末,置于流包覆法采用一步成型工藝生產(chǎn)大口徑的防腐保溫夾化床內 ,壓縮空氣由容器下部進(jìn)入,將粉末吹起并使克管,我用策據條大口徑長(cháng)距離天然氣輸送管線(xiàn)“陜之懸浮于容器中,再將預熱過(guò)的工件浸人其中,樹(shù)脂王秀臻等.聚烯烴涂覆金屬的工藝技術(shù)粉末會(huì )熔化而粘附在工件上成為涂層,從而得到具逐漸被淘汰。但最新研究發(fā)現:該工藝很適合于部有防腐、裝飾、絕緣性好的鋼塑復合制品。樹(shù)脂粉末分交聯(lián)聚烯烴涂覆金屬管,例如采用交聯(lián)聚乙烯涂的流動(dòng)浸塑工藝是在傳統的流化噴涂技術(shù)基礎上發(fā)覆鋼管[3]。展起來(lái)的一種新興涂覆技術(shù),60年代這一技術(shù)在日具體步驟:用火焰噴槍將鋼管加熱到200C左本、歐美得到廣泛應用,并不斷發(fā)展完善, 80年代此右,加一層100um厚的單組分的環(huán)氧樹(shù)脂粉末底技術(shù)進(jìn)人中國,很快得到推廣應用，在許多方面基本層,加熱熱熔膠,使其以膜或帶(厚400um)的形式取代了傳統的金屬制品涂漆工藝。纏繞在管子.上,然后在管子上纏繞600um厚的交聯(lián)聚烯烴膜。在整個(gè)包覆過(guò)程中,始終用火焰噴槍作3.1 浸塑工藝的技術(shù)特點(diǎn)為加熱源，管子溫度保持(200土20)C。在纏繞時(shí)，(1)與傳統的涂漆工藝相比較,效率高,工藝過(guò)膜要保持拉伸狀態(tài)，拉力1N/cm。由于交聯(lián)聚烯烴程采用自動(dòng)化控制。的熱收縮性,冷卻后各涂層能牢固地結合在一起。(2)與傳統的流化床相比較,能耗低,不損失交聯(lián)聚烯烴的熱收縮能力在5% ~20%的范圍內。原料。交聯(lián)聚烯烴涂層有很好的機械性能和抗腐蝕性(3)沒(méi)有環(huán)境污染。能,在熔融態(tài)下具有極高的粘彈性及耐高溫、抗撕裂性,適合涂覆長(cháng)距離的金屬管。3.2 生產(chǎn)工藝火焰噴涂對一-般材料會(huì )產(chǎn)生局部或非均相加生產(chǎn)工藝見(jiàn)圖3。熱,使材料出現開(kāi)裂。但對于交聯(lián)聚烯烴,由于其高的熔體強度,即使在熔融狀態(tài)下也不會(huì )產(chǎn)生開(kāi)裂,因工件→清選+磷化一預熱→浸塑→四化→冷卻→此對于交聯(lián)聚烯烴涂覆鋼管,火焰噴涂是一種很好修整→包裝→成品的工藝技術(shù)。圖3浸塑工藝流程圖3.3設備5用途及效益浸塑設備由預熱爐、流化裝置降振動(dòng)機構、塑鋁塑復合管被譽(yù)為是21世紀最有前途的管材,化爐、輸送裝置及控制系統組成。它可取代傳統的鍍鋅鋼管,應用于建筑業(yè)、工業(yè)、日3.4涂層材料常生活的冷熱流體輸送、地面輻射采暖、電纜屏蔽國內粉末涂料的研究和生產(chǎn)起步較晚,最初原等,國家建設部已在“九五”計劃中重點(diǎn)推廣應用此管材。料僅限于環(huán)氧樹(shù)脂和聚酯,但環(huán)氧樹(shù)脂和聚酯的老用包覆法(垂直擠出法或縱向纏繞法)或管中管化性、柔韌性及抗沖性差,且材料有一定的污染,不法生產(chǎn)的鋼塑復合管,適合于長(cháng)距離輸送流體,如石能滿(mǎn)足一些特殊場(chǎng)合的使用要求。后來(lái)開(kāi)始研究使油、天然氣和水，聚烯烴作為鋼管的防腐層,與傳統用PE、PVC粉末,粒度在80~120目之間。若目數防腐技術(shù)(石油瀝青、煤焦油瓷漆、犧牲陽(yáng)極法)相太小，則粉末粒徑大,涂層不均勻,表面粗糙;若目數比,有無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn),它重量輕,現場(chǎng)施工方便,使太大,如超過(guò)120目,則會(huì )造成粉塵污染,浪費原材用壽命長(cháng),無(wú)環(huán)境污染。80 年代初,我國石油系統料。國產(chǎn)聚烯烴粉末樹(shù)脂與鋼材的附著(zhù)力差,過(guò)去開(kāi)始在油田推廣使用聚乙烯包覆鋼管,由于國產(chǎn)樹(shù)幾乎全部依賴(lài)進(jìn)口,如日本、韓國的LDPE粉末樹(shù)脂原料不合格,主要從美國Phillips 公司進(jìn)口TR -脂。燕山石化樹(shù)脂研究所在1995年研制成功418和TR - 400黑色HDPE樹(shù)脂,每年花費幾千萬(wàn)LDPE粉末涂料已達到日本的涂覆料水平。元外匯。齊魯石化股份有限公司樹(shù)脂所研制的包覆管用HDPE黑色專(zhuān)用料,在1996年通過(guò)中國石化4火焰噴涂總公司鑒定, 1998年通過(guò)國家級驗收,結束了我國油田管道防腐用樹(shù)脂依賴(lài)進(jìn)口的歷史。近幾年,我聚烯烴在各種溶劑中都很難溶解，于是人們開(kāi)國動(dòng)工修建的幾條天然氣長(cháng)輸管線(xiàn),如“陜-京”線(xiàn)、始研究火焰噴涂,于50年代試制成功并獲得推廣應“庫一鄯”線(xiàn)、“陜-銀"線(xiàn)、“澀一寧一蘭”線(xiàn)、用。因火梅嘹淦的生產(chǎn)效率不高,存在環(huán)境污染而“蘭-成-渝”線(xiàn)等都采用黑色PE包覆鋼管的形48●現代塑料加工應用第13卷第2期式管道的防腐帶來(lái)了-場(chǎng)革命。采用浸塑技術(shù),小設備可生產(chǎn)各種形狀復雜的制品,如日用五金、商場(chǎng)貨架、家電配件、養殖籠網(wǎng)參考文獻等;大設備可生產(chǎn)高速公路、橋梁及民宅的護欄。1成都科技大學(xué)主編 .塑料成型工藝學(xué).北京:中國輕工業(yè)出版金屬材料的腐蝕給工農業(yè)帶來(lái)很大的損失,尤社,1993.293其是石油天然氣管道系統,每年給國家帶來(lái)幾千萬(wàn)2劉震等。鋁塑復合管的現狀與發(fā)展.現代塑料加工應用, 20012(4):58元的損失,浸塑技術(shù)的應用給金屬材料的防腐開(kāi)辟3 Marzola et al. Proessing Technology of Polyoleine Coating Metal了一條新途徑,特別是給石油系統和建筑業(yè)的金屬Pipe. US,5536349. 1996PROCESSING TECHNOLOGY OF POLYOLEFINE COATING METALWang XiuzhenSun Zude(Qilu Petroleum Chemical Joint - stock Company Resin Institute)Han Hongwen(Planing Department of Qilu Petroleum Chemical Company)ABSTRACTThe new processing technology of polyolefine coating metal was imtroduced, including coextrude, jacket,resin- powder flow coating metal and flame coating technology .Keywords: polyolefine; flowing coating; flame coating; jacket; coextrude瓶頸經(jīng)過(guò)校準的容器據“Asian Plastics, 2000, (11):21"報道: R&B Machine具有香甜味的母料Tool公司的新型吹塑機是8工位旋轉連續擠壓設備，能夠以據“British Plastics & Rubber, 2000, (5):30"報道, Clari-很高速度生產(chǎn)瓶頸經(jīng)過(guò)校準的容器,稱(chēng)為Rotary 8。ant公司正在介紹一種可用于聚乙烯的有香味的母料,至今以往的輪式設備生產(chǎn)效率高，每分鐘能夠生產(chǎn)180個(gè)為止可生產(chǎn)母料的香味范圍包括蘋(píng)果味、檸檬味、香草味、薰瓶,而往復式設備能夠生產(chǎn)瓶頸經(jīng)過(guò)校準的容器,Rotary8衣草味等。根據需要的香味濃度和香味持續時(shí)間可添加則將二者的優(yōu)點(diǎn)結合在一起,可生產(chǎn)最大容積為9.46L的容2% ~ 10%的母料。器,可在85mm直徑上擠壓6個(gè)型坯。該母料適合用于注射成型和吹塑成型,對100um以上R&B公司旋轉連續擠壓設備系列還包括Rotary4。這(含 100um)的薄膜也適用。在汽車(chē)內部和各種包裝產(chǎn)品如兩種設備都可在模具內制作標簽?；瘖y品包裝方面均可看到該母料的應用。(LJ)Clariant 公司還正在致力于將該技術(shù)應用到其他聚合物中去。Clariant及其伙伴擴大在朝鮮的抗氧劑生產(chǎn)規模據"Addtives for Polymers, 2000,(7):6'報道,Clariant公增強樹(shù)脂齒輪首次用于汽車(chē)引擎司和在朝鮮的伙伴Songwon工業(yè)公司正在將他們的抗氧劑據"Polymer digest,2000,52(7):11”報道,日本新神戶(hù)電生產(chǎn)能力再擴大5000t/a,正在建設的新裝置將使總生產(chǎn)能機公司和豐田汽車(chē)公司合作,開(kāi)發(fā)出汽車(chē)引擎內平衡軸使用力達到15 000t/a0的樹(shù)脂齒輪,樹(shù)脂制品用于汽車(chē)引擎內部還是首次。該樹(shù)脂兩家公司從1999年中期開(kāi)始在添加劑方面進(jìn)行合作。齒輪使用新開(kāi)發(fā)的芳香族聚酰胺類(lèi)增強纖維和聚氨基酰胺Songwon工業(yè)公司是Songwon集團的一部分 ,是南朝鮮主要樹(shù)脂材料制成,與以往其他樹(shù)脂材料齒輪相比,具有優(yōu)良的的特殊化學(xué)品生產(chǎn)廠(chǎng)。該公司創(chuàng )建于1965 年,有現代化的耐性性和抗疲勞強度,使用壽命和可靠性大幅度提高。這種生產(chǎn)設備和豐富的添加劑生產(chǎn)經(jīng)驗,公司已擁有15 000t/a樹(shù)脂齒輪用于新型豐田四缸引擎的平衡軸上,原來(lái)4個(gè)金屬的烷基酚生產(chǎn)能力,而烷基酚是生產(chǎn)抗氧劑的主要原材料。齒輪中的2個(gè)用樹(shù)脂齒輪代替。由于樹(shù)脂齒輪和金屬齒輪Clariant集團位于瑞士的Muttenz,在世界范圍內的銷(xiāo)售額達嚙合,可以減少振動(dòng)和噪音,達到了采用六缸引擎才能達到950億瑞士法朗,他們已經(jīng)制定了一套向添加劑發(fā)展的戰略的低噪音水平,降低了生產(chǎn)成本。目標(SLQ)