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破解镀锌涂装附着力衰退的难题
2013-06-01 00:00:00 作者:孙从征 高秀丽 来源:《腐蚀防护之友》

  文/孙从征·潍坊东方钢管有限公司


  高秀丽·潍坊市寒亭区文物保管所


孙从征


  前处理工艺的选型和前处理槽液的维护,是保证镀锌层涂装附着力的关键,本文简述了解决附着力衰退的方法。


  高速公路护栏不仅是出行的一道安全屏障,更是点缀路途的靓丽风景。钢铁护栏产品的发展,已经经历了4次更新换代。


  第一代是热镀锌护栏,借助镀锌层的牺牲阳极保护作用,使钢铁的使用寿命延长了10年以上。但镀锌层在户外暴露几个月以后,金属光泽逐渐消失,镀层变黑变暗,夜间、雾天行车不易被察觉,尤其在高温、高湿、海洋等气候下,镀锌层的腐蚀特别快,由此诞生第二代护栏产品涂敷聚乙烯护栏。


  聚乙烯涂料具有优良的耐酸碱盐腐蚀性,且可以调成各种颜色,既达到了防腐的要求,又具有一定的装饰性,得到了迅速推广。


  再后来,为进一步提高护栏的防腐性,又出现了“热镀锌+喷涂聚酯”双防腐的第三代护栏产品,聚酯涂层将镀锌层与外部环境隔离,使护栏的使用寿命又延长了10年以上。


  公路护栏的第三代产品,虽然防腐性较前两代显着提高,但由于聚酯粉末不属于重防腐类涂料,因而防腐性并不是最好的,再加上厚度较薄,在酸碱盐等气候下寿命打折。潍坊东方钢管公司大胆创新,在行业内首先推出“热镀锌十浸渍聚乙烯”双防腐的第四代产品,借助聚乙烯的重防腐性能,很好的解决了高速护栏在海洋、化工业区等特殊环境下的使用寿命问题。改性聚乙烯涂料以其优良的耐酸碱盐、紫外照射、自清洁等性能,使护栏的使用寿命比第三代产品至少延长10年以上。


  国际性难题


  相较于前三代产品,“ 热镀锌十浸渍聚乙烯”产品的生产难度要更高。众所周知,锌是一种比较活泼的金属,常温条件下表面极易形成一层致密的氧化膜,直接涂装,涂层基本没有附着力;聚乙烯是一种非极性材料,与金属的化学键合力非常低,通常只用于没有附着力要求的冰箱储物筐、电缆外皮等等;聚乙烯浸渍涂装时,要将热镀锌工件预先加热到250℃ 以上,一般的前处理转化膜都会遭到不同程度的破坏。这三个因素决定了在热镀锌上涂敷聚乙烯,附着力最难保证,涂装工艺是制约这种产品推广的关键因素。


  热镀锌上涂敷聚乙烯涂层,刚涂敷完毕时,附着力很好(短期附着力好),划格法测试能达到1级甚至0级,但长期附着力却相差很大。有的产品经过几个月甚至是几周,附着力就会表现出明显的下降(长效附着力差),严重的,在涂敷完几小时就会出现附着力消退,表现为局部或整体涂层出现起鼓、脱落等现象。而有部分产品经过几年甚至十几年附着力都没有问题。由此可见,这种产品的工艺并非不可行,而是不稳定。


  2008年,通过高速公路方面反馈的信息,销量最大的前几名热镀锌浸塑护栏生产厂家,所产护栏经过几年的使用,分别出现了不同程度涂层附着力问题,如图1所示。有的厂家60%以上的产品出现了涂层起鼓、脱落,有些甚至90%以上的产品都出现了这些问题。而销量最大的东方钢管,也有10%左右的产品出现了附着力减退。


  通过与美国客户、专家交流,在热镀锌上涂敷各种热塑性涂层,己经被行业界所否定,因为附着力是最大的门槛,已被列为国际性难题。


高速公路护栏涂层局部脱落


  追根寻源


  为破解这一难题,我公司集中了所有的防腐专家力量,添置300多万元的检验检测仪器设备,采用六西格玛的持续改进模式,对这种产品的整个工艺流程进行了全面的评估和分析。通过不同前处理方式、不同粉末类型、不同浸渍工艺条件的对比分析,最后锁定主要影响因素为涂塑的前处理工艺。


  热镀锌在涂敷前,要进行前处理,在锌表面形成一层转化膜,然后再与聚乙烯层结合。聚乙烯的非极性结构,决定了它与任何转化膜都不具有结合力,因丽需要对聚乙烯进行改性,混炼一部分接支聚乙烯,以形成具备与转化膜具有较强化学键力的极性的羰基宫能团。因此,涂层附着力的好坏,取决于以下四个因素。


  (1)转化膜与镀锌层结合力要好。


  (2)转化膜与聚乙烯接支的羰基具有良好的化学键力。


  (3)转化膜具有300℃ 以上的受热稳定性。


  (4)转化膜具有持久稳定性(长效附着力)。


  这四个因素缺一不可,否则都会出现短期附着力好,但过一段时间附着力消失的问题。


  而目前行业内针对热镀锌的前处理,主要有三代工艺。


  第一代为抛丸或喷砂,这种方式效率低成本高,关键是工仵加热过程中重新形成氧化膜,涂层与基体的结含仅为物理结合,未形成有效的化学键,短期附着力好,长效附着力最差,不适合浸渍涂装,只可用于不预热的喷涂生产。


  第二代为磷化,效率高成本低,但普通锌系磷化液达不到要求,主要是热镀锌的磷化膜极性略差,与聚乙烯结合力不足。铁系磷化液附着力要比锌系高很多,因为铁原子电子层排布存在一个空轨道,可以与接枝的羰基轨道形成杂化,大幅度提高了附着力水平。但随着磷化液的使用,热镀锌中的Pb、Si、Al 等有害元素渗入磷化液,造成磷化液中毒,形成“假磷化膜”,外观与正常磷化膜相似,但结构存在缺陷,长效附着力非常差。这种工艺虽然现在很多较大的浸塑护栏厂家还在使用,但附着力问题也一直在不间断地发生,就是这个原因造成。


  第三代为氧化钝化,这种工艺有很多种,有的采用阳极氧化(效率很低),有的采用铬系钝化(不环保),这些方式虽然可以避免热镀锌中有毒成份破坏槽液,但是转化膜的耐热性较差,200℃ 以上就会出现严重破坏,长效附着力也不理想。

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