换热器管束内表面氟塑料涂层制备工艺研究

　　在钢材的表面涂覆氟塑料涂层以达到防腐蚀、防结垢的目的是化工设备制造技术中一种有效的方法。氟塑料是一种公认的防腐蚀、防结垢材料，但是由于它的工艺性较差，使氟塑料涂层的制备遇到了不少困难，特别是在细长的管子内壁制备涂层，由于操作空间很小，换热器体积大等原因，加工更加困难。

　　根据工厂实际的要求，本文对在换热器管束内表面的氟塑料涂层制备工艺进行了较系统的研究，并成功地在换热器管束内表面制备了均匀的氟塑料涂层。

　　2涂层制备工艺一般来讲，在钢材表面制备氟塑料涂层，主要采用两种类型的材料，一种是液体涂料，另一种是塑料粉末。液体涂料是由有机溶剂溶解塑料粉末制成的，在成型过程中，必须首先通过烘干使有机溶剂挥发掉，才能烧结。由于换热器管束一般很长（6000mm），管子排列又很紧密，液体氟涂料烘干需要时间很长，细长的管束又很难检测管子各处烘干的程度，控制不好时很容易残留有机溶剂，烧结后起泡，影响涂层质量。与液体涂层制备工艺相比，粉末涂料涂层具有一系列的优点，它不含溶剂和分散介质等液体成分，不需要稀释和调整粘度，本身不能流动，熔融后才能流动，制备的涂层致密均匀，不起泡，烧结时间相对较短。所以，本文选用静电喷涂氟塑料粉末的方法，制备换热器管束内壁涂层。

　　涂层制备工艺流程为：2.1金属表面预处理换热器制造过程中，由于经过胀管、焊接等工序，管束表面不但有铁锈，还有油污等杂质，因而必须对管束内表面进行彻底的预处理。先将换热器放入高温炉（150°C以上）中烧去油污，然后喷砂去除内表面锈迹和杂质。由于管子细长（025mmx6000mm），采用常规的喷砂方法无法达到要求，因此本工作设计了如所示的喷砂装置，橡皮管与喷头在管束中的移动，便于清除表面铁锈和杂质。

　　为达到高效预处理钢管内表面的目的，必须对砂粒的尺寸、种类进行严格选择，同时需要控制喷砂的风压大小。喷砂后的钢管表面须呈银灰色，无锈斑存在，钢管上附着的砂尘应全部被清除掉，并使钢管表面保持一定粗糙度。钢管内表面喷砂除锈质量应达到Sa2 8923-1998鹞装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》），锚纹深度达到40~ 0442-1997局制管道熔结环氧粉末内涂层技术标准》。喷砂后应在24h内喷涂底漆，否则容易返锈。

　　2.2喷涂底漆和烘干由于氟塑料具有不粘性，因此它和钢管表面的粘结性比较差，须选用合适的底漆。底漆涂覆厚度一般较薄，约10~ 20Um，烘干（80*C）后烧结（320*C）即可。底漆一般采用经过改性的氟涂料，与金属及氟塑料涂层均有很好的结合力。

　　底漆一般为液体涂料，设备选择高压无气喷涂装置，并设计有特殊的喷头，涂料经高压喷出成圆锥状雾气，半锥角为40~45*为适合。

　　2.3静电喷涂氟塑料粉末烧结好底漆的钢管从高温炉中取出冷却至120°C左右即可喷涂氟塑料粉末，以防止静电喷涂后少部分粉末因失去静电而脱落，使底部粉末多，烧结后涂层不均匀。根据换热器管束的特点，本文设计了如所示的喷涂装置。为保证喷枪在钢管内移动时喷枪与钢管尽量保持同轴，喷枪头采用硬质塑料管，并在塑料管两端固定氟塑料定位环。采用此种结构设计，枪头在管内移动时，受氟塑料管波动影响较小。为保证粉末能形成圆锥状均匀喷出附着在管子内壁，需将枪头制成图示形状。实践证明，当半锥角a为35~ 45*时，粉末涂料可以从同轴的硬质塑料管内向四周均匀分散，形成均匀涂层。静电喷涂的主要工艺参数如下：主喷气压力0.1~0.5MPa稀释气压力0.根据喷涂塑料粉末品种的不同可以适当调节以上参数，以在钢管内表面能形成均匀薄层，没有粉末脱落为基准。如想一次喷涂能得到较厚的涂层，可适当加大电流、增加出粉量及减小喷枪的移动速度。

　　静电喷涂过程见，钢管固定，喷枪以恒定速度按图示方向移动。

　　2.4烧结烧结是涂层制备中十分关键的步骤，烧结温度和烧结时间根据所选粉末的品种及工件的特点来决定，几种常用氟塑料粉末的烧结温度和烧结时间见表1.烧结温度以换热器整体达到的温度为基准，如果烧结温度不够，烧结时间不够，塑料粉末可能会未熔化或只部分熔化；如果烧结温度过高，烧结时间过长，塑料粉末熔融后会向管子下部流动，造成涂层上下薄厚不均，影响涂层的质量。

　　表1常用氟塑料烧结温度和时间塑料名称烧结温度/C烧结时间，min换热器一般体积较大，整体达到温度需进行多点测量。当将换热器放入烘箱后，需选择换热器两端及中央为测温点，安装热电偶，整体到温以三点均达到所要求温度为准。烘箱体积庞大，为使换热器受热均匀，烘箱内应安置循环风系统。

　　如果需要厚度较大的塑料涂层，可以重复2. 3和2.4的步骤直到得到所需厚度，每次喷涂的粉末厚度应依次减薄，以免因带静电能力减弱导致粉末脱落。静电喷涂是依靠工件表面带静电以吸附塑料粉末实现喷涂的目的，所以氟塑料涂层的厚度一般不超过0.1mm. 2.5涂层质量检测一般工况下使用的涂塑钢管，可以只做外观及厚度检测，只要涂层外观、颜色、光泽等均匀一致，涂层光滑平整并达到要求厚度即可；特殊工况下（例如防腐蚀），除常规的检测项目外，还需单独制作几根6m长管子剖开检验并检测涂层有无针孔，可用电火花检测仪进行有无针孔检测，检测电压一般为3小结采用静电喷涂的方法在细长钢管内涂覆氟塑料涂料是可行的，能够形成致密均匀的涂层，可以根据用户的需要选择氟塑料的种类及涂层的厚度。选择合适的氟塑料粉末涂覆在钢管内表面能达到特定条件下防腐蚀和防结垢的目的。例如，钢管内涂覆聚四氟乙烯，当涂层达到一定厚度（> 100Um）时，能达到高温（<200*C）防腐蚀、防结垢的目的。

　　但是，由于氟塑料涂装换热器须多道涂装，须经多次高温烧结，所以能耗较大，成本较高，因此施工工艺有待进一步改进。