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CN112742680A - 化工设备可熔性聚四氟乙烯防腐涂层静电喷涂工艺 - Google Patents

化工设备可熔性聚四氟乙烯防腐涂层静电喷涂工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种化工设备可熔性聚四氟乙烯（PFA）防腐涂层的静电喷涂工艺，过程如下：（1）工件进行除油、去尘、除锈等前处理；（2）工件预热；（3）静电喷粉；（4）粉末在330~400°C下进行烧结熔融成膜；（5）重复喷涂，得到厚度为0.8~1.2 mm的PFA涂层；（6）检测涂层。本发明制备的PFA防腐涂层具有良好的完整性，涂层附着力高、厚度均一，适合在各种负压和高温工况下安全使用，本发明的PFA涂层静电喷涂工艺几乎可对各种形状的设备进行加工，解决传统衬氟工艺制备的聚四氟乙烯层易鼓泡、易脱落，耐应力开裂和抗蠕变性较差和复杂形状设备加工困难等缺点，从而可实现对钢制化工设备的有效防腐。

Description

化工设备可熔性聚四氟乙烯防腐涂层静电喷涂工艺
技术领域
本发明涉及衬氟设备生产工艺技术领域，具体涉及化工设备可熔性聚四氟乙烯防腐涂层静电喷涂工艺。
背景技术
钢制设备工件广泛用于化工行业，而在实际应用中，由于化工生产过程中钢制设备会接触到腐蚀性介质因而受到严重腐蚀，极大缩短其使用寿命。聚四氟乙烯具有高度的化学惰性，在常见的酸碱等强腐蚀介质都不发生反应，广泛用作化工设备的防腐材料。聚四氟乙烯的缺点是加工困难，耐应力开裂、抗蠕变性较差。可熔性聚四氟乙烯（PFA）是由四氟乙烯和少量全氟烷基乙烯基醚共聚而成的改性氟树脂，不但保持了聚四氟乙烯的优异物理、化学性能，侧链的全氟烷基乙烯基醚还增加了树脂的柔性，使熔融黏度降低，冷流动性改善，可加工性提高。
对于化工设备PFA层的加工技术，常见的有模压、贴衬和高温喷涂等方法。模压法加工时PFA流动性能差，温度控制困难，容易分解产生腐蚀性、毒性气体，且不同工件需要不同吨位的压机和复杂的模具，导致投资成本高，操作困难大。而贴衬工艺制备的PFA层通常会有缝隙等缺陷，衬层与金属间的结合力较差，不耐负压和高温，制品收缩率大，也容易出现脱落和鼓泡等问题。常用的高温喷涂法对于形状复杂、边角较多的工件难以做到涂覆均匀，导致涂层厚度不一，使用性能较差。
发明内容
本发明公开一种化工设备PFA防腐涂层静电喷涂工艺，实现化工设备高品质PFA涂层的制备加工，解决传统工艺在化工设备PFA层制备上存在的易脱落、鼓泡、耐应力开裂和加工性差等不足，从而提高PFA防腐制品的技术水平，节约生产成本。
本发明的技术方案如下：
一种化工设备PFA防腐涂层静电喷涂工艺，包括如下步骤：
（1）工件前处理：对钢制化工设备工件进行表面清洗，除去油污和灰尘，随后进行喷砂除锈；
（2）工件预热：对工件进行预热干燥，除去表面残余的水分；
（3）静电喷粉：使用静电喷涂装置进行喷粉操作。将钢制工件接地，使其表面带有正电；静电喷枪与直流电源负极相连，使经过喷枪的PFA粉末带负电；供粉桶中装入可熔性聚四氟乙烯（PFA）粉末，从静电喷枪的枪口喷向工件表面，使带负电的PFA粉末均匀的吸附在带正电的工件上；
（4）烧结成膜：将工件置于烧结炉中，加热至330 ~ 400 ℃进行烧结，粉末在工件表面熔融、流平，形成厚度均一的涂膜，自然冷却后形成均匀致密的PFA涂层；
（5）重复喷涂：将步骤（2）—（4）依次重复5 ~ 6 次，增加PFA涂层厚度；
（6）涂层检测：检测涂层厚度、均匀性以及附着力等性能是否合格。
进一步地，所述可熔性聚四氟乙烯（PFA）涂层，其原料是四氟乙烯与少量全氟丙基乙烯基醚共聚而成的PFA粉末，无任何溶剂。作为优选，粉末粒度为10 ~ 60 μm。
进一步地，所述化工设备为钢制工件，包括：反应釜、浮球、搅拌器、筛板、三通、塔节、管件、酸洗槽、转鼓等。
作为优选，步骤（1）中喷砂除锈的级别为Sa2 ~ Sa3级。
作为优选，步骤（2）中工件预热干燥的温度为125 ~ 180 °C。
作为优选，步骤（3）中，静电喷涂参数设置如下：静电电压和电流分别为55 ~ 92kV和10 ~ 30 μA，供气压力为0.2 ~ 0.5 MPa，供粉桶流化压力为0.03 ~ 0.15 MPa，喷粉量为100 ~ 1600 g/min。
作为优选，步骤（3）中静电喷涂过程中的喷涂距离为12 ~ 30 cm，喷枪移动速度为0.2 ~ 1.5 m/s。
作为优选，步骤（4）中烧结过程的保温时间为20 min ~ 2 h。
作为优选，经过多次重复喷涂后，最终形成的PFA涂层厚度为0.8 ~ 1.2 mm。
本发明的显著优点在于：
采用PFA代替聚四氟乙烯作为化工设备防腐层，解决聚四氟乙烯加工困难，耐应力开裂和抗蠕变性较差等缺点。涂层原料只有PFA粉末，不含任何溶剂，不会对环境造成污染。
本发明采用静电喷涂工艺对化工设备进行PFA防腐层的涂装，比其他贴衬、模压以及常规空气喷涂等工艺具有更高的生产效率和操作性，可实现全自动或半自动的加工方式。将带负电的粉末涂料通过静电吸引的作用吸附到带正电荷的工件上去，当粉末附着到一定厚度时，则会发生“同性相斥”的作用，不能再吸附粉末，从而使各部分的粉层厚度均匀，避免了因涂层厚度不均造成性能上的缺陷。同时，本发明制备的PFA涂层和工件间的结合力更强，涂层更紧实，不易出现鼓泡、脱落或开裂问题，在强负压和高温下都可以使用。此外，本发明是通过静电作用进行加工的，可实现对几乎各种形状的复杂工件的加工，可避免常规制作工艺在拐角、缝隙等死角部位难以加工的不足。本发明制备的PFA涂层厚度相比于板衬、模压等工艺，厚度要薄很多，节约成本；而与常规空气喷涂工艺相比，一次成型的厚度更大，可减少喷涂次数。因此，本发明采用静电喷涂法制备用于化工设备防腐的PFA层，具有显著优点，可实现化工设备长期有效防腐。
具体实施方式
下面通过实施例，对本发明的工艺流程具体的说明。
实施例1：反应釜可熔性聚四氟乙烯（PFA）防腐涂层静电喷涂工艺，包括如下步骤：
（1）工件前处理：对反应釜工件进行内表面清洗，除去油污和灰尘，随后进行喷砂除锈，除锈级别达到Sa3.0级；
（2）工件预热：工件在160 °C下进行预热干燥，除去表面残余的水分；
（3）静电喷粉：将预热的反应釜工件接地，使其表面带有正电；静电喷枪与直流电源负极相连，使经过喷枪的PFA粉末带负电；供粉桶中装入平均粒径为30 μm的PFA粉末，流化压力为0.1 MPa；静电喷枪的静电电压和电流分别为75 kV和20 μA，在0.25 MPa的供气压力下将PFA粉末经喷枪口喷向反应釜表面，设置喷粉量为1000 g/min，喷涂距离为25 cm，喷枪移动速度为1.0 m/s，使带负电的PFA粉末均匀的吸附在带正电的工件上；
（4）烧结成膜：将工件置于烧结炉中，加热至360 ℃进行烧结，保温时间为40 min，粉末在工件表面熔融、流平，形成厚度均一的涂膜，自然冷却后形成均匀致密的PFA涂层；
（5）重复喷涂：将步骤（2）—（4）依次重复6次，增加PFA涂层厚度；
（6）涂层检测：检测涂层厚度和均匀性，测试涂层附着力。
实施例2：三通管件PFA防腐涂层静电喷涂工艺，包括如下步骤：
（1）工件前处理：对三通管件进行表面清洗，除去油污和灰尘，随后进行喷砂除锈，除锈级别达到Sa2.5级；
（2）工件预热：工件在160 °C下进行预热干燥，除去表面残余的水分；
（3）静电喷粉：将预热的三通工件接地，使其表面带有正电；静电喷枪与直流电源负极相连，使经过喷枪的PFA粉末带负电；供粉桶中装入平均粒径为45 μm的PFA粉末，流化压力为0.08 MPa；静电喷枪的静电电压和电流分别为70 kV和20 μA，在0.25 MPa的供气压力下将PFA粉末经喷枪口喷向三通工件表面，设置喷粉量为300 g/min，喷涂距离为15 cm，喷枪移动速度为0.3 m/s，使带负电的PFA粉末均匀的吸附在带正电的工件上；
（4）烧结成膜：将工件置于烧结炉中，加热至380 ℃进行烧结，保温时间为30 min，粉末在工件表面熔融、流平，形成厚度均一的涂膜，自然冷却后形成均匀致密的PFA涂层；
（5）重复喷涂：将步骤（2）—（4）依次重复6次，增加PFA涂层厚度；
（6）涂层检测：检测涂层厚度和均匀性，测试涂层附着力。
实施例3：浮球PFA防腐涂层静电喷涂工艺，包括如下步骤：
（1）工件前处理：对浮球工件进行表面清洗，除去油污和灰尘，随后进行喷砂除锈，除锈级别达到Sa2.0级；
（2）工件预热：工件在150 °C下进行预热干燥，除去表面残余的水分；
（3）静电喷粉：将预热的浮球工件接地，使其表面带有正电；静电喷枪与直流电源负极相连，使经过喷枪的PFA粉末带负电；供粉桶中装入平均粒径为50 μm的PFA粉末，流化压力为0.1 MPa；静电喷枪的静电电压和电流分别为70 kV和20 μA，在0.3 MPa的供气压力下将PFA粉末经喷枪口喷向浮球工件表面，设置喷粉量为200 g/min，喷涂距离为15 cm，喷枪移动速度为0.2 m/s，使带负电的PFA粉末均匀的吸附在带正电的浮球工件上；
（4）烧结成膜：将浮球工件置于烧结炉中，加热至380 ℃进行烧结，保温时间为20min，粉末在工件表面熔融、流平，形成厚度均一的涂膜，自然冷却后形成均匀致密的PFA涂层；
（5）重复喷涂：将步骤（2）—（4）依次重复5次，增加PFA涂层厚度；
（6）涂层检测：检测涂层厚度和均匀性，测试涂层附着力。
实施例4：搅拌器PFA防腐涂层静电喷涂工艺，包括如下步骤：
（1）工件前处理：对搅拌器工件进行表面清洗，除去油污和灰尘，随后进行喷砂除锈，除锈级别达到Sa2.0级；
（2）工件预热：工件在150 °C下进行预热干燥，除去表面残余的水分；
（3）静电喷粉：将预热的搅拌器工件接地，使其表面带有正电；静电喷枪与直流电源负极相连，使经过喷枪的PFA粉末带负电；供粉桶中装入平均粒径为45 μm的PFA粉末，流化压力为0.08 MPa；静电喷枪的静电电压和电流分别为65 kV和15 μA，在0.3 MPa的供气压力下将PFA粉末经喷枪口喷向搅拌器工件表面，设置喷粉量为200 g/min，喷涂距离为15cm，喷枪移动速度为0.2 m/s，使带负电的PFA粉末均匀的吸附在带正电的搅拌器工件上；
（4）烧结成膜：将搅拌器工件置于烧结炉中，加热至340 ℃进行烧结，保温时间为40 min，粉末在工件表面熔融、流平，形成厚度均一的涂膜，自然冷却后形成均匀致密的PFA涂层；
（5）重复喷涂：将步骤（2）—（4）依次重复5次，增加PFA涂层厚度；
（6）涂层检测：检测涂层厚度和均匀性，测试涂层附着力。
通过放大镜观察、涂层测厚仪测试、划格法附着力测试和耐盐酸腐蚀测试（室温下在0.1M HCl中浸泡7天）等对实施列1~4的PFA涂层进行检测，结果如下：
表1不同实施例的PFA涂层外观和性能对比
Figure 725349DEST_PATH_IMAGE001
根据表1结果可知，所有实施例中的PFA防腐涂层都具有光滑、无缺陷的为外观，厚度均一，具有良好的附着力和耐酸腐蚀性。说明本发明公开的静电喷涂工艺可以制作高品质化工设备PFA防腐涂层。

Claims (9)

1.一种化工设备可熔性聚四氟乙烯（PFA）防腐涂层静电喷涂工艺，其特征在于：包括如下步骤：
（1）工件前处理：对钢制化工设备工件进行表面清洗，除去油污和灰尘，随后进行喷砂除锈；
（2）工件预热：对工件进行预热干燥，除去表面残余的水分；
（3）静电喷粉：使用静电喷涂装置进行喷粉操作，将钢制工件接地，使其表面带有正电；静电喷枪与直流电源负极相连，使经过喷枪的PFA粉末带负电；供粉桶中装入可熔性聚四氟乙烯（PFA）粉末，从静电喷枪的枪口喷向工件表面，使带负电的PFA粉末均匀的吸附在带正电的工件上；
（4）烧结成膜：将工件置于烧结炉中，加热至330 ~ 400 ℃进行烧结，粉末在工件表面熔融、流平，形成厚度均一的涂膜，自然冷却后形成均匀致密的PFA涂层；
（5）重复喷涂：将步骤（2）—（4）依次重复5 ~ 6 次，增加PFA涂层厚度；
（6）涂层检测：检测涂层厚度、均匀性以及附着力等性能是否合格。
2.根据权利要求1所述的PFA涂层静电喷涂工艺，其特征在于：所述可熔性聚四氟乙烯（PFA）涂层，其原料是四氟乙烯与少量全氟丙基乙烯基醚共聚而成的PFA粉末，粉末粒度为10 ~ 60 μm，无任何溶剂。
3.根据权利要求1所述的PFA涂层静电喷涂工艺，其特征在于：所述化工设备为钢制工件，包括：反应釜、浮球、搅拌器、筛板、三通、塔节、管件、酸洗槽、转鼓等。
4.根据权利要求1所述PFA涂层静电喷涂工艺，其特征在于：在步骤（1）中，喷砂除锈的级别应达到Sa2 ~ Sa3级。
5.根据权利要求1所述PFA涂层静电喷涂工艺，其特征在于：在步骤（2）中，工件预热干燥的温度为125 ~ 180 °C。
6.根据权利要求1所述PFA涂层静电喷涂工艺，其特征在于：在步骤（3）中，静电喷涂参数设置如下：静电电压和电流分别为55 ~ 92 kV和10 ~ 30 μA，供气压力为0.2 ~ 0.5MPa，供粉桶流化压力为0.03 ~ 0.15 MPa，喷粉量为100 ~ 1600 g/min。
7.根据权利要求1所述PFA涂层静电喷涂工艺，其特征在于：在步骤（3）中，静电喷涂过程中的喷涂距离为12 ~ 30 cm，喷枪移动速度为0.2 ~ 1.5 m/s。
8.根据权利要求1所述PFA涂层静电喷涂工艺，其特征在于：在步骤（4）中，烧结过程的保温时间为20 min ~ 2 h。
9.根据权利要求1所述PFA涂层静电喷涂工艺，其特征在于：经过多次重复喷涂后，最终形成的PFA涂层厚度为0.8 ~ 1.2 mm。
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