聚烯烃涂覆金属的工艺技术

现代塑料加工应用第13卷第2期Modern Plastics Processing and Applications2001年4月综述聚烯烃涂覆金属的工艺技术王秀臻孙祖德(齐鲁石化股份有限公司树脂研究所,山东临淄,255400)韩洪文(齐鲁石化公司计划处)摘要:介绍了挤出复合法、包覆法、金属表面树脂粉末流动浸塑和火焰喷涂等聚烯烃材料涂覆金属的技术特点、生产工艺、设备及涂层材料,着重指出了包覆法、浸塑技术的用途及社会、经济效益。关键词:聚烯烃材料共挤流动浸塑火焰啧涂包覆早在20世纪40年代,人们就开始用塑料涂覆(4)此法的缺点是设备投资大,生产成本高。金属的方法制作钢塑复合材料,既保持了金属的刚性和强度,又具有塑料的耐腐蚀、耐磨损、电绝缘性表1钢(铝)塑复合材料应 用实例等特点,具有良好的金属性和非金属性,在工农业生制品生产工艺涂层的原料制品特点产和日常生活中的用途越来越广泛。铝塑复合管挤出复合法PE、PP重量轻,耐温,耐塑料涂覆金属的方法很多,主要有火焰喷涂、静或分步复合法压,易弯,不反弹电喷涂、流化喷涂、热熔敷和悬浮液涂覆等,常用的包覆管垂直挤出法或PE、PP XLPE耐腐蚀,涂覆材料有:PE、XLPE、PP、PVC、尼龙、聚酯和环氧(夹克管)纵向缠绕法使用寿命长树脂等,塑料涂覆工艺能成型各种形状复杂的工件无立柱钢塑树脂粉末PE.PF耐腐蚀,耐老化，和大型工件,例如罐、槽的内外涂层[1]。大棚骨架流动浸塑聚烯烃材料涂覆金属的制品有很多,其应用实化工产品用火焰喷涂PP .XLPE,PE耐温,耐腐蚀例见表1。储罐、储槽公路桥梁、流化喷涂PE、PVC美观,耐用，1挤出复合法建筑用护栏抗腐蚀家电零部件、家用静电喷PE.电绝缘性好,挤出复合法是60年代才发展起来的一种新型防盗门、防护窗涂或浸塑环氧树脂.防腐的制备铝塑或钢塑复合材料的技术,主要制作各种板材和管材,如建筑用铝塑复合板和管材,长距离输养殖业用的浸塑工艺PE、PVC防腐,美.送石油、天然气、水的大口径钢塑复合管线。筐、篮、笼观,耐用.挤出复合法包括生产钢塑复合管和铝塑复合日用品，如衣美观,耐用管,生产铝塑复合管的工艺有共挤复合法和分步复架、挂钩等合法。.1.2 生产工艺1.1技术特点铝塑复合管常为聚烯烃/粘接剂/铝材/粘接剂/(1)自动化程度高,采用专用的挤出加工设备，从加料到产品包装全部实现自动化。收稿日期:2000- 10 - 23。(2)涂层均匀,产品质量容易控制。作者简介:王秀臻,工程师。1989 年毕业于青岛化工学院高分/5方数撒率高,无公害。子材料系,现从事塑料加工及开发应用研究工作。●46现代塑料加工应用第13卷第2期聚烯烃5层结构,其生产工艺流程图如下:-京”线就采用HDPE包覆钢管。常用的工艺方法PH枯接剂一-挤出复奇一 -定型一-冷相有垂直挤出法和纵向缠绕法。铝(钢)带」- -牵可一圈绕(或切割)2.1 技术特点一位测一包装一成品(1)自动化程度高,适合连续化大规模生产;(2)产品质量容易控制,包覆层均匀; (3)无环境污图1铝塑复合管生产工艺流程圉染。1.3设备2.2 生产工艺生产钢(铝)塑复合管可采用国产或进口的专用防腐层为2层或3层，即PE/热熔胶或PE/热设备。近年来,国内引进了几条德国Unicor公司共熔胶/环氧树脂,其生产工艺流程图如图2。挤复合方式生产的生产线以及从韩国引进的分步复合方式生产对接型铝塑复合管生产线。德国Unicor加热的钢管→涂底胶→包覆(垂直挤出或纵向缠绕)-定型公司采用- -次成型法生产铝塑复合管技术,采用多→-冷却-座引-切割一检测-包装-成品口径、共挤分流模进行PE/粘接剂/AI/粘接剂/PE的5层共挤。瑞士的Swiscab公司和Nokia公司采图2包覆法生产工艺流程图用二次成型工艺技术，首先将聚烯烃与粘接性材料2.3 设备共挤复合,然后再与铝材复合[2]。国产设备有山东精达橡塑机械公司生产的分步不同口径的生产线所用设备有所不同,如管子复合法生产铝塑复合管生产线及潍坊塑料机械厂生的设计口径为660mm时,可采用意大利的MD2/产的一步法化学交联铝塑复合管生产线。115-19型双螺杆挤出机,直径为720mm的成型机头及导热油熬胶装置、中频加热器等。1.4 涂层材料对于--些简单的生活日用品,采用普通的PE2.4 涂层材料和PVC树脂涂覆即可;对于生产输送常温或温度不早在50年代,荷兰的Key和Kramer公司就采高的流体的管线和高速公路的护栏等要求使用寿命用LDPE作钢管的保护层。澳大利亚Alkatrene 帝较长的制品时,为保证产品质量,提高塑料和钢材的国化学工业公司用LDPE粉末作钢管的保护层,但附着力,在其中间加--层粘接性树脂,即热熔胶。热LDPE的强度差,抗穿刺性和硬度也差,不适合用作熔胶是在非极性的聚烯烃中接枝上极性的单体,如钢管包覆,也不适合整体挤出包覆和侧向缠绕包覆马来酸酐丙烯酸等,通过这些接枝高分子来提高树工艺。脂与金属之间的粘结性。目前,一般采用HDPE或MDPE专用料,该料在有些环境条件苛刻的情况,如泵站附近的高具有优良的物理机械性能和良好的环境应力开裂性温流体或直接从石油辅助产品中直接提取的特殊流能耐热氧老化性能、耐紫外光老化性能及低的氧、体的输送管线,管外的涂层应采用部分交联聚烯烃,水渗透率、良好的耐化学腐蚀性,能够满足石油、天因为交联聚乙烯的耐热性好,在熔融态下仍具有极然 气管道系统的要求。高的粘弹性,承受比较大的机械应力而不会产生撕裂,部分交联聚烯烃的方法有辐射交联法、过氧化物3树脂粉末的流动浸塑工艺交联法和硅烷水交联法。由于聚烯烃具有良好的耐化学性,人们在20世2包覆法纪40年代就试图在金属上涂覆聚烯烃。1952 年西德Knaspsak Griesheim公司首先提出了流化床浸塑在石油天然气系统有大量的管线需防腐保温,工艺,就是将聚烯烃制成80~ 120目的粉末,置于流包覆法采用一步成型工艺生产大口径的防腐保温夹化床内 ,压缩空气由容器下部进入,将粉末吹起并使克管,我用策据条大口径长距离天然气输送管线“陕之悬浮于容器中,再将预热过的工件浸人其中,树脂王秀臻等.聚烯烃涂覆金属的工艺技术粉末会熔化而粘附在工件上成为涂层,从而得到具逐渐被淘汰。但最新研究发现:该工艺很适合于部有防腐、装饰、绝缘性好的钢塑复合制品。树脂粉末分交联聚烯烃涂覆金属管,例如采用交联聚乙烯涂的流动浸塑工艺是在传统的流化喷涂技术基础上发覆钢管[3]。展起来的一种新兴涂覆技术,60年代这一技术在日具体步骤:用火焰喷枪将钢管加热到200C左本、欧美得到广泛应用,并不断发展完善, 80年代此右,加一层100um厚的单组分的环氧树脂粉末底技术进人中国,很快得到推广应用，在许多方面基本层,加热热熔胶,使其以膜或带(厚400um)的形式取代了传统的金属制品涂漆工艺。缠绕在管子.上,然后在管子上缠绕600um厚的交联聚烯烃膜。在整个包覆过程中,始终用火焰喷枪作3.1 浸塑工艺的技术特点为加热源，管子温度保持(200土20)C。在缠绕时，(1)与传统的涂漆工艺相比较,效率高,工艺过膜要保持拉伸状态，拉力1N/cm。由于交联聚烯烃程采用自动化控制。的热收缩性,冷却后各涂层能牢固地结合在一起。(2)与传统的流化床相比较,能耗低,不损失交联聚烯烃的热收缩能力在5% ~20%的范围内。原料。交联聚烯烃涂层有很好的机械性能和抗腐蚀性(3)没有环境污染。能,在熔融态下具有极高的粘弹性及耐高温、抗撕裂性,适合涂覆长距离的金属管。3.2 生产工艺火焰喷涂对一-般材料会产生局部或非均相加生产工艺见图3。热,使材料出现开裂。但对于交联聚烯烃,由于其高的熔体强度,即使在熔融状态下也不会产生开裂,因工件→清选+磷化一预热→浸塑→四化→冷却→此对于交联聚烯烃涂覆钢管,火焰喷涂是一种很好修整→包装→成品的工艺技术。图3浸塑工艺流程图3.3设备5用途及效益浸塑设备由预热炉、流化装置降振动机构、塑铝塑复合管被誉为是21世纪最有前途的管材,化炉、输送装置及控制系统组成。它可取代传统的镀锌钢管,应用于建筑业、工业、日3.4涂层材料常生活的冷热流体输送、地面辐射采暖、电缆屏蔽国内粉末涂料的研究和生产起步较晚,最初原等,国家建设部已在“九五”计划中重点推广应用此管材。料仅限于环氧树脂和聚酯,但环氧树脂和聚酯的老用包覆法(垂直挤出法或纵向缠绕法)或管中管化性、柔韧性及抗冲性差,且材料有一定的污染,不法生产的钢塑复合管,适合于长距离输送流体,如石能满足一些特殊场合的使用要求。后来开始研究使油、天然气和水，聚烯烃作为钢管的防腐层,与传统用PE、PVC粉末,粒度在80~120目之间。若目数防腐技术(石油沥青、煤焦油瓷漆、牺牲阳极法)相太小，则粉末粒径大,涂层不均匀,表面粗糙;若目数比,有无可比拟的优点,它重量轻,现场施工方便,使太大,如超过120目,则会造成粉尘污染,浪费原材用寿命长,无环境污染。80 年代初,我国石油系统料。国产聚烯烃粉末树脂与钢材的附着力差,过去开始在油田推广使用聚乙烯包覆钢管,由于国产树几乎全部依赖进口,如日本、韩国的LDPE粉末树脂原料不合格,主要从美国Phillips 公司进口TR -脂。燕山石化树脂研究所在1995年研制成功418和TR - 400黑色HDPE树脂,每年花费几千万LDPE粉末涂料已达到日本的涂覆料水平。元外汇。齐鲁石化股份有限公司树脂所研制的包覆管用HDPE黑色专用料,在1996年通过中国石化4火焰喷涂总公司鉴定, 1998年通过国家级验收,结束了我国油田管道防腐用树脂依赖进口的历史。近几年,我聚烯烃在各种溶剂中都很难溶解，于是人们开国动工修建的几条天然气长输管线,如“陕-京”线、始研究火焰喷涂,于50年代试制成功并获得推广应“库一鄯”线、“陕-银"线、“涩一宁一兰”线、用。因火梅嘹淦的生产效率不高,存在环境污染而“兰-成-渝”线等都采用黑色PE包覆钢管的形48●现代塑料加工应用第13卷第2期式管道的防腐带来了-场革命。采用浸塑技术,小设备可生产各种形状复杂的制品,如日用五金、商场货架、家电配件、养殖笼网参考文献等;大设备可生产高速公路、桥梁及民宅的护栏。1成都科技大学主编 .塑料成型工艺学.北京:中国轻工业出版金属材料的腐蚀给工农业带来很大的损失,尤社,1993.293其是石油天然气管道系统,每年给国家带来几千万2刘震等。铝塑复合管的现状与发展.现代塑料加工应用, 20012(4):58元的损失,浸塑技术的应用给金属材料的防腐开辟3 Marzola et al. Proessing Technology of Polyoleine Coating Metal了一条新途径,特别是给石油系统和建筑业的金属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瓶颈经过校准的容器据“Asian Plastics, 2000, (11):21"报道: R&B Machine具有香甜味的母料Tool公司的新型吹塑机是8工位旋转连续挤压设备，能够以据“British Plastics & Rubber, 2000, (5):30"报道, Clari-很高速度生产瓶颈经过校准的容器,称为Rotary 8。ant公司正在介绍一种可用于聚乙烯的有香味的母料,至今以往的轮式设备生产效率高，每分钟能够生产180个为止可生产母料的香味范围包括苹果味、柠檬味、香草味、薰瓶,而往复式设备能够生产瓶颈经过校准的容器,Rotary8衣草味等。根据需要的香味浓度和香味持续时间可添加则将二者的优点结合在一起,可生产最大容积为9.46L的容2% ~ 10%的母料。器,可在85mm直径上挤压6个型坯。该母料适合用于注射成型和吹塑成型,对100um以上R&B公司旋转连续挤压设备系列还包括Rotary4。这(含 100um)的薄膜也适用。在汽车内部和各种包装产品如两种设备都可在模具内制作标签。化妆品包装方面均可看到该母料的应用。(LJ)Clariant 公司还正在致力于将该技术应用到其他聚合物中去。Clariant及其伙伴扩大在朝鲜的抗氧剂生产规模据"Addtives for Polymers, 2000,(7):6'报道,Clariant公增强树脂齿轮首次用于汽车引擎司和在朝鲜的伙伴Songwon工业公司正在将他们的抗氧剂据"Polymer digest,2000,52(7):11”报道,日本新神户电生产能力再扩大5000t/a,正在建设的新装置将使总生产能机公司和丰田汽车公司合作,开发出汽车引擎内平衡轴使用力达到15 000t/a0的树脂齿轮,树脂制品用于汽车引擎内部还是首次。该树脂两家公司从1999年中期开始在添加剂方面进行合作。齿轮使用新开发的芳香族聚酰胺类增强纤维和聚氨基酰胺Songwon工业公司是Songwon集团的一部分 ,是南朝鲜主要树脂材料制成,与以往其他树脂材料齿轮相比,具有优良的的特殊化学品生产厂。该公司创建于1965 年,有现代化的耐性性和抗疲劳强度,使用寿命和可靠性大幅度提高。这种生产设备和丰富的添加剂生产经验,公司已拥有15 000t/a树脂齿轮用于新型丰田四缸引擎的平衡轴上,原来4个金属的烷基酚生产能力,而烷基酚是生产抗氧剂的主要原材料。齿轮中的2个用树脂齿轮代替。由于树脂齿轮和金属齿轮Clariant集团位于瑞士的Muttenz,在世界范围内的销售额达啮合,可以减少振动和噪音,达到了采用六缸引擎才能达到950亿瑞士法朗,他们已经制定了一套向添加剂发展的战略的低噪音水平,降低了生产成本。目标(SLQ)