文/燕国徽，王德洲
胜利油田方圆防腐材料有限公司
本文介绍了管道粉末的生产原理，通过阐述管道粉末的胶化时间、粒度分布、磁性物含量、放热量这几个重要指标，结合公司多年的生产经验，谈谈如何在生产过程中控制粉体质量，分析影响粉末这几个指标的各种因素。
0 引言
粉末涂料是一种环保涂料，近几十年来在中国的发展速度惊人，其中熔结环氧粉末涂料凭借优良的机械性能，优异的防腐蚀性能和良好的耐酸碱盐等化学品腐蚀性能等优点，广泛应用于管道内外壁防腐。随着国家建设的加快，管道粉末的需求量也在迅速增加，用户对粉末质量的要求也越来越高，在生产过程中如何控制产品质量显得尤为重要。
粉末涂料的生产原理将树脂、固化剂、颜填料、助剂等固体物料按一定比例加入高速混合机，进行预混合；通过混合机的物料经过挤出机高温熔融混炼后进入压片机进行压片、冷却并破碎，料片经磨粉机后进入旋风分离机，分离出来的粉末在过筛后便得到成品粉末涂料，粗颗粒粉末经循环系统重新粉碎，超细粉末经滤袋回收到除尘箱内。
1 、影响粉末胶化时间的因素
胶化时间的定义是：一定体积的粉末涂料在规定的条件下熔融后变为不变形物所需要的时间。胶化时间越长，涂膜平整性越好，反之越差。在快速固化的管道粉末中表现更突出。
决定胶化时间的主要因素是配方的设计，但在粉末涂料的生产过程中，影响胶化时间长短变化最重要的工序为热混炼、挤出工序。热混炼、挤出工序也是粉末生产过程中最重要的工序之一，挤出机是粉末涂料生产中的关键设备，直接决定粉末涂料的生产效率和性能质量。用于粉末涂料生产的挤出机主要有：单螺杆往复阻尼挤出机和双螺杆挤出机。
单螺杆往复阻尼挤出机的主要技术特征：对物料的剪切强度较低；物料在机筒内的停留时间长；有可能在较低温度下完成混炼挤出过程；对不同配方的适应性强；机器结构复杂，制造成本高；售价较高。双螺杆挤出机的主要技术特征：对物料的剪切强度高；物料在机筒内的停留时间短；生产效率较高；与螺杆直径相同的多单螺杆往复阻尼挤出机相比，售价较低。我们选用现在国内大部分粉末生产厂家都选用的双螺杆挤出机。
双螺杆挤出机的传动结构和螺杆结构比较复杂，两只螺杆的转动方向相同，剪切程度加大。机器挤出物料量的大小就由螺杆的粗细、长短及螺杆的转速决定。双螺杆的螺块部分的排布结构、长短、间隙等决定挤出机的混炼效果的好坏。螺杆影响粉末涂料胶化时间的一个重要参数：长径比D/L，即螺杆的有效长度与螺杆直径之比。长径比越大，物料在螺杆中有充分的熔融时间，混合越完全，混炼效果也越好，但是对于快速固化的管道粉末来说，物料在螺杆中待的时间过长，会使粉末涂层杂质增多，流平性变差，胶化时间变短。生产重防腐粉末宜取长径比D/L在12:1~14:1之间的螺杆，物料在机内混炼时间保持在20s以内。这样粉末的胶化时间变化不大，涂膜的光泽和平整度好。如果选取长径比更大的螺杆，特别是物料在螺杆中混炼30s以上，粉末胶化时间明显变短，涂膜的平整度变差，光泽度也会下降。
图一：长径比为18:1（上）和长径比为12:1（下）的螺杆
我单位SLE01型单层熔结环氧粉末涂料在相同配方和挤出温度下，分别由图一中两种螺杆挤出，然后筛选出的成品粉末测涂料胶化时间，长径比18:1的为8s(230℃），长径比12:1的为10s(230℃）,由此可见，长径比不同的螺杆对快速固化型粉末胶化时间影响较大。
2 、影响粒度分布的因素
粉末涂料的粒度分布直接影响粉末颗粒在静电场中的荷电性能和运动性能，从而影响粉末涂料的上粉率和质量。理想的粉末涂料粒径尽量控制在10~60μm之间。粒度分布很宽的粉末涂料，特别是含有＞80μm的极大颗粒较多时，对涂层的平整性影响较大，同时因为大颗粒的重力超越自身静电力，也将影响粉末的上粉率，降低单位喷涂面积。＜10μm的超细颗粒含量较大时，则由于超细粉带电量过低而导致上粉率明显下降，且其易于凝聚，使粉末涂料的流动发生波动，供料不匀，从而影响喷涂质量。管道粉末因喷涂厚度较厚，其平均粒径一般控制在45~55μm之间，如是管道内防腐粉末涂料，考虑到流平效果，平均粒径可适当降低，控制在40μm左右即可。
由图二解析下粉末涂料行业比较关注的D(4,3）、D50。D(4,3）指的是粒径对体积或者重量的加权平均，称为体积平均粒径或重量平均粒径，图二D（4,3）粒径为44.20μm。D50称为中位径或者中值粒径，指的是被测粉体大于或小于该数值粒径的颗粒各占50%，图二D50数值为41.64。小于12.02μm的颗粒占10％。大于80.10微米的颗粒占10%。
影响粉末涂料粒度分布的的主要因素就是ACM磨机。ACM磨机工作原理：进料器将料斗中的料片送入ACM磨机，在高速转动主磨盘上的击柱冲击及物料冲击齿圈的作用下，以及物料相互冲击下物料被粉碎，在引风力和副磨的作用下分离，细微粉经管道进入旋风分离器进行粗细粒径的分离，超细粉进入带虑袋的回收箱，被分离出去，其余的粉末旋沉至旋风分离器的底部，被排料器翻排到下面的旋转筛进料器，并送入旋转筛过滤分离，粗粉从另一头排出回收。
在以上整个过程中，影响粒度分布的因素众多：料片的厚度、进料的速度、主副磨的转速、引风量的大小、击柱和齿圈的磨损等等。对同一台ACM磨机来说，主要是通过引风量、主磨和副磨的参数调节来调整粉末的中位径D50、下限粒径D10、及上限粒径D90，大颗粒还可以通过调整筛网的目数来辅助控制，一般管道粉末筛网目数为100目。在平时生产过程中基本是通过调整主副磨的参数来调整粒度分布。如果仅是调整主副磨参数不能取得较好的粒度分布效果，就要考虑调整引风量的大小。一般情况下，主副磨参数越大，粉末平均粒度越细；引风量越大，粉末平均粒度越粗。同时在生产过程中还要注意两点：一要尽量保证物料的压片厚度一致；二要注意击柱和齿圈的磨损，随着击柱、齿圈的磨损程度加大，粉末的粒度会越来越细，在生产中要及时调整主副磨参数或更换新的击柱和齿圈。
3 、影响磁性物含量的因素
磁性物含量是粉末涂料的一项重要指标，磁性物含量超标将导致粉末涂层漏点变多，严重影响管道的防腐效果。在石油天然气行业标准SY/T 0315-2013《钢制管道熔结环氧粉末外涂层技术规范》中，对磁性物含量这一指标的要求是≤0.002％。
影响磁性物含量的因素有：配方中原材料本身磁性物的含量（特别是颜填料）和设备的磨损产生的磁性物。在确立配方选择原材料时，一定要注意材料的控制和匹配，选用磁性物含量较低的原材料。生产过程中易磨损的生产设备部件有：螺杆以及螺套内衬；击柱和齿圈。螺杆磨损严重的部位是输送块和预混炼块，混炼块磨损较轻微；螺套磨损严重的部位是对应的螺杆预混炼块部分。
降低磁性物含量的方法：一是改善配方，减少填料量，降低粉末硬度；二是合理提高挤出温度，加快物料的熔融速度，减少螺杆和螺套的磨损；三是更换更加耐磨的材料，减少螺杆、螺套以及击柱和齿圈的磨损；四是增加一套磁性设备，将物料中的磁性物吸附，达到降低磁性物含量的目的。
综合制造成本、效果等各方面的因素，推荐选用更换更加耐磨的材料，降低螺杆、螺套以及击柱和齿圈的磨损，降低粉末的磁性物含量。以下是我们的设备更换不同材质实验的结果：
实验结果表明，虽然陶瓷材料制造成本更高，但是几乎不存在磨损，可以长时间使用，不须更换相对降低了粉末的制造成本。
4 、影响放热量△H的因素
粉末涂料在受热条件下，化学反应过程中所放出的热量称为反应热，也称为反应放热量，用△H表示。在石油天然气行业标准SY/T 0315-2013《钢制管道熔结环氧粉末外涂层技术规范》中，对△H这一指标的要求是≥45J/g，部分工程项目要求△H≥55J/g。
放热量与配方设计的固化体系关系重大，不同的固化体系放热量相差很大，在同一粉末配方的生产过程中，也有些环节会影响到放热量：①熔融挤出过程，挤出过程对放热量有较大的影响，物料在螺杆中混炼的时间越长，放热量会越低，所以生产管道用粉末要选择长径比合适的螺杆，在不影响混炼效果的前提下，尽量减少物料在螺杆中混炼的时间。②冷却破碎过程，在生产过程中，要保证压片辊中冷却水的畅通，尽量将破碎的料片温度降到35℃以下，最好是30℃以下。③磨粉过程，在磨粉过程中，一定要注意磨腔温度的控制，在气温较高时，要开冷风机，保证磨腔温度处于较低的状态。④储存温度，尽量将粉末成品存储于温度低于35℃的库房中。
结束语
粉末涂料质量的影响因素很多，粉末涂料制造设备和工艺的控制与粉末涂料用原材料质量一样，同样是决定粉末涂料产品质量的重要因素。因此提高粉末涂料产品质量，需要在生产过程中的各个环节，建立完善的产品质量管理制度，提高产品质量。
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