各種涂料的干燥機(jī)理見圖3-1[1]。
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2．減阻內(nèi)涂涂料性能的基本要求
減阻內(nèi)涂涂料的性能基本要求主要有：黏結(jié)力、滲透性、耐磨性、耐壓性、耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性和耐蝕性及光澤度等。
2．1 黏結(jié)力
黏結(jié)力是涂料的最重要的性能。水汽等腐蝕介質(zhì)要通過覆蓋層和被涂覆鋼表面之間的界面與鋼表面基體接觸，黏結(jié)力強(qiáng)可保持此界面的穩(wěn)定，避免水汽滲透到覆蓋層下面，防止膜下腐蝕介質(zhì)的富集，從而防止膜下腐蝕和漆膜起泡；黏結(jié)力強(qiáng)還可減少機(jī)械力的損傷。
2．2 滲透性
滲透性有兩個(gè)含義，一是對(duì)水的滲透、一是對(duì)氣的滲透，抗?jié)B水性對(duì)覆蓋層來說是很重要的；因?yàn)楹透采w層接觸的環(huán)境或介質(zhì)都少不了有水，水的滲透將導(dǎo)致與鋼表面的直接接觸，發(fā)生腐蝕作用，剝離覆蓋層，尤其是當(dāng)鋼表面有鹽分存在時(shí)更為突出；透氣性低可以防止氧氣等介質(zhì)滲透到鋼表面，直接發(fā)生腐蝕作用。
2．3 耐磨性
由于減阻內(nèi)涂覆蓋層的工作條件是處在介質(zhì)的不斷摩擦之中，需承受住介質(zhì)和所含雜質(zhì)的摩擦損耗，且作為天然氣管道來說，正常的清管也會(huì)對(duì)內(nèi)壁造成磨損，因此耐磨性是減阻內(nèi)涂涂料的一項(xiàng)重要指標(biāo)。
2．4 耐壓力變化
管道輸送液體或氣體介質(zhì)都要有一定的壓力，減阻內(nèi)覆蓋層在這種狀況下工作，當(dāng)管道發(fā)生故障或異常泄漏時(shí)，因其突發(fā)的降壓可能造成覆蓋星的起泡，為此對(duì)減阻內(nèi)覆蓋層要有耐壓的性能要求。
2．5 耐熱性
耐熱性要求是出于兩方面的考慮，一是運(yùn)行過程中因介質(zhì)與管內(nèi)壁的摩擦產(chǎn)生的熱量造成管壁溫度升高，另一點(diǎn)是在管道防腐作業(yè)時(shí)，當(dāng)采用“先內(nèi)后外”工藝時(shí)，因?yàn)橥夥栏瘜邮┕み^程中可能會(huì)有250℃的高溫，內(nèi)涂涂料應(yīng)能承受住這一短時(shí)的高溫作用。
2．6 化學(xué)穩(wěn)定性和耐蝕性
由于天然氣介質(zhì)可能混有汽油、醇類、潤滑油等雜質(zhì)，其凝聚物都有可能造成內(nèi)覆蓋層的破壞和腐蝕，所以內(nèi)涂的涂料必須具有化學(xué)穩(wěn)定性和耐蝕性，來抵御這些物質(zhì)的腐蝕與破壞。
雖然正常的天然氣中不肯腐蝕性物質(zhì)，但在管道施工過程中和運(yùn)行中仍有腐蝕的可能性，如空氣中水汽和介質(zhì)中的冷凝物等，在這種條件下內(nèi)涂涂料可起到防止腐蝕的作用。
2．7 覆蓋層的光澤度
用于減阻內(nèi)涂的覆蓋層要有一定的光澤度，光澤度反映出覆蓋層的光滑程度，表面越光滑，磨阻越小，減阻的效果也就越好。
除上述性能之外還有柔韌性、硬度、耐久性、易涂裝等也是內(nèi)涂涂料應(yīng)具有的性能。
3．減阻內(nèi)涂的壽命要求
在本節(jié)所要討論的壽命應(yīng)是覆蓋層的技術(shù)指標(biāo)，之所以在這里討論是因?yàn)楦采w層的壽命與涂料性能有著千絲萬縷的聯(lián)系，好涂料形成的膜層壽命也長，反之，性能差的涂料膜層壽命就短。當(dāng)然影響覆蓋層壽命的因素還有運(yùn)行條件、施工質(zhì)量、設(shè)計(jì)是否正確、使用是否合理等。
3．1 覆蓋屋使用壽命的定義
覆蓋層的使用壽命(life of coating )可定義為：覆蓋層發(fā)生起泡和(或)剝離之前所經(jīng)歷的時(shí)間。對(duì)于減阻內(nèi)涂，當(dāng)內(nèi)覆蓋層發(fā)生惡化導(dǎo)致輸送效率大幅降低之前，都可作為覆蓋層的使用壽命來考慮。
3．2 影響壽命的涂料及施工因素
在上節(jié)所講的涂料性能中，許多性能是與覆蓋層韻壽命相關(guān)的，比如黏結(jié)力、耐磨、耐熱、耐壓、抗?jié)B透等。施工中的表面處理質(zhì)量、噴涂質(zhì)量、厚度等因素，也都會(huì)直接影響覆蓋層使用壽命。
3．3 影響壽命的條件因素
這里要講的是輸?shù)橘|(zhì)是否含有硫化氫，管道鋼表面是否含有超標(biāo)的鹽分。
天然氣中含有的硫化氧，盡管濃度很低，也會(huì)明顯地加速覆蓋層損壞。由于減阻內(nèi)涂多采用環(huán)氧樹脂、氧化鐵紅、防腐顏料、聚酰胺固化劑等組成，其中氧化鐵紅及其它顏料可與硫化氫起反應(yīng)，形成亞硫酸鹽，亞硫酸鹽提高了覆蓋層對(duì)硫化氫的可溶性，并增強(qiáng)硫化氫的滲透性，使覆蓋層的附著力降低。
鋼管內(nèi)表面若有鹽分，可把覆蓋層視作為一種半透膜，在某些運(yùn)行條件下；介質(zhì)中的水分便會(huì)穿透覆蓋層到達(dá)鋼表面，這些鹽分遇水后，便會(huì)造成鋼的腐蝕，剝離覆蓋層導(dǎo)致滲透起泡。當(dāng)輸送介質(zhì)中古有微量的鹽分時(shí)，有水分存在，則會(huì)滲透到鋼表面，造成滲透起泡。
另外，在管道安裝前的運(yùn)輸和存放期間，管子受到大氣中水汽和氧的作用，也會(huì)造成覆蓋層的損壞，故做完內(nèi)涂的管子不宜在空氣中存放過長時(shí)間。
3．4 影響壽命的運(yùn)行因素
運(yùn)行因素中主要的是清管器的機(jī)械破壞，雖然在選用涂料時(shí)考慮了耐磨，但當(dāng)清管程序不合理、選用清管器不當(dāng)時(shí)仍會(huì)造成內(nèi)涂漆膜的損壞。
3．5 環(huán)氧樹脂的熱降解
一般的內(nèi)覆蓋層材料，主要包括環(huán)氧樹脂和胺加成物，或聚酰胺，如果未經(jīng)改性，只有在施加外覆蓋層后才可以涂覆，也就是說只適用于“先外后內(nèi)”工藝，否則在涂覆外覆蓋層時(shí)管道的預(yù)熱致使內(nèi)覆蓋層損壞。這就要求內(nèi)涂涂料在管道預(yù)熱溫度高達(dá)250℃時(shí)，解決內(nèi)覆蓋層的抗熱解問題。
固化環(huán)氧樹脂的熱降解被認(rèn)為是由自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)引起的。固化環(huán)氧樹脂主要的分子結(jié)構(gòu)由R′OCH2CH(OH)CH2OR″表示，在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，具有活性的氫原子連接到叔碳原于上，這種活潑氫原子很容易被(R′)自由基拉過去，同時(shí)產(chǎn)生新的自由基(見式3-1)。這些自由基與氧反應(yīng)生成了過氧化物自由基(式3-2)。這些過氧化物自由基瞬間分解成酮類，同時(shí)產(chǎn)生了過氧化氫自由基(式3-3)。酮化合物中的醚健斷裂而形成的自由基再分解成為更小分子量的產(chǎn)物，如甲醛以及通過多級(jí)分裂反應(yīng)形成的其他醛類(式3-4和式3-5)。由這些分解反應(yīng)產(chǎn)生的自由基團(tuán)，如R'和HOO'又與固化環(huán)氧樹脂發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成新的自由基(式3-6和式3-7)，這些新的自由基又按照式(3-2)和式(3-5)所示的同樣方式分解。
由于固化環(huán)氧樹脂的分解是在自由基的鏈上進(jìn)行的，涂料中如果含有能阻止或延緩自由基鏈上化學(xué)反應(yīng)的某些組分就能夠有效地改善耐熱性能。
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國外文獻(xiàn)[3]報(bào)道了對(duì)胺加成物、聚酰胺、酸酐和硫醇加合物四種不同的環(huán)氧樹脂進(jìn)行了耐熱性試驗(yàn)，研究加熱烘箱內(nèi)板條在260℃加熱30min后，熱解溫度與涂覆過的實(shí)驗(yàn)板條之間的行為特性關(guān)系。結(jié)果表明，硫醇加合物固化涂料，在四種涂料中保留光澤面是最好的，并保持了很好的彎曲能力和柔韌性。胺加合物與聚酰胺固化涂料保持的光澤面均較差，這是由于它們的熱解溫度低，而酸酐不論熱解溫度有多么高，其固化涂料的光澤面保留都很差，其原因尚未明了。
硫醇加合物固化涂層舶韌性也比其它涂料好；當(dāng)熱解溫度在245～280℃范圍內(nèi)時(shí)其韌性是最好的。其原因可解釋為在硫醇加合物固化環(huán)氧樹脂中硫醇基(—SH)和硫醚(一S—)的穩(wěn)定效應(yīng)，阻止了氧化鏈?zhǔn)椒磻?yīng)充當(dāng)中間體的過氧化物自由基。表3-2所示為硫醇加合物固化涂料在加熱前后的性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果與典型的常用內(nèi)涂料的比較(此處常用涂料被稱為參照涂料)。從這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，熱解溫度為266℃試驗(yàn)涂料6#在所有被檢測(cè)涂料中是最好的。表3-3和表3-4分射列出了試驗(yàn)涂料6#的組成及基本性質(zhì)與參照涂料的對(duì)比(以下試驗(yàn)涂料6#被稱為EPX-8)。EPX-8適用期在4h以上，能滿足熱穩(wěn)定性的要求。
