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四川高德特科技有限公司
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閱讀：181發布時間：2013-11-18
管道襯膠防腐工藝流程的分析和研究
摘要： 隨著我國橡膠防腐行業的不斷發展，主要形成了天然橡膠、氯丁橡膠、丁基橡膠等4大類上百種橡膠防腐材料。主要選取了目前相對成熟的丁基橡膠襯里防腐工藝流程為例，對橡膠襯里整套防腐工藝流程中的幾大主要工藝環節進行分析和探討。
關鍵詞： 橡膠防腐；丁基橡膠；工藝流程；分析研究
0 前 言
橡膠，同塑料、纖維并稱為三大合成材料，是*具有高度伸縮性與*彈性的高聚物。隨著工業用橡膠制品被廣泛使用在各個領域，特別是重工業、造船業、石油化工、火力發電廠煙氣脫硫脫硝等行業中，高性能的橡膠制品發揮著愈來愈重要的作用。
由于橡膠具有相當好的耐氣透性、耐化學介質和電絕緣性，更具備良好的耐油性、耐寒性、耐熱性和能抵抗脂肪油、潤滑油、液壓油、燃料油以及溶劑油的溶脹等諸多性能特征，橡膠成為防腐蝕工業應用中的防腐材料，在世界各國的防腐工程領域中得到廣泛的應用和推廣。
隨著我國橡膠防腐行業的不斷發展，主要形成了天然橡膠、氯丁橡膠、丁基橡膠等4大類上百種的橡膠防腐材料。本文主要選取目前相對成熟的丁基橡膠襯里防腐工藝流程為例，對橡膠襯里整套防腐工藝流程中的幾大主要工藝環節進行分析和探討。
丁基橡膠是由異丁烯和少量的異戊二烯共聚而成的，其zui大特點是氣密性好，耐熱、耐候、耐臭氧、耐老化、耐化學藥品，并有吸震、電絕緣性能；其缺點是硫化慢，加工性能較差。為了改善硫化條件和提高粘合性能，在襯里施工結束后，將襯里設備放入硫化罐進行加壓蒸氣硫化。加壓蒸氣硫化的丁基橡膠的耐化學和耐磨等綜合性能優良，適用于小型設備，如小型箱罐、襯膠管道等。
橡膠襯里的工藝流程主要分為以下4條主線：
①設備檢查→噴砂除銹→刷底涂料→修整缺陷→刷膠漿
②橡膠加工→膠料檢查→下料裁剪→刷膠漿
③膠漿膠切塊→膠漿配制
④ 膠料貼合→中間檢查→硫化→檢查修整→成品
相比其他防腐材料（如玻璃鱗片、塑料粉末、陶瓷粉等）優良的加工性能，丁基橡膠在加工性能上有以下的缺點：粘合性和自粘性差、與金屬粘合性不好、與不飽和橡膠相容性差、不能并用等。綜合丁基橡膠在加工性能上的特殊要求，在加工工藝流程的改進方面，需要在以下幾個主要環節上嚴格控制質量標準和工藝操作要求，以使硫化過后的橡膠成品的質量得到保證，性能保持穩定。
1 設備檢查
襯膠設備的成品質量除了與橡膠的性能有關外，也與襯里設備基體的材質、結構、加工和表面狀態有直接關系。為保證襯膠的質量，必須在施工前按HGJ32．9O《橡膠襯里化工設備》以及HGJ229-91《工業設備、管道防腐蝕工程施工及驗收規范》中第2、3章的有關規定，進行嚴格檢驗，合格后方可施工。
設備表面處理是保證施工質量的重要環節，也是防腐蝕施工的頭道工序，它對襯膠層的質量和使用壽命起著決定性作用，設備的檢查主要有以下幾個方面：
（1）襯膠前的設備必須按圖紙要求，檢查構件管口方位、尺寸要求等是否準確，襯膠后的設備不允許施焊、更改方位、撞擊等。
（2）襯膠設備必須要有安全設計，如襯膠單一部位必須要有2個以上的人孔配置，方便襯膠人員的進出施工及換氣要求。
（3）焊縫部位，必須平整、光滑，不得有咬邊、縮孔，不得有焊渣、焊瘤、毛刺，法蘭接管內緣及人孔邊內緣必須修磨成圓滑過渡，R>5mm。多孔板支撐焊縫必須飽滿，并修磨成圓滑過渡，陰陽角部位必須修磨光滑，并要有過渡。
2 噴砂除銹
噴砂除銹是襯膠工藝流程中的一個關鍵環節。除銹過程使用鋼砂除銹，這既能干凈地除去管道及管件待襯膠表面的銹斑，又能把鋼管及管件表面打成凹凸不平狀，增加表面粗糙度，以達到提高橡膠與工件附著力的目的。除銹要根據襯膠要求，如內外襯膠就要求把內外表面及法蘭臺階都除干凈，若是內襯膠就要求除去內表面和法蘭臺階銹斑。
噴砂除銹工藝環節的具體實施，要遵循以下步驟。
2．1 空壓機系統的定義
空壓機系統由空壓機、貯氣罐、分布筒、噴砂罐、噴砂房組成。
2．2 工作原理
空壓機系統主要是用來清除工件表面的銹漬及污點的，它是由空壓機工作產生0．7 MPa的壓縮空氣，進貯氣罐均衡壓力，然后供給噴砂罐，推動罐內鋼砂從噴嘴噴出，強有力地打在工件表面，從而達到除銹目的的。
2．3 運行程序
1．準備工作：接到工作命令后要做如下準備工作
（1）檢查空壓機冷卻系統是否正常；
（2）進氣閥是否關閉；
（3）貯氣罐及空壓機是否正常；
（4）噴砂罐內鋼砂是否充足；
（5）噴嘴有否堵塞；
2．操作步驟
（1）打開空壓機冷卻水系統，看到出水口出水方可；
（2）關閉空壓機進氣閥，排掉貯氣罐及砂罐內殘存氣壓，使空壓機空載下起動；
（3）關閉所有用氣系統；
（4）啟動空壓機，觀察貯罐壓力表情況，當壓力達到壓力時，看安全閥是否運作。如不運作，立即關閉空壓機，重新檢查安全閥或到有關單位校準；如安全閥動作，說明設備正常。打開貯氣罐進氣閥給貯氣罐供氣，達到工作壓力要求后，打開噴砂氣閥，開始噴砂除銹。
3．關鍵過程
工件噴砂為zui關鍵的一環，要求噴砂后工件表面為金屬光澤，尤其是不能有一點殘存金屬氧化皮存在。
4．質量標準的驗收方法
經噴砂后的工件要求達到標準Sa 2 1/2 級，即要求工件表面銹粉95％ 除盡，氧化皮100％除盡，表面凹凸不平，粗糙度好。驗收采用目測、手感或用Sa 2 1/2級圖表對照。不能滿足上述質量標準的即為不合格工件，必須重新噴砂除銹。
2．4 設備維護及管理
（1）定期檢查空壓機各潤滑系統是否良好，視情況及時注油；
（2）定期校準安全閥；
（3）檢查貯存罐、砂罐的腐銹程序，以保證其所承受的正常壓力；
（4）經常檢查噴砂膠管和噴嘴的磨損情況，磨損嚴重要及時更換；
（5）對所有的電氣控制柜要除塵、防雨、防熱；
（6）保持現場及空壓機清潔衛生。
3 膠料及膠漿
3．1 膠料及膠漿的制備及存放
根據設計圖紙的要求選用相應的膠料和膠漿。膠料或膠漿在常溫下有自硫化傾向，如果存放不當或膠料、膠漿超過了制造廠規定的使用期限，有可能產生自硫化，使膠料的可塑性明顯降低，膠漿則在甲苯中溶解困難，粘接力會降低。因此，對于超過使用期限或對粘接性能有質疑時，應對該批膠料、膠漿進行復檢，質量合格后才能使用。
膠漿配好后應密封存放在通風陰涼的地方，這樣能延長膠漿的使用期限。但存放時溫差不應太大，以防膠漿中析出硫黃，影響襯膠質量。膠漿配制完畢應靜置2 d以上，將沉積在底部的殘渣雜質棄掉，但膠漿中原有的組合，如填料等，不能當作雜質被去除。
膠料通常在壓延成片時采用干凈的白布或清潔的聚乙烯薄膜襯墊包卷，以保持膠料表面的潔凈和平整，提高襯膠層的粘接性能。因此，膠料的包裝應保持完好并存放在臺架上，避免受壓變形。
由于膠料生產過程中添加的配合物多為易燃易爆物品，廠房應符合一級防爆要求，不得使用明火加熱。在設備內襯膠操作時，應保持良好的通風和安全照明。施工環境溫度以20℃為宜。當溫度低于15~C時，膠料開始反應，影響襯膠操作和貼合質量，另外，膠漿涂刷后溶劑也不易揮發，長時間不干，會影響粘接力；倘若室溫高于35 ℃，膠漿涂刷后表面的溶劑蒸發過快，將會形成干膜，內部的溶劑不易揮發，留在膠膜中易出現起泡等質量問題。
施工環境的濕度以不大于85％ 為宜。相對濕度過高，金屬表面易生銹；膠漿干燥時間過長，則有時會出現結露，直接影響其粘接力。在襯膠場所內靠近操作臺的附近，應安裝測量溫度及濕度的儀器，以便及時檢測。尤其在黃梅季節中施工，更應及時采取措施有效控制環境的露點，保證襯膠時表面不能出現水珠集結的現象，以提高襯膠的質量。一般要求在高于露點以上3℃的環境施工，應可正常操作及獲得令人滿意的襯里質量。
3．2 膠漿的涂刷
膠漿的涂刷應首先注意以下2點內容：
（1）檢查空氣濕度是否符合要求，若濕度太大，則不能作業。
（2）噴砂后的設備必須立即刷底涂1次。底涂必須從一個方向往另一個方向依次刷均勻，不允許有漏刷、淤積現象。底涂干燥時間60 min。
膠漿涂刷遍數直接影響到膠料與金屬的粘接力。根據試驗，在金屬的表面涂刷膠漿3遍、膠片的貼合面上涂刷膠漿2遍，襯貼經硫化后其粘接強度已達7．4 MPa以上，滿足了襯膠的要求。
涂刷膠漿前，應除去金屬表面的粉塵或毛刺，然后用汽油擦膜去脂。膠漿在使用前應攪勻，粘度應符合要求。涂刷膠漿應縱橫交錯，順次操作。膠膜的干燥時間應掌握好，一般涂刷第1遍膠漿后，晾干至不粘手時便涂刷下一遍，zui后1次涂刷膠漿時，應在貼膠前1．5—6 h內進行。膠漿涂刷完畢后應防止灰塵、油、水或有機物雜物的落入，以保證貼合面清潔，提高粘接力。
膠漿的粘度必調至適度。膠漿過于粘稠時，容易出現膠膜干燥的假象，實際上，膠膜的表面層已干燥而內層尚未干透。這樣在硫化后會造成襯膠層的起泡缺陷。
設備表面微小的凹陷、砂眼或無法進行修磨的焊縫，以及需要填塞膠條的轉角處，應在涂刷zui后一遍膠漿前，用刷過膠漿并經干燥的膠條填塞，然后烙成圓滑過渡，保證襯里表面光滑平整。
4 襯料的貼合
膠料貼合的結果直接關系到襯膠層的zui終質量。膠料貼合不規范時，通常會出現襯膠層起泡、脫層、搭邊不勻、針孔和皺褶等缺陷。引起這些缺陷的主要原因是涂刷膠漿的干燥程度不夠，環境溫度低，濕度高，刷膠不凈，制作缺陷處理不當，貼合不平，烙膠不實等所致。
4．1 貼合
貼合操作首先應將涂好膠漿的膠料用潔凈的墊布卷起來，順次送人設備或管道內，選取合適的部位進行膠料的鋪放貼平，注意防止膠料起褶或受拉變薄。膠料的鋪貼順序應根據工件的具體情況而定，比如一般立式設備襯膠時，常是先襯器底后襯器壁，大型立式設備則是由上而下進行；鋪貼臥式設備一般采取轉動設備本體逐次鋪襯的方法，如無轉動條件時可先襯設備的兩端封頭，然后按先貼上面再鋪下面的順序進行；管道的貼膠操作有的是采取轉動管子順次鋪貼，有的則是選用預制的膠料管直接送入貼合。膠料鋪貼后隨即進行沖氣壓實的操作。膠料貼合一般采用壓輪滾壓法。
壓輪滾壓法也稱冷滾法。它是采用金屬制的帶棱紋壓輪在鋪好的膠料上進行定向滾動，以達到排氣壓合的一種貼合方法。當膠料在設備的表面鋪附并將墊布全部抽出后，即可從膠料的中部開始滾壓，使氣體依次往兩邊趕出。壓滾應保持用力均勻的往返運動。在貼襯轉角或搭邊部位時，應先滾壓轉角與搭邊部位，然后滾壓其他部位，待全部襯貼完畢，再用80℃ ～100℃ 的烙鐵把膠料的接縫烙平。冷滾法具有操作環境良好、襯膠質量高、使用工具簡單的優點。通常選用壓輪滾壓法進行貼合，以增加膠料與設備表面的粘接強度，以保證襯膠的質量和滿足使用的工況要求。
4．2 過程檢測
設備表面貼膠完畢后必須進行中間檢查，其目的是把貼合操作中出現的缺陷在硫化前予以有效消除，以減少硫化膠層發生起泡、開裂、漏電或膠料搭接不良等現象。膠層的缺陷一般在硫化前容易處理，若待硫化后再作修復就比較困難了。外觀檢查主要是按照圖紙設計要求詳細檢測襯膠層各節點的部位是否正確，進出口的搭接位置是否合適，膠層表面有無漏烙、漏壓或烙焦現象，膠料的搭接縫是否壓得密實。對于互相配合的襯膠件必須檢測尺寸要求，否則在硫化后如發現部件的公差配合尺寸不適當，襯里修補就更困難。在檢查中發現膠層起泡超標時，可用扎針刺破，排凈氣體，然后用刷過膠漿并經干燥的膠料填堵針孔，烙平壓實。對于絕緣性較好的膠料，每襯一層膠料宜用電火花檢測儀檢查襯層有無漏電現象。通過全面的質量檢測，確認檢查無誤，并將所有發現的缺陷及時*消除后，方可進行下一道工序的操作。
4．3 膠料貼合的注意點
1．作業時空氣濕度<70％ ，避免陽光直射，無灰塵，保持潔凈。
2．膠板檢查
（1）膠板厚度檢查，必須符合圖紙要求的厚度，以正公差為好。
（2）膠板表面檢查，沒有印痕、凹坑，表面平整。
（3）電火花檢查，在工作臺上檢查膠板是否有滲點，若有，要按工藝要求修復后，再檢，直至合格。嚴重缺陷情況下要報廢。
3．根據所襯部件的幾何尺寸，準備好要襯的膠板。
4．設備內刷丁基膠漿兩遍，膠板上刷膠漿一遍。
5．經觸指檢查，確認膠漿干后，把膠板襯在設備上，用壓滾把空氣滾壓干凈，要求表面平整，搭縫平直，搭縫寬度≥15 mm，角部襯膠一定要襯得光滑平整。
6．中間檢查，襯膠全部結束后要進行以下質量檢查：
（1）電火花檢查，以3 000 V／mm檢查，無滲點。
（2）膠板厚度檢查，用測厚儀測厚度是否達到圖紙要求。
（3）氣泡檢查，檢查襯膠層、搭縫是否有漏壓處，是否有殘留空氣在膠層內。
（4）外觀檢查，表面的平整度好，搭縫平直，凹點補平。
7．襯膠全部結束后，把人孔、接管口適當封一下，減少灰塵進入設備。
8．襯膠設備必須放置24 h后才能硫化。
5 膠料硫化
硫化是橡膠分子與硫化助劑發生化學反應的過程。硫化可使膠料從塑性變成高彈性的有機高聚物。硫化過程對彈性高聚物的性質有決定性的影響，特別是膠料的定伸應力、彈性、硬度、抗溶脹性和化學穩定性等有明顯的變化，其他的物理化學性能也得到一定的改善，使橡膠制品具有實用價值。這種性能變化的大小主要與加入膠料中的硫化劑的選擇和硫化條件有關。
橡膠在整個硫化過程中可按其性能變化特征分為4個階段：焦燒或硫化起步、欠硫化、正硫化和過硫化。橡膠的硫化程度對襯里的質量有很大的影響，如硬質膠襯里在欠硫化時其抗沖擊強度、抗撕裂性、耐磨耗性等都達到了較好的水平，但其拉伸強度、硬度和化學穩定性等較差；當處于正硫化階段時膠料的大部分力學性能達到*，取得的綜合平衡；如若繼續硫化而進入過硫化階段，襯膠層往往發生“復原現象”，力學強度明顯下降。對于任何橡膠來說，橡膠分子鏈的交聯和斷鏈貫穿于整個硫化過程的始終。到了過硫化的階段，如果交聯仍占優勢，則橡膠發硬；反之，如果斷鏈超過交聯，則橡膠變軟。因此襯膠設備要求嚴格控制正硫化條件，以獲得*的襯膠層質量。實際生產中一般通過對膠料硫化過程中物理性能的檢測，如膠料的硬度參數等，來判定和控制襯膠層的正硫化點。
硫化條件的zui終確定應考慮到膠料種類、工作壁厚、襯貼方法、硫化方式及現場條件等因素。硫化時蒸氣源應充足，蒸氣壓應穩定，并須注意在硫化全過程中，設備本體不得產生負壓。
加壓蒸氣硫化法為襯膠制件在硫化罐內用直接蒸氣進行硫化的一種傳統硫化方法。加壓蒸氣硫化法的熱載體是蒸氣。飽和蒸氣的壓力與溫度存在著一定的依存關系，實際操作中根據膠料的品種等選定硫化溫度，嚴格控制罐內的蒸氣壓力和硫化時間，而不測定溫度和正硫化點，便能得到質量合格的硫化制品。加壓蒸氣硫化法按照硫化全過程的壓力變化又可分為分段硫化法和恒壓硫化法。恒壓硫化法是采用壓縮空氣和蒸氣的恒壓混氣硫化操作，在蒸氣升壓前和降壓時通入0．3 MPa的壓縮空氣，使硫化罐內的壓力在硫化全過程中始終保持恒定壓力。操作時先向罐內送入壓縮空氣0．3 MPa約3 h，隨后逐漸送入壓縮空氣，相應降低蒸氣壓力，zui終將蒸氣全部置換。此時罐內的溫度已降至40％ ，硫化便告結束。混氣恒壓硫化法具有工藝簡易、效率高、粘接強度大、合格率高等優點。
橡膠硫化與所有的化學反應一樣，隨著溫度升高而加快，并且大體上也適用范特霍夫定律。根據這一定律，溫度每上升8℃ ～10℃ ，其反應速度約增加一倍，或者說反應時間減少一半；同樣，溫度的降低，也相應增加了反應時間。如果選定低壓蒸氣進行硫化，硫化時間應延長，因此要求施工現場必須連續地監視和控制設備內的蒸氣壓力，硫化過程中冷凝液排出閥不得全部關閉，以免襯膠設備內產生負壓造成吸癟事故。
基于質量和經濟性觀點來看，橡膠襯里應首先考慮采用加壓蒸氣硫化罐硫化的方法，其中又以混氣恒壓硫化為佳。在蒸氣硫化過程中，采取緩慢升溫和降溫的原因是由于金屬與膠料二者的線膨脹系數不一樣，其次在金屬器壁和膠料之間也殘存一些氣體，如若操作時采取驟然升溫或降溫，將會使原來存在的氣泡迅速鼓脹，增大起泡面積，影響了粘接強度，有時甚至導致襯膠層脫開。當采用混氣恒壓硫化時，升溫和降溫過程始終保持著一定的壓力，這使膠料一直處于受壓狀態下硫化，縱然膠料與器壁之局部空隙中殘存著少量氣體，也不至于明顯膨脹，也能減少起泡現象。總之，硫化過程、采取恒壓操作可以提高蒸氣降溫的速度，縮短硫化的總時間，同時襯膠層的質量也會得到顯著的提高。
以丁基橡膠為例，把已襯膠設備裝進4 500×14 500硫化缸內，關閉，上好保險裝置。按硫化工藝要求，在3 kg空氣壓力下，進行冷熱空氣置換，2．5 h后達到140 ℃ ，保持150 min，正硫化點后即開始熱冷空氣置換，在3 kg壓力下，溫度下降到8O ℃，硫化結束。
6 硫化后質量檢查
（1）硫化后的質量檢查必須嚴格、認真，所襯部位必須100％ 檢測。
（2）外觀檢查。是否美觀，外表面是否平整光滑。
（3）電火花檢測，以2 000 V／mm、5 m／min的格式100％ 檢測襯膠層，要求無滲點。
（4）膠板厚度檢查，以達到圖紙要求為合格。
（5）氣泡檢查，檢查襯膠層有無脫層處。
（6）法蘭面平整度檢查，檢查密封面的平整度。
（7）粘接強度檢查。用相同方法噴砂襯膠，同缸硫化做成試塊，在拉力機上做剝離強度測試。
（8）硬度檢查。用邵爾A硬度計，檢查所襯膠板的硬度。
（9）把人孔邊、法蘭邊、螺栓孔修磨光滑。
7 結 語
通過以丁基橡膠襯里防腐工藝流程為例，參照有關標準和文獻，對橡膠襯里整套防腐工藝流程中幾大主要工藝環節進行了重點分析、研究和總結，找出了一些影響成品質量的因素，提出了切實可行的解決辦法和合理性建議，為設備橡膠防腐技術的發展和創新提供了具有實際操作性的技術借鑒。
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