1.前言

在管道防腐技术中，三层聚乙烯防腐，即3PE，因结合了环氧树脂涂层与聚乙烯防腐涂层的卓越特性而被广泛应用，被视为当下最先进的管道保护涂层。

目前行业内已推广的3PE涂层成型技术，虽然采用了环氧粉末静电喷涂、中间胶粘剂应用、聚乙烯热熔挤出以及缠绕或包覆等成型方法，但这几种材料间容易产生明显的层间界限，从而导致一系列涂层质量上的问题，例如翘边、空隙、焊缝处涂层过薄等。本文介绍了一种创新的多层粉末喷涂3PE成型技术，它与传统的使用中间胶粘剂和聚乙烯挤出缠绕的成型技术有着显著的区别。

2.3PE粉末防腐涂层工艺流程及结构

2.1工艺流程

多层粉末喷涂3PE成型技术与传统的3PE防腐层成型工艺有着显著的不同。在传统的工艺中，中间胶粘剂和聚乙烯是通过涂覆热熔挤出缠绕的方式来进行处理的。而多层粉末喷涂3PE成型技术则采用了全新的工艺流程：钢管预热→抛丸清理→感应加热 →环氧粉末（FBE）静电喷涂→共聚物粉末喷涂→聚乙烯（PE）粉末喷涂→固化 →冷却 →检测 →存放。

2.2涂层结构

多层粉末喷涂3PE涂层是一个多组分结构，整个结构的构建完全依赖于粉末喷涂技术。具体来说，底层采用的是熔结环氧粉末，这一层为涂层提供了优异的附着力和防腐性能。中间层则是熔结环氧粉末及与改性聚乙烯的混合物，这一层的引入进一步增强了涂层间的粘接力，并提升了整体的机械性能。最外层则是聚乙烯层，它具有良好的耐候性和抗化学腐蚀能力，为管道提供了可靠的防护。

3.粉末涂层结构特点

在多层粉末喷涂3PE涂层中，中间胶粘剂为聚乙烯的改性体，这种设计使得两者在分子结构上具有很高的相似性。因此，这两种材料能够轻易地相互熔合，消除了它们之间的界面，形成一个浑然一体的结构。此外，由于两种材料的粒度控制在100～200目之间，并且采用了喷涂成型技术，这使得粘接剂与环氧粉末、胶粘剂与聚乙烯之间的接触面积大大增加。这种设计不仅增强了分子间的结合力，还使得整个涂层呈现出单层结构的特性，从而确保了涂层的粘接力。因此，与传统的3PE涂层相比，多层粉末喷涂3PE涂层展现出了更多显著的优点。

3.1使用寿命长

熔结环氧粉末（FBE）以其卓越的附着力在众多有机涂料中脱颖而出，其对钢管的粘附力尤为出色，远胜于其他同类涂料。作为防腐层的底层，FBE不仅显著增强了整个防腐层的耐腐蚀能力，还延长了防腐管道的使用寿命。此外，FBE优越的粘接性赋予其出色的阴极剥离性能，进一步降低了管道在服役过程中的阴极保护投资，为管道的长期稳定运行提供了有力保障。

3.2涂层完整性优越

环氧粉末作为极性材料，其粉末粒子能够轻易带上静电荷，因此适宜采用高压静电喷涂工艺。而粘接剂和聚乙烯塑料粉末则属于非极性材料，带上静电荷较为困难，所以通常依赖粉末粒子自身的重力，采用淋涂喷涂工艺。无论是静电喷涂还是淋涂工艺，相较于传统的热塑缠绕方式，它们都更有利于3PE防腐层中三种结构原材料的熔合。这些工艺增大了原材料之间的接触面积，使得分子间的排列更为紧密，从而促使整个防腐层融合成一个整体。这种紧密的结构使得各层之间的粘接更为牢固，几乎可以视为单层结构，极大地降低了分层和粘接性能丧失的风险。

3.3优良的涂覆均匀性

喷涂防腐层具备出色的整体均匀性。在使用传统3PE防腐工艺时，由于侧缠绕拉伸的影响，焊缝处的防腐层厚度容易减薄，减薄量普遍达到20%至30%。此外，焊缝处还容易存在气泡区，产生帐篷效应，导致防腐层与管壁之间的粘接效果大打折扣，成为整个防腐层的薄弱环节。而3PE粉末喷涂防腐技术能够确保焊缝两侧也能均匀覆盖防腐层，从而有效避免空洞的产生。这样，焊缝区域的防腐效果便能够与其他区域保持一致。因此，焊缝对防腐层的质量不再构成影响，整个防腐层呈现出厚度均匀、结构单一的特点，进一步提升了管道的防腐效果。                          

3.4工艺适应范围广

多层粉末喷涂3PE防腐成型工艺以其先进性满足了用户多样化的需求。与传统包覆成型法（仅适用于Ф25～Ф325mm的管道）和侧缠绕成型法（仅适用于Ф108mm以上的管道）相比，该工艺不受管径限制，能够应用于各种尺寸的管道防腐成型。此外，涂层厚度可以根据不同的性能需求和技术规范调整，展现了极大的灵活性。不仅如此，喷涂工艺还适用于长度小于8m的钢管防腐生产。这有效避免了采用传统侧缠绕工艺时，8m以下钢管在侧缠绕区管头出现的“耷拉”现象，即管端下垂的问题。这一改进不仅提高了防腐层的质量，还确保了生产过程的稳定性和效率。

3.5设备一次性投入少

此类型防腐层施工工艺展现了其便捷性和经济性。该工艺可以根据项目的具体需求进行现场施工，这一特点极大地减少了管道运输费用。设备布局受场地限制小也是该工艺的一大优势。无论是大型工厂还是狭小的施工现场，都可以根据具体情况灵活布置设备，确保施工能够顺利进行。这种灵活性使得该工艺在多种环境下都能够得到应用，满足了不同项目的需求。

4.存在的一些问题及解决方法

多层粉末喷涂3PE涂层成型技术作为一种创新的防腐技术，相比传统的侧缠绕3PE成型技术，它在多个方面展现出了显著的优势，例如解决了钢管焊缝处涂层减薄、防腐钢管长度受限等缺陷，但它依然存在一些不足之处。

4.1聚乙烯涂层厚度受限制

聚乙烯作为一种非极性材料，在喷涂过程中主要依赖其自重，采用淋涂工艺。其成型原理大致如下：先通过中频对钢管进行加热，当温度达到聚乙烯熔化所需的条件时，淋涂设备开始工作，从钢管的上端淋涂聚乙烯粉到其表面。在此过程中，钢管会旋转前行，聚乙烯粉则利用钢管的余热熔化并粘接在钢管表面，从而形成防护涂层。值得注意的是，聚乙烯粉熔化粘接是一个吸热过程，同时钢管在前行过程中也会向外部环境散热，因此，钢管表面聚乙烯熔化所需温度持续时间的长短，成为决定聚乙烯涂层厚度的关键因素。在实际应用中，采用中频加热钢管，由于其自身的“集肤效应”，导致聚乙烯涂层的成型厚度一般限制在1mm以下。而采用加热炉加热钢管时，钢管内外温差不大，自身温度更为均匀，聚乙烯喷涂后的厚度可以达到2mm。然而，即使如此，仍然难以满足《埋地钢质管道聚乙烯防腐层技术标准》中部分管径对聚乙烯涂层厚度的要求。为了解决这一问题，加拿大BrederoSHAW公司创新性地采用了侧缠绕挤出法。在喷涂完成的钢管上再缠一层聚乙烯防护层，这样一来，聚乙烯涂层的厚度就可以根据需要进行调整，从而有效地解决了涂层厚度受限的问题。

4.2粉末制备限制

由于聚乙烯粉末及共聚物胶粘剂粉末的热塑性，它们在加工过程中容易受热粘结。为确保粉末的粒度满足喷涂要求，深冷机械粉碎法被证明是一种有效的解决方案。通过这种方法，物料可以被冷却至脆化温度以下，再利用机械力进行粉碎，从而获得较细粒度。这种方法虽然效果好，但设备造价高昂，对于成本控制严格的项目来说可能是一个不小的负担。国内目前正在研究的气流粉碎法，其原理是通过气流带走生产过程中产生的热量，从而防止粉末粘结。虽然这种方法在成本控制方面具有一定优势，但目前看来其效率仍然较低，可能无法满足大规模生产的需求。

4.3温度的控制

粉末喷涂技术中，聚乙烯粉末涂料在成膜前以粉末颗粒状均匀附着在被涂物表面。受热时，这些粉末颗粒经历热熔、凝聚成膜的过程，最终冷却形成一层均匀坚固的膜层。因此，烘烤温度和时间对涂膜性能的影响至关重要。不同类型的热塑性成膜物达到熔融流平的温度和所需时间不同。通过适当调整烘烤温度，可以在一定范围内实现固化时间的缩短或延长，从而优化生产效率。烘烤温度过高或过低都会对涂层质量产生不良影响。过高的温度可能超出成膜物的耐热极限，导致涂层变色、脆化甚至剥落；而过低的温度则会使固化时间延长，降低生产效率，同时可能导致涂层固化不完全，影响其附着力、耐磨性和耐腐蚀性。因此，在实际生产中，根据所使用的涂料类型和涂层的性能要求，精确地控制烘烤条件显得尤为关键。

5.结论

本文介绍了多层粉末喷涂3PE成型技术的优势与应用前景。相较于传统的3PE防腐层技术，多层粉末喷涂技术展现出了显著的改进和优越性。该新型防腐层已经通过加拿大标准CSAZ245.20-02和CSAZ245.21-02的各项规定，并且部分试验结果甚至优于传统的其他防腐层，该技术将成为管道防腐领域的一个重要发展方向，得在行业内进行推广和应用。