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        聚脲防護材料工程應用研究

        更新日期:2021年3月23日 大字 小字
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        本 文 摘 要:介紹了噴涂聚脲這一防護新材料在工程中的應用。從聚脲產品、噴涂設備、施工工藝、施工中容易出現的問題及其處理方法等多角度,研究了聚脲應用的主要場景,對聚脲在軍民融合應用中的前景進行了展望。

        聚脲、防水、防腐、耐磨、防護

        1 聚脲防護材料綜述

        聚脲防護材料是聚氨酯防護材料的一個分支,具有聚氨酯防護材料的共性,例如良好的防水、防腐、耐磨等性能,但也有其獨特性,例如反應速度快,可以在任何平面、立面、曲面進行厚度噴涂。涂層具有良好的力學性能,施工速度較聚氨酯材料提高10倍以上。

        聚氨酯是一門大類材料,包括彈性體、塑性體等。本文主要研究雙組份噴涂型聚脲彈性體的應用。

        雙組份噴涂聚脲通常簡稱為SPUA,由A、B 雙組份組成。A 組份為主要反應物質,B 組份為氨基固化劑。A、B 兩組份經過專用噴涂設備進行高溫高壓快速混合,在幾秒~幾十秒內發生化學反應固化,形成具有良好力學性能的防護涂層。

        根據用途、使用場景不同,可以設計出不同性能的配方,滿足不同防護工程的要求。

        2 噴涂聚脲施工專用設備

        噴涂聚脲與聚氨酯最大的不同,就是固化時間不同。聚脲可以在幾秒~幾十秒內固化成膜,這也決定了聚脲只能采用特殊噴涂設備進行施工。聚脲噴涂設備一般分為氣動式、電動式、液壓式3大類,主要原理為:A 料和B 料按照體積比1∶1的精確配制,同時從料桶被2個計量泵抽入噴涂機的2個進料口,通過噴涂機后A、B 液態黏稠料被加熱到60~70 ℃變得很稀,壓力被提升到15~20 MPa,然后經過高壓保溫管路輸送到雙組份混合噴槍,經過噴槍中的高壓混合室進行高溫高壓撞擊混合,瞬間一次混合后,經高壓噴嘴霧化二次混合,垂直噴到基材表面時進行第三次撞擊混合成膜。

        配套的空壓泵主要用于噴槍的自清潔,平時噴槍噴嘴噴壓縮空氣保持噴嘴清潔,噴聚脲時停止噴氣。即“噴氣不噴料,噴料不噴氣”。

        3 噴涂聚脲產品及其配套輔料

        噴涂聚脲按照不同用途,力學性能完全不同,施工時必須配套輔料才能達到施工的效果。

        (1)防水用聚脲:主要用于混凝土、砂漿表面,也可用于金屬屋面,瓷磚表面等,主要起到防水防滲作用。如果是外露式防水,聚脲中應添加耐紫外線成分。例如用在屋面防水、屋面維修時,都需使用耐紫外線型防水聚脲。如果用于大壩防水,則不僅要耐紫外線還要耐磨損、抗沖刷,要選用大壩耐沖刷型聚脲。如果用于非外露場合,則可以選用成本較低的普通型防水聚脲。

        (2)防腐用聚脲:主要用于混凝土和金屬表面防腐蝕。用于混凝土防腐蝕聚脲要求彈性好,以適應混凝土結構的變形,并選用厚涂型材料,一般噴涂厚度1.5~3.0 mm。用于金屬表面防腐時,要選用強度大、硬度高的薄涂型材料。一般噴涂厚度0.5~1.0 mm,金屬防腐聚脲大多采用天冬類聚脲,一般聚脲為聚酯類或聚醚類。

        (3)耐磨地坪用聚脲:主要用于地下車庫地面、工業廠房地面,體育場看臺、運動場地面等。這類聚脲的特點是耐磨、消音、降噪,是目前地坪材料中的高端產品,因為造價的因素,這類聚脲多為薄涂型彈性體,一般噴涂厚度為1.0~1.2 mm。

        (4)配套輔料介紹:噴涂聚脲應用技術是一項系統性工程,對工程質量影響的因素很多,其中一個重要因素就是基面質量。為保證基面平整、堅固、封閉潮氣(出潮氣時會產生氣泡),就需要配套的一些輔料,例如膩子、底涂、網格布等。

        膩子的作用是將基面變的平整,封閉各種微小孔洞裂縫。底涂的作用是封閉基面濕氣,提高基面與涂層的粘接力。網格布的作用是增加涂層與基面之間抗應變能力,減少涂層空鼓、開裂,提高涂層的耐久性。

        4 噴涂聚脲施工工藝

        噴涂聚脲的施工工藝根據具體應用的場景和用途不同而有所差異,但其主要工序及基本做法大同小異。噴涂聚脲部分工程施工應用。

        (1)基面處理:對于混凝土或砂漿基面,必須先進行裂縫、孔洞的修補,修補材料一般使用環氧類砂漿。修補完畢后進行機械打磨,將表面打磨平整,打磨產生的灰塵用吸塵器吸干凈。對于金屬類材質基層,先進行表面打磨,除去氧化層。打磨后,用軟布蘸溶劑擦洗干凈。大型金屬罐體可采用噴砂處理。

        (2)噴涂底涂。選用適合施工基面的專用底涂,均勻噴涂或滾涂在基面上,目的是提高涂層與基面的粘結力。不同的基面,所用的底涂完全不同。有的廠家底涂中含有少量溶劑,施工時必須嚴禁明火,加強通風,室內或密閉水池內施工時必須選用無溶劑底涂,以免發生施工人員中毒事故。

        (3)刮專用膩子:此程序大多施工單位因造價原因而省去。噴涂聚脲專用膩子在各種基層都不能因節省成本而省略。膩子的主要作用有3個:一是使基面堅固、平整、無裂紋、無針孔;二是隔絕涂層與基層的水汽傳導,避免涂層起泡、空鼓、出現針眼;三是提高涂層的粘結力和耐久性。

        (4)噴涂聚脲防護涂層:當膩子層初始固化后可以上人時,就可以開始聚脲噴涂作業。

        施工前一定要看1周天氣預報。下雨下雪天氣不能施工,雨雪后基面不干燥不能施工,刮風達到影響到霧化料不能垂直噴射到基面時也不能施工。

        噴涂時先調試好噴涂設備??梢哉乙粔K保溫板進行試噴,只有設備壓力溫度流量等參數顯示完全正常,噴出的樣品表觀合格,才能正式開始噴涂工作。

        未經培訓合格的人員不得正式施工。涂層在1.2 mm 內的可以1次噴涂完成。涂層厚度在1.5~2.0 mm 內的必須分2次噴涂。噴涂施工時必須有專人看守噴涂機,觀察各項參數變化。質檢人員應同步用無損測厚儀進行厚度檢測。

        (5)修補。噴涂完畢后,發現質量問題應及時修補,尤其是發現不固化,或固化太快表面成桔皮狀的,需要堅決鏟除重新施工,絕不可抱著“將就、湊合”的心態,在不合格涂層上面再噴1遍蒙混過關。因為底層的缺陷,將為整體質量留下隱患,待以后出現質量問題時再處理會造成企業更大的經濟損失和聲譽損失。

        5 聚脲施工中常見問題及處理方法

        5.1 基面處理問題

        噴涂聚脲對施工基面的要求非常高,與常規涂料施工完全不同,這是由聚脲材料的瞬間凝固特性決定的。例如,噴涂聚脲具有缺陷放大的作用,施工基面上如果有個針尖大的小眼,噴涂完成后這個小眼會變成一個明顯的針孔。假設施工基面中有一個黃豆大的凸出物,噴涂完成后這個小點會變成一個明顯的小包。這類問題造成的原因分析如下:

        (1)基面處理不好容易產生針孔問題。針孔的產生原因一般是基面上有小孔,沒有用膩子處理造成的。還有一個原因是基面潮氣太大,而噴涂料在高溫(60~70 ℃)噴到基面上時,會使基面內濕氣產生水化,迅速形成蒸汽,蒸汽通過涂層后形成針孔,因涂料沒有流動性而無法自我修復,經過十幾秒固化后就形成永久針孔。這種情況大多可以通過基面刮膩子處理而避免,但噴涂后出現這種情況,就要視具體不同情況進行處理。如果整體存在大量針眼,就只能鏟掉重做。如果是個別現象,可以使用同一廠家提供的手刮修補材料進行修補,修補完畢后,重新噴1層聚脲即可。

         3 基面處理不好容易產生針眼
        (2)基面處理不好還會出現起泡現象,就是施工完幾天或十幾天后,涂層出現大小不等的氣泡,無法交工驗收。

         4 基面處理不好出現起泡
        處理方法是選擇1周不下雨雪的時間段,先將氣泡表面割除,范圍要擴大到粘接牢固處30~50 mm。晾曬1周左右,讓基面內水分揮發掉,再用廠家提供的修補料進行修補。修補處與原有涂層搭接寬度30~50 mm,搭接部位必須使用廠家提供的聚脲層間粘接劑。

        聚脲施工是個細活,不能忽略細節。想噴出平整完美的效果,必須用廠家配套的膩子進行基面處理。處理前必須打磨基面,將所有突出物打磨平整,然后用吸塵器將粉塵顆粒吸干凈。先將裂縫、凹坑等明顯缺陷進行單獨處理,然后噴涂底涂,待底涂開始表干至剛不沾腳時,整體刮膩子。刮膩子時攪拌必須均勻,一般采用電動攪拌,攪拌時間3 min 以上。

        5.2 噴涂設備問題

        聚脲在工程中應用最大的瓶頸是噴涂設備問題,與普通涂料所用的單組份噴涂機不同,聚脲噴涂機是雙組份1∶1的計量型高壓噴涂機。一旦A、B 料出料比例不是1∶1,噴出的混合料就不能正常固化。有的料表面看起來固化很好,但實際力學性能完全達不到指標要求。

        引起A、B 料比例不是1∶1的原因很多,例如吸料口密封不嚴、有舊料固結未及時發現清理、其中一個高壓泵密封不好等。只要有任何一點小問題,都會導致2臺泵的壓力或流量產生差異。特別是微小差異,噴涂表面幾乎看不出,但實測會發現力學性能已發生很大變化。

        噴涂設備另一個易出問題的核心部件就是噴槍。聚脲噴槍因為是工作在高溫高壓狀態,內部結構復雜而精密。最小的逆止閥只有針尖大小,高壓混合倉直徑只有0.6~1.0 mm,噴嘴只有1.0~1.6 mm,對所有零部件的材質與加工裝配精度要求極高。一旦其中一個零件性能下降或工作不正常,噴出的材料就會出現異常,導致工程不合格,甚至返工重做。所以,聚脲噴涂施工時,必須有專人觀察噴涂機工作參數,一旦發生異常,必須馬上停機,避免造成更大范圍的損失。

        6 聚脲主要應用領域

        聚脲目前應用的主要領域是防水防腐耐磨等,其應用領域及場景正在不斷開發中。

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