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耐高温防腐漆现行标准及测试方法综述,综述了国内外的高温漆相关标准,梳理了各常规及特殊的高温漆性能测试方法及标准,中国机械网,okmao.com
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耐高温防腐漆现行标准及测试方法综述,综述了国内外的高温漆相关标准,梳理了各常规及特殊的高温漆性能测试方法及标准
2019年07月10日    阅读量:92    新闻来源:中国机械网 okmao.com  |  投稿


对于一系列防护涂料体系而言有着健全的测试体系,包括如何推荐涂料体系,并提出预先认证的方法。比如对于防腐涂料,有ISO 12944、ISO 20340、NorsokM501、ASTM D5894、ASTM B117 标准。对于衬里涂料,有NACE TM-01-74、NACE TM-1085、ISO 2812、ASTMD5499 标准中国机械网okmao.com。对于防火涂料,有BS476,EN 13881,ASTM E119/ANSI UL263,UL1709,GB 14907 标准。


但是对于高温涂料,不论国内还是国外,标准就显得很有限了,一个是广为接受的标准数量较少,另外对高温涂料预先认证的方法也很有限。本文将高温漆相关的一些标准以及测试方法进行了整理及汇总,方便高温漆行业的人员进行参考。


1 国内高温漆相关标准

1.1 SH/T 3022—2011《石油化工设备和管道涂料防腐蚀设计规范》

在该标准中提及了6 类高温涂料,分别为无机富锌涂料、环氧酚醛树脂涂料、有机硅涂料、冷喷铝涂料、热喷铝(锌),适用的场合见表1。

在该标准中同时提出了各类耐热涂料常规指标的技术要求以及测试方法。在本文后续测试方法中会有更详尽描述。在该标准中,默认只要是所提名的类型即可应用于高温场合。其技术要求中并未对产品的温度耐受能力提出明确要求或者测试方法。更没有提出热冲击以及保温层下防腐蚀的测试方法。

在该标准中也推荐了涂层配套,见表2。


SH/T 3022 中关于高温漆适用场合,SH/T 3022 涂层配套推荐

该表格明确了在不同温度范围、不同的工况条件下可以使用的高温漆品种。提出了施工道数及每道油漆干膜厚度,也提出了干膜总厚度的要求。对于工程设计人员有很好的参考作用。

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1.2 GB 50393—2008 《钢质石油储罐防腐蚀工程技术规范》

在该标准中提到有保温层的原油储罐外壁底漆宜采用富锌类防腐蚀涂料,面漆应采用耐水性防腐蚀涂料,干膜厚度不宜低于150 μm。


无保温层的原油储罐外壁底漆宜采用富锌类防腐蚀涂料,面漆可采用氟碳类、丙烯酸-聚氨酯等耐水耐候性防腐蚀涂层,干膜厚度不宜低于200 μm。


加热盘管应根据加热介质温度,选择合适的防腐蚀涂料,干膜厚度不宜低于250 μm,一般情况下,采用有机硅涂料较多,也有采用环氧酚醛的。


同时对有机硅类防腐蚀涂料也提出了性能指标要求。里面的性能指标对于高温漆来讲并不详尽,且有些指标并不适宜。


该标准中提到的富锌漆用于保温层下,而在NACE 0198 中明确不推荐在保温层下使用富锌漆。该标准对有机硅类防腐蚀涂料提出的性能指标如表面电阻、耐酸性(5%硫酸,720 h)很难达到。


该环境也不是有机硅类高温防腐漆主要面对的环境。整体来讲,在高温漆行业,较少参考该标准。另外,GB 50393 已经启动了新版的修订流程,有些内容在这次的修订中可能会有所变化。


1.3 DL/T 5072—2007《火力发电厂保温油漆设计规程》

该规程推荐的配套涂层见表3。该标准并无关于高温漆的详细说明,也未对高温漆的性能指标提出明确要求。

DL/T 5072 配套涂层推荐

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1.4 HG/T 4565—2013《锅炉及辅助设备耐高温涂料》

在该标准中定义了两种类型的高温涂料:A 类为热处理保护涂料,B 类为使用保护涂料,分别对A 类和B 类涂料提出了技术要求。在该标准中丰富了高温涂料的技术要求,不仅包括常规的干燥时间、附着力等级,还对耐热性、耐热后盐雾试验、耐骤冷提出了要求。


其中2 个测试方法是第一次在国内的标准中见到,一个是骤冷试验,一个是耐热后盐雾试验。具体的测试要求可在本文后续测试方法部分中见到。该标准在国内目前参考的人还较少。


1.5 HG/T 3362—2003《铝粉有机硅烘干耐热漆》

该标准对双组分铝粉有机硅烘干耐热漆提出了性能指标。具体内容可参照后面测试方法部分。

 

2 国外标准

2.1 NACE SP0198-2010 (Control of Corrosion Under Thermal Insulation and Fireproofing Materials)

在该标准中提出来保温层下碳钢的典型防腐体系,如表4 所列。

另外,在CS-8 中也提到无机富锌可用在-45~400 ℃的环境下,也可和其他类型高温漆搭配使用。对于不锈钢的防腐体系推荐如表5 所列。

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从表4 和表5 中可以看到,该标准规定了涂层的类型,适用的温度范围以及每道涂层的厚度,在设计上有很强的参考意义。在该标准也即默认涂料种类一样即可在该环境下使用,并未对涂料提出具体的测试要求。

2.2 Norsok M501

在Norsok M501 Edition6 中,体系No.6C 提到,在小于150 ℃的保温层下不锈钢使用2 道环氧酚醛涂料,每道125 μm。

在体系No.9 里提到,小于150 ℃的碳钢可使用2道环氧酚醛涂料,每道150 μm。需要注意的是在NACE0198 和Norsok M501 里都提出在保温层下不锈钢应涂耐高温防腐保护涂料。

 

3 高温漆常规测试方法

高温漆也是涂料的一种,很多物理机械性能的测试方法和常规的防腐涂料测试方法一致。

3.1 在容器中的状态

在HG/T 4565 中提到,用目测来判断,要求正常。

具体为:打开容器,用调刀或搅棒搅拌,允许容器底部有沉淀,若经搅拌易于混合均匀,则评为“正常”。

在SH/T 3022 提到用目测判断,要求搅拌均匀后无硬块,呈均匀状态。

3.2 干燥时间

HG/T 4565 中要求:表干2 h,实干24 h,烘干30min。

SH/T 3022 中要求:有机硅铝粉耐热漆表干2 h,实干6 h;丙烯酸改性有机硅耐热漆表干2 h,实干6h;冷喷铝涂料表干2 h,实干16 h;HG/T 3362 中要求:在150 ℃下,烘干2 h。

提到的测试方法均为GB/T 1728

3.3 涂膜外观

HG/T 4565 要求正常。具体描述为:在散射日光下目视观察,A 类涂料应涂膜均匀,无针孔、开裂和剥落现象。B 类涂料应涂膜均匀,无流挂、发花、针孔、开裂和剥落等现象。

HG/T 3362 中要求:银灰色,漆膜平整。

3.4 附着力

SH/T 3022 中提到,参照GB/T 1728 标准,有机硅铝粉耐热漆:3 MPa;丙烯酸改性有机硅耐热漆:3 MPa;冷喷铝涂料:4 MPa

在HG/T 4565 中要求附着力为1 级,参照标准为GB/T 9286—1998。

在HG/T 3362 中要求附着力≤2 级,参照GB/T1720 。

需要注意的是,根据我们的经验,有的高温漆种类并不适合拉拔法。比如冷喷铝涂料,推荐根据ISO 2409使用划叉法测试附着力,通过的等级可考虑0,1 或2;或者根据ASTM D3359,考虑通过等级为5A,4A 或3A。

这是由于冷喷铝涂料柔韧的特性,其拉拔法附着力的值(根据ISO 4624)不能和市场上其他标准的防腐涂料相比较。

当进行拉拔法附着力测试的时候,其值可能在1~5 MPa 之间,这取决于冷喷铝涂料所暴露过的温度。由于该涂料会内聚破坏而不是和基材间的键合破坏,所以拉拔法附着力测试不能代表冷喷铝涂料实际和基材间的附着力。由于该涂料在拉拔法附着力测试中是内聚破坏,该涂料被认为有着足够的附着力。

3.5 硬度

硬度对于高温漆来说并不是特别重要的指标,所以没有见到在标准中有要求,很多时候测此数据仅作为参考。我们有见过参考ASTM D3363 铅笔硬度法测试硬度,另外也有Fischer 100 钻石硬度。

3.6 弯曲性

在SH/T 3022 中提到,参照GB/T 6742,要求有机硅铝粉耐热漆:≤2 mm;丙烯酸改性有机硅耐热漆:≤2 mm;冷喷铝涂料:≤2 mm。在HG/T 3362 中要求柔韧性≤3 mm,参照标准为GB/T 1731。

3.7 不挥发分含量

在SH/T 3022 中要求有机硅铝粉耐热漆≥45%;丙烯酸改性有机硅耐热漆≥35%;冷喷铝涂料≥60%。在HG/T 3362 中要求≥34%,参照方法均为GB 1725。

3.8 耐冲击性

在HG/T 3362 中要求≥35 cm,参照GB/T 1732。

3.9 耐水性

在HG/T 3362 中提到,浸于蒸馏水中24 h,取出放置2 h 后观察,要求漆膜外观不变,参考GB/T 1733。

3.10 耐汽油性

在HG/T 3362 中提到,浸于RH-75 汽油中24 h,取出放置1 h 后观察,要求漆膜不起泡,不变软,参考GB/T 1734。

3.11 氯离子含量测试

我们知道,氯离子会对不锈钢造成腐蚀,这也是很多不锈钢需要涂漆的原因。有时候配套会对油漆中的氯离子含量提出要求。可参考ASTM C871-04 进行氯离子测试。

 

4 高温漆特殊检测项目

很多测试为耐高温漆所特有,比如耐热性、耐热冲击性能以及耐保温层下腐蚀性能测试等。

4.1 耐热性

在HG/T 4565 中提到要求,参照GB/T 1735—2009 在400 ℃,24 h,不起泡、不起皱、不脱落、不开裂,粉化≤2 级,划格试验≤2 级。

GB 50393 提出,根据GB/T 1735 在180℃下24 h;HG/T 3362 提出,根据GB/T 1735 在500 ℃下3 h 后测试耐冲击性能,要求≥15 cm。

耐热性测试有不同温度下的测试,有的是恒温,有的是升温过程。

注:GB 1735 是耐高温防腐油漆的测试标准。测试方法是在4 块薄钢板上制备漆膜,待漆膜实干后,将3 块涂漆样板放置于设定温度的鼓风恒温箱或高温炉内。待达到规定的温度后,将样板拿出,与原始样板对比,同时检查有无起层、皱皮、鼓泡、开裂、变色等现象。

4.2 耐盐雾性

在HG/T 4565 中要求240 h 不起泡、不起皱、不脱落、不开裂,参照GB/T 1771—2007。

耐盐雾性能通常表现涂料的防腐蚀性能,240 h 确实偏短。在我们的某些产品内部测试中,会根据ISO7253,在35 ℃下做长达5 000 h 的中性盐雾试验,然后测起泡和生锈。比如环氧酚醛耐高温漆。

4.3 耐热后盐雾试验

在HG 4565 标准中提到,试板养护后放入高温炉中连续进行5 个不同温度条件下加热试验,条件为200 ℃/8 h、250 ℃/16 h、300 ℃/8 h、350 ℃/16 h、400℃/8 h,加热样板在23 ℃放置1 h 后按GB 1771—2007 进行盐雾试验24 h,要求不起泡、不起皱、不脱落、不开裂。

同样,对于某些涂料,如环氧酚醛耐高温漆,我们企业内部会有更严格的试验,在230 ℃下8 h,室温16h,如此3 个循环后,进行5 000 h 的盐雾测试。

4.4 耐热后海岸曝晒试验

在我公司内部测试中有如下方法:400 ℃下8 h,室温16 h,如此3 个循环后,在C5-M 环境的海岸曝晒42 个月,检测漆膜缺陷。该试验方法并未见诸于各标准,不过该试验可检测涂料耐温后的防腐蚀性能。

4.5 耐骤冷试验

在HG/T 4565 中要求将试板放入400 ℃ 24 h,取出立即浸没于5 L 23 ℃的自来水中,10 min 后取出擦干,用4 倍放大镜检查涂层外观。评判标准为不起泡、不起皱、不脱落、不开裂。因此标准中仅提到了1 个循环,有时被认为并不能充分表明其耐多次循环的有效性。在有的时候,我们内部测试会进行耐骤冷的循环试验,即参照上述流程,进行多个循环。

4.6 耐冷热循环试验

ASTM D2485 对于高温漆也提出了一个冷热循环的测试方法。测试方法如下:在205 ℃下8 h 后,放入冷水急速冷却。然后在260 ℃测试16 h 后,放入冷水急速冷却。再接着315 ℃下8 h 后,放入冷水急速冷却。又在370 ℃测试16 h 后,放入冷水急速冷却。最后在425 ℃测试8 h 后,放入冷水急速冷却。整个循环结束后,查看样板的缺陷,检查有无起层、皱皮、鼓泡、开裂、变色等现象。同时还建议对高温测试后的样板做常规耐腐蚀测试。

参照ASTM D2485 各涂料供应商又发展了一些其他方法。

在我公司冷喷铝涂料内部测试中有如下耐冷热循环测试方法:样板在98 ℃热自来水中浸泡8 h,然后干温16 h,如此为1 个循环,进行120 个循环后检测是否起泡,生锈或开裂。

Shell 的冷热循环测试方法如下:该测试1 周为1个循环,从周一到周五,每天在208 ℃下16 h,在室温水中骤冷,再放入99 ℃的水中8 h,然后周末放入208℃的烘箱中64 h。如此循环16 周。然后检测是否开裂、腐蚀、分层、软化、起泡。

4.7 循环腐蚀试验

有些耐高温涂料防腐蚀性能仍然相当优异,比如环氧酚醛涂料直接参照常规防腐涂料配套,根据ISO20340 进行4 200 h 的循环腐蚀试验。

4.8 耐冷热循环后耐腐蚀试验

前面提到耐冷热循环仅反应了涂料部分的性能,那么耐冷热循环后涂料的防腐蚀性能如何,我们内部测试中同样有对耐高温涂料进行耐冷热循环试验后再检测耐腐蚀性能。

比如对冷喷铝涂料的冷热循环试验后耐腐蚀性能测试方法如下:400 ℃下8 h,放入自来水中骤冷,如此3 个循环,再进行盐雾试验5 000 h。检查起泡、生锈、开裂,以及腐蚀蔓延宽度。200 ℃下1 h,室温1 h,-196℃下1 h,室温1 h,此为1 个循环,如此5 个循环。再根据ASTM D5894 进行循环腐蚀测试。然后再检测起泡、生锈、开裂、起泡、腐蚀蔓延。

对环氧酚醛耐高温涂料冷热循环试验后耐腐蚀性能测试方法如下:230 ℃下8 h,室温16 h,如此3 个循环后,根据ISO 20340 进行4 200 h 的循环腐蚀试验。

4.9 耐热后高温水浸泡试验

冷喷铝涂料有如下测试:400 ℃下8 h,室温16 h,如此3 个循环后,在95 ℃,1%NaCl 溶液中浸泡3 000h 检查起泡、生锈、开裂等漆膜缺陷。

4.10 耐阴极剥离

高温漆有时需要测试其耐阴极剥离性能。我们内部对环氧酚醛耐高温涂料直接根据ASTM G8 测耐阴极剥离性能。也有在230 ℃下8 h,室温16 h,如此3 个循环后,根据ASTM G8 测耐阴极剥离性能。

4.11 高压釜测试

高压釜测试通常用于高温高压下衬里涂料的检验。该测试是模拟高温高压的环境下涂料对环境的耐受能力。

在内部测试中我们对环氧酚醛耐高温涂料进行了高压釜测试。测试方法如下:在0.5 MPa 下,150 ℃,样板的2/3 浸泡于3%的NaCl 溶液中,气相为过热蒸气,30 d 后检测起泡、生锈、开裂。

4.12 热基材上施工

有的设备一旦运行就很难停止,尤其某些连续作业的生产流程。这就对在高温运行状态下的设备上涂漆提出了要求。

我公司内部对冷喷铝涂料的测试方法如下:120℃的表面施工冷喷铝涂料,然后进行盐雾试验以及室外曝晒试验。

4.13 保温层下干湿交替循环试验

在众多的文献中提到了保温层下腐蚀环境的严酷性。也有试验方法模拟保温层下腐蚀的情况。

ASTM G189 就对保温层下的工艺进行了模拟,同时对油漆在高温下的表现进行评估。其测试方法如下:首先为构件模拟了一个高温高湿的环境,样件选取一段空心钢管,内部有电动加热棒,构件外壁做防腐油漆配套。整个外壁有保温层,同时不断向保温层里补充水分,以维持钢结构表面高温高湿的腐蚀环境。此装置可以控制构件所处的温度和湿度,从而对涂层在各种温度和湿度环境下的防腐性能有一个综合的评估。参考此标准,有不同的改进过的测试方法。

方法1:实验室采用保温层下循环测试的试验方法对用于保温层下的涂料如冷喷铝等在高温环境下的防腐性能进行了测试。

试验采用图1 中的管状构件放在加热器上,外面包裹保温层,保温层内注入1 L 1%的NaCl 溶液,将保温管在30 min 内升温至450 ℃,8 h 后,移开保温管,再注入1 L 1%的NaCl 溶液,重复前面的试验步骤,循环30 次后,剥开保温层,检测起泡、生锈、开裂。根据方法1,在冷喷铝涂料的内部测试中,有如下的测试方法:干湿交替的保温层下,70~250 ℃ 8 h,室温16 h,30 个循环后,检测起泡、生锈、开裂。干湿交替的保温层下,60~400 ℃8 h,室温16 h,30 个循环后,检测起泡、生锈、开裂。

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实验室高温循环测试设备

方法2:该方法参考了ASTM G189,在空心方管外涂装不同种类的涂料,放入一个更大的方形容器中中,里面放有一半的介质,从底部加热,经过6 周后观察样板的腐蚀情况。

 

5 语结

高温漆目前标准并不完善,可供参考的标准数量很少,各标准也并不全面。在高温漆行业需要一些更具参考意义的标准,以便于配套设计参考。更重要的是,这类标准需要对涂料提出预先认证测试要求,而非仅仅提出涂料类型。需要像ISO 12944、NorsokM501 一样,不仅仅提出涂料类型,同时提出预先认证的要求。


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