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高速公路护栏双涂层防护体系

武汉材料保护研究所 米德伟 张天鹏 刘海峰 韩琳 许朝玉 王群 李新立
一.前言
1．1背景
高速公路是最重要的交通基础设施, 中国高速公路是从80年代发展起来的, 它对国民经济和社会的发展起着重要的影响作用。护栏是高速公路重要的安全保障设施。近年来, 随着国内高速公路建设的飞速发展, 安全护栏市场不断扩大。当前全国共有护栏生产厂家200家左右, 但由于该产品在中国的生产和使用时间不足十年, 产品标准颁布仅五六年, 国家标准颁布刚两年, 生产厂家对该产品的性能、 技术参数、 生产工艺掌握各不相同, 致使这一产品的质量良莠不齐。有的路段由于采用了防腐工艺处理不当的护栏产品, 少则一两年时间, 护栏便锈迹斑斑, 不但影响了高速公路的视觉效果, 也大大缩短了护栏的有效使用期, ( 1) 同时也增加了维护成本。
中国早期的护栏产品一般采用涂漆防护, 后来逐步采用热浸锌的形式, 现在仍大量广泛采用热浸锌方式防护。护栏属于户外使用的大型长久性设施, 对防护体系的选择要针对不同的大气环境选择不同的防护体系。新颁布的国家标准GB/T18226- 《高速公路交通工程钢构件防腐技术条件》, 将护栏产品的防护分为四类: 镀锌、 镀铝、 镀锌( 铝) 后涂塑、 涂塑。在乡村和污染不严重的地区, 可采用单独热浸锌层防护或单独喷塑防护型护栏板, 而在重工业区或海岸城市地区, 特别是有酸雨的地区, 普通热浸锌或喷塑单涂层护栏板未到使用年限就可能失去效用, 造成护栏的维护成本大大增加。对于热浸铝护栏, 其耐蚀性比普通热浸锌护栏好, 但其工艺、 技术、 成本以及对环境影响等方面的原因, 应用范围还不很广。而采用热浸铝+喷塑的防护体系, 相对于热浸锌+喷塑的防护体系是一种不经济的方法。采用镀锌板+喷塑的双防护体系, 可在重污染地区特别是酸雨地区达到较好的防腐效果, 使用年限大大延长, 是最耐久的防护方法。

( 图一) 热浸锌生产出的护栏板 ( 图二) 经受大气腐蚀后的镀锌护栏板

1．2大气腐蚀行为
大气是组分复杂的混合物。从全球范围看, 它的主要成分几乎是不变的, 只有其中的水汽含量随着地域、 季节、 时间的条件而变化。各个地区的天然大气所含的杂质有不同的特点, 根据这些特点, 把天然大气又分为乡村大气、 海岸大气和工业大气( 都市大气) 等。乡村的大气是比较清洁的; 海岸附近的大气所含的主要成分为NaCl的海盐粒子; 工业地区的大气中含有各种气体杂质和各种悬浮颗粒等特定污染物——大气中这些特定的污染物与雨水混合, 就形成了酸雨。这些特定的污染物包括燃料燃烧后产生的副产物-SO2, 当它被氧化后就生成了H2SO4, 酸雨中62-77%的酸度是由H2SO4造成的, 其余的酸度来自于动力装置产生的氮氧化物( N0X) , 氮氧化物氧化后生成HNO3( 占15-32%) 。除了这两个来源, 还有煤燃烧产生的氯化物, 在空气中形成了HCl(2-16%)。
金属的大气腐蚀受环境的污染物、 暴露时间、 基材成分的影响。大气环境中的SO2和Cl-, 主要在高的相对湿度下, 强烈地加速着大多数金属及合金的腐蚀。锌大气腐蚀速率一般比碳钢腐蚀慢5-10倍。锌的最大腐蚀速率一般出现在工业大气、 海洋污染大气环境中, 镀锌层的腐蚀行为与纯锌的腐蚀行为极为相似。S.Feliu等( 3) 使用世界范围内72个腐蚀试验点的数据, 经过气象及污染物因数预测大气腐蚀速率, 对于锌得出:
A=0.703+4.40Cl--(1+0.11T-3.5tw)+5.23 SO2(1-0.54T) (R=0.91);
其中,A为腐蚀速率; tw为湿润时间; T为温度。
从回归方程可看出: SO2和Cl-是影响大气腐蚀的主要污染物质。大气中含有的N0X、 NH3等气体, 可能对锌及覆盖层有一定的腐蚀作用, 但户外锌及覆盖层的大气腐蚀研究没有显示出N0X、 NH3浓度与腐蚀速率具有相关性。
锌及覆盖层在大气环境中腐蚀产物的研究有许多报道, Odnevall和C.Leygraf深入细致地研究了锌在乡村、 海洋、 工业大气环境中的大气腐蚀行为( 4) ( 5) ( 6) , 指出: 在乡村大气环境中, 污染介质极低, 主要为含硫物质(SO2,(NH4)2SO4)的微量沉积物。在遮蔽暴露条件下, 锌反应步骤包含两步: 第一步: Zn5(CO3)2(OH)6的形成; 第二步: 少量Zn4SO4(OH)65H20的成核用及增长; 在无遮蔽条件下, 由于微弱酸性雨水冲刷表面, 少量Zn4SO4(OH)65H20难以保留在表面, 在这种情况下, Zn5(CO3)2(OH)6是最终的腐蚀产物。在海洋大气环境中, 锌腐蚀主要按三步进行: 第一步: Zn5(CO3)2(OH)6形成; 中间步: Zn5(OH)8 Cl2 H20的成核及增长; 最后一步: NaZnCl(OH)6 SO4 6H20的形成。在工业大气环境中, 锌腐蚀分三步进行, 第一步, Zn5(CO3)2(OH)6的形成; 第二步, Zn4SO4(OH)65H20, Zn5(OH)8 Cl2 H20的成核及增长; 第三步, Zn4 Cl2(OH)4SO45H20的形成。Odnevall和C.Leygraf同时指出: Zn5(CO3)2(OH)6, Zn5(OH)8 Cl2 H20, Zn4SO4(OH)65H20 ,NaZnCl(OH)6 SO4 6H20存在结构上的相似性。这些化合物具有层状结构, 都含有稳定的氢氧化锌层( 其中含有不同的成分) , 这种层状结构在适当环境条件下非常容易一相变为另一相。在碱式碳酸锌中, 层结构由碳酸根离子联接在一起; 在碱式硫酸锌中, 层结构由结晶的硫酸根中的氧原子组成的氢键连接。对于Zn5(OH)8 Cl2 H20,层结构由氯离子及结晶水连接。锌的大气耐腐蚀性很大程度上依赖于它的氧化物、 氢氧化物等低溶性金属盐的形成。如果有二氧化硫、 硫酸盐和氯化物等沉积, 开始形成的具有保护性的层普遍转变为更具有水溶性的、 保护性更差的层。这些形成的化合物结构各相相似, 一相易于从另一相转化、 增长--主要依赖于二氧化硫、 硫酸盐及氯化物的沉积速度。锌在大气中, 表层的Zn与大气中的O2反应生成氧化物, 这是进一步形成其它腐蚀产物的基础; 接下与大气中的CO2反应形成碱式碳酸锌(Zn5(CO3)2(OH)6)。如果锌表面存在硫酸根离子或氯离子, 可形成带有一定数量水分子的碱式硫酸锌及碱式氯化锌。
故此, 对于大气中污染严重的地区, 锌的腐蚀机理可为: ( 6)
首先Zn与大气中的O2形成ZnO, 这是进一步形成其它腐蚀产物的基础,
2Zn+ O2→2ZnO;
生成难溶物Zn4SO4(OH)65H20 及Zn5(OH)8 Cl2 H20和 Zn4 Cl2(OH)4SO45H20,
3ZnO( s) +Zn2+( aq) +SO42+( aq) +8H20( aq) Zn4SO4(OH)65H20(s)
ZnO( s) +Zn2+( aq) +2Cl-( aq) +5H20( aq) Zn5(OH)8 Cl2 H20 (s)
4ZnO( s) +Zn2+( aq) + SO42+( aq) +2Cl-( aq) +9H20( aq) Zn4 Cl2(OH)4SO45H20(s)
锌层在大气暴露主要腐蚀产物为: ZnO , Zn4SO4(OH)65H20,另含少量的Zn5(OH)8 Cl2 H20及Zn4 Cl2(OH)4SO45H20。
但实际上, ( 7) 在金属的腐蚀产物都不是理想的化学比化合物, 有时金属离子多一些, 有时少一些。图( 三) 显示”金属过剩”的ZnO的晶格, 此时有两个多余的锌占据了晶格的空隙位置。同时有四个多余的电子以保持其中性, 这种结构中电子流由多余的电子传递, 而金属离子的迁移由间隙间的锌离子传递。这种结构在腐蚀介质中的电化学作用下将加速锌层的腐蚀。同时产生的腐蚀产物是松散多孔的, 很容易破裂、 剥离。
经过锌在典型地区大气环境中腐蚀深度与暴露时间的关系的研究, 得出其表面腐蚀动力学呈线性关系, 表明这些腐蚀产物不具有保护性( 2) ( 7) 。锌层表面腐蚀产物经酸性的雨水冲刷, 难以大量保存下来, 表面又漏出锌层, 锌又继续被腐蚀、 溶解。
这是锌层的一般腐蚀过程。特别在酸雨严重地区和一些海岸地区, 腐蚀速率更快, 严重的能够使构件可能在两年内发生锈蚀。
1．3双涂层防护系统
在锌涂层上进行涂装, 涂层的存在能够提供附加的保护, 同时也提高其外观的装饰性。这种在热浸锌表面进行的涂装的形成的保护层, 一般被称为双涂层体系。这种双涂层体系能够维持构件外观的完整性达二十年以上。这种双涂层的方法进行防护, 在欧洲、 北美洲、 澳大利亚等地区得到广泛的应用。
双防护体系的的防护主要基于二个方面的作用:
a.阴极保护
阴极保护, 又叫作牺牲保护, 是基于作为阳极的金属更容易失去电子而消耗, 阴极得到保护。当锌和铁联接在一起组成一个原电池, 锌作为阳极而被消耗, 而铁作为阴极得到保护。经过这种阳极保护, 镀锌层能够为小面积损伤的铁构件提供保护, 象擦伤、 穿孔、 边缘刮伤等。锌层的厚度决定其使用年限。锌层本身与基体的结合强度高,可耐较大的摩擦和冲击; 锌层与基体紧密结合, 也提供了屏蔽保护。锌层能够提供完全的阳极保护, 直到锌层完全损耗。
b.屏蔽保护
屏蔽保护是经过使钢铁与自然环境和潜在的电解液隔离而得到保护。涂层作为屏蔽将金属表面与外界环境隔开,阻止腐蚀介质(如水、 盐雾、 腐蚀性气体等)对金属的作用, 同时也可阻碍金属与金属之间的电流腐蚀。越厚越紧密的隔离层, 保护作用越明显。屏蔽作用主要是与涂层的透气性和渗水性有关, 因此采用恰当的涂层是必要的。没有阳极保护, 屏蔽系统只能持续到涂层脱落之前
二方面协同作用, 统一成一个整体, 为镀锌构件提供全面的防腐保证。当热浸锌构件进行涂装后, 双涂层系统能够提供一个更高级的腐蚀防护形式。镀锌层经过阳极保护和屏蔽保护作用来保护基体金属。涂层紧接着给镀锌层提供屏蔽保护, 涂层的存在降低了锌层的腐蚀率, 大大延长了镀锌构件的使用寿命。一旦涂层受侵蚀破坏, 锌层能够继续提供阳极保护和屏蔽保护。

对于涂层或热浸铝, 容易发生膜下腐蚀, 如图( 四) , 当面层损伤, 大量的锈蚀产物在面层下面生成。铝作为阴极, 基体铁作为阳极而更加快其腐蚀。这将导致大量的保护层卷曲脱落, 基体被腐蚀穿孔。对于热浸锌钢板, 进行涂装之后, 不会发生象单独涂层防护或热浸铝的膜下腐蚀, , 涂层不会大量脱落, 腐蚀将大大减少。这在最大程度上减少涂层的脱落, 最大程度上提高了构件的使用寿命。涂装失败的一个最常见的原因就是涂层内部不连续, 锌层还能够消除这种早期的点锈, 这将使构件的寿命得到最大程度的提高。
它们的协同作用还表现在一些重要部位--如边角处, 这里涂层一般较薄。相反, 镀锌层在边角处是较厚的, 这是锌的冶金特性决定的。
可能有些人看到用于热浸锌表面的涂层在施工后几个月就脱落了, 这类事件在国内也有探讨。( 8) 这样的涂装失败是很容易解释和避免的: 缺少前处理或涂层的选择不适当是主要的失败原因, 例如醇酸磁漆不能用于镀锌表面, 因为这会在锌的表面发生醇酸皂化等反应导致涂层结合力降低。同时, 前处理直接关系到涂层的性能。
双涂层系统能够比单独镀锌或单独涂装提供更完善的腐蚀防护。西方国家对双涂层系统保护作用存在一个普遍认可的结果: ( 9) 一个双涂层系统持续的寿命是单独镀锌和单独涂装保护寿命之和的1.5-2.5倍, 如果进行周期性的维护,双涂层系统维持的寿命更长。
在关于热浸锌、 单涂层和镀锌+涂层的双防护体系使用年限的比较, 国外有专门的论述,如在《Cost saving and risk minimising –comparing protection systems》(《减少费用与降低风险-腐蚀防护系统比较》)(10)指出: 热浸锌一般大于25年, 单涂层一般10- , 而镀锌双防护的则达到40年以上, 论述表明镀锌双防护体系是最好的涂层防护体系, 特别是在含二氧化硫的气氛中。
涂层的选择依靠它应用的环境的腐蚀情况。下表是国际标准化组织的关于锌外层或铝外层钢铁构件防腐蚀指导建议:
环境
底层
中间层
外层
C2内陆乡村区
100%水性丙烯酸树脂

100%水性丙烯酸树脂( 已逐步淘汰)
改性丙烯酸树脂
100%水性丙烯酸树脂
100%水性丙烯酸树脂
改性丙烯酸树脂
醇酸树脂
醇酸树脂
C3内陆城市区/乡村海岸区
改性丙烯酸树脂

100%水性丙烯酸树脂
水性聚氯乙烯树脂

水性聚氯乙烯树脂
C4内陆工业区/城市海岸区
水性聚氯乙烯树脂

100%水性丙烯酸树脂
环氧树脂

聚酯
环氧树脂

环氧树脂
环氧沥青

环氧沥青
C5重工业城市区
环氧树脂
添加MIO的环氧树脂中涂层
聚酯
环氧树脂

环氧树脂
环氧树脂

催化改性丙烯酸树脂
来源: -ISO 14713:1999 Protection against corrosion of iron and steel in structures -- Zinc and aluminium coatings - Guidelines
表(1)国际标准化组织的关于锌外层或铝外层钢铁构件防腐蚀指导
粉末涂料已大量应用于镀锌构件的涂覆, 这与粉末涂料的特性有关, 同时粉末涂料相对于溶剂型涂料相比, 有如下优越性:
( 1) 粉末不含溶剂, 无挥发性有机化合物(VOC)的排放, 这是符合国际环保要求的,减少对自然环境的污染和改进工作环境,在储藏、 运输、 施工中也减少了火灾的危险;
( 2) 粉末能够回收循环使用,利用率高, 能够达到95%以上;
( 3) 可实现厚涂层。溶剂型涂料一般20μm左右, 达到一定厚度需要多次涂装, 而粉末涂装一次性涂层可达几十微米到几百微米, 省工省时, 有利于自动化生产;
( 4) 粉末涂料使用难溶于溶剂且分子量高、 性能优良的树脂, 因而涂层的物理力学性能优良。
国际上以1988年颁布的VOC值为基准, 每年对VOC量进行削减, 到 削减率达30%。随着法规的强化和人们对环境的关心, 传统溶剂型的生产使用正受到逐步限制, 而这更将推动粉末涂料的应用。在澳大利亚, 专家们从1986开始研究粉末涂料应用于热浸锌, 并于1988年得到普及应用。在欧洲, 粉末涂料每年以约7%的速度增长, 而溶剂型的涂料使用量保持稳定, 这种增长导致粉末涂料逐步的取代溶剂型的涂料, 当前已约10%的工业涂装产品使用粉末涂料, 粉末涂料已大量应用于钢铁的热浸镀表面保护。中国在这方面也开始逐渐应用, 如隔离栅, 路灯, 座椅, 护栏等产品。
粉末涂料可分为热固性和热塑性两大类。热塑性粉末涂料特点是在固化阶段不发生化学反应, 主要是特定功能性应用和实现厚涂, 一般有较好的耐冲击性和耐化学品性,一般采用流化床涂装的方法。其典型产品为聚乙烯、 聚氯乙烯、 聚酯等。热固性粉末涂料是在固化阶段保持一定的时间和温度, 在这个阶段发生交联反应, 形成连续的不再融化的涂层。热固性粉末涂料有着广泛的功能性和装饰性应用并可实现薄涂, 一般采用静电涂装的方法。热固性粉末涂料比热塑性粉末有更广泛的应用。粉末颗粒尺寸对涂层的外观和性能有重要影响。

二．护栏用双涂层系统
根据国家标准, 其涂塑层可选用聚乙烯、 聚氯乙烯或聚酯。对于典型的热塑性的聚乙烯、 聚氯乙烯和聚酯与热固性聚酯的特性比较如下:
品种
优点
缺点
应用
价格
聚乙烯
优异的耐化学药品性, 耐低温性, 良好的耐辐射性, 韧性好, 涂料无毒, 涂装性好。
机械强度不高, 质较软
家电, 钢制家具等
低
聚氯乙烯
优异的耐化学药品性, 耐水性, 耐低温性, 良好的耐辐射性, 涂装性好。
附着力较差
钢制家具, 钢管, 食品工业产品等。
中
聚酯( 热塑性)
优异的绝缘性, 附着力和户外耐候性。韧性、 耐久性和耐磨性十分良好。
不耐溶剂和碱
户内使用产品或条件较好的户外产品。
较高
聚酯( 热固性)
极优的耐候性和装饰性。防蚀性、 电性能和力学性能良好。

空调器, 汽车部件, 护栏等。
高
表(2)聚乙烯、 聚氯乙烯或聚酯的特性比较
聚酯粉末具有最优异的户外性能物理机械性能, 聚酯粉末能够为热镀锌构件提供一个最持久的保护, 同时也提供一个完美的装饰性效果。聚酯粉末是一种高温固化( 一般180℃左右) 的聚合树脂。它能提供优异的耐侯性, 它应用于锌构件是一个最持久最全面的保护。现在, 聚酯粉末涂塑镀锌构件已经得到大规模的应用。典型的应用于护栏产品防护的热固性聚酯粉末的技术指标见下表(11)
检测标准
GB/T1720, GB/T1732, GB/T1763, GB/T1865-88, GB/T9344-88, ASTM1043-95
序号
检测项目
技术要求
1
涂膜平均厚度, mm
0．1-0．25
2
涂膜最小厚度, mm
≧0.1
3
涂膜厚度均匀性, mm
≦0.05
4
涂膜附着性能
涂层与基材应紧密结合,用划格法试验涂膜不脱落.用划圈法不低于二级.
5
涂膜耐低温冲击性能
温度-40℃,高度1m,用1Kg的重球冲击试样,试样表面无开裂现象.
6
涂膜耐阻燃性
用明火燃烧试样5分钟,试样应不燃烧,不助燃或明火撤消后,燃烧的试样应立即熄灭
7
耐酸溶液浸泡
常温下用30%化学纯H2SO4溶液浸泡720小时后,涂膜表面不应出现软化、 皱纹、 起泡、 开裂、 或表面边缘溶解等使用上的缺陷
8
耐碱溶液浸泡
常温下用3%化学纯NaOH溶液浸泡720小时后,涂膜表面不应出现软化、 皱纹、 起泡、 开裂、 或表面边缘溶解等使用上的缺陷
9
耐盐水溶液浸泡
常温下用30%化学纯NaCl溶液浸泡720小时后,涂膜表面不应出现软化、 皱纹、 起泡、 开裂、 或表面边缘溶解等使用上的缺陷
10
耐候性能
耐候试验完成后( 累积接受辐射能量≧3.5x106Kj/m2) ,试样表面应无明显的变色、 龟裂、 刻痕、 凹陷、 气泡、 侵蚀、 剥离、 粉化和变形, 从任何一边不应出现超过1mm的收缩。
表( 3) 典型的用于护栏产品的热固性聚酯粉末的特性
聚酯由于具有较佳的户外性能和机械物理性能, 在高速公路护栏及相关产品上有广泛的应用。这种双涂层体系, 可为构件提供最好的腐蚀防护, 其维护成本也将大大降低。同时, 采用双防护体系的护栏板, 具有较佳的视觉美悦感, 特别适合风景区采用, 经过对喷塑涂层色泽的适当选择, 可与周围的风景互相映衬, 达到自然环境和谐统一。

三.护栏双涂层工艺(13) (14)(15) (16) (17) (18)
3.1护栏热浸锌工艺
钢的热浸镀是熔融锌、 铁之间相互浸润、 熔化及过渡层扩散生长的过程。钢的热浸锌方法主要有两种, 即熔剂法和保护气体还原法。保护气体还原法是现代宽带钢连续热浸锌采用的最广泛的方法, 它用于连续生产, 但设备投资较大, 控制较复杂, 适应于专业化大规模生产, 典型的工艺通称为森吉米尔( T.Sendzimir) 法。高速公路护栏板的热浸锌工艺根据其特点一般采用熔剂法。
熔剂法热浸锌技术的最大特点是, 在热浸锌前将预处理的被镀工件进行熔剂处理, 以防止镀件进入锌液之前再被氧化, 同时也可避免锌液表面在镀件进入锌槽入口处产生氧化锌。在工艺上, 熔剂法热浸镀也将问规模化、 自动化方向发展。经过对镀层微观结构和表面层生长机制的提示, 构建了许多新的理论。当前镀锌技术的应用, 主要目的在于降低锌耗, 提高外观质量、 降低劳动强度、 改进工作条件、 降低污染和排放以及提高效率等方面。
3.1.1工艺流程:
成型→装架→前处理→预镀→热浸镀锌→后处理→检查→下步工序
具体见图( 五) 热浸锌工艺流程图。
3.1.2工艺规范
3.1.2.1前处理
前处理采用"除油→水洗→除锈→水洗", 去除工件表面的油渍、 尘灰、 氧化皮等污物。而有的需焊接的工件, 表面的焊杂渣、 焊皮等在前处理工序之前去除, 否则这些位置会产生裸露的斑点, 热浸锌后有凸起的现象, 现在一般的厂家采用斑点处涂涂料的办法, 这不能从根本解决问题, 最好采用水溶性的焊渣喷剂, 让前处理工序能清除焊渣, 应选用含硅少于0.04%的焊条。
3.1.2.2预镀
预镀也叫助镀, 将工件浸入助镀液中, 然后在烘干炉内烘干( 150-200℃) 。助镀液内的熔剂在锌液锌液表面受热分解, 起到清除镀件表面残留的铁盐、 铁的氧化物和锌的氧化物, 以及降低锌液表面张力的作用。
3.1.2.3热浸镀锌
根据国家标准GB/T18226- 的规定锌应为GB/T470规定的特一号、 一号锌锭。对锌层质量要求包括厚度、 外观、 附着性和均匀性。
项目
检测方法
技术要求
钢管、 钢板、 钢带附着量
锌附着量试验: 按JT/T374附录A进行
平均锌层质量270g/m2.
紧固件、 连接件附着量
平均锌层质量120g/m2.
外观质量
目视
构件表面锌层应均匀完整、 颜色一致, 表面具有实用性光滑, 不允许流挂、 滴瘤或多余结块。镀件表面应无漏镀、 漏铁等缺陷。
锌层均匀性
硫酸铜浸渍试验: 按JT/T374附录B进行
镀锌构件的锌层应均匀, 试样经试验后, 无金属铜的红色沉积物
锌层附着性
锌附着性试验: 按JT/T374附录C进行
镀锌构件的锌层应与基底金属结合牢固, 试样经试验后, 锌层不剥离、 不凸起, 不得开裂或起层到用裸手指能够擦掉的程度。
锌层耐盐雾性
锌层耐中性盐雾试验, 按GB/T 10125进行200h.
镀锌构件经试验后, 基体材料不应出现腐蚀现象, 基体钢材在切割边缘的腐蚀不予考虑。
表( 4) 高速公路构件锌层质量要求
a． 锌层厚度
锌层厚度直接关系到耐蚀寿命, 根据国家标准GB/T18226- 的规定涂覆构件内层金属镀层: 钢管、 钢板、 钢带平均锌层质量为270g/m2( 1μm镀层厚度对应于7.2 g/m2的附着量, 即镀层厚度不小于37.5μm) , 紧固件、 连接件的平均锌层质量为120g/m2( 即镀层平均厚度不小于16.7μm) 。控制厚度的方法可从两方面考虑: 一个是向白锌液里加铝, 另一个是用气体喷射。
b． 锌层外观(12)(15)
各厂家由于采用的钢不同或锌浴添加剂的不同, 其镀层外观和镀层性能特性也不尽相同。含硅高的钢,进行浸锌后表面呈灰色,这作为普通直接防护来讲, 是允许的, 但对喷塑来讲, 可能是有害的( 19) 。在锌液中加0.005%-0.02%的铝能够使锌涂层发亮。其原因是铝和氧亲合力大,易生成氧化铝薄膜并连续包覆在锌涂层外面,防止锌涂层氧化。铅能促进树枝状组织凝固,使镀锌层容易生成闪亮的组织, 同时能降低锌液的表面张力,使涂层光滑。适量的铅能增加锌液流动性,便于操作,提高锌层外观质量.锌层含铅是不可避免的, 一般锌锭是含铅的。作为镀锌后涂塑, 其主要表面应平滑, 无结瘤、 锌灰和漏铁现象。镀层性能特性的不同可能对喷塑产生不同的影响。结瘤流挂等影响安装和喷塑后外观, 可小心打磨掉; 锌灰影响涂塑层的外观, 也应打磨处理; 而漏镀的修复不可采用涂富锌涂料等, 这可能造成喷塑烘干后起泡。镀件表面有可能产生的白锈, 白锈又被称为储存湿锈, 是在特定环境( 水分高, 不通风) 下生成的。钝化是能够减缓这个进程, 但最重要的是需要注意储存条件, 避免特定条件的形成。
c． 锌层附着性
热镀锌应有足够的附着性,保证在正常的搬动、 装卸、 运输等过程中, 经碰撞而不会开裂或剥落。
d． 均匀性
一般附锌量达到标准, 硫酸铜浸渍试验一般没问题。
3.1.2.4后处理
后处理包括:冷却→(钝化→水洗)→烘干,进行钝化处理, 能够较好的防止表面生成白锈, 提高其在空气中的耐蚀性。如果要进行喷塑可不进行”钝化→水洗”工序, 这样有利于表面生成磷化膜,也可减少铬对环境的污染。

3.2护栏热镀锌构件静电喷塑
镀锌构件表面锌层的状况可分为三个阶段, 第一个阶段当构件进行热浸锌后, 从冷却水中出来时, 它的表面是纯锌层, 没有氧化物和粉渣。如果进行钝化, 这种纯锌的表面能够保持一段时间。数天后, 氧化物和碳水化合物开始产生, 进入第二阶段。在这个阶段, 氧化物在表面括展形成疏松、 粉化的表面, 这会给直接涂装带来巨大的危害。这个阶段将维持大约48小时至两年的时间, 主要在于大气条件。第三阶段锌的碳水化合物结构层形成, 这种结构是惰性的, 可溶的, 结合紧密的。
不同的阶段能够采用不同的前处理方法, 在第一阶段内的构件只须进行少量的处理或只进行磷化处理即可。处于二、 三阶段的构件必须进行针对性处理。可是具体区分这三个阶段是很难的, 最好的方法是马上进行涂装处理。
有的构件的锌层是经过钝化的, 这不利于涂装也不利于磷化, 判断锌层是否钝化能够采用下面的方法:
( 1) 配制2%的硫酸铜溶液( 20克硫酸铜溶于1升水中) ;
( 2) 用溶剂清洗干净构件的两小块面积;
( 3) 用砂纸打磨干净其中的一块已清洗的表层;
( 4) 用两个棉球浸饱已配好的硫酸铜溶液, 涂覆于已经用砂纸处理的表面和未经砂纸处理的表面。
( 5) 如果经砂纸处理的表面和未经砂纸处理的表面同时变黑( 在十秒内) , 说明表面没有经过钝化处理, 表面可能只有油脂, 正常的脱脂就能够了。如果未经砂纸处理的表面变黑比经砂纸处理的表面慢, 或不变色, 说明构件经过某种形式的钝化。如果都不变色, 说明表层可能是锌合金或其它金属。
为进行涂装, 必须去除钝化层。对存放时间较长, 锌层表面生成氧化物和碳酸盐的, 也必须去除。能够采用物理的方法和化学的方法。物理的方法如喷砂或有研磨作用的刷子去除, 但注意不能破坏锌层, 保证锌层厚度。化学的方法是采用化学的方法去除表面的化合物及其它污物的方法。采用低浓度的磷酸酸洗或碱洗的方法。对于前处理好坏的判断,在涂料性能的保证下,经过判断附着力,就能够判断前处理的是否进行的正确。
3.2.1工艺流程:
脱脂→碱洗→水洗→表调→磷化→水洗→热水烫干→上件→预烘→喷塑→固化→凉干→下件
具体见图( 六) 热浸锌构件喷塑工艺流程图。
3.2.2工艺说明:
3.2.2.1脱脂
脱脂的目的在于除油,保证涂层与基体的紧密结合,实现较好的附着力.表面有油, 附着力差, 同时也可能对外观产生影响, 直接影响产品的质量。对于热镀锌钢板的锌层可承受一定的碱腐蚀。可设置单独的碱洗槽, 经过加适量的氢氧化钠, 浸泡适宜的时间, 可除去表面的浮灰等污物, 也可去除一些钝化层。氢氧化钠的添加量和浸泡时间需要经过实验来确定, 一般其浓度可为10%。
对于连续生产的工厂, 表面没有油等污物, 可省去脱脂, 碱洗 ,水洗工序。
3.2.2.2表调
采用胶体磷酸钛表调, 表调的目的是在镀锌层表面生成一些细小的磷酸盐结晶晶核, 这些晶核在磷化处理时成为磷酸盐结晶的核心, 可提高成膜速度和提高均匀性。表调剂的用量很少, 只需千分之二至三配成水溶液即可。
经过试验和使用, 进行胶体磷酸钛表调的镀锌试板无论是在外观上还是在晶像显微镜下观察, 都较非表调的试板均匀细致, 故此, 镀锌板磷化进行表调是有益的。
3.2.2.3磷化
磷化膜提高涂层与镀锌层的结合力和防护性。涂料在镀锌层的附着强度较低, 其涂装性是较差的。而经过磷化处理的镀层, 能提供一个"粗糙面", 给涂层以很好的咬喝力, 大大提高了附着力, 实现涂层的性能。同时, 磷化膜提供的均一性表面, 可抑制局部的电化学腐蚀。
普通的磷化液无法适用于热浸锌板磷化, 采用热浸锌板专用磷化液 , 普通磷化液或不采用磷化工艺进行喷塑, 突出问题表现在涂层的附着力较差, 长期的影响则表现在耐蚀性较差。
3.2.2.4上件
要注意吊具导电性, 吊具上的涂层不宜太厚, 过厚要清除吊具上的涂层, 可采取集中焚烧的方法; 因工件较重, 一定要设计好挂具, 挂具要求牢固可靠。
3.2.2.5预烘
预烘的目的一是除去工件上剩余的水分, 二是能够保证一定厚度的粉较好的附着在工件的表面。一般保证加热到90-110℃。
3.2.2.6喷塑
对于护栏产品, 根据其构件的特点, 采用自动喷枪的形式, 但一般另加手工喷枪补喷相结合的形式, 这样做的的目的是使实时监控喷粉质量, 保证产品质量稳定。
3.2.2.7固化
要根据所用的粉末种类确定固化条件, 一般可咨询供应厂商, 如华佳4600系列纯聚酯型粉末涂料, 固化条件是: 200℃( 工作温度) , 10分钟。
3.2.2.8凉干
可采用冷风吹干, 在吹干的过程中, 对工件进行检查。对于允许缺陷, 如流挂、 起泡、 露底、 缩孔等, 可用丙酮等稀释粉末涂料趁工件未凉时涂覆或喷覆于缺陷表面, 用余热固化。对于重大缺陷需要进行返修处理, 根据涂膜厚度选取处理方法, 一般有三种: 直接上件重新喷塑、 机械打磨、 用脱膜剂处理。对于产生的问题, 分析原因, 找到解决方法, 下表是喷塑固化后常见故障、 原因和排除方法供参考:
故障
原因
排除方法
桔皮桔纹
（1） 粉末配方不合理
（2） 流平剂质量差
（3） 涂层不均匀
（1） 调整配方或换粉
（2） 流平剂按标准验收
（3） 注意均匀施工
麻点
( 1) 粉潮湿
( 2) 表面粗糙
( 3) 表面有白锈
( 1) 凉晒或在烘干炉内40-50℃烘干, 搅散加粉
( 2) 打磨处理
( 3) 打磨清除
硬颗粒
（1） 生产中带进颗粒( 环境、 材料)
（2） 粉中混有杂质
（1） 生产现场及设备要干净
（2） 更换好粉
剥落
( 1) 未作前处理
( 2) 表面除油不净
( 3) 粉附着力差
( 1) 进行前处理
( 2) 加强除油
( 3) 换合格粉
涂层硬度低
( 1) 固化时间短
( 2) 固化温度低
( 1) 延长固化时间
( 2) 提高固化温度
无光泽
( 1) 粉型号不对, 是无光型
( 2) 涂层太薄
( 3) 固化时间短
( 4) 固化温度低
( 5) 表面粗糙
（1） 换有光型
（2） 补喷一层
（3） 延长固化时间
（4） 提高固化温度
（5） 加强前处理
变色
（1） 粉中颜料质量差
( 2) 有不同颜色的粉混入
( 3) 固化温度太高
( 4) 粉曝晒时间太长或烘干炉内温度过高
( 1) 更换合格粉
( 2) 清洁供粉器, 更换同种粉
( 3) 降低固化温度
( 4) 更换好粉
起泡或针孔
( 1) 粉质量差
( 2) 空气净化不好, 有水点喷出
( 3) 工件上有水点
( 4) 存储时间较长, 镀锌层表面容易跳渣
( 5) 镀锌层结构疏松
( 1) 更换合格粉或针对镀锌产品的合格粉
( 2) 定期清理空气净化器或更换干燥剂
( 3) 检查预烘温度
( 4) 严格控制炉温, 防止表面过热或采用加温脱渣工序
( 5) 调整锌浴配方,控制锌层质量
缩孔
( 1) 粉质量不好
( 2) 除油不净
( 3) 机油类物质污染
( 1) 更换合格粉
( 2) 加强除油
( 3) 净化喷粉用的压缩空气, 控制压缩空气含油量
表( 5) 喷塑固化后常见故障、 原因和排除方法
对于涂层质量的检测, 可分为现场检测和涂层性能检测, 现场检测的项目包括外观、 厚度、 附着性和耐冲击性。涂层性能检测包括抗弯曲性能、 耐磨性、 耐化学药品性、 耐盐雾性、 耐候性、 耐湿热性和耐低温脆化性等。涂层的性能检测一般是要求塑粉本身的性能, 是由其质量水平决定的。而现场检测项目与现场施工水平相关, 需要作日常检测。外观检测要求涂层均匀光滑、 连续, 无肉眼可辨的小孔、 空间、 孔隙、 裂纹、 脱皮几其它有害缺陷。附着性按要求作剥离试验或划格试验, 这直接与粉的质量、 烘烤温度和前处理好坏有关。厚度控制对于护栏产品是必须的, 可用测厚仪进行测量或采用金相显微镜法进行涂层断面测量, 涂层薄影响腐蚀等级, 达不到质量要求, 涂膜不丰满; 涂膜厚浪费原材料, 易造成表面不平。冲击试验实际也是涂层测附着性的一种方法, 以在冲击力作用下局部变形、 发热、 震动、 疲劳情况下涂层与基体的结合强度。
依据国家标准GB/T18226- 的规定, 涂塑构件第一层金属镀层为锌, 第二层非金属涂层可为聚乙烯、 聚氯乙烯或聚酯, 其镀层厚度要求如下:
钢构件类型
涂塑层厚度/mm
聚氯乙烯、 聚乙烯
聚酯
钢管、 钢板、 钢带
›0.25
›0.076
紧固件、 连接件
›0.25
›0.076
钢丝( 直径mm)
›0.15
›0.076
表( 6) 双涂层涂塑层厚度要求
按国家标准GB/T18226- 对涂层防腐性能要求, 对于采用质量较好的粉末( 经过交通部交通工程监理检测中心检测) , 其要求的涂层防腐性性能标准一般能够达到。
序号
项目
检测方法
技术指标
1
涂塑层的均匀性
目视
涂塑层应均匀光滑、 连续, 无肉眼可见的小孔、 空间、 孔隙、 裂纹、 脱皮及其它有害缺陷。
2
涂塑层的附着性
( 1) 剥离试验: 在足够大试样上, 用锋利的刀片在涂塑层上用力划两条距离3mm长25mm的平行线, 然后与上述两条平行线的一端与之成直角再划一条刻痕, 从此端剥离平行线之间的涂塑层。
( 2) 划格试验: 当涂塑层的厚度小于0.125mm时,按GB/T9286中6规定的方法进行试验,切割间距为2mm。当涂塑层厚度大于0.125mm时, 在试样上划两条长40mm的线, 两条线相交于中部成30°—40°的锐角。所划线要直, 要划透涂塑层。如果未穿透涂塑层, 则换一处重新进行, 不能在原划痕上继续刻划。试验后, 观察刻痕边缘涂塑层脱落情况。
( 1) 涂塑层附着良好, 对于聚氯乙烯、 聚乙烯涂塑层经( 1) 剥离试验后, 涂塑层无断裂, 无剥离。对于聚酯涂塑层, 经( 2) 划格试验后, 刻痕光滑, 涂塑层无剥离脱落。
3
涂塑层抗弯曲性能
取300mm的试样,在15s内以均一速度绕芯棒弯曲180°,芯棒直径为试样的4倍.
聚氯乙烯、 聚乙烯涂塑层经弯曲试验后, 试样应无肉眼可见的裂纹或涂塑层脱落。
4
涂