一种提高钢带与接枝聚乙烯界面结合力的方法与流程

本发明涉及耐腐防护涂层技术领域，具体涉及钢带增强聚乙烯螺旋波纹管中一种提高钢带与接枝聚乙烯界面结合力的方法。

背景技术：

钢带增强聚乙烯(pe)螺旋波纹管(简称mrp)是以高密度聚乙烯(hdpe)为基体(内外层)，将表面涂覆改性聚乙烯的钢带成型为波形而作为主要的支撑结构。其钢带呈拱形，能承受较大的力，并与聚乙烯缠绕复合成螺旋波纹管。mrp具有耐腐蚀性好、强度高等特点广泛用于城市地下管网等大型工程。目前，波纹管内衬带钢为热镀锌带钢。其涂塑后存在与聚合物层结合力不理想、导致涂抹成膜剂时的模孔堵塞影响生产。

由于钢带与pe为金属与有机物结合，其界面结合好坏决定了波纹管的使用寿命。影响钢带和pe结合力的因素有粘结树脂的使用量、钢带的薄厚、钝化剂的使用等，从成本和实际应用中粘结树脂的使用量和钢带薄厚都会统一规格。国内外研究发现添加合金元素可改变热镀锌的合金层耐蚀性、涂覆性等性能。

带钢表面钝化剂广泛是铬酸盐，而六价铬严重污染环境和伤害人体健康。而kh560能够提高树脂类、胶粘剂等与基体的粘结性能，且无毒无污染、成本低廉。如果能应用其中，就可以在节约生产成本的同时防止污染。之前的研究只是单纯对钢带表面热浸镀层进行更换，在原有锌液中加入铝元素(cn201910693834.8)或者镁元素(cn201910506239.9)来增强钢带表面的防腐性及美观性。但是并没有钢带镀层改变后与有机物的粘附性研究。

因此，研究锌、铝等元素对热镀锌合金层与塑料波纹管的结合影响对于进一步改善波纹管复合层结合力，满足不同环境的使用要求，如何提高钢带与聚乙烯的结合力成为当今社会急需解决的问题，所以提高聚乙烯与钢带的结合力具有重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的是针对当前技术中存在的不足，提供一种提高钢带与接枝聚乙烯界面结合力的方法。该方法将带钢的纯zn镀层加入al元素，再使用硅烷偶联剂γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷水解液进行钝化处理，能够提高钢基体与接枝聚乙烯的结合性能。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种提高钢带与接枝聚乙烯界面结合力的方法，该方法包括如下步骤：

(1)将钢基体浸没到420℃～450℃的galfan熔融合金液中5～10s，得到带有热浸镀合金层的镀件；

所述的合金层的厚度为1～10μm；

(2)将上面得到的镀件浸没到钝化液中，时间为1～3h，钝化完成后干燥0.5～1h后，得到表面钝化的镀件；

其中，所述的钝化液的组成为硅烷偶联剂γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、乙醇和去离子水，体积比为，硅烷偶联剂γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷：乙醇：去离子水＝18:(0.8～1.5)：(1.2～0.5)；

(3)将粘结树脂平铺上面得到的经过钝化的镀件的一面或者两面，经过热压，得到涂塑钢带；

所述的热压参数为：在200～300℃温度、压强为8～15mp的条件下热压3～8min；

其中，所述的粘结树脂为接枝聚乙烯；树脂厚度为0.5～2mm。

所述的步骤(1)中的钢基体的厚度为0.5～2mm。

所述的步骤(1)中得到的合金层的厚度优选为1～5μm，粗糙度ra＝1.0～1.5μm；

所述的步骤(1)中的镀件抽出速度为2.5cm/s。

所述的接枝聚乙烯优选为马来酸酐接枝聚乙烯。

所述的钢基体为碳素结构钢，优选为如：q195、q215或q235碳素结构钢。

本发明的实质性特点为：

本发明提出了提高钢带与接枝聚乙烯界面结合力的方法，通过特定的工艺过程工艺参数，达到如下效果：(一)钢基体/镀层界面中的镀层由热镀zn改换成热浸镀galfan，镀层厚度为1～5μm，al元素以及少量稀土元素铈、镧的加入，使镀层拥有更好的抗腐蚀性和美观性以及节约成本；(二)热浸镀galfan中的al元素与接枝聚乙烯中的si-oh键可能形成化学键提高与接枝聚乙烯的结合力；(三)经过钝化处理的试样与粘结树脂接触后，能够促使聚乙烯发生开环反应，进一步与钝化膜反应，能够再次提高镀层和接枝聚乙烯的结合性能如图1，拉伸试样结束后截面处可以看到结合力高的试样粘有更多的树脂拉丝如图3。

本发明的有益效果是：

本发明在钢基体的界面处形成了1～5μm的热浸镀galfan层。相较于热浸镀zn层15～25μm的镀层，热镀galfan合金具有更薄的镀层。能够节约至少66.7～80％用料，大大降低了生产成本。

本发明不仅降低了生产成本，还提高了接枝聚乙烯和基体的结合力，未经过钝化处理时，热镀galfan与接枝聚乙烯的结合力与现有工艺热镀zn相比提高了84.6％；经过钝化处理后，热镀galfan与接枝聚乙烯的结合力与热镀zn相比提高了63.8％如图2。解决了涂抹成膜剂时易脱落的现象。实施方法简单，易于实现。

附图说明

图1为实施例中的热镀zn、galfan钝化前后与粘结树脂结合力的变化趋势图；

图2为实施例中的热镀zn、galfan钝化前后粗糙度的变化以及与相较于热镀锌结合力的增长率图；

图3为实施例中的不同镀层与聚乙烯的失效截面扫描电镜图；其中，图3a为热浸镀zn的扫描电镜图；图3b为钝化热浸镀zn的扫描电镜图；图3c为热浸镀galfan的扫描电镜图；图3d为钝化热浸镀galfan的扫描电镜图；

图4为涂塑过程示意图；

具体实施方式

下面，通过实施例对本发明进一步详实阐述。

本发明中热浸镀是在井式炉中操作，热浸镀galfan合金温度范围是420℃～450℃，热浸镀zn温度范围是450℃～470℃。由于热浸镀过程存在手工误差，镀层厚度无法保持同一厚度，所以采用厚度范围来统一试样厚度规格。

本发明涉及的galfan合金液为galfan合金锭熔融而来，合金锭从天津市工大镀锌设备有限公司购得，astm规程所用galfan锭型号为unsz38510，主要成分为锌、铝，以及铈、镧等微量稀土元素，该合金液为公知材料。

实施例1

实验采用q235碳素结构钢，钢带尺寸为15cm×5cm×0.5mm，在450℃的熔融zn液中浸泡15秒，进行热镀zn，镀层厚度为15～25μm。热浸镀过程中镀件抽出速度为2.5cm/s。粗糙度ra＝0.9μm，从刚基表面向外依次为fe5zn21相(γ相)、fezn7相(δ相)、fezn13相(ζ相)、纯锌相(η相)。将制备好的镀件用平板硫化机在镀件的两面分别铺上厚度为1mm马来酸酐接枝聚乙烯(pe-g-mah)进行热压，热压温度为240℃，压强为10mp，热压时间为5min条件下涂覆接枝聚乙烯，制成成品。

涂塑过程性能测试为：

涂塑过程是将马来酸酐接枝聚乙烯(pe-g-mah)(聚乙烯厚度为1mm)平铺放在一个镀件上，上面再盖上另一个同样的镀件，试样边缘处放入中空的2mm厚的铁框，最后放入平板硫化机中热压，热压温度为240℃，压强为10mp，热压时间为5min。将热压好的试样尾部折角90°呈t型，如图4。涂塑好的试样统一切切割成15cm×3cm×2mm的试样条。使用电子万能试验机测量t型试样条的结合力，拉伸测试速率为50mm/min，测试次数为3次，平均结合力为106.6n。

实施例2

实验采用q235碳素结构钢，钢带试样尺寸为15cm×5cm×0.5mm，在420℃的galfan熔融合金浴中浸泡20秒，进行热镀galfan合金，镀层厚度为1～5μm，热浸镀过程中镀件抽出速度2.0cm/s。粗糙度ra＝1.2μm。在刚基表面形成fe-al化合物层，外层是zn-al合金层。将制备好的镀件用平板硫化机在镀件的两面分别铺上厚度为1mm马来酸酐接枝聚乙烯(pe-g-mah)进行热压，热压温度为240℃，压强为10mp，热压时间为5min条件下涂覆接枝聚乙烯，制成样品。

涂塑过程性能测试为：

涂塑过程是将马来酸酐接枝聚乙烯(pe-g-mah)(聚乙烯厚度为1mm)平铺放在一个镀件上，上面再盖上另一个同样的镀件，试样边缘处放入中空的2mm厚的铁框，保证聚乙烯厚度为1mm，最后放入平板硫化机中热压，热压温度为240℃，压强为10mp，热压时间为5min。将热压好的试样尾部折角90°呈t型，如图4。涂塑好的试样统一切切割成15cm×3cm×2mm的试样条，使用电子万能试验机测量t型试样条的结合力，拉伸测试速率为50mm/min，测试次数为3次，平均结合力为196.3n。

实施例3

实验采用q235碳素结构钢，钢带试样尺寸为15cm×5cm×0.5mm，在450℃的熔融合金浴中浸泡15秒，进行热镀zn，镀层厚度为15～25μm。热浸镀过程中镀件抽出速度2.5cm/s。粗糙度ra＝1.1μm，从刚基表面向外依次为fe5zn21相(γ相)、fezn7相(δ相)、fezn13相(ζ相)、纯锌相(η相)。然后在5％kh-560(γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷)、5％去离子水和90％乙醇配置成的钝化液中室温下浸泡2小时后干燥，得到表面被钝化的钝化镀件。将制备好的镀件用平板硫化机在镀件的两面分别铺上厚度为1mm马来酸酐接枝聚乙烯(pe-g-mah)进行热压，热压温度为240℃，压强为10mp，热压时间为5min条件下涂覆接枝聚乙烯，制成样品。

涂塑过程性能测试为：

将马来酸酐接枝聚乙烯(pe-g-mah)(聚乙烯厚度为1mm)平铺放在一个镀件上，上面再盖上另一个同样的镀件，试样边缘处放入中空的2mm厚的铁框，保证聚乙烯厚度为1mm，最后放入平板硫化机中热压，热压温度为240℃，压强为10mp，热压时间为5min。将热压好的试样尾部折角90°呈t型，如图4。涂塑好的试样统一切切割成15cm×3cm×2mm的试样条，使用电子万能试验机测量t型试样条的结合力，拉伸测试速率为50mm/min，测试次数为3次，测得平均结合力为184.7n。

实施例4

实验采用q235碳素结构钢，钢带试样尺寸为15cm×5cm×0.5mm，在420℃的熔融合金浴中浸泡20秒，进行热镀galfan合金，镀层厚度为1～5μm。热浸镀过程中镀件抽出速度2.0cm/s。粗糙度ra＝1.3μm，在刚基表面形成fe-al化合物层，外层是zn-al合金层。然后在5％kh-560(γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷)、5％去离子水和90％乙醇配置成的钝化液中室温下浸泡2小时后干燥，得到表面被钝化的钝化镀件。将制备好的镀件用平板硫化机在镀件的两面分别铺上厚度为1mm马来酸酐接枝聚乙烯(pe-g-mah)进行热压，热压温度为240℃，压强为10mp，热压时间为5min条件下涂覆接枝聚乙烯，制成样品。

涂塑过程性能测试为：

涂塑过程是将马来酸酐接枝聚乙烯(pe-g-mah)(聚乙烯厚度为1mm)平铺放在一个镀件上，上面再盖上另一个同样的镀件，试样边缘处放入中空的2mm厚的铁框，保证聚乙烯厚度为1mm，最后放入平板硫化机中热压，热压温度为240℃，压强为10mp，热压时间为5min。将热压好的试样尾部折角90°呈t型，如图4。涂塑好的试样统一切切割成15cm×3cm×2mm的试样条，使用电子万能试验机测量t型试样条的结合力，拉伸测试速率为50mm/min，测试次数为3次，测得平均结合力为248.5n。

拉伸测试后，图3b、图3d经过钝化处理的失效截面比图3a、图3c没有经过钝化处理的丝状聚乙烯更多，更难以分开，说明钝化处理提高了基体和接枝聚乙烯的结合。图3c、图3d加入al元素的失效截面分别比图3a、图3b没有加入的丝状聚乙烯更多，说明热镀galfan合金提高了基体和接枝聚乙烯的结合。

从上面实施例我们可以看出，本发明热浸镀zn、galfan合金与接枝聚乙烯的结合力在钝化后均有所上升。热镀zn从106.6n到184.7n，上升率为73.3％；热镀galfan从196.3n到248.5n，上升率为26.6％。无论是否经过钝化处理热镀galfan与接枝聚乙烯的结合力总是比热镀zn的高出至少63.8％，未经过钝化处理时，热镀galfan与接枝聚乙烯的结合力与热镀zn相比提高了84.6％；经过钝化处理时，热镀galfan与接枝聚乙烯的结合力与热镀zn相比提高了63.8％。

本发明未尽事宜为公知技术。