강철 소재의 용착 에폭시(FBE) 코팅은 프라이머가 필요 없는 단일 성분, 열경화형, 열경화성 분말 에폭시 코팅으로, 강철 기재에 최대한의 내식성을 제공하도록 설계되었습니다. 열을 이용해 코팅 재료를 녹여 강철 기재에 부착시키는 매우 빠른 경화 속도의 열경화성 보호 분말 코팅입니다. 특별히 선정된 에폭시 수지와 경화제를 기반으로 하며, 강철의 방청 코팅으로서 보호 관련 사양을 충족하도록 제조됩니다. 열경화 FBE 코팅은 열 발생 화학 반응의 결과로 금속 표면에 높은 결합력을 달성하는 열경화성 재료로 구성된 100% 고형분입니다. FBE 코팅은 유동층, 플로킹(에어 스프레이), 정전 스프레이 방식으로 도포할 수 있습니다.
FBE 코팅은 오일, 가스, 슬러리, 물 수송용 강관, 파이프 피팅, 펌프, 밸브 코팅에 널리 사용됩니다. 일반적인 FBE 코팅 제품은 그림 1과 같습니다. FBE 코팅은 1960년대부터 지하 파이프라인에 사용되어 왔으며, 지하 배관 용도에 대한 우수한 실적을 보유하고 있습니다. 또한 교량, 도로, 건축 건설에 사용되는 강철 보강 철근의 코팅에도 사용되어 콘크리트 매립 시 부식을 방지합니다.
그림 1 FBE 코팅 제품
FBE 코팅 시스템은 열 활성화, 화학적 경화 코팅 시스템으로, 코팅할 강철 소재를 예열한 후 도포합니다. FBE 코팅의 일반적인 조성은 에폭시 수지, 경화제, 촉매, 촉진제, 강화 안료, 유동성과 안정성을 조절하는 제어제로 구성됩니다. FBE 코팅에서 수지 종류는 '에폭시' 타입입니다. 투과성, 경도, 색상, 두께, 긁힘 저항성 등의 특성은 이러한 성분들에 의해 제어됩니다. FBE 코팅의 표준 두께 범위는 250~500μm로, 사용 조건에 따라 조절 가능합니다. 용융 분말은 도포 후 몇 초 내에 고체 코팅이 됩니다. FBE 코팅은 일반적으로 음극 보호와 함께 사용되며, 대부분의 경우 FBE 코팅 하부의 박리 영역은 음극 보호로 보호됩니다.
FBE 코팅은 열경화성 고분자 코팅입니다. '용착 에폭시'라는 명칭은 수지 가교 결합과 기존 도료와 다른 도포 방식에서 유래했습니다. 건조 분말 FBE 재고 상태에서 수지와 경화제 성분은 정상 보관 조건에서 미반응 상태를 유지합니다. 일반적인 코팅 도포 온도(180~250℃)에서 분말 내용물이 녹아 액체 상태가 되고, 액체 FBE 필름이 도포된 강철 표면을 적시고 흐른 뒤 열에 의한 화학적 가교 결합으로 곧 고체 코팅이 됩니다. 이 과정을 용착 결합이라 하며, 이때 일어나는 화학적 가교 반응은 비가역적입니다. 한번 경화되면 어떤 수단으로도 원래 형태로 되돌릴 수 없으며, 추가 가열에도 녹지 않아 열경화성 코팅이라 불립니다.
FBE 코팅의 특성을 최적화하고 유용성을 높이기 위한 신기술이 지속적으로 개발되고 있습니다. 화학량론적 비율은 경화기와 에폭시기의 평형에 의해 제어되어야 합니다. 예를 들어 경화제 레벨을 높이면 가교 밀도가 낮아지고 유연성이 증가하지만 내화학성은 감소합니다.
내충격성 또는 경도는 가교 밀도의 함수입니다. 저분자량 경화제를 사용하면 단단히 가교된 구조로 높은 밀도를 달성할 수 있습니다. 비반응성 희석제를 첨가하면 이 구조에 간섭하여 최종 제품에 유연성을 더하지만 인성은 감소시킵니다.
기계적 부착력은 강철 기재의 거칠기(봉우리와 골짜기)에서 발생하는 파지력입니다. 원형에서 각진 표면 프로파일로 변경하고 골짜기 깊이를 늘리면 이러한 부착력을 개선할 수 있습니다. 극성 부착력은 강철 기재와 에폭시 코팅 사이에서 발생하는 수소 결합입니다.
화학적 결합은 강철 기재와 에폭시 수지의 기 전자 공유를 통해 형성됩니다. 이 결합이 가장 강력하며 부착에 가장 크게 기여합니다. 질소, 산소 등의 기는 철, 실리카와 결합할 수 있습니다.
FBE 코팅은 일반적으로 전해질에 노출된 강철 기재의 부식을 두 가지 방식으로 저감합니다. (1) 유해 물질의 침투를 제어하는 물리적 차단층 역할, (2) 강철 표면이 염화물 음이온 등 공격성 물질의 공격에 저항하도록 돕는 부식 억제제의 저장소 역할.
FBE 코팅은 물리적 차단막을 제공하여 강철 기재가 수분, 산소, 염화물 이온과 접촉하는 것을 방지합니다. 또한 유전체 코팅으로서 금속과 전해질 사이의 전자 및 이온 흐름을 저항하여 양극과 음극 사이의 전하 이동을 방해합니다.
FBE 코팅의 부식 제어 기능은 물, 산소, 염화물 및 기타 공격성 요소에 대한 차단막 제공 능력, 즉 이들이 코팅 필름을 투과하여 강철 기재를 공격하는 것을 방지하는 능력의 함수입니다. FBE 코팅의 내식성에 요구되는 중요한 특성에는 코팅된 강철에 대한 부착력과 습윤 능력이 포함됩니다. 부착 강도 저하는 박리 공정 속도를 증가시킵니다. 모공 용액 환경에서 FBE 코팅 박리에 대한 연구는 다음과 같은 박리 메커니즘을 제안합니다.
FBE 코팅 공정에서 제어해야 할 중요한 단계(그림 2)는 다음과 같습니다. (1) 표면 처리 및 청결도, (2) 블라스트 세정, (3) 세정 절차, (4) 최종 세정 및 검사, (5) 표면 컨디셔닝, (6) 예열, (7) FBE 코팅 도포, (8) 후처리, (9) 최종 검사 및 품질 관리, (10) 보수 절차, (11) FBE 코팅 제품 취급. 1~5단계로 구성된 표면 처리 활동 사이의 총 경과 시간은 표면의 산화물 생성을 피하기 위해 최소화해야 합니다. 코팅 전 어떤 형태로든 강철의 산화는 용납되지 않습니다. 이러한 산화물의 육안 확인 시 코팅 전 강철의 표면 처리 활동을 반복해야 합니다.
그림 2 FBE 코팅 공정 제어를 위한 중요 단계
연마 세정 전 강철 기재 표면의 세정 및 처리에 적절한 주의를 기울이면 최종 FBE 코팅 품질에 상당한 영향을 미칩니다. 사전 세정의 기본 요소는 (1) 표면 오염물질 제거, (2) 신규 압연 강철의 밀 스케일 느슨하게 하기, (3) 서리 및 수분 제거입니다.
FBE 코팅 대상 강철은 염분, 그리스, 오일 및 기타 유해 물질에 의해 오염될 수 있습니다. 이러한 가시적/비가시적 표면 오염은 운송, 취급, 보관 중에 발생할 수 있습니다. 최초 연마 세정 단계 전에 이러한 모든 오염물질을 제거하는 것이 중요합니다. 오염물질 제거 실패는 연마재 오염을 초래해 이후 도포되는 FBE 코팅의 성능 저하를 유발합니다. 깊이 박힌 염분과 특정 유기 오염물질이 완전히 제거되지 않으면 부착 실패와 필름 형성 문제를 일으킵니다. 따라서 이러한 물질은 용제 세정, 세제 세척 또는 스팀 세척으로 제거해야 합니다. 부착에 영향을 줄 수 있는 잔여물이 강철 표면에 남아서는 안 됩니다. 강철 소재를 블라스트 세정 전에 이슬점보다 최소 5도 이상 높은 온도로 예열하는 것이 바람직합니다.
연마 블라스트 세정의 목적은 평균 프로파일 깊이가 50~100μm인 각진 표면 프로파일을 가진 깨끗한 표면을 얻는 것입니다. 표면은 최소 '근백색 금속' 마감도로 세정되어야 합니다. 이는 강철 그릿을 연마재로 사용하는 원심식 블라스트 장비로 가장 효과적으로 달성할 수 있습니다. 연마 잔여물은 압축 공기 또는 기타 적절한 수단으로 제거해야 합니다. 작업용 연마재 혼합물은 오염물질 없이 깨끗하게 유지해야 합니다. 강철 그릿의 경도는 50~60 Rockwell C여야 합니다. 사용된 강철 그릿의 입자 경도와 크기 분포는 세정 후 표면 프로파일을 보장하기 위해 체질로 지속적으로 관리해야 합니다. 일관된 표면 마감을 위해 빈번한 소량의 신규 연마재 추가로 안정화된 작업 혼합물을 유지하고, 드문 대량 추가는 피해야 합니다.
두 개의 블라스트 챔버가 있는 경우 첫 번째 챔버에서 샷을 사용해 사전 세정하고 두 번째 챔버에서 그릿을 사용할 수 있습니다. 동일한 챔버에서 샷과 그릿을 혼합하는 것은 바람직하지 않습니다. 단일 블라스트 장비 운영 시 강철 그릿만 사용하는 것이 바람직합니다.
첫 번째 세정 단계는 기본 청결도를 확립하는 것이며, 슬리버, 버, 라미네이션, 스캡, 긁힘 등의 소재 결함을 드러냅니다. 디스크 그라인딩이나 기타 적절한 방법으로 이러한 결함을 수정해야 합니다. 심각한 결함이 있는 경우 이 단계에서 강철 소재를 불합격 처리해야 합니다.
다음 단계는 경도 50~60 Rockwell C의 강철 그릿을 매체로 사용하는 두 번째 연마 세정 공정입니다. 이 단계의 주 목적은 최종 원하는 청결도와 앵커 프로파일을 달성하는 것입니다. 첫 번째 단계가 효율적으로 수행되었다면 가벼운 블라스트만으로도 최적의 성능을 얻을 수 있는 경우가 많습니다. 작업 유형에 관계없이 원심 휠이 충분한 마력을 가지고 올바르게 위치하여 고품질의 효율적인 세정을 달성하는 것이 중요합니다. 연마 잔여물은 압축 공기나 기타 적절한 수단으로 제거합니다. 양질의 연마 매체를 사용하고 정기적으로 보충하여 균형 잡힌 작업 혼합물을 유지해야 합니다.
연마 세정 후 코팅 전, 코팅 도포에 영향을 줄 수 있는 금속 결함(스캡, 슬리버, 긁힘, 라미네이션 등)이 있는지 도포 대상 표면을 주의 깊게 검사해야 합니다. 모든 연마 분진은 진공청소기나 에어 나이프로 제거해야 하며, 투명 접착 테이프를 강철 표면에 눌러 이면의 먼지 입자를 검사하는 방식으로 청결도를 주기적으로 확인해야 합니다. 요구되는 앵커 프로파일 달성이 매우 중요합니다. 프로파일은 각진 형태여야 하지만 과도한 블라스트, 잘못된 연마재, 원심 휠의 부적절한 위치로 인한 '언더컷'이 있어서는 안 됩니다. 모든 FBE 코팅 작업에는 '근백색 금속' 블라스트 품질이 요구됩니다. 대부분의 경우 숙련된 작업자가 시각 기준을 사용해 요구 표준을 육안으로 식별할 수 있습니다.
강철 표면에 남아 있는 가용성 염분으로 인해 강철 표면에 화학적 전처리가 필요할 때가 있습니다. 이는 먼지 잔여물을 씻어내는 부수적 이점도 있습니다. 물에 희석한 인산 용액이 좋은 성능을 보입니다. 이 전처리 후 남은 산을 역삼투압(RO) 수나 탈염수로 즉시 철저히 헹궈 제거하는 것이 성공의 핵심입니다.
강철이 코팅 공장 처리 전에 염화물이나 황산 이온 존재 하에서 부식 공격을 받은 경우 산 세척이 필수적입니다. 흔한 원인은 해안 지역 강철 보관 시 염수 노출, SO₂ 또는 산업용 CO₂ 함유 대기, 강철 공장에서 코팅 공장으로의 해상 운송 등입니다. 이러한 조건에서 제1철 염이 형성되며, 정상 연마 세정 후에도 특히 피트(pit)에 잔류합니다.
제1철 염 존재 여부를 확인하는 좋은 테스트는 페리시안화 칼륨 또는 페난트롤린 테스트입니다. 제1철 염이 확인된 강철은 적절히 처리해야 합니다. 적절한 표면 처리는 운송 또는 코팅 공장 작업에서 발생하는 유해 오염물질로부터 강철 표면이 자유로운지 보장합니다. 최종 예열 전 깨끗한 강철 표면을 크로메이트 용액으로 처리하면 추가적인 코팅 성능 향상을 얻을 수 있습니다. 물에 크로메이트 용액을 강철 표면에 균일하게 펴 바릅니다. 고무 스퀴지나 브러시로 펴 바르며, 공정이 잘 제어되면 유출 물질이 없습니다. 폐기물은 지역 규정에 따라 적절히 수집, 폐기해야 합니다.
강철의 올바른 가열은 FBE 코팅 성공적 도포의 가장 중요한 단계 중 하나입니다. 강철은 FBE 코팅 재료 공급업체가 권장하는 적절한 도포 온도에 도달해야 최적의 FBE 코팅 성능을 달성할 수 있습니다. 예열 온도는 소재 등급에 따라 달라질 수 있습니다. 어떤 경우에도 금속 온도가 275℃를 초과해서는 안 되며, 이는 야금학적 또는 표면 결함을 유발할 수 있습니다. 강철 표면의 강한 청색화 또는 검게 변색은 과열의 한 징후입니다. 고강도 강철 도입으로 최대 가열 온도에 추가 제한이 있습니다.
허용 가능한 열원은 (1) 가스 연소 복사열, (2) 가스 연소 직접 화염, (3) 전기 유도 가열입니다. 가스 연소 가열 시스템은 연료의 불완전 연소 생성물이 강철 표면에 퇴적되지 않도록 잘 조정되어야 합니다.로 분위기는 깨끗한 강철 표면이 오염되지 않도록 해야 합니다. 유도 가열 시 적절한 주파수를 사용해 깊은 가열을 보장하고 강렬한 표면 가열은 피해야 합니다. 특히 두꺼운 강철 소재의 경우 안정적인 가열을 위해 다중 유도 코일이 일반적으로 필요합니다.
지정된 수준에서 강철의 균일한 온도 유지가 최상의 결과를 위해 필요합니다. 온도는 코팅 챔버 입구에서 제어되어야 합니다. 온도 스틱(Tempilstik)이 가장 일반적으로 사용되며 숙련된 작업자가 사용 시 매우 효과적입니다. 적외선 파이로미터도 만족스러운 제어 도구지만 정확성 유지를 위해 정기적인 교정이 필요합니다.
FBE 코팅 분말 도포는 정전 스프레이 건을 사용하는 것이 가장 좋습니다. 유동화 분말 공급 장치와 적절한 회수 시스템 사용이 중요합니다. 사용 중인 도포 건의 수는 요구 필름 두께와 강철 소재 치수에 따라 달라질 수 있습니다. 건이 적절히 설정되면 분말 챔버 내 오버스프레이가 상대적으로 적습니다. 고려해야 할 중요 사항은 (1) 강철 소재가 코팅 챔버를 통과하는 전체 과정에서 잘 접지되어야 함, (2) 분무 분말의 적절한 전하 유지(일반적으로 50~100kV 범위), (3) 균일한 분말 퇴적을 위해 분무 건을 코팅 챔버에 적절히 배치하는 것입니다.
분무 건은 강철 소재 표면에서 정전 특성을 최적으로 활용하고 최소 오버스프레이를 발생시키는 거리에 있어야 합니다. 이 거리는 강철 소재 표면으로부터 125~250mm 정도이며, 분말을 라인을 통해 균일하게 수송하는 데 필요한 압력에 어느 정도 의존합니다. 시작점으로 분무 건을 강철 소재로부터 200mm 거리에 배치한 후 필름 두께 요구사항, 강철 소재 크기, 라인 속도에 따라 조정합니다.
분말 공급 파이프는 적절한 직경(일반적으로 12mm 이상)이어야 하고, 분무 건과 유동층 사이의 길이는 가능한 짧게, 제한은 최소화해야 합니다. 공급 파이프를 신중하게 라우팅하여 파이프 내 분말 흐름에 중력 효과를 피해야 합니다. 부적절한 조정은 분무 건 막힘이라는 더 심각한 문제를 초래할 수도 있습니다. 이는 분무 건이 뜨거운 표면에 너무 가깝거나 부분적으로 경화된 오버스프레이가 디퓨저로 유입될 때도 발생할 수 있습니다. 적절한 디퓨저 설계와 선택으로 문제를 최소화할 수 있습니다.
분무 건의 최적 위치는 회전하는 강철 소재 측면으로, 강철 표면이 위쪽 방향으로 이동하도록 하는 것입니다. 이는 복사열과 건 막힘의 유해 영향을 최소화합니다. 퇴적율은 요구 필름의 꾸준한 축적을 위해 조정되어야 하며 강철 소재를 범람시켜서는 안 됩니다. 주어진 소재 크기와 속도에 필요한 분말 공급량을 측정하는 테스트를 수행해야 합니다. 이 정보는 퇴적 효율과 장비 설정의 효과를 판단하는 데 사용됩니다.
코팅 챔버와 지원 시스템에 사용되는 공기가 건조하고 깨끗한 것이 중요합니다. 수분은 퇴적 문제와 기공, 핀홀 같은 코팅 결함을 유발할 수 있습니다. 오일로 오염된 공기에서 심각한 문제가 발생할 수 있습니다. 코팅 결함을 유발하는 것 외에도 오일 오염은 충격 융착의 주요 원인으로, 시스템 막힘과 불규칙한 분무 패턴을 유발할 수 있습니다. 과도한 기공은 높은 분말 퇴적율로도 발생할 수 있습니다. 과도한 정전하도 역전리 및 필름 결함 가능성을 유발하므로 피해야 합니다. 부적절한 위치는 표면에 나선형이나 줄무늬를 생성할 수 있습니다.
회수 시스템에서 과대 입자 제거를 위해 60메시 또는 80메시 체가 바람직합니다. 신규 분말 체질에는 50메시 또는 60메시 체가 더 바람직합니다. 자석 분리기 분말 공급 시스템에 사용하여 금속 오염물질 제거를 돕습니다. 코팅 챔버에는 적절한 화재 및 폭발 감지 시스템을 장착해야 합니다.
최적의 기계적 및 보호 특성을 위해 코팅이 완전히 경화된 후 담금질이 이루어져야 합니다. 최소 시간 요구사항은 예열 온도와 소재 크기에 따라 다릅니다. 이송 휠에 물을 적셔 '트래킹'을 최소화해야 합니다.
다른 도포 단계와의 철저한 검사 및 조정은 품질 코팅에 필수적입니다. 검사는 공정 제어 작업의 일부로 간주되어야 하며, 단순히 코팅 승인/거부를 위한 결정점이 되어서는 안 됩니다. 각 처리 단계가 올바르게 수행되면 고품질 코팅이 보장됩니다. 도포 중 정기적으로 수행해야 할 품질 관리 테스트에는 필름 두께, 홀리데이 검출, 경화도 등이 있습니다.
에폭시 층의 경화는 일반적으로 MEK 문지름 테스트(용제 저항 문지름 테스트)로 빠른 온라인 평가를 하고, DSC(시차 주사 열량계)로 유리 전이 온도를 평가하여 확인합니다. 시스템이 최적으로 수행되는지 주기적으로 확인하기 위한 장기 테스트도 수행됩니다. 여기에는 (1) 온수 침지, (2) 충격 테스트, (3) 음극 박리 테스트, (4) 유연성 테스트 등이 포함되나 이에 국한되지 않습니다.
검사 중 발견된 모든 코팅 결함은 보수해야 합니다. 강철이 노출된 경우 100% 고형분 2성분 에폭시 보수 화합물을 사용해 보수해야 합니다. 열가소성 패치 스틱은 사용하지 않아야 합니다.
핀홀(직경 1mm 미만 결함)은 추가 표면 처리가 필요하지 않습니다. 보수할 소재는 모든 먼지와 손상되거나 박리된 코팅을 제거하기 위해 세정해야 합니다. 원래 코팅의 가장자리는 핀홀로부터 15~25mm 바깥쪽까지 마모시키고 모든 먼지를 닦아낸 후 패치 코팅을 도포합니다. 줄은 사용하지 않아야 합니다.
대형 홀리데이(최대 80mm)는 강철 표면 처리가 필요합니다. 노출된 금속은 연마 블라스트나 기타 수단으로 부식 생성물, 염분, 먼지 등의 오염물질을 제거해야 합니다. FBE 코팅도 홀리데이 가장자리로부터 15~25mm 바깥쪽까지 마모시키고 모든 먼지를 제거한 후 패치 코팅을 도포합니다. 패치 코팅은 FBE 코팅 재료 공급업체의 권장 사항에 따라 최소 0.65mm 두께로, 기존 양호한 코팅과 최소 25mm 중첩되게 도포합니다.
새로 패치 코팅된 영역은 FBE 코팅 재료 공급업체 사양에 따라 완전히 경화될 때까지 취급하지 않아야 합니다. 경화 후 모든 패치는 육안 검사하고, 4000볼트/mm 이상의 전압에서 미세 황동 수염 전극 완드로 홀리데이 테스트(jeep test)하고, 칼날 들뜨기 테스트로 부착력을 테스트해야 합니다. FBE 코팅 공급업체가 권장하는 매개변수로 설정된 습식 스펀지 검출기 사용도 허용됩니다. 보수된 소재는 홀리데이가 없어야 하며 칼날로 들뜨게 해도 박리되지 않아야 합니다.
코팅된 강철의 신중한 취급은 적재, 하역, 운송, 스트링잉, 내림 과정 중 기계적 손상을 방지하기 위해 필요합니다. 코팅된 소재의 취급이나 보관에 사용되는 모든 붐, 후크, 클램프, 포크, 지지대, 스키드는 소재나 코팅에 손상을 방지하도록 설계되고 유지보수되어야 합니다. 기본 요구사항은 (1) 모든 취급 접촉점은 패딩 처리하고 코팅된 강철 소재 리프팅 시 하중 분산 빔 사용, (2) 적재 시 분리대 사용, (3) 코팅된 강철 소재는 항상 들어올리고 끌지 않음, (4) 소재 끝단끼리 부딪히는 것 방지입니다.
제조공정
강철 아연도금 강철 아연도금은 강철에 아연을 도금해 내식성을 확보하는 것을 의미합니다. 아연 코팅을 도포하는 주요 상업적 방법으로는 용융 아연도금, 연속 아연도금 공정, 전기 아연도금, 아연 도금, 기계 도금, 아연 스프레이, 아연 도장 등이 있습니다. 이러한 각 아연 코팅 방법은 고유한 특성을 가지며, 이 특성들은 적용 가능성뿐만 아니라 상대적 경제성과 예상 수명에도 영향을 미칩니다. 가공 방법, 기재 금속과의 부착력, 모서리/가장자리/나사산 보호, 경도, 코팅 밀도, 두께는 서로 다른 코팅 간에 크게 다를 수 있습니다. 아연도
색상과 추가 내식성을 위해 스테인리스 스틸은 본연의 은색 광택과 내식성을 가집니다. 이 특성들이 보통 일반 강철 대비 이 합금을 추천하는 이유입니다. 대부분 고객에겐 스테인리스를 분체 도장이나 다른 마감으로 덮는 게 거의 의미 없습니다. 하지만 고객들이 가끔 스테인리스에 다채로운 마감을 선택하기도 해, 장단점을 짚어보려 합니다. 스테인리스 스틸에 분체 도장을 하는 이유는? 스테인리스 스틸은 페인트, 분체 도장, 아이언아머(IronArmor)로 마감할 수 있습니다. 색상은 스테인리스 스틸 코팅의 흔한 동기입니다. 스테인리스 본연의
