引言
    石油鉆桿在使用過程中常受到拉、扭和彎曲等交變應力的作用，造成鉆桿疲勞損壞; 同時，鉆井泥漿中的溶解氧、二氧化碳及硫化氫等腐蝕介質對鉆桿內壁的腐蝕，地層中的氯化物、碳酸鹽及泥漿填料對鉆桿的沖擊磨損，會使鉆桿產生嚴重的腐蝕破壞。目前，在鉆桿內壁涂敷防腐涂料是國內外普遍采用的防止鉆桿腐蝕和損壞的最有效的方法，經過涂敷的鉆桿，使用壽命可提高兩倍以上。
    酚醛環氧涂料具有優良的耐熱性、耐藥品性、耐鹽霧及耐磨性，在食品罐頭、航空部件及石油化工設施等上得到了應用，是目前防止鉆桿腐蝕和損壞的涂料品種之一。中國石油集團工程設計有限責任公司研制的SN222 鉆桿內防腐涂料采用酚醛改性環氧樹脂，是利用環氧樹脂的環氧基和脂羥基與酚醛樹脂的羥甲基和酚基在高溫下起交聯反應，制得在常溫下穩定的單組分涂料，但是該涂料固體含量較低。美國Tuboscope 公司研制的K34-XT 涂料其粘度和觸變指數較低，并且需要采用特殊的噴涂參數和烘烤工藝進行涂層作業，以保證噴涂質量，導致噴涂過程過于復雜。
    本研究以酚醛環氧樹脂為成膜物，聚醚胺為固化劑，石英粉、云母粉、滑石粉和鈦白粉為顏填料，添加其他助劑，通過正交優化實驗探討了顏填料對酚醛環氧樹脂涂層的耐磨性、附著力和粗糙度等性能的影響，在此基礎上，研發了一種具有耐酸堿、耐高溫高壓、硫化氫和二氧化碳腐蝕的酚醛環氧涂料。
    1 ·實驗部分
    1． 1 原料
    1) 成膜物。酚醛環氧樹脂;
    2) 顏填料。石英粉、云母粉、滑石粉和鈦白粉;
    3) 助劑。1，4-丁二醇二縮水甘油醚、二甲苯、二甲基硅油、硅烷偶聯劑和氣相二氧化硅;
    4) 固化劑。脂環改性胺和聚醚胺。
    1． 2 涂料和涂層制備方法
    在裝有10 g 的酚醛環氧樹脂的容器中加入2 g二甲苯、2 g 1，4-丁二醇二縮水甘油醚，充分攪拌混合均勻至完全溶解，隨后依次加入石英粉、云母粉、滑石粉和鈦白粉并攪拌均勻; 在高速攪拌情況下加入其他助劑，并混合均勻，最后在攪拌下加入2． 5 g脂環改性胺和1 g 聚醚胺，混合均勻后即為酚醛環氧樹脂涂料。酚醛環氧涂料配方見表1。
    
    將配制好的涂料采用手工涂刷的方式涂在120 mm × 50 mm 馬口鐵片上，涂裝后的試樣在室溫下放置0． 5 ～ 1． 0 h，然后放入烘箱升溫至120℃，恒溫2 h，即得到所需涂層。涂層δ 為150 ～ 250 μm，其制備參照GB1727-92 漆膜一般制備法要求進行。馬口鐵的表面處理按GB9271 規定進行。
    1． 3 性能測試
    1) 附著力。按照SY/T 0544-2010 石油鉆桿內涂層技術條件附錄A 中方法測定涂層附著力。
    2) 耐磨性。按照SY/T 0315-2005 鋼質管道單層熔結環氧粉末外涂層技術規范附錄J 測定涂層耐磨性。
    3) 粗糙度。按照JJG 2018 表面粗糙度計量器具中方法測定涂層粗糙度。
    4) 耐高溫高壓性能。按照SY/T 0544-2010 石油鉆桿內涂層技術條件附錄C 中方法測定涂層耐高溫高壓性能。
    5) 耐化學介質性能。按照浸泡法測定涂層耐化學介質性能。
    6) 拉伸性能。按照SY/T 0544-2010 石油鉆桿內涂層技術條件附錄D 中方法測定涂層拉伸性能。
    7) 扭轉性能。按照SY/T 0544-2010 石油鉆桿內涂層技術條件附錄E 中方法測定涂層扭轉性能。
    2 ·正交試驗與結果分析
    經實驗確定了酚醛環氧涂料各物質的最佳比例。m( 酚醛環氧樹脂) ∶ m( 二甲苯) ∶ m( 1，4-丁二醇二縮水甘油醚) ∶ m( 脂環改性胺) ∶ m( 聚醚胺) 為100∶ 20∶ 20∶ 25∶ 10。為了制備性能優越的酚醛環氧涂料，還必須添加顏填料和助劑等物質。影響涂層附著力、耐磨性和粗糙度等性能的主要因素是石英粉、云母粉、滑石粉和鈦白粉等顏填料，因此為了提高酚醛環氧涂層附著力和耐磨性，降低涂層粗糙度，在保持成膜物、助劑和固化劑等組分不變的情況下，采用四因素三水平的正交試驗，研究石英粉、云母粉、滑石粉和鈦白粉等對酚醛環氧涂層附著力、耐磨性和粗糙度的影響，并進行極差分析篩選涂料最佳配方組成。
    2． 1 正交試驗
    根據單因素水平實驗結果，正交試驗采用四因素三水平L9( 34 ) 正交試驗因素水平設計見表2。實驗中將酚醛環氧樹脂的質量定為10 g，考察石英粉、云母粉、滑石粉和鈦白粉質量對涂層性能的影響。試驗結果見表3，方差分析見表4。對正交試驗進行方差分析計算，即計算Ⅰ和Ｒ 值，Ⅰ代表某一水平三次組合配方的三次試驗結果之和，Ⅰ/3 為三次試驗結果之和的平均值。Ｒ 值為極差，表示某因素水平的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的最大差數。
    
    
    
    2． 2 因素與指標趨勢圖
    圖1、圖2 和圖3 分別為各因素對酚醛環氧樹脂涂層的耐磨性、附著力和粗糙度的影響趨勢圖。
    
    由圖1 可知，隨著石英粉和鈦白粉用量的增加，涂層耐磨性明顯增加，石英粉作為堅硬耐磨的填料具有良好的耐磨性。當m( 石英粉) 超過1 g，m( 鈦白粉) 超過1． 6 g 后，涂料分散不均勻，導致涂層耐磨性下降。采用適量的云母粉，涂層耐磨性優良。隨著滑石粉用量增加，涂層耐磨性基本呈減小趨勢，滑石粉具有優異的減磨效果。對涂層耐磨性分析，可以得出石英粉質量為1． 0 g，云母粉質量為0． 8g，滑石粉質量為0． 2 g，鈦白粉質量為1． 6 g 時，涂層耐磨性達到最佳效果。
    
    由圖2 可知，隨著云母粉和滑石粉質量的增加，涂層附著力不再增加。云母粉具有附著強的特性，但是隨著云母粉質量增加，涂料分散性降低，導致附著力有所下降。對涂層附著力分析，可以得出石英粉質量為1． 0 g，云母粉質量為0． 8 g，滑石粉質量為0． 2 g，鈦白粉質量為1． 6 g 時，涂層附著力達到最佳效果。
    
    由圖3 可知，隨著鈦白粉的用量增加，涂層粗糙度先下降后又上升。這是由于適量的鈦白粉可以降低涂層的粗糙度，但是過量的鈦白粉會導致涂料易沉淀，從而增加了涂層的粗糙度。少量的滑石粉可以顯著降低涂層粗糙度，這是因為滑石粉具有潤滑性，但是過量的滑石粉同樣導致涂料分散不均勻。對涂層粗糙度分析，可以得出以石英粉質量為1． 0 g，云母粉質量為0． 8 g，滑石粉質量為0． 2 g，鈦白粉質量為1． 6 g 時，涂層粗糙度達到最佳效果。綜合分析各影響因素以及涂層性能測試數據結果，篩選出最優涂料配方如表5。按最優涂料配方所制備的涂層具有優異的性能見表6。
    
    
      3 ·結語
      以耐磨性、附著力和粗糙度等作為酚醛環氧樹脂涂層性能的考核指標，通過正交試驗和極差分析研究了石英粉、云母粉、滑石粉、鈦白粉等四個因素對酚醛環氧樹脂涂層性能的影響，在此基礎上制備的酚醛環氧涂料，具有優異的耐酸堿和耐高溫高壓H2S /CO2腐蝕的能力。