环氧防腐涂层

关键词： 环氧 地市级 交通 建设

环氧防腐涂层（精选七篇）

环氧防腐涂层 篇1

随着改革开放的深入进行, 基础建设投资的重头戏交通建设, 尤其是高速公路、高速铁路等的建设正在全省各地展开。随着海西交通建设的大发展, 地市级间的高速公路网已经建成, 目前主要是各连接支线的建设。由于福建省地理环境的特点, 桥梁隧道所占的比重较大;经过前期的运营, 大部分桥隧进入养护阶段;且受到福建省气候条件的影响, 桥隧的混凝土防腐是日常养护中的一个重要内容。

福建省气候属亚热带湿润气候, 常年空气中湿度大, 东部沿海一带更是如此。因此在潮湿的环境中混凝土容易发生渗水、氧化等现象, 经常出现混凝土鼓胀、混凝土剥落、混凝土面显钢筋网等, 并进一步氧化腐蚀混凝土中的钢筋, 尤其对于那些混凝土保护层厚度不够及钢筋网偏位的部位更为明显, 锈蚀的钢筋会将表面薄薄的混凝土保护层胀裂, 逐渐向深层钢筋和其它钢筋蔓延, 对运营中的桥隧产生安全隐患。因此, 对桥隧的防腐加固养护是保障交通畅行的重要保证。

混凝土防腐工程的主要内容是为混凝土增加保护层, 如同钢材进行防锈处理一样, 提高混凝土的耐腐蚀性及耐久性。

1 混凝土表面处理

按要求在所需要进行防腐处理施工区域用打磨机将原混凝土表面打磨1mm深度, 露出新鲜的混凝土面, 以利于涂层的粘贴。构件表面如有剥落、起皮、腐蚀等缺损, 必须先进行处理。构件表面应打磨平整、清理干净, 不应存在尖锐棱角和浮灰粉尘。将需补强的混凝土面层的粉刷层和松动部分彻底清除后打磨;表面凸出部分用切割机或砂轮机将其修平。转角处凸角R≥20mm以上, 凹角用结构胶填补;若需补强的混凝土存在裂缝, 应先用结构灌缝胶注浆封闭后再进行补强。打磨完后用刷子、压缩空气清除表面灰尘等杂质, 使混凝土表面保持洁净、干燥、无油污。检查混凝土表面, 对部分打磨不到位的表面进行重新打磨, 直至符合要求为止。同时对钢筋外露部分, 应先凿除钢筋边缘起皮、松动的混凝土, 接着对钢筋进行除锈处理, 直接用角磨机将锈蚀部分打磨干净, 尽量露出新钢筋, 对部分缩径明显的钢筋顺着钢筋走向开凿V字槽, 直至两侧将完好的钢筋各开凿出20cm左右, 按照原钢筋的尺寸在缩径处焊接补强, 然后对钢筋涂刷两层防锈漆后再用环氧覆盖胶修补, 覆盖外露的钢筋, 并与附近的混凝土面持平。

2 底胶施工

施工底胶是为保证防护胶能渗透到混凝土内部。当气温低于5℃、大雨或相对湿度大于95%时, 不可进行施工。施工时, 环氧底胶A、B两组分按规定的配胶比例称量, 倒入洁净容器中并搅拌均匀, 用毛刷或滚筒刷在混凝土表面均匀涂刷, 胶表干以后, 可视具体情况多次涂刷, 但涂层厚度不超过0.4mm, 并不得漏刷或有流淌、气泡, 尤其在混凝土表面有蜂窝、麻面部位, 一定要用小刷子将胶液完全挤刷进凹陷部位, 完全浸渍混凝土表面的所有部位;等底胶固化后 (固化时间视现场气温而定, 以手指触感干燥为宜, 一般不少于2h) , 再进行下一道工序。每次配制的胶液应在胶的适用期内一次用完。

3 覆盖露筋施工

覆盖层是为增加局部的保护层厚度, 混凝土表面气孔及松散部位应使用覆盖胶补平。存在凹陷部位时, 将配制好的环氧覆盖胶用刮刀嵌刮进行修补填平, 模板接头等出现高度差的部位应用覆盖胶填补, 尽量减少高差。转角处理, 应用覆盖胶将其修补为光滑的圆弧, 半径不小于20mm。覆盖胶须固化后 (固化时间视现场气温而定, 以手指触感干燥为宜, 一般不少于2h) , 方可再进行下一道工序。

4 涂刷罩面胶

待找平的环氧覆盖胶凝固后, 先用电动打磨机对凸出的环氧覆盖胶进行打磨, 使其与混凝土表面处在同一弧面。打磨处理后, 先将表面的浮尘吹净, 并视表面平整情况, 可适当地再用环氧覆盖胶找平。混凝土表面平整后开始涂刷罩面胶, 罩面胶采用浸渍胶, A、B两组分按规定的配胶比例称量, 倒入洁净容器中并搅拌均匀, 用毛刷或滚筒均匀涂刷在表面已找平处理过的混凝土表面, 待胶水表面凝固以后, 可视具体情况多次涂刷, 保证涂刷混凝土表面所有的部分, 但涂层厚度不超过0.4mm, 并不得漏刷或有流淌、气泡等现象。

等罩面胶固化后 (固化时间视现场气温而定, 以手指触感干燥为宜, 一般不少于2h) , 为了提高环氧涂层的防腐效果, 需在外表面涂抹一层水泥胶料, 以便与周围混凝土颜色相近似。涂抹水泥胶料时要加入一定的建筑胶做为界面剂, 并可多次涂刷, 提高水泥胶料与环氧涂层的粘结性。

5 施工注意事项

⑴在施工过程中及施工完成后24h内防止雨淋或受潮, 并注意保护, 防止硬物碰伤施工表面。环氧防腐胶的固化温度不得低于5℃。平均气温为20~25℃时, 固化时间不得少于3~7d;平均气温为10℃时, 固化时间不得少于7~10d。

⑵各种环氧胶液应在其说明书中规定的环境温度中密闭保存, 并远离火源, 且避免日光直射。

(3) 环氧胶液不得污染水源及地下水等, 在现场配制及施工时要保持良好的通风。

⑷施工人员应带防护面罩、手套和穿着工作服。

环氧类防腐涂层的施工所需设备比较简单, 只要小型的角磨机、搅拌机及空压机等一些小工具, 操作简单且容易掌握, 在日常的防腐作业中容易推广, 诸如桥墩防腐、桥梁梁板的防腐、隧道衬墙的防腐等等。

目前, 根据我们单位在沈海高速公路桥墩防腐加固、福银高速公路箱梁梁板防腐及上洋隧道衬墙防腐应用情况来看, 环氧类防腐涂层在混凝土防腐中的应用比普通防腐措施更具耐久性及耐老化性能, 不但能起到很好的防腐效果, 而且具有一定的加固作用。

参考文献

[1]魏延坤.梁体外观质量缺陷分析及整改措施.铁道标准设计, 2007 (08)

[2]李世华.道路桥梁维修技术手册.北京:中国建筑工业出版社, 2003

[3]福建省高速公路建设总指挥部.福建省高速公路养护管理文件汇编, 2005

环氧防腐涂层 篇2

但是根据2009、2010年度我们对油气田防腐厂及集输管道施工现场的监督检查结果显示,目前油气田范围内使用的钢制单层熔结环氧粉末防腐管存在诸多质量问题,防腐管材从产品生产到出厂运输再到现场使用的各个环节均有不同程度的质量问题出现,这些问题的出现严重影响了集输管道的使用寿命,给长庆油田油气产量稳定发展埋下了隐患。

1 原材料进厂阶段质量问题

防腐厂使用的部分管材锈蚀等级严重,壁厚减薄量过大甚至超标,管材不圆度超标。

2010年9月在对某防腐厂检查过程中发现规格为Φ114mm×11mm的原材料管材锈蚀等级严重,在抛丸除锈之后,对管材进行金属测厚和锚纹深度测试,锚纹深度严重超标,最深处接近1.0mm,经金属测厚,管材壁厚不足10mm。但是由于集输管道建设工期紧、防腐管材需求量大等原因造成防腐管材供不应求,导致防腐厂原材料进场验收环节形同虚设。

改进措施:加强管材进场验收环节;监理单位驻场监造充分发挥作用。

2 产品生产阶段质量问题

2.1 管材除锈过程中质量问题

(1)锚纹深度超标、毛刺过多。部分防腐厂为了快速高效地取得很好的除锈效果,在管材抛丸除锈阶段使用的钢丸均是由圆形钢丸与条形钢丸配比而成,但是由于两种比例的钢丸配比不合理,除锈之后虽然管材外观除锈等级达到了标准要求(SY/T0315-2005《钢质管道单层熔结环氧粉末外涂层技术规范》要求是达到Sa2.5级)[1],但是很多管材锚纹深度超标,个别管材锚纹深度甚至达到了500～800μm,且经过除锈的管材毛刺过多,导致后续静电喷涂工作结束后,经电火花检漏,许多防腐管均存在漏点。

改进措施:(1)调整两种钢丸配合比例,推荐比例为条形钢丸20%～30%、圆形钢丸70%～80%,可以有效避免锚纹深度超标,使环氧粉末喷涂厚度达到标准要求。(2)全部使用圆型钢丸,可以有效避免管材毛刺过多的现象,但是除锈效率可能会降低。(3)采用电动工具对管材毛刺部位进行打磨处理。

(2)除锈等级不达标。在2012年对防腐厂的几次大检查中,部分防腐厂的管材除锈效果均不达标,后经分析发现,这些防腐厂抛丸除锈使用的钢丸均是100%的圆形钢丸,但是由于除锈生产线钢管传送速度过快、钢丸锈蚀程度过大、除锈前未对管材进行除潮处理等原因,导致现场除锈效果不理想。

改进措施:(1)调整除锈生产线送管速度。(2)定期更换钢丸。(3)钢管除锈前进行干燥处理,由于部分防腐厂所处地区的昼夜温差较大,尤其是每年雨水多发季节空气湿度大,因此,管材在除锈之前潮气较大,若不进行除潮处理,则管材除锈难道度较大,且钢丸损耗很大,除锈之后的管材返锈较快,因此,应在除锈车间放置温湿度计,并在除锈之前对管材进行加热处理,驱除潮气达到干燥钢管的目的(最理想加热措施是在除锈生产线前端加装一组中频加热装置)。

(3)除锈之后未清理残留在钢管上的钢丸和锈粉,且防静电设施不齐全。管材经除锈车间除锈之后便被送上传送带,继续进行静电喷涂,但是部分防腐厂由于除锈车间密闭措施较差,导致除锈车间灰尘很大(主要成分为锈尘),除锈钢丸四处飞溅,并且由于静电作用,在钢管表面仍吸附有残留的钢丸,因此,尽管钢管的除锈等级达到要求,但是由于残留的锈尘和钢丸未清理干净,很容易对除锈合格的管材造成二次污染,导致后续的喷涂效果不理想,经常出现涂层漏点、附着力不足等现象。

建议改进措施:在喷涂生产线前端设置除尘措施和防静电措施,以保证管材表面的洁净。

2.2 静电喷涂过程中常见的质量问题

(1)整根钢管普遍喷涂厚度不足。由于喷涂生产线传送钢管速度过快、静电喷枪距钢管表面距离过大,经常出现防腐层厚度不足的情况,对于这些厚度不足的防腐管按照标准要求通常均是对涂层进行剥离并重新除锈、再次喷涂,这样做不仅费工费力,也造成了很多浪费。

改进措施:减慢传送带速度;调整静电喷枪与钢管表面距离,推荐距离为10～25cm之间,具体参数需现场试生产而定。

(2)钢管个别部位喷涂厚度不足。由于锚纹深度超标,在凹坑部位厚度不足并且管材毛刺过多。

(3)防腐层变色或附着力不足。在管材通过加热器过程中,若加热温度过,高容易使溶解环氧粉末防腐层变色(通常泛黄色),若加热温度过低,则会导致防腐层附着力下降,严重影响管材的防腐性能。

改进措施:应实时监测环氧粉末涂覆之前钢管表面的瞬间温度,并及时监测每批次防腐管的涂层质量,结合环氧粉末生产厂家提供的温度参数和现场生产设备的实际状况调整适宜的温度。

(4)管材表面涂层结块、涂层不均匀。管材在静电喷涂生产过程中,对于从喷枪中喷出而未吸附在管材表面的粉末,一般都采取回收粉末二次再利用的方法解决。减少喷涂过程中对粉末的浪费,有效地降低静电喷涂成本,但是由于粉末回收措施不到位,导致许多喷出的粉末落在喷涂室的地面,使粉末受潮,对于这些受潮的粉末通常只是简单过筛后就继续使用,这严重影响了喷涂质量,导致管材表面涂层结块、涂层不均匀,严重影响了防腐管的防腐性能。

改进措施:在防腐厂车间放置温湿度计,随时监控车间湿度,对于二次回收的粉末先进行干燥处理,然后再过筛,颗粒等级必须达到粉末生产厂家提供的等级要求,然后经驻场监造验收合格后再使用。

(5)喷涂车间粉末飞扬。在粉末喷涂过程中,我们经常会看到喷涂车间、冷却车间粉末飞扬,这些粉末最终无法回收再利用,既浪费粉末原料,又污染了车间环境,并且对操作工人的身体健康造成了伤害。造成这些现象的原因是由于喷涂工房密闭设施效果不好、喷涂工房无粉末回收装置、喷枪气压过高等。

改进措施:改进喷涂工房密闭设施;在工房一侧增设粉末回收装置;调整喷枪气压。

3 产品运输及交付现场使用过程中常见的质量问题

3.1 产品运输过程中常见的质量问题

由于长庆油田油气生产区地理位置的特殊性,尤其是油田区块各采油区均处于黄土高原沟壑丘陵地带,油区临时伴行道大多都崎岖不平、黄土飞扬,导致环氧粉末管材在运输过程中发生磕碰的现象很严重,这严重影响了管材的防腐层性能,运送到施工现场的合格管材大大减少。尽管管材在现场使用前要经过监理单位验收合格后方可使用,对于不合格管材通知防腐厂工作人员到现场进行修补处理,合格之后再交付使用,但是这严重影响了施工期,并且由于集输管道建设量大、工期要求紧、外协工作难度大等因素,防腐厂家不可能及时地对所有破损防腐管材进行修补,因此,有一部分不合格管材现场被使用,这为工程质量埋下了隐患,严重影响了管道的使用寿命。

改进措施:在防腐管装车运输前加设防碰撞措施,如每根防腐管多缠绕草袋子或加设胶皮垫圈等,已减少钢管间接触。

3.2 产品在现场使用过程中常见的质量问题

(1)管道组使用撬杠直接接触管材防腐层造成移动钢管。

(2)采用弹性敷设使管材过度弯曲,弯曲度超过产品技术参数的要求范围。

(3)管道下沟回填时使用工具对管道强行下沟。

以上这些原因均会导致管材防腐层受损,影响后续使用效果。

改进措施:在防腐管材出厂时,向使用单位提供产品使用说明及注意事项,注明弹性敷设最大弯曲度等相关技术参数,从而规范施工单位在现场的使用。

鉴于目前长庆油田熔结环氧粉末外涂层防腐管用量大、使用区域广的特点,推荐使用双层熔结环氧粉末外喷涂技术,从而可以根本上解决防腐管因产品运输及交付现场使用过程中出现的质量问题。

4 结语

静电粉末喷涂作为一种涂敷工艺,具有极高的生产效率、优异的涂膜性能、良好的生态环保性和突出的经济性,在防腐领域得到了大力推广,熔结环氧粉末外涂层防腐管在长庆油田管道建设领域更是扮演着重要角色。石油、天然气管道是长庆油田的血脉,是整个油气田生产良性、稳定的发展前提和保证,这需要防腐管生产厂家、建设单位、设计单位、使用单位、监理单位共同努力,对影响质量的每一个环节都要充分考证、严格把关,明确“质量是百年大计”的工程建设思想,结合长庆油田各油气区块的实际情况具体应用,科学规划、周密选材、合理施工、认真检测、严格监理,以确保长庆油田各项管道工程的施工和运行万无一失。

摘要：分析了单层熔结环氧粉末外涂层防腐管从产品生产到出厂运输再到现场使用的各个环节出现的质量问题,认为产品生产过程中除锈不合格,喷涂工艺存在缺陷以及产品在运输使用时操作不规范等导致熔结环氧粉末外涂层防腐管发生质量问题,严重影响了油气田集输管道的使用寿命,给长庆油田油气产量稳定发展埋下了隐患。提出了相应的改进措施。

关键词：熔结环氧粉末,防腐管,质量问题

参考文献

环氧复合涂层的摩擦磨损性能研究 篇3

关键词：环氧树脂,复合涂层,填充改性,摩擦磨损

环氧涂层具有附着力强、固化收缩率小和化学稳定性好等优异性能,是一种应用广泛的涂层材料。环氧涂层固化交联后的三维网状结构造成其脆性大、耐磨损性差,这些缺点限制了环氧树脂作为涂层材料的应用范围[1]。为了提高环氧涂层的摩擦磨损性能,需要通过物理方法或化学方法对其进行改性。环氧涂层改性所采用的物理方法是填充改性[2],填充改性是在环氧涂层中加入无机和有机填料,填料可以增加环氧涂层的硬度,提高其承载能力。填料降低了摩擦过程中环氧涂层与金属表面之间的相互作用,有助于在金属表面上形成转移膜。所形成的转移膜阻隔了环氧涂层和金属表面的相互摩擦,改善了环氧复合涂层的摩擦学性能,从而实现减小摩擦系数提高耐磨损性能的预期目标。

1单一填充

填充改性是通过添加填料来提高环氧涂层的性能,在环氧涂层中加入无机和有机填料,可显著改善涂层的摩擦磨损性能。

1.1无机填料填充改性

无机填料填充改性常用的填料主要有固体润滑剂、纤维类材料和纳米材料等。

( 1) 固体润滑剂: 石墨和二硫化钼为层状结构,具有良好的自润滑性能,是常用的固体润滑剂。在环氧涂层中加入石墨可以提高涂层的摩擦磨损性能,石墨能够阻止环氧复合涂层中的裂纹扩展,降低环氧复合涂层的磨损量。石墨的自润滑性能减小了环氧复合涂层的摩擦系数,石墨/环氧树脂复合涂层的摩擦系数和磨损量均随着石墨含量的增大而减小[3]。在环氧涂层中填充二硫化钼也可以改善环氧涂层的综合性能,添加二硫化钼降低了环氧涂层的摩擦系数,提高了环氧涂层的耐高低温 ( 使用温度可为 - 60 ~ 300 ℃ ) 性能。研究结果表明,二硫化钼 / 环氧复合涂层的附着力好、耐化学溶剂、抗冲击性能优良[4]。

( 2) 纤维材料: 纤维填料的种类不同,对环氧涂层摩擦磨损性能的影响也不同。碳纤维作为填料能够承受载荷、传递应力,提高环氧复合涂层的耐磨损性能。在碳纤维/环氧复合涂层的摩擦过程中,碳纤维具有支撑载荷、束缚环氧基体和减少环氧涂层破坏的作用。加入碳纤维降低了环氧涂层的摩擦系数和磨损率,环氧复合涂层的摩擦磨损性能随着碳纤维含量的增加而提高[5]。芳纶纤维具有强度高、模量大和化学性能稳定等优异性能,在环氧涂层中填充芳纶纤维能够提高环氧涂层的摩擦磨损性能。芳纶纤维含量对摩擦系数和摩擦界面温度存在较大的影响,芳纶纤维降低了环氧复合涂层的摩擦界面温度和摩擦系数。添加芳纶纤维有助于固体润滑组元在摩擦界面形成自润滑薄膜,使环氧复合涂层具有较好的减摩性能[6]。

( 3) 纳米材料: 纳米材料具有较大的表面积和较高的表面能,在环氧涂层中填充纳米材料容易产生界面效应,使纳米环氧复合涂层具有优异的摩擦磨损性能。在环氧树脂中填充纳米Ni@ Ni O可以改善其力学性能和摩擦学性能,当纳米材料含量为5% 时,纳米复合材料的硬度和弹性模量分别提高了37. 8% 和16. 3% ,耐磨损性能提高了22. 2倍,具有最低的磨损率和最小摩擦系数。纳米Ni@ Ni O改变了环氧的磨损机制,由严重的粘着磨损转变为轻微的磨粒磨损[7]。石墨烯填充改性环氧树脂是目前的研究热点,在纳米氧化石墨烯很低含量0. 05% ~ 0. 5% 的范围内,纳米氧化石墨烯复合材料的耐磨损性能明显提高,磨损率减小了90. 0% ~ 94. 1% 。纳米片状氧化石墨烯具有很高的表面积,其皱折状的粗糙表面强化了两相间的相互作用,使氧化石墨烯很低含量时纳米复合材料就具有优异的摩擦磨损性能[8]。

1.2有机填料填充改性

有机填料具有良好的柔韧性,填充有机填料可以改善环氧涂层的脆性,提高环氧涂层的摩擦磨损性能。超高分子量聚乙烯( UHMWPE) 具有柔顺的分子链和超高的分子量,胡伟炜等研究了UHMWPE/环氧复合 涂层的摩 擦磨损性 能,考察了UHMWPE不同含量和多巴胺表面修饰对环氧复合涂层摩擦磨损性能的影响。不同UHMWPE含量环氧复合涂层的摩擦系数和磨损率均小于纯环氧涂层,且添加UHMWPE提高了复合涂层的抗冲击性能。多巴胺表面修饰UHMWPE参与固化反应, 改善了与环氧涂层的相容性,提高了环氧复合涂层的摩擦磨损性能[9]。

离子液是一种理想的液体润滑剂,Sanes等研究了离子液填充改性环氧树脂的摩擦磨损性能,考察了不同含量离子液对环氧树脂摩擦磨损性能的影响,探究了离子液/环氧树脂的磨损机制。添加离子液降低了环氧树脂的摩擦系数,摩擦系数由0. 73减小至0. 29; 离子液提高了环氧树脂的耐磨损性能,磨损率由1. 52 × 10- 4mm3N- 1m- 1降低为2. 59 × 10- 7mm3N- 1m- 1。 加入离子液改变了环氧树脂的磨损机制,纯环氧树脂的主要磨损机制为严重的表面裂纹扩展,而离子液/环氧树脂的磨损机制为轻微的表面塑性变形[10]。

2复合填充

复合填充能够改善单一填料改性存在的性能缺陷,强化环氧涂层的综合性能,更好地提高环氧复合涂层的摩擦磨损性能。

2.1无机填料与无机填料复合填充改性

无机填料改性不仅可以提高环氧涂层的机械性能,还能够改善其硬度等性能。孙金亮等研究了二硫化钼 /氧化石墨填充环氧复合涂层的摩擦磨损性能,二硫化钼和氧化石墨作为二元固体润滑组元,复合填充改性环氧涂层时具有协同效应。使用有机钼酸酯偶联剂对二硫化钼和氧化石墨进行表面修饰,能够改善复合填料在环氧涂层中的分散性,提高环氧复合涂层的附着力和抗冲击性能。实验结果表明偶联剂对二硫化钼表面修饰的效果较好,当二硫化钼含量大于氧化石墨含量时,二硫化钼和氧化石墨复合填充的分散性更好、协同效应更强,环氧复合涂层的摩擦磨损性能更优[11]。

易英等用氟化石墨和碳化硅两种填料复合填充环氧涂层, 考察了氟化石墨和碳化硅含量对环氧复合涂层摩擦学性能和力学性能的影响。在氟化石墨/碳化硅环氧复合涂层中,具有润滑性能的氟化石墨有助于降低摩擦系数,而较高硬度的碳化硅有利于提高耐磨损性能。随着摩擦磨损试验中载荷和线速度的增加,环氧复合涂层的摩擦系数均呈减小趋势。通过环氧复合涂层力学性能的测试结果表明,碳化硅含量越高,环氧复合涂层的拉伸强度越大,但其断裂伸长率越小[12]。

2.2纤维填料与其它填料复合填充改性

纤维填料填充改性可以改善环氧涂层的承载能力,纤维填料和其它填料复合填充能够更好提高环氧涂层的摩擦磨损性能。Guo等用苯乙烯马来酸酐共聚物接枝的纳米Si O2和短碳纤维复合填充环氧树脂,通过共聚物接枝的纳米Si O2参与环氧固化反应,强化了纳米Si O2与主体树脂的界面作用力。通过考察纳米Si O2和短碳纤维不同含量对环氧复合材料摩擦磨损性能的影响,发现两种填料复合填充时存在协同效应,复合填料填充的摩擦磨损性能显著地优于单一填料填充。当纳米Si O2含量为4% 、短碳纤维含量为6% 时,复合填充改性纳米Si O2/ 短碳纤维纳米复合材料具有最佳的摩擦磨损性能[13]。

Zhang等分别用粒径20 nm的纳米Si O2、粒径300 nm的亚微米( Ti O2/ Zn S) 填充改性含有短碳纤维和片状石墨的环氧树脂复合材料,考察了纳米材料、亚微米材料在环氧复合材料中的分散性,研究了纳米环氧复合材料和亚微米环氧复合材料的摩擦磨损性能。纳米材料在环氧复合材料的分散性更好,所对应纳米环氧复合材料的摩擦磨损性能也更好。在金属表面粗糙度分别为Ra= 0. 30 μm和Ra= 0. 01 μm的情况下,研究了纳米环氧复合材料和亚微米环氧复合材料的磨损机制,发现镜面抛光低粗糙度表面不利于转移膜的形成,纳米环氧复合材料形成的转移膜质量优于亚微米环氧复合材料[14]。

2.3有机填料与其它填料复合填充改性

有机填料和其它填料复合填充改性对环氧涂层摩擦磨损性能的改善效果更好。Saurin等用离子液和石墨烯复合填充改性环氧树脂,比对了纯环氧、单一填充改性环氧复合材料和复合填充改性环氧复合材料的摩擦学性能。纯环氧的摩擦系数较大,且发生严重的磨损,磨损率为8. 1 × 10- 4mm3N- 1m- 1; 填充改性环氧复合材料的摩擦系数较小,且具有良好的耐磨损性能。通过微观分析和性能测试表明,填充离子液在环氧复合材料中起到增塑的作用,添加石墨烯在环氧复合材料中起到提高热稳定性和增加硬度的作用[15]。

何芳等研究了UHMWPE纤维和碳纤维不同含量对环氧复合材料的摩擦磨损性能的影响,探讨了复合填充改性环氧复合材料的磨损机制。在UHMWPE纤维/碳纤维环氧复合材料中, 具有热塑性UHMWPE纤维有利于减小摩擦系数,而具有高强度的碳纤维有助于提高耐磨损性能。在UHMWPE纤维和碳纤维总含量为36% 的条件下,随着碳纤维含量的增加,复合填充改性环氧复合材料的耐磨损性能逐渐提高[16]。微观分析表明UHMWPE纤维 / 环氧复合材料主要是粘着磨损,碳纤维 / 环氧复合材料主要是磨粒磨损,复合填充改性环氧树脂复合材料的磨损机制取决于两种填料的含量。

3结语

环氧涂层摩擦磨损性能的改善可以扩大其应用领域,填充改性是提高摩擦学性能非常有效的方法,可以根据具体工况条件选择相应的填料改性环氧涂层。

( 1) 填充改性提高了环氧复合涂层的硬度和承载能力,填料阻止了环氧复合涂层上的裂纹扩展,改变了环氧涂层的磨损机制。

环氧防腐涂层 篇4

1.1 大气腐蚀

大气腐蚀是空气中的氧气和水与钢结构反应产生的化学和电化学反应。钢结构的纯化学腐蚀实际工程中较少见。金属的破坏大多数是电化学腐蚀, 由于钢铁本身不纯, 它除含碳以外还有其他杂质, 从而在钢铁表面形成了无数微小原电池, 此种腐蚀在生产实践中广泛存在。

1.2 局部腐蚀

局部腐蚀常见的有电偶腐蚀和隙缝腐蚀。电偶腐蚀是指两种以上具有不同电位的金属接触造成的腐蚀, 耐腐蚀性较差的金属 (活泼金属) 接触后成为阳极, 腐蚀加速;而缝隙腐蚀是主要发生在钢结构表面缝隙中发生的局部腐蚀, 常和垫片下、空穴搭接缝、表面沉积物 (如砂、灰尘) 以及缝隙内存在的少量静止溶液有关, 钢结构最敏感的隙缝腐蚀缝宽为0.025～0.1mm。

1.3 应力腐蚀

应力腐蚀是指金属在拉应力和特定腐蚀介质共同作用下发生的脆断。有些腐蚀介质的浓度很低就可以引起应力腐蚀, 而这种应力腐蚀由于事先无明显的表现, 一旦出现后果往往是不可控的。

2 钢结构防腐蚀的几种方法

2.1 选用改性钢结构材料

把少量合金元素添加到钢中, 如铜、铬、镍等, 形成耐候钢以提高钢材的耐候性能。耐蚀性优与普通钢材, 适宜在室外环境使用并保持了钢材良好的焊接性能。

2.2 热浸镀锌

热镀锌层与基体结合的强度高, 熔锌形成铁-锌合金层覆盖于整个工件表面。锌与铁在有电解质条件下, 锌不断溶解, 而基体 (铁) 得到保护。另外锌的腐蚀产物耐腐蚀性能, 尤其是在大气、水、土壤及混凝土中耐腐蚀性好, 如电讯构件灯塔的热镀锌应用。

2.3 金属热喷涂

在腐蚀性等级为Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级中的钢结构宜采用金属热喷涂法。将钢结构基层表面通过喷射或抛射处理, 采用电弧喷涂法或气喷涂。

2.4 涂层法

通过涂刷或喷涂在钢结构表面形成涂层起到保护金属作用。

2.5 电化学保护法

常用阴极保护法是将被保护金属与直流电源负极相连, 通过外加阴极电流进行阴极极化而使金属得到保护的方法。

在这几种防腐蚀方法中, 涂层法因其适用性广而在建筑工程中得到较多的应有。本文将对涂层法施工中常见到的问题进行探讨。

3 钢结构防腐工程中存在的问题

3.1 设计环节产生问题

由于对防腐认识不足、有局限性或是对涂料的技术参数没有认真进行研究, 对涂料的使用环境、应用情况未进行严格确认, 不能根据钢结构所处的环境、设计使用年限等选择涂料类型, 或是由于投资成本控制而选择防腐性能不适宜的涂层而造成防腐问题。例如工业厂房内在生产时由于工艺上的原因, 不时有碱性蒸汽飘逸, 此区域内的钢结构基本上处在碱性湿汽的环境中, 涂层若全部选择普通调合漆, 因普通漆不耐碱, 投用后钢结构会出现不同程度的被破坏现象。另外, 常见问题是涂层厚度技术要求笼统或不严谨, 部分项目的涂层仅对总厚度进行了标注, 对底层、中层、面层各层厚度没有提出要求, 使各层施工的随意性增加。若无技术要求, 规范中规定一般按照室外150μm, 室内为125μm, 允许偏差为-25μm, 每遍干漆膜厚度的允许偏差为-5μm来控制。

3.2 涂层施工中的常见问题

3.2.1 进场材料出现的问题

涂料种类对涂层影响程度占到4.9%, 但涂料质量的检验比较复杂, 一般检测难度大。很多小规模生产厂家降低价格高的原料的比例以获利, 此种涂料一旦使用会带来很大的防腐问题。

3.2.2 基层清理存在问题

钢结构基层表面处理的结果对防腐的影响, 据统计对涂层寿命影响程度占47.5%, 表面处理方法有:手工处理或动力工具除锈:其质量等级可分为St2和St3级, 但手工处理劳动强度大、效率低, 处理质量随着作业人员工作时间延长会降低, 基层清理质量难以保证。特别是热轧制型材, 用此法除锈前后颜色变化不明显, 极易造成漏处理或不处理现象。需注意:动力除锈的抛光现象减弱了涂层的附着力。机械喷射或抛射除锈是将丸或砂加速后投射到金属表面, 依靠摩擦与冲击作用去掉污物、锈蚀物等。钢丸处理薄板会导致薄板变形, 另外工件表面的油迹清理不彻底, 复杂工件能产生清理死角。

3.3.3 不按要求操作产生的问题

涂料产品的生产厂家不同, 其配比成分也有差异而不能保证涂层的配套。没有按要求用厂家指定的稀释剂而对涂料进行稀释, 也是造成涂层质量事故的原因。所以, 要严格按照涂料说明或技术文件的要求来进行涂装, 避免由于混批、混种类可能产生质量问题, 而不便于损失的分析和赔偿。

冬季、雨季、潮湿环境在钢结构防腐蚀施工中常遇见。在实际工作中, 冬季涂装温度低于3℃, 在雨季环境湿度已超过85%, 由于各种原因不能采取局部措施, 涂装仍然进行。雨季时凝结在钢结构表面的水汽被涂层覆盖后, 这些水汽会造成防腐蚀质量问题。涂层还未完全达到实干就涂装下一道漆, 也是产生腐蚀的一个原因。

4 结语

钢结构防腐产生的问题是由各环节、多因素形成的, 从设计、施工、后期维护, 每一个环节都能诱发涂层损坏从而达不到设计寿命。认真做好防腐蚀的各环节工作, 另外积极研究新的保护方法, 以提高钢结构的使用寿命。

摘要：钢结构广泛使用在工程项目中, 其腐蚀影响了钢结构的安全且造成经济损失。本文通过对钢结构腐蚀机理的分析及防腐方法的论述, 对常见的涂层防腐问题进行了探讨, 以有效提高钢结构防腐质量。

关键词：钢结构,腐蚀,防腐涂层

参考文献

[1]胡传炘.表面处理技术手册[M].北京:北京工业大学出版社, 1997.

防腐耐温金属基无机涂层项目 篇5

金属基无机涂层采用的高强度抗磨粘涂技术, 不仅可以有效保护炉管免受S02、H2S、HCl等腐蚀, 而且可以尽可能少地避免对炉管传热的影响, 并在钢表面形成具有耐900℃高温辐射的涂层材料。能适应锅炉反复启停的工作条件。金属基无机涂层具有更强的粘结性能, 抗高温性能, 耐磨性能, 而成本增加较少。

应用范围

电力、冶金、仪器仪表制造、建筑加固、重载耐磨等方面。

主要技术指标

(1) 粘涂剂可采用喷涂和刷涂多种方式使用;

(2) 粘涂剂平板粘结强度大于10MPa;

(3) 达到有效抗氧化保护的厚度小于0.5毫米;

(4) 耐磨性是A3钢的2倍。

经济效益预测

防止高温破坏的问题不仅是电力、冶金、石化等部门的问题, 以电力系统300MW锅炉机组为例, 电站锅炉四管防护面积在1 000平方米左右, 以每平方米900元计, 工程总费用为90万元 (以300MW机组计) 。涂层保护期为4年。全国数百家电厂、数千台电站锅炉都可应用, 工程前景十分广阔。

单位:山东师范大学

地址:山东济南文化路88号

邮编:250014

水性环氧防腐涂料的研究及展望 篇6

由于环氧树脂含环氧基等特殊结构,其附着力强、耐腐蚀性能好,故而在涂料中使用的防腐性能优越,因此其被广泛的应用于水性防腐涂料中的制备。水性环氧防腐涂料的基料主要由疏水性的环氧树脂和亲水性的胺类固化剂双组分组成。其中环氧树脂的乳化、环氧树脂与固化剂的配比及其相容性直接影响着涂料的防腐性能。而新型水性防腐涂料的制备中,主要是对基料和颜填料的特性进行考虑使其有效的应用于涂料[2,3]。

1 基料在涂料中的防腐机理及研究现状

基料在涂料中作为主要的成膜物质,对金属的防护机理主要有[2,4,5,6,7,8,9]:

(1)对腐蚀介质的物理屏蔽

通过环氧树脂与固化剂间发生交联作用形成三维的网状结构,提高涂层的致密度,减少涂层的空隙,阻止或抑制氧气、水、电解质离子等透过涂膜,形成一种机械屏蔽。这种屏蔽作用使基体与腐蚀介质隔离,阻断了腐蚀电池的通路,进而降低了腐蚀介质向涂层与基材界面扩散,最终防止了腐蚀电池的形成而抑制了腐蚀活动的进行。

(2)漆膜的电阻效应

涂层的成膜物质大多为高分子有机化合物,其绝缘性好,具有很高的电阻,能妨碍阳极或阴极与溶液间的离子的移动,在腐蚀电池的溶液中起到了介入高电阻的效应。

(3)附着力

环氧组分的涂层与金属间有很强的附着力,使涂层的屏蔽作用的有效性增强,进而减缓腐蚀到达基材的速率,从而起到增强防腐能力的作用。

近年来,水性环氧涂料在固化过程中残留在涂层中的亲水性乳化剂和交联剂影响涂料的耐化学腐蚀性能,对于水性环氧涂料的研究许多学者重点集中在采用各种方法对基料进行改性、优化配方和改善制备工艺条件,其中改性后的树脂乳液或固化剂使涂料的附着力和防腐等性能得到了显著的提高[10,11,12,13]。

蒋志恒等[14]以三乙烯四胺、丁基缩水甘油醚、E-51及聚乙二醇(PEG)为原料,制备了W220、W250、W150 3种水性环氧固化剂,其中PEG质量分数分别为0、14%、15%,研究了不同固化剂体系和胺氢/环氧基团比对清漆性能的影响,并设计了一种水性环氧防腐涂料配方,结果表明:选用固化剂W250,胺氢/环氧基团物质的量比为1.1∶1,涂料颜基比为1.1∶1,氧化铁红与三聚磷酸铝质量比为1∶1.5时,涂料的防腐性能最佳,耐盐雾400h。

张凯等[15]首先以环氧树脂、硅烷改性剂等原料制备了硅氧烷改性水性环氧树脂分散液,再配合防腐颜填料及各种助剂配制涂料。此涂料成本低,贮存稳定性好,耐水、耐腐蚀性好,且具有加热自固化等优异性能。岳斌[16]先以合成的一种含有活性基团的磷酸酯单体、(甲基)丙烯酸及其酯类单体及含氟单体经过自由基共聚合制备乳液,该乳液在成膜过程中可以与活性的金属离子发生络合反应而转化成对涂膜无害的物质,从根本上解决腐蚀问题。

石亚军等[17]优选了固含量为50%、树脂环氧当量为212g/mol的环氧乳液及固含量为60%、活泼氢当量为188g/mol的固化剂体系作为水性环氧防腐蚀涂料的成膜物质,确定了当水性环氧树脂乳液和固化剂的最佳质量比为2∶1,复合铁钛粉、铁红和滑石粉的质量比为1∶1∶1.5,且颜料体积浓度(PVC)为47.7%时,涂层的防腐等性能最佳。

目前市场上使用较多的水性环氧涂料主要是离子型的,由于该体系中存在着离子,使得水性环氧涂料易受环境pH值的影响而导致储存稳定不好,且易腐蚀基材。因此研究和开发非离子型水性环氧涂料是环氧涂料的发展趋势。

邹海良等[18]以低分子量亲水性的乙二醇二缩水甘油醚、十八胺为反应原料制备出了一种具有表面活性的自乳化非离子型水性环氧固化剂。其制备成本低廉、工艺简单、乳化效果好、粘度较低。当脂肪胺是三乙烯四胺(TETA)、含水量为30%~40%、胺氢与环氧摩尔比为0.8∶1~1.2∶1、固化温度在30~50℃时,用该固化剂制备的水性环氧涂料涂膜性能优异,且达到了国内外水性环氧涂料行业标准的要求,实用价值高。席发臣等[19]合成了一种阴离子-非离子复合型反应型水性环氧乳化剂,在其中引入双酚A链段、羧基、环氧基,增强了其的乳化能力,且自身可参与固化反应,消除了该组分对水性环氧防腐涂料耐水性能的影响。用该乳化剂制得的水性环氧乳液粒径小,涂膜的固化程度高,涂层更加致密,最终制备的涂料的防腐性能较好。

2 颜料在涂料中的防腐机理及研究现状

环氧体系涂料中的颜料对金属基材主要有物理和化学两方面的防护效应[5,9,13,20]:

(1)对腐蚀介质的物理屏蔽作用

玻璃鳞片、云母鳞片等片层结构的的屏蔽性颜填料具有化学惰性、低透水性和强抗磨损特性,其能够在涂层中平行排列,而这种排列结构使水、氧气、电解质等腐蚀介质在涂层中的扩散路径变得更为曲折且扩散到基材所需的时间更长,阻止基材表面与腐蚀介质直接接触,避免了表面发生化学的或者电化学反应,从而防止形成腐蚀电池或抑制其的腐蚀活动[21]。

(2)颜料的缓蚀和钝化作用

磷酸锌、氧化铁红等活性颜料是防腐涂料的重要组成部分。此类活性颜料与金属表面发生化学反应,形成钝化膜,改变金属表面性能,使得腐蚀电池产生电极极化,降低腐蚀电池的电化学反应速率从而对金属的腐蚀起到有效的缓蚀与钝化作用,能有效的改善水性环氧涂料的附着力、吸水率、起泡行为和界面保护作用[22],从而增强防腐性能。

(3)阴极保护作用

锌粉等金属粉有很好的化学活性[3],当在涂料中添加大量的锌粉等金属粉作为阳极时,涂层的电极电位相对于要保护的金属基材更负,此类活性颜料能在腐蚀电池中作为阳极首先被反应而牺牲,使得金属基材作为阴极而得到了保护。

Nikravesh B[9]研究了不同比例的云母氧化铁/铝颜填料对环氧体系涂料防腐性能的影响。通过EIS、SEM等测试手段发现:只含有铝的涂料的性能比纯云母氧化铁的防腐涂料的性能好,而使用云母氧化铁和铝颜料的涂层的抗剥离性要好很多,当云母氧化铁和铝的含量分别为10%、90%时,涂料的防腐性能最好,原因是铝粒子比云母氧化铁更容易与OH-离子反应形成氢氧化铝的沉淀,且铝粒子能够降低电解质pH,最终提高涂层的防腐性能。

Naderi R等[23]研究使用了磷酸锌(ZP)和磷酸铝锌(ZPA)两种防腐用颜填料制备环氧涂料,研究结果表明,改性后的磷酸铝锌的的防腐及附着力等性能都明显的比磷酸锌要好。

Granizo N等[24]制备了一种阴离子交换的颜料水滑石/钒酸盐,配方中加入此颜料的涂料具有特殊的附着力和对水、氧气及氯离子具有低的渗透性,因此其的剥离性和起泡性都很低,当其质量分数为5%~10%时,其制备的涂料的防腐性能最好。

磷酸锌颜料已经取代传统的铬酸锌和氧化铅等有毒颜料而作为绿色颜料广泛的运用在涂料的制备上,但是最近发现磷酸盐类涂料运用在水上设备时,会造成水体的富营养化而破坏水体的生物链从而造成环境的破坏。因此减少磷酸锌等盐类的用量保证涂层的防腐性能显得很重要。

Deya C等[25]研究了陶瓷微珠替代部分磷酸锌,使其和磷酸锌一起应用于涂料的制备上,结果发现当配方中含有少量陶瓷微珠和体积分数为10%磷酸锌时,其涂层的防腐性能要好于磷酸锌的含量为30%时的性能。即陶瓷微珠的应用可以降低磷酸锌的用量而防腐性能较好,在提高防腐性能的同时,可以减少其对环境的影响。

3 纳米材料在环氧体系防腐涂料中的研究现状

自1990年在美国巴尔的摩召开的第一届纳米科技会议,纳米材料科学作为材料科学的一个新的分支而被正式公布于世。由于纳米材料的表面效应、小体积效应、量子尺寸效应、量子尺寸隧道效应等,赋予了材料特殊的性能,且其用量少却能给涂料带来突出的性能,如增加粒子与涂层基料的物理作用,增强涂层的附着力进而提高环氧体系涂料的防腐性能[26],因此纳米材料在涂料制备中的应用越来越广泛。

任天斌等[27]制得分子链段中既含有亲水基团又含有亲油基团的纳米复合固化剂,其具有乳化功能,能够直接乳化环氧树脂或其溶液而不用外加乳化剂。此种水性环氧纳米复合固化剂和环氧树脂或其溶液按一定的比例配制,得到的水性环氧纳米复合涂料硬度高、附着力强,同时具有较好的耐水性和耐腐蚀性。

王永涛等[28]以三乙烯四胺、纳米SiO2为原料制得具有自乳化功能的水性环氧纳米复合固化剂,该固化剂再与低相对分子质量的液体环氧树脂或者高相对分子质量的环氧树脂醚溶液混合,制得水性环氧纳米复合涂料。研究结果表明:以苯基和苄基缩水甘油醚为封端剂,纳米SiO2掺量为2%和胺氢/环氧比为0.8时,合成的固化剂性能最佳,获得的涂料乳液粒径小,涂膜硬度高,涂膜的附着力、透明性、耐水性及耐化学药品性能优良。

铬酸盐、磷酸盐和金属颜料在涂料中的添加可以有效的提高有机涂料的防腐性能,但是,含有这些颜料的涂层对于长时间浸泡在腐蚀介质中时其抗腐蚀能力并没有得到明显的提高。而含有纳米粒子的涂料的此防腐性能却得到了明显的改善。实验[29]通过使用硅烷偶联剂改性后的纳米ZrO2,有效的提高了纳米粒子在环氧基涂料中的分散性,可使纳米粒子与聚合物之间形成适当的化学反应,产生更好的屏蔽作用和抗离子特性,提高防腐性。

近几年,像聚苯胺、聚吡咯等导电高分子材料作为防腐填料已成功的应用在有机涂料中。且此材料有价格低、电导性强。一些研究[4,29]指出使用PANI后可使金属表面钝化,形成Fe3O4/Fe2O3的钝化层,从而起到防腐的效果。通过实验[30]表明:添加纳米聚苯胺填料的涂料的起泡性和生锈程度都比未添加的要低,且其的附着力和防腐性能好。

4 展望

根据“十二五”规划的要求及当前的研究现状,水性环氧防腐涂料的发展方向有以下几个方面:

(1)研究和开发多种体系的复配防腐涂料。环氧体系的水性防腐涂料功能比较单一,在实际应用上有其不足,增加涂料的多功能性,可弥补环氧单一体系防腐涂料的缺陷。

(2)环保性能仍有待提高。由于水性环氧体系中使用了乳化剂和其它有机小分子助剂,可能对环境造成影响,故在保证性能的同时寻找新型高性能剂类具有一定意义。

(3)未来的研究应在保证防腐性能要求的同时,要兼顾使用低廉的原材料,降低水性环氧防腐涂料的制备成本,从而推动水性环氧防腐涂料的产业化。

(4)考虑新型原材料的制备和应用时,使用新的测试手段,对不同的基料和颜填料配置而成的涂料进行性能测试以期得到性能最优的配方。

(5)加强施工性能。水性涂料对底材表面清洁度和施工过程的要求比较高,因为水的表面张力大,容易使基材料面污染是涂膜产生缩孔。

随着水性环氧防腐体系制备工艺的不断完善,我们将在前人研究的基础上,进一步拓宽环氧防腐涂料研究领域。相信在不远的将来,可以制备出性能优良且制备及施工成本低的环保型水性环氧防腐涂料,并能够为产业化发展打下坚实的基础。

摘要：分别介绍了基料和颜料在水性环氧防腐涂料中的防腐机理及其研究现状,且就其对涂料防腐性能的影响进一步介绍了纳米材料在涂料中的应用,最后对水性环氧防腐涂料的发展趋势进行了展望。

环氧防腐涂层 篇7

涂层对铁基底材防护效果的好坏,除了涂层本身的防腐蚀性能,还取决于涂层与铁基底材之间的附着力,即它们之间的物理或化学作用力。这种作用力越大,在腐蚀环境条件下涂层与铁基基材的附着力保持得越久,涂层可以有效地保护基材,从而延长基材的使用寿命。国内外专家就涂层的附着机理作了大量的研究,认为主要包括机械附着和化学附着,机械附着取决于涂料的润湿性能和底材表面的粗糙度等;化学附着则是涂料中的极性基团与基材表面的极性基团间的化学作用。一般认为化学附着更为牢固。近些年来对附着力促进剂的研究比较热门,其中对硅烷偶联剂研究得较多。

硅烷偶联剂是具有特殊结构的物质,其分子链两端一般都带有活性基团,其结构为:YRa - Si - Xb ,X是烷氧基团,通常可以水解成极性的硅羟基,吸附于铁基表面并与之反应[1];Y是另一种活性基团,如氨基、环氧基等,可以与涂料体系中的活性基团反应。这样硅烷偶联剂就能够在涂层和铁基底材之间形成一种连接纽带,改善涂层与基材的附着力[2]。Van Ooij等[3,4,5]以及徐溢等[6,7,8]对硅烷偶联剂的水解作了深入仔细的研究,认为用硅烷偶联剂的稀溶液处理金属,能够达到好的附着及防腐蚀效果。但这种处理工艺比较复杂,既要控制溶液的浓度、温度以及pH值,还要控制浸泡时间和烘烤时间等参数,因此实际应用受到了限制。

本工作选择氨基硅烷偶联剂作为附着力促进剂,直接添加到涂料体系中,研究了氨基硅烷偶联剂对环氧涂料与铁基底材之间附着力的影响。

1 试 验

1.1 试验原材料及仪器

试剂:环氧树脂CYD - 128,稀释剂D1217,氨基硅烷偶联剂,环氧固化剂Tz - 600,胶粘剂EP - 10S100,无水乙醇(分析纯)。

试片:普通低碳钢,规格:75.0 mm×50.0 mm×2.5 mm。

仪器:elcometer公司产 FA0020型拉拔仪,大普仪器有限公司产 DDS - 11A型电导率仪,AVATER产DTGS370型红外光谱仪。

1.2 试验内容

(1)试片处理

将试片除油、清洗干净后烘干水分,然后用粗砂纸(180目)打磨,使试片表面处理达到St3级,用脱脂棉擦干净表面后放入干燥箱中备用。

(2)涂料配制

涂料的基本配方如下:

(3)氨基硅烷偶联剂水解性能的测定

水解性能测定就是利用电导仪测定硅烷偶联剂水溶液达到最高的平衡电导率的时间。

(4)涂层附着力的测定

涂层的附着力根据GB/T 5210—85进行测定。

(5)红外及反射红外分析

根据红外分析试验中烷氧基和硅羟基的吸收峰来分析氨基硅烷偶联剂水解的程度,利用反射红外分析试验来分析添加氨基硅烷偶联剂的涂层与底材之间是否有化学键作用。

2 试验结果与讨论

2.1 氨基硅烷偶联剂的水解性

将氨基硅烷偶联剂直接添加到环氧涂料中,要使其发挥偶联作用,就必须让硅烷偶联剂快速水解,形成硅羟基。硅烷偶联剂水解速率可以通过水溶液的电导率来反映,水解越快,水溶液就会在越短的时间内达到最高的平衡电导率,也就是说,如果硅烷促进剂达到最大的电导率的时间越短,相应的硅烷偶联剂的水解能力就越强。选用的氨基硅烷偶联剂在稀溶液和高浓度的水解情况见图1和图2。

从图1可以看出,氨基硅烷促进剂在很短的时间(2 min)内就达到很高的电导率,稍微下降趋于平缓达到水解平衡,表明氨基硅烷偶联剂水解能力强。平衡时溶液为醇、水、硅烷偶联剂铵根离子及硅烷的混合溶液,由于大量水分的存在,硅羟基浓度小,自缩合速度慢,溶液中硅烷铵根离子和硅羟基共同形成导电物质,因此,电导率在一定时间内保持在较高的水平。图2表明,氨基硅烷偶联剂在少量水的情况下也能快速水解,产生大量的硅羟基;图中电导率急剧下降表明产生的硅羟基自缩合导致硅羟基大量地减少,而没有足够的水分产生硅羟基补充,仅由硅烷铵根离子产生电导。因此,电导率下降迅速,这也说明在氨基硅烷偶联剂溶液中,硅羟基是产生电导的主体。图中氨基硅烷偶联剂水解的电导率都很高,表明硅烷偶联剂水解形成的硅羟基浓度很高,也说明氨基硅烷偶联剂极易水解。也就是说,氨基硅烷偶联剂在极少量水的情况下也能水解产生硅羟基。因此,在无溶剂环氧涂料中直接加入氨基硅烷偶联剂来改善涂层与底材的附着力是可行的。

2.2 氨基硅烷偶联剂对附着力的影响

将氨基硅烷偶联剂按涂料试验配方直接添加到环氧涂料中,混匀后涂刷试片,待完全固化后用拉拔法测试涂层与底材的附着力。图3是氨基硅烷偶联剂对附着力的影响。

图3中零点附着力表示没有加氨基硅烷偶联剂时的附着力,大小为7.0 MPa左右。从图中可以看出:开始时,随着氨基硅烷偶联剂量的增加附着力逐渐增大;当用量增到总量的2%时,附着力达到最大12.9 MPa,之后有下降的趋势,但附着力仍在10.0 MPa以上。氨基硅烷偶联剂的加入显著地提高了涂层与底材的附着力,这一方面是硅羟基与底材以化学键作用的结果,另一方面是氨基与环氧涂料中的环氧基反应形成互穿网络结构的作用。

2.3 红外分析

试验发现,氨基硅烷偶联剂直接加入到环氧涂料中能够显著地增加涂层与底材的附着力,为了进一步研究其作用机理,采用红外及反射红外进行了分析。

图4是氨基硅烷偶联剂的红外光谱,图5是涂层与底材界面层的反射红外光谱。

图4中,3 266 cm-1处的强吸收峰以及1 067 cm-1处出现的较强峰,表明氨基硅烷偶联剂中存在Si—OH,也就是说,所用的氨基硅烷偶联剂由于强的水解性吸收空气中的水分而水解产生了硅羟基;2 839～2 936 cm-1出现强的烷氧基吸收峰,表明溶液中存在较多的烷氧基没有被水解;在773 cm-1处强的硅氧烷基吸收峰以及1 306～1 411 cm-1的烷基吸收峰进一步表明体系中有较多的烷氧基未被水解。

图5中在799 cm-1处的硅烷氧烷基峰以及909 cm-1处较强的Si—OH吸收峰,表明在涂层与界面上有硅烷偶联剂的存在,表明氨基硅烷偶联剂向底材发生了迁移;与图4相比,图5中羟基峰明显减弱,说明硅羟基与涂层或底材发生了作用从而被消耗了,同时羟基峰从图4中3 266 cm-1位移到3 296 cm-1,表明硅羟基与底材或涂层形成了新的化学键;图4中2 839～2 936 cm-1的烷氧基峰在图5中相应位置的强度变弱,表明有更多的烷氧基水解,而硅羟基的量却减少了,又由于硅烷偶联剂分散在涂料中,硅羟基缩合形成Si—O—Si的几率小(图5中1 225 cm-1处的Si—O—Si的弱吸收峰就说明了这一点),这也进一步说明大量的硅羟基与涂层及底材发生了作用。

3 结 论

(1)氨基硅烷偶联剂水解作用很强,在极少量水分的条件下也能够水解形成硅羟基。

(2)氨基硅烷偶联剂直接加入到环氧涂料中能够显著提高涂层与底材的附着力,与纯环氧涂层相比,可以提高5～6 MPa。

(3)通过红外和反射红外分析,添加氨基硅烷偶联剂的涂层与钢铁底材有化学键的作用。

摘要：研究了氨基硅烷偶联剂对提高环氧涂层与钢铁基底材料的附着力的作用。主要对其水解特性和对涂层附着力的影响进行了测试,并利用反射红外(RAIR)对氨基硅烷偶联剂的作用机理进行了分析。结果表明,氨基硅烷偶联剂在极少量水分的条件下就能够水解形成硅羟基,添加氨基硅烷偶联剂的涂层与底材之间有化学键作用,能够显著提高涂层与底材的附着力,与纯环氧涂层相比,可以提高56MPa。

关键词：氨基硅烷偶联剂,铁基底材,水解,附着力

参考文献

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[2]Sathy M N,Yaseen M.Role of promoters improving adhens-ion of organic coating to a substrate[J].Progress in OrganicCoatings,1995,26:275~313.

[3]Van Ooij W J,Child J.Protecting metals with silane cou-plingagents[J].Chem Tech,1998,28:26~38.

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[6]徐溢,徐铭熙,王楠,等.金属表面硅烷试剂防腐涂层性能测试[J].应用化学,2000,17(3):331~333.

[7]徐溢,王楠,张小凤,等.直接作用金属表面新型防护涂层的硅烷偶联剂水解效果分析[J].腐蚀与防护,2000,21(4):157~159.