0 引言
一直以来,金属腐蚀给国民经济带来巨大的损失。根据国外发达国家的调查统计,腐蚀所造成的直接经济损失约占各国国民生产总值的4%,材料腐蚀所造成的直接经济损失不但数字惊人,而且远远大于自然灾害所造成的损失。在我国,由于金属腐蚀所造成的经济损失每年高达300 亿元以上,这其中约有25% 是可以通过采取有效的防护措施来避免的中国机械网okmao.com。
长期以来,人们采用多种技术手段对金属加以保护,从而降低腐蚀带来的损失。其中最有效、最常用的方法是在金属表面涂覆防腐蚀涂料。目前,已经开发了多种防腐蚀涂料,这在很大程度上减少了腐蚀带来的危害。但是,传统的防腐涂料自身有许多问题还未得到解决,比如:柔韧性、耐老化性、机械强度差等缺陷,在使用过程中,不能达到人们预期的防腐效果。
聚脲作为一种新型的绿色重防腐材料,与传统的防腐涂料相比较,在自身的性能、耐久性、经济性、防腐效果等方面都有一定的优势。本文对聚脲涂层、聚氨酯涂层和环氧云铁涂层在紫外线加速老化、干湿循环和5%NaCl 溶液浸泡作用下的防腐蚀性进行分析研究,结果表明:聚脲涂层具有更好的防护作用。
1 实验部分
1.1 仪器设备
PosiTest AT 型附着力测试仪,光泽度测试仪,UVCON 型紫外光加速老化试验箱,PHX-40 聚脲专用喷涂设备,ULTRA-55 型扫描电子显微镜。
1.2 实验环境
1.2.1 紫外线加速老化与干湿循环交替实验
采用UVCON 模式人工紫外老化箱,参照GB/T14522—1993《机械工业产品用塑料、涂料、橡胶材料人工气候加速试验方法》中的实验方法进行加速老化测试,24 h 为1 个循环周期。干湿循环采取干、湿均为12 h,24 h 为1 个循环周期,将试样垂直插入水箱,试样间隔在15 mm 以上。水温保持在(23±2)℃,水面超出试样顶部20 mm 以上。本实验采用5 d交替循环,即紫外线加速老化5 d 后再干湿循环5 d,在实验10 d、30 d、60 d 和90 d 时,分别测试试样的实验结果。
1.2.2 5%NaCl 溶液中浸泡
将试样浸泡于5% 的NaCl 溶液中,分别测试浸泡前、浸泡10 d、30 d、60 d 和90 d 后的实验结果,并进行比较。
1.3 性能测定
1.3.1 光泽度
将聚脲喷涂在基材上,聚氨酯涂料、环氧云铁涂料刷涂在基材上,厚度均为1 mm,分别测试不同实验环境下各个时间点涂层的定点光泽度。
1.3.2 附着力
先用砂纸打磨涂层表面,之后用丙酮清洗涂层、锭子表面,用干净的抹布擦拭掉灰尘,采用双组分A、B 胶按1∶1 混合后,将锭子黏结在涂层表面,养护24 h,用切割器环切掉锭子四周的涂层,用拉拔仪均匀施力测试附着力。
1.3.3 SEM(扫描电子显微镜)实验
对进行实验90 d 后的试样进行SEM 电镜观测,根据观测的图像分析聚脲、聚氨酯和环氧云铁三种涂层的耐腐蚀性。
2 实验结果分析
2.1 光泽度试验结果分析
聚脲涂层、聚氨酯涂层和环氧云铁涂层在紫外线加速老化和干湿循环交替作用下,光泽度变化规律如表1 所示。
紫外线加速老化与干湿循环交替实验前后 不同涂层光泽度的变化
由表1 可见:三种涂层光泽度均有很大幅度的降低,实验进行到30 d 时,聚脲、聚氨酯和环氧云铁涂层的失光率分别是32.5%、50.5% 和58.4% ;90 d时,环氧云铁涂层几乎完全失光,聚氨酯和聚脲涂层失光严重,表面有变黑现象。三种涂层经5% NaCl 溶液浸泡后,其光泽度变化规律如表2 所示。
5%NaCl 溶液浸泡实验前后不同涂层光泽度的变化
由表2 可见:随着实验的进行,三种涂层的光泽度均有所下降,在第30 d 时,聚脲、聚氨酯、环氧云铁涂层的失光率分别为2.3%、7.6% 和11% ;实验进行到90 d 时,三者的失光率分别为4.2%、16.7% 和19.1%。聚脲涂层有极轻微的失光现象,聚氨酯涂层和环氧云铁涂层有轻微失光现象。
2.2 附着力实验结果分析
聚脲涂层、聚氨酯涂层和环氧云铁涂层在紫外线加速老化和干湿交替作用下,附着力的变化规律如表3 所示。
在紫外线加速老化和干湿循环交替实验前后 不同涂层附着力的变化
由表3 可见:三种涂层的附着力随实验时间延长均有所下降,聚脲涂层下降最小,环氧云铁涂层次之,聚氨酯涂层下降最为严重。在第90 d 时,三种涂层附着力分别下降17.65%、55.11% 和52.94%,其中,聚脲涂层仍然保持着较高的附着力。
聚脲涂层、聚氨酯涂层和环氧云铁涂层在5% 的NaCl 溶液浸泡作用下,附着力的变化规律如表4 所示。
5%NaCl 溶液浸泡实验前后不同涂层附着力的变化
由表4 可见:聚脲涂层的附着力下降最小,并且保持在较高的水平,90 d 后其附着力值为2.82 MPa。
2.3 SEM 试验结果分析
聚脲涂层、聚氨酯涂层和环氧云铁涂层在紫外线加速老化和干湿循环交替作用下,90 d 后涂层/ 金属基材界面的SEM 形貌如图1 所示。
紫外线加速老化和干湿循环交替实验后 涂层 / 金属界面形貌
由图1 可见:聚脲涂层整体致密,与金属附着力良好,金属表面无明显腐蚀现象发生;聚氨酯涂层自身结构已不密实,金属出现腐蚀现象,但是涂层与金属基材仍较好地黏结在一起;环氧云铁涂层和金属基材紧密黏结,金属基材无明显腐蚀现象发生,但是树脂和填料没有均匀分散,造成涂层内部缝隙较多,时间久了会导致腐蚀介质进入金属基材。
聚脲涂层、聚氨酯涂层和环氧云铁涂层在5% 的NaCl 溶液中浸泡90 d 后,涂层/ 金属界面 SEM 形貌如图2 所示。
5%NaCl 溶液浸泡实验后涂层/ 金属界面形貌
由图2 可见:聚脲涂层与金属基材附着良好,涂层本身结构致密,金属有轻微的腐蚀现象;聚氨酯涂层有泛白现象,无法辨别涂层结构,金属基材已经严重腐蚀;环氧云铁涂层和金属基材紧密黏结,但涂层本身已经出现微裂缝,即已经出现破坏现象。
3 结语
在不同的腐蚀环境下,腐蚀现象也不尽相同,但是都带来了巨大的直接经济损失。
由以上实验结果可以看出,聚脲涂层相对于聚氨酯涂层、环氧云铁涂层在紫外线加速老化和干湿循环交替、5%NaCl 溶液浸泡作用下具有更好的耐腐蚀性,对基材具有更优异的防护性能。
对不同腐蚀环境下涂层的耐腐蚀性研究
李海扬,徐 菲,孟 浩,黄微波 ( 青岛理工大学功能材料研究所,山东青岛 266033)