环氧树脂涂层范文（精选7篇）
环氧树脂涂层 第1篇
一、原材料成本分析
环氧树脂涂层钢筋, 就是在工厂经钢筋表面预处理 (喷砂除锈) 钢筋加热静电喷涂净水冷却质量检查而在钢筋表面喷涂一层环氧树脂保护膜的钢筋。钢筋表面预处理是将钢筋送进密封室内做喷砂除锈, 并具有一定的粗糙度, 以保证涂层与钢筋的粘结性。处理后的表面不得含有氧化物有害物质, 以及结疤、尖角、毛刺等影响涂层质量的表面缺陷。表面处理合格和清除灰尘后的钢筋随即进入加热装置室内, 通过感应加热炉加热, 使表面达到一定的温度。加热过的钢筋进入静电喷涂室中喷涂粉末环氧树脂, 粉末在钢筋表面熔融形成一层均匀薄膜, 若干秒后固化, 冷却后便在钢筋表面形成惰性的优良防腐蚀保护层。和普通的钢筋相比, 环氧树脂涂层钢筋需要经过以上各道工序的处理和在钢筋表面喷涂了一层厚约0.15mm~0.30mm树脂漆, 这就不可避免地增加原材料的成本。现在市场每吨钢材的价格表明, 环氧树脂涂层钢筋比采用普通钢筋的原材料成本高大约一倍左右。
二、施工成本分析
但从总体上看, 环氧树脂涂层钢筋的施工并不是很复杂, 我国根据试点工程情况和国外的应用经验证实:一般素质的施工队伍, 经过技术交底后均可胜任。但由于环氧树脂钢筋表面的树脂涂层很容易破损, 因此, 为避免吊索与钢筋间因挤压、摩擦造成涂层的损坏, 需要采用高强度的尼龙绳或麻绳为吊索;涂层钢筋在储存时为避免紫外线照射引起涂层的褪色和老化需要在其上部覆盖黑色的塑料布。因此在运输、保管过程中, 不可避免的要增加一部分人工费和材料费。涂层钢筋在加工过程中, 为了保护涂层, 需要采用弯制专用套管, 以及在操做平台表面加铺布毡垫层;涂层钢筋在连接过程中, 也需要较普通钢筋稍微复杂的施工工艺;在施工过程中, 钢筋涂层有损坏的部位, 还需要采用专门的修补液进行修补。这些方面都需要增加一些施工成本。总之, 在整个施工过程中, 由于环氧树脂涂层钢筋的采用, 需要增加的施工成本约使整个施工成本提高25%。
三、环氧树脂涂层钢筋黏结锚固性能对成本的影响
影响涂层钢筋的黏结锚固性能的因素有很多方面, 主要包括:
1. 涂层厚度的影响:当钢筋直径不同时, 筋径越大及涂层越厚, 黏结强度降低越大。
2. 钢筋外形的影响:涂层钢筋的粘结锚固性能随肋部与钢筋轴线夹角的变化及螺纹的陡缓而变化。
3. 混凝土保护层厚度的影响:保护层厚度的增大粘结锚固性能也增加。
4. 涂层钢筋弯制形状的影响:带弯钩或弯起的比直钢筋好。
5. 混凝土的强度及箍筋的约束影响:
随混凝土强度增加, 其黏结锚固性能提高, 环氧树脂涂层钢筋的黏结强度与混凝土强度的平方根成正比;另外, 有箍筋约束的环氧树脂涂层钢筋的黏结强度相对于没有箍筋约束的明显提高。
研究表明, 环氧树脂涂层钢筋的黏结锚固强度比无涂层钢筋在一般条件下降低10%左右, 在最不利条件下降低不超过20%。所以, 为了保证涂层钢筋与混凝土间的黏结锚固强度, 就需要将涂层钢筋的锚固长度增加一定值, 而增加锚固长度势必会增加原材料的成本。一般情况下, 预留的锚固长度比普通钢筋的锚固长度提高25%。
环氧树脂涂层 第2篇
添加改性纳米填料对提高环氧涂料的重防腐蚀和耐磨性能有显著效果。纳米TiO2表面活性高、比表面积大、分散性好、热导性强、吸收紫外线能力强。在涂料树脂的官能团中接枝纳米TiO2,可以形成具有物理、 化学交联点的三维网状结构,从而改变树脂中亲水羟基的性能,提高涂料的疏水性和致密性,阻滞腐蚀介质在涂层内部传输[1],还可以提高环氧涂层的弯曲强度、 拉伸强度和抗冲击强度[2]。TiO2在太阳光紫外光的激发下能产生高活性的羟基自由基,从而提高涂层的杀菌和防污性能[3]。目前,鲜见关于纳米TiO2改性环氧涂层在海水中失效特性的报道。
本工作用水热法制备纳米TiO2粉末,并用其对环氧涂层进行改性; 研究了改性环氧树脂涂层/碳钢体系在海水中不同浸泡时期的电化学阻抗谱( EIS) 的特性; 建立了对应的等效电路模型,解析了各等效元件参数; 分析了涂层/碳钢体系在海水中的失效过程。
1试验
1. 1纳米TiO2的制备
采用水热法制备: 将40 g钛酸四丁酯滴加到80 g无水乙醇中,得黄色溶液; 取26 g浓硝酸滴溶于51 g水中后,然后逐滴加入到上述黄色溶液中,磁力搅拌30 min; 将所得溶液置于聚四氟乙烯高压反应釜中密封后放入烘箱中于50 ℃保温48 h后取出,得到白色沉淀,离心分离,二次蒸馏水洗涤多次,50 ℃真空干燥,取出研磨, 即制得纳米TiO2粉末[4]。
1. 2环氧涂料改性及涂层/碳钢电极的制备
( 1) 基材预处理基材为Q235碳钢,尺寸为1 cm 1 cm 1 cm。除待涂覆面外其余面用环氧树脂封装。待涂覆面用砂纸逐级打磨至1 200目,超声清洗后用无水乙醇室温下浸泡2 h脱脂,干燥后立即涂装。
( 2) 涂料改性及电极制备向50 g环氧树脂E-44中添加0. 5 g纳米TiO2粉末,再加入2 mL异丙醇分散剂后超声分散2 h,再加入25 g聚酰胺树脂固化剂室温( 约25 ℃) 固化30 min。用涂布器将上述改性环氧树脂均匀涂装在碳钢电极表面,常温固化7 d,涂层厚( 45 ± 2) μm。以S1表示纳米TiO2改性环氧涂层/碳钢电极,在不添加纳米TiO2粉末的情况下,用同样的方法制备环氧涂层/碳钢电极,以S0表示。
1. 3海水全浸试验
以位于东经119°30' ~ 121°00',北纬35°35' ~ 37°09'青岛汇泉湾海域海水为腐蚀介质,盐度为( 3. 026 ~ 3. 038) 10- 8g / L,溶解氧( 7. 05 ~ 7. 17 ) mg / L,pH值为7. 87 ~ 7. 92,温度为室温,以涂层/ 碳钢电极为工作电极,1 cm 1 cm的铂片为对电极,带有毛细管的饱和甘汞电极为参比电极,将三电极体系同时浸入海水中,每隔1周更换1次海水,浸泡28 d。
1. 4测试分析
( 1) 结构及形貌采用D8Advance型X射线衍射仪( XRD) 测试纳米TiO2的结构。采用H-7500型透射电镜( TEM) 观察纳米TiO2形貌。
( 2) EIS谱采用PARSTAT 2273电化学测量系统测试涂层/碳钢体系在腐蚀介质中不同浸泡时期的交流阻抗谱; 开路电位下测试,正弦波扰动电位幅值为30 mV,频率范围为1 ( 10- 2~ 105) Hz,采用ZSimpwin软件解析数据。
2结果与讨论
2. 1纳米TiO2粉末
图1为水热法制备的纳米TiO2粉末的XRD谱。图1显示: 在2θ 为25. 33°,37. 77°,47. 93°,54. 01°和62. 66° 处出现了明显的锐钛矿型衍射峰( 与标准卡JCPD 21 - 1272对比) ,且强度较高,无杂质峰出现,表明所制备的锐钛矿型纳米TiO2结晶效果好[5]。
图2是纳米TiO2粉末的TEM形貌: 纳米TiO2为均匀的球状,直径约为20 nm,可有效提高其与环氧树脂的接触面积。
2. 2纳米TiO2改性环氧树脂涂层的耐蚀性能
图3和图4为S0和S1体系在海水中不同浸泡时期的EIS谱,相应的等效电路见图5。其中,其中Qc代表涂层电容,Qdl代表碳钢电极表面与海水间的双电层电容,Rs为海水溶液电阻,Rc为涂层电阻,Rct为碳钢腐蚀反应的电荷转移电阻,n为常相位角指数,表征弥散效应程度。从图3 ~ 5可以看出: 浸泡初期( 1 ~ 14 d) , 2种涂层均可以阻止海水渗入涂层到碳钢界面而使基体免遭腐蚀; lg | Z | 在很宽的频率范围内与lgf呈一条斜线,相位角在中高频范围内接近- 90°,说明此时S0和S1体系都是一个电阻值很大、电容值很小的隔绝层[6]; 随着浸泡时间的延长,lg|Z|对lgf曲线向低频方向移动,相位角曲线逐渐下降,说明海水向涂层内部渗入导致涂层电容Qc值逐渐增大; 涂层/碳钢体系在海水中进入浸泡中后期时,电容随着海水溶液向涂层内部的渗透而逐渐增大,在涂层/碳钢的界面区会形成腐蚀反应微电池,在Nyquist谱中出现2个半容抗弧,对应于Bode谱中的2个时间常数,其高频区的时间常数对应于涂层电容和涂层电阻,中低频区对应于涂层/碳钢界面区的双电层电容Qdl和碳钢腐蚀反应的电荷转移电阻Rct[7 ～9]。
表1为S0和S1体系在海水中浸泡不同时期的电化学参数。涂层的耐渗水性是评价有机涂层防护性能的一个重要指标,在浸泡过程中由于大介电常数水分子渗入, 涂层电阻会逐渐减小,涂层电容会逐渐增大[10]。由表1可知: S0体系的电容在相同浸泡时间内高于S1的,说明纳米TiO2可以填充环氧涂层中的微小缝隙,有效抑制海水渗入; S0体系的Rc在相同浸泡时间内低于S1的,说明纳米TiO2可以提高环氧涂层的耐蚀性能。
随着浸泡时间延长海水渗透到涂层/碳钢的界面, 会引起碳钢的腐蚀,同时还会破坏环氧层与碳钢的有效粘结而引起起泡现象; 由于Rc逐渐较小,对碳钢的防护作用逐渐减弱,此时腐蚀速率的控制步骤由涂层电阻控制转化为电荷转移电阻所控制[11 ～13]。浸泡17 ~ 28 d,S1的Rct由172. 3 MΩ cm2降低到98. 5 MΩcm2,而S0的Rct由81. 9 MΩcm2降低到57. 2 MΩcm2,相同浸泡时间内S1体系的Rct均高于S0的,同样说明纳米TiO2改性提高了环氧树脂涂层的耐蚀性能。
3结论
( 1) 低温水热法制备的纳米TiO2为锐钛矿型,呈球状,直径约20 nm。
( 2) 纳米TiO2可以抑制海水在环氧涂层内部的扩散,提高环氧涂层的电阻,使其腐蚀反应阻力增大,从而提高了环氧涂层在海水中的防护性能。
摘要：目前,对纳米TiO2改性环氧树脂涂层在海水中失效特性的报道较少。采用低温水热法制备了纳米TiO2,采用共混法用纳米TiO2对环氧树脂进行改性,并将改性环氧树脂涂覆于Q235碳钢表面。采用X射线衍射仪(XRD)和透射电镜(TEM)对纳米TiO2的晶型和形貌进行了表征;用交流阻抗技术(EIS)研究了改性环氧树脂涂层/碳钢体系在海水中不同浸泡时期的电化学行为。结果表明:纳米TiO2为锐钛矿型,且呈球状,直径约为20 nm,有效地增加了其与环氧树脂的接触面积,纳米TiO2可以抑制海水在环氧树脂涂层内部的扩散,增大了环氧涂层的电阻,提高了其防腐蚀性能。
环氧抗磨涂层在机床导轨上的应用 第3篇
机床导轨对支撑部件起承载作用, 对执行部件起引导作用。随着全自动、高精度、高效率、长时间连续工作的数控机床和加工中心的发展, 对导轨工作的可靠性和稳定性也提出了更高的技术要求。
滑动导轨是最常见的导轨之一。在使用过程中, 滑动导轨常因摩擦系数大、磨损快、低速易爬行等缺点, 导致配对使用的金属导轨面精度降低、使用寿命缩短, 同时也影响了机床的加工精度、效率及寿命。
为了解决以上问题, 可通过在滑动导轨上涂敷一种环氧基高分子复合树脂的抗磨涂层, 来提高滑动导轨的性能。这种材料具有优良的综合性能, 是一种较为理想的涂层材料。
2 环氧抗磨涂层及其特性
2.1 环氧抗磨涂层的介绍
环氧抗磨涂层是一种由高分子化合物环氧树脂及高性能填料组成的复合物。在固化剂作用下, 热塑料的直链高分子化合物转变成网状体结构的热固性化合物, 固化产物中含有所需的粘结剂、建模材料、增强材料、耐磨材料及润滑填料。
涂层材料不是一种成型的树脂导轨制成品, 不能通过粘贴和镶装方法直接使用。制作时, 把涂层材料和固化剂调配成胶状物, 将其涂敷在容易磨损的导轨面上, 利用成型模具等构成新的导轨副。环氧抗磨涂层可以用于各种形式的直线运动导轨、圆周运动导轨、压板及镶条。
2.2 环氧抗磨涂层的特性
同其他普通涂层相比, 环氧抗磨涂层的特性具有如下特性: (1) 抗磨损性好。能将抗磨涂层和对磨表面的磨损降为最小。 (2) 成型精确。涂层成型后无变形, 可得到与模具相同的涂层表面, 避免了机械二次加工。 (3) 安全可靠。涂层的特性可以防止由意外而引起高磨损的情况发生。即使在没有润滑的情况下, 也不会产生加剧磨损或卡死的现象。 (4) 尺寸稳定。在有负载工作时, 几乎不变形, 特别是在高温下 (最高工作温度80℃) , 也不产生软化变形。 (5) 粘接力强。涂层材料对已清洁的金属表面具有良好的粘接性, 也可以用来修复损坏或是加工错误的部分。 (6) 耐化学性好。涂层对常见的人造或天然的溶剂, 如水、海水、矿物油、合成油、弱酸、汽油和酒精有抗耐性。 (7) 抗震性好。涂层的抗震性能较以往的滑动导轨有明显的提升, 同时也提升导轨的动态刚性。
3 注塑成型法
本方法需在涂敷涂层的导轨面与成型模具 (或配对导轨) 之间粘贴密封条, 以形成一定的厚度空间, 并通过“注射”的方式, 使涂层充满此空间。由于涂层成型后具有无收缩的特性, 所以成型后的导轨面与成型模具 (或配对导轨) 具有相同的精度和结构形式 (见图1) 。
4 导轨成型面的加工要求
4.1 成型面要求
导轨成型面需要进行粗糙化加工, 如图2所示。通过粗刨、粗车、线切割等加工方式, 加工成较为粗糙的成型表面, 如图3所示, 增大涂层的附着力, 易于涂敷涂层材料。
4.2注塑孔
成型需要通过注塑孔“注射”到导轨面和成型模具 (或配对导轨) 之间的间隙中, 如图1所示。
如果涂层长度大于1000mm时, 注塑孔的位置最好在导轨的中心, 这样“注射”涂层混合物时可以同时向两个方向填充涂层间隙。对于较长的工件, 需增加注塑孔的个数, 孔间距约500mm为宜。
当注塑孔有角度变化的要求, 需要参照图4的方式进行加工。
5 环氧抗磨涂层的成型过程
环氧抗磨涂层的成型主要包括清洁、密封、定位、调制涂层材料、喷涂脱模剂、注塑、加工油槽及后处理等步骤。
(1) 清洁。待成型的导轨面不能受到油、油脂、灰尘、锈及保护漆等影响。涂敷前要对成型面多次清洁, 涂敷前要使用丙酮进行清洁, 然后用压缩空气对成型面进行清洁, 保证涂层能够更好地附着在导轨面上。
(2) 密封。根据工件的特性不同, 密封的主要方式为金属边界密封和橡胶密封, 有时也会使用贴附软带进行密封。
(3) 定位。在注塑过程中, 将清洁好的导轨面使用螺钉或者夹具进行固定。以确保涂层的厚度均匀, 防止有注射过程中产生的压力, 致使涂层厚度不均 (见图5) 。
(4) 调制涂层材料。将不同种树脂混合物按照比例、重量进行均匀调制, 得到可使用的涂层材料。
(5) 喷涂脱模剂。在成型模具 (或配对用导轨) 的表面或涂层可能溢到的表面喷涂脱模剂。
(6) 注塑。成型过程中, 使用专用工具将涂层材料从注射孔压入, 当涂层材料从最远处的孔或端部溢出时表示注塑完成, 然后去除密封和挤压件就完成注塑成型。
(7) 加工油槽。油槽有专门的成型模具, 将油槽模按预先设计的形状粘贴在成型模具 (或配对使用导轨) 接触面上。当导轨涂层固化后, 油槽模很容易从导轨涂层剥离开, 得到预先设计的油槽形状。不管是复杂结构的油槽, 还是图样形式的油槽, 都可通过油槽模实现。使用油槽模, 可使油槽深度达到2mm。在设计油槽时, 间距至少10mm, 并确保各个通道畅通。
(8) 成型后处理。成型后, 将导轨取下, 油槽模去除, 清理挤压多余的涂层材料 (见图6、图7) 。
当成型后的涂层表面出现裂纹、凹点等缺陷时, 可以通过同种材料进行修补。根据需要, 也可以对导轨涂层面进行机加工。
6 结论
(1) 导轨的环氧抗磨涂层通过上述的方法成型后, 工艺过程简单, 减少加工工序, 提高工作效率, 增加了工件的精度, 节省时间及费用。
(2) 涂敷环氧抗磨涂层的导轨防爬性好, 抗磨性强, 附着性好, 注塑成型精度高。在不同的载荷下, 成型尺寸稳定。
(3) 应用范围广泛。环氧抗磨涂层材料在光学用具、工具机、翻修处理设备、水力设备及泵等上也大量使用。
参考文献
[1]SKC-TECHNIK GmBH.The SKC Slideway Coatings (产品手册) [Z].
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[4]康文生.减磨涂层注塑成型技术在导轨上的应用[J].制造技术与机床, 2013 (3) :121-125.
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环氧树脂涂层 第4篇
在目前外墙外保温装饰面层中,使用最多的是建筑涂料,其选择正确与否,直接影响外保温的效果和使用寿命。
1 外墙外保温系统存在的涂装问题
根据调查,目前绝大多数的外墙外保温工程存在不同程度的涂装问题,其中突出的问题就是起鼓剥落、开裂渗水。
(1)从客户那里得到的评论是高档涂料容易出问题,低档涂料反而不出问题。其主要指高档涂料容易出现起鼓、剥落的现象,低档涂料则不会。剥落主要出现在阳光照射的地方,问题主要出现在苯板接缝处。
通常所说的高档涂料一般指乳液用量大、成本较高的涂料,如有光涂料、弹性涂料、金属漆等。低档涂料一般是指乳液用量少,成本较便宜的涂料。
高档涂料一般颜料体积浓度较低,漆膜比较致密;低档涂料颜料体积浓度较高,漆膜比较多孔。高档与低档涂料的主要差别还有空隙率不同,透气性也不同。
原因分析,做过外保温的建筑很容易在保温层下面结露而产生液态水。加之外保温体系如果施工不严格或材料本身原因,也很容易吸收雨水。太阳直晒的地方,墙面温度升高,液态水受热变成水蒸气,水蒸气体积膨胀,就会向四处扩散。因为苯板透气性较差,结露生成的水只能从最薄弱的地方苯板缝隙逸出。当涂料不透气时,起鼓首先出现在苯板接缝处,再经过冻融循环,就会产生剥落。因此,涂料透气性差是外墙外保温涂料鼓包、起皮、剥落的主要原因。
(2)在外墙外保温系统中应用的一些低档涂料,其主要问题是涂料渗水、泛碱、发花等,但不易出现起皮、剥落的问题。
原因分析:低档涂料乳液用量少,孔隙率高,透气性好,所以不会出现起皮、剥落现象。但其耐水性差,易泛碱,耐候性差,时间一长,就容易褪色和粉化,且其耐久性也很差。
因此,根据实际分析,得出外保温系统对涂料的要求为既要透气,又要防水,同时有很好的耐久性。
2 外墙外保温系统标准对建筑涂料的要求
JG 1492003《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》规定,作为外墙外保温饰面的建筑涂料,必须与薄抹灰外保温系统相容,其性能指标应符合外墙建筑涂料的相关标准,同时整个外保温层浸水24 h,吸水量要小于500 g/m2(包括涂料层);外保温系统防护层和饰面涂层的水蒸气湿流密度要不小于0.85 g/(m2h)。
JGJ 1442004《外墙外保温工程技术规程》规定,外墙外保温工程的使用年限不应小于25年。
据此总结外保温系统对涂料的要求,说明外保温系统标准对涂料的要求与实际工程质量分析得出的结论是相同的。
2.1 相容性
是否所有建筑涂料都可以用于外墙外保温系统?我们在实验室做了一个试验,在养护了28 d的外保温样板上连续滴醋酸丁酯溶剂,抹面砂浆层没有什么变化,一段时间后,锯开样板,在砂浆层下发现被烧蚀出1个洞。由此可见,有机溶剂会透过砂浆层而溶解聚苯乙烯板。通常溶剂型涂料中常用的溶剂,如甲苯、二甲苯、酯类、酮类都会溶解聚苯乙烯板或聚氨酯发泡材料,挥发越慢的溶剂,其越易往下渗透,对苯板的腐蚀越严重。在实际工程中也发生过抹面砂浆层与苯板脱离的案例,就是因为用了溶剂型涂料引起的。所以不建议在外保温上使用溶剂型涂料。
另外,玻纤网格布上的涂塑层也可能被溶剂溶解,使其耐碱性降低甚至丧失,从而使防护层失去抗裂和抗冲击等性能。
2.2 吸水量
JG 1492003规定,整个外保温系统的吸水量要求不大于500 g/(m2d),那么对其中的涂料层而言,其吸水量要远远小于500 g/(m2d),这样才能使整个系统通过该项指标。但目前的状况是大多数涂料涂料生产厂家对外保温了解较少,生产保温砂浆的厂家对涂料了解也不多,而中国的涂料标准中也无这样的要求,所以,目前很少有涂料厂家能确认其涂料能满足该要求。
欧洲标准EN 1062-31998《色漆和清漆砖石和混凝土表面外用涂料和涂料系统分类3:吸水性的测定和分类》对涂料吸水率作了明确规定(见表1)。
外墙涂料吸水量500 g/(m2d),相当于欧洲标准中要求最高的涂料,其24 h吸水率W24为0.1 kg/(m2h0.5)。涂料吸水率是外墙涂料的一个极重要的指标,墙体的破坏、吸潮、长霉、泛碱都是因为涂料吸水率过高引起的。但我国的涂料国家标准里却没有该项指标。
对于外墙外保温系统而言,涂料的吸水率指标更加重要,涂料吸水率过高,不仅会导致墙体长霉、泛碱等,而且会影响外保温效果,因为墙体内含水率增大会增大导热系数。但目前绝大多数涂料生产厂家不能提供其涂料的吸水率数据。
2.3 透气性
JG 1492003规定了外保温系统防护层和饰面涂层的水蒸气湿流密度不小于0.85 g/(m2h),这里水蒸气湿流密度指的就是透气性。就水蒸气湿流密度来说,一般外层要求比内层高,也就是说外饰涂层要高于防护层,即涂层水蒸气湿流密度要远远大于0.85 g/(m2h),这样水蒸气才能畅通无阻地排出。
ISO 7783-2《色漆和清漆砖石和混凝土表面外用涂料和涂料系统2:水蒸气透过率的测定和分类》标准,对涂料透气性测试和分类作了明确规定。同样我国的涂料国家标准里也没有相应的指标。
JG 1492003标准中的水蒸气湿流密度是按GB/T171461997《建筑材料水蒸气透过性能试验方法》中的水法测定,是将涂料外保温样板(涂刷面朝上)密封在试验杯上,杯内预先装入定量的水,称重后,置于23℃,相对湿度50%的恒温恒湿环境中,杯内水的相对湿度(100%)与实验室相对湿度(50%)有一湿度差,杯内的水蒸气就会扩散到室内,定期称量试验杯的质量,就可以计算出外保温系统的水蒸气透过率。而ISO 7783-2的测试方法与GB/T 171461997不同。它是用饱和磷酸二氢铵溶液代替水,其相对湿度是恒定93%与实验室相对湿度50%差产生水蒸气流。其结果可用水蒸气透过率V表示,也可用透气阻力Sd(扩散等量空气层厚度)表示,两者的换算关系是Sd=20.357/V,但采用Sd值表征涂料的透气性更科学和直观,所以欧洲的外墙涂料均有Sd值这一项检测指标。水蒸气湿流密度0.85 g/(m2h),相当于V=20.4 g/(m2d),即相当于Sd=1.0 m静止空气层厚度透气阻力,属于ISO 7783标准中的中等透气水平。
从ISO 7783-2可得出以下方程式:
再根据方程式Sd=20.357/V得:
这样只要保温砂浆生产厂家测量出砂浆的Sd值,涂料生产厂家测量出涂料的Sd值,就很容易算出外保温系统的Sd值是否符合要求。Sd值越小,对应涂料的透气性越高。
涂料透气性差,就容易起泡、开裂及脱落。对于外保温系统,涂料的透气性更为重要,因外保温自身的原因更容易导致墙体结露,结露造成的潮气必须得到释放,否则易导致EIFS砂浆粘结力以及保温效能的下降,长期的潮湿导致墙体长霉,最后造成外保温系统的破坏。墙体中的湿度越高,导热系数越大,隔热效果越差。
实验室测量的不同涂料的透气性见表2。
从表2可以看出,溶剂型氟碳漆、PVC23%有光涂料不能通过JG 149标准,属于不合格产品,不能用于外保温体系,主要原因是涂料PVC越低,其涂料膜就越致密,孔隙率就越低,涂料就越不透气。这也能说明部分氟碳漆工程起泡的原因。
目前,外保温体系用得较多的涂料是高弹性涂料,因为大家都担心开裂的发生,想通过弹性涂料来弥补砂浆层的开裂,但弹性涂料的透气性不好,虽然其性能达到JG 149标准要求,但在实际中,弹性涂料出现鼓泡现象的概率也很高,这说明水蒸气湿流密度大于0.85 g/(m2h)这个指标太低了。事实上砂浆层开裂了,饰面涂层很难担当抗裂和防水的作用。如弹性涂料饰面的外墙外保温照样开裂和渗水就是例证[1]。事实上,在欧洲几乎没有弹性涂料用于外保温系统,在欧洲用得较成功的是硅树脂平面涂料和质感涂料,根据德国的工程跟踪,使用硅树脂饰面的外保温工程经过14年的考验仍然保持完好。
2.4 涂料的耐久性
JGJ 1442004《外墙外保温工程技术规程》规定,外墙外保温工程的使用年限不应少于25年。一般外墙涂料使用年限为5～10年,如果选用耐久性更好的外墙涂料,必将延长外保温系统的寿命,从而降低维护费用。
3 硅树脂改性涂料的原理
3.1 硅树脂改性涂料的组成
硅树脂涂料与普通乳胶漆最大的差别是其采用2种聚合物乳液硅树脂乳液和丙烯酸聚合物乳液作粘结剂,这样就把2种聚合物的优点结合在一起。粘结剂是决定涂料性能的关键因素。
3.2 硅树脂的结构
硅树脂乳液最初的生产原料是石英砂(Si O2),首先是Si O2被冶炼成元素硅,元素硅与氯甲烷反应生成氯硅烷,氯硅烷醇解生成烷氧基硅烷,烷氧基硅烷再缩合生成硅树脂。硅树脂是高分子三维交联的化合物,其结构类似于石英。它们都是以硅/氧为骨架,但与石英不同的是,在硅树脂中,每4个氧原子就有1个被有机基团R取代。因此,它可以描述为是一种有机改性的石英结构。另外,所有的硅树脂均由三官能硅单元组成,使硅树脂在化学性能上成为介于纯粹无机物和纯粹有机物之间的中间体系。
硅树脂由30～80个硅的T单元组成,分子量2000～5000,这与其它聚合物树脂相比低得多。硅树脂中还含有2%～4%的乙氧基。这些乙氧基能相互起化学反应,或与颜、填料上的羟基,或与底材上的羟基起化学反应,生成硅氧键。因此,硅树脂表现出比其它树脂更好的颜料润湿性,硅树脂包裹在颜填料的表面,提高了填料的耐久性。
3.3 硅树脂的特点
3.3.1 耐久性
硅氧键能与碳碳键能、碳氧键能相比高很多,紫外线的能量不足以使硅氧键断裂,所以硅树脂具有很好的附着力和耐久性。用紫外线照射试验相同时间,显示硅树脂不会黄变,而其它乳液如硅丙乳液、纯丙乳液和苯丙乳液均有不同程度的黄变。
3.3.2 硅树脂的粘结力
硅树脂既有无机性质,也有有机性质,在涂料体系中,硅树脂在聚合物乳液和无机颜料、填料之间,以及矿物底材和硅树脂涂料体系之间起到了粘合作用,其作用类似于硅偶联剂。由于这种强粘合作用,就可以配制较高颜料体积浓度的涂料,而不丧失其耐久性。
3.3.3 硅树脂的憎水性
这是由硅树脂的有机基团(甲基基团)所决定的,硅树脂上的甲基基团倾向于朝外定向排列,象一把把微小的雨伞整齐覆盖在毛细孔表面,阻止了雨水的入侵。
3.3.4 硅树脂的透气性
硅树脂是所有涂料用树脂中最具有透气性的品种,这是因为它们骨架结构的80%是由无机硅氧组成。
3.3.5 耐火耐热性
完全固化的硅树脂是三维交联的刚性的网络结构,不熔不溶,在长期处于200℃的高温条件下也不会有任何变化。硅树脂中80%的成分是无机成分,所以其不易燃烧。
3.3.6 耐沾污性
这对于外保温系统十分重要,因为夏天时外保温墙体表面的最高温度可达80℃,普通聚合物乳液是热塑性的,在此温度下早已变软发黏而沾染灰尘。硅树脂是热固性材料,高温下不会变软而沾染灰尘。硅树脂用量越多,耐沾污越好(见图1)。
3.3.7 抗微生物生长
硅树脂涂料的憎水性和透气性能让墙体长期保持干燥状态,这样就降低了霉菌和藻类的滋生,使墙面保持更持久的外观。
3.3.8 可重涂性
硅树脂是有机硅产品中唯一可以涂饰的种类。它与有机硅油和有机硅弹性体完全不同。
3.4 硅树脂改性涂料
3.4.1 硅树脂改性低弹涂料
由于目前外保温市场的剧烈竞争,许多生产厂家不惜靠降低成本来占领市场,这就给外保温系统的质量带来了隐患。为了掩盖砂浆层的裂纹,而选择使用弹性涂料。弹性涂料虽然在一定程度上能遮盖裂纹,但其有许多弱点,如透气性、附着力差,容易起鼓剥落;耐水性差,容易起泡;耐沾污差,容易沾染灰尘。
通过添加硅树脂乳液,适当降低弹性乳液的用量可以改善弹性涂料这些缺点。耐候性增强,硅树脂的加入大大提高了弹性涂料的耐久性;耐水性佳,吸水率可以达到小于0.1 kg/(m2h0.5);使漆膜不易发生渗水、泛碱等弊病;透气性好,透气阻力可以达到Sd小于0.4 m,使整个外墙外保温系统有更好的呼吸透气性;硅树脂乳液的加入可有效释放应力,并保持一定的弹性,避免微裂纹的产生。
3.4.2 硅树脂改性质感涂料
质感涂料中添加了高比例的粗填料,能够有效释放因厚涂层带来的应力,避免微裂纹的产生。质感涂料通过光线的漫反射,可遮盖底材的不平整。由于质感涂料中乳液用量较少,涂膜中的空隙率较高,所以透气性较好,在实际工程中也未发现起鼓剥落的现象。但普通的质感涂料也有一些缺点,如吸水率较高,容易发生泛碱和褪色,其耐久性也不是特别好。
通过向普通质感涂料配方中添加有机硅防水剂,可以降低质感涂料的吸水率。如果在质感涂料配方中添加一定量的硅树脂乳液,可进一步提高其性能,提高质感涂料的耐候性和耐久性。
在欧洲,硅树脂改性质感涂料是外墙外保温系统中最为成功的涂料系统,大多数工程都采用该涂料。其最早施工的工程至今已超过30年,仍然不需要重涂。硅树脂改性质感涂料具有以下优点:高透气性,透气阻力可达到Sd小于0.1 m;吸水率极低[小于0.1 kg/(m2h0.5)];高耐久性。
3.5 硅树脂涂料性能
由国家涂料质量监督检验中心检验(TW06988-2W1),硅树脂涂料性能检验结果见表3。
4 结论
硅树脂改性涂料完美地将涂料的高透气性、低吸水率和耐久性结合在一起,是外墙外保温体系最理想的涂层。
摘要：针对外墙外保温系统中存在的问题,结合墙体外保温体系对涂料的要求,介绍硅树脂改性涂料的高透气性、低吸水率和耐久性,提出了硅树脂改性涂料是外墙外保温体系最理想的涂层。
关键词：外墙外保温体系,硅树脂涂料,耐久性,憎水性,透气性
参考文献
环氧树脂涂层 第5篇
关键词：玻璃鳞片,酚醛环氧乙烯基酯树脂,耐腐蚀性
引言
近几年, 高炉煤气干法袋式除尘技术得到广泛应用。与传统湿法除尘相比, 干法袋式除尘具有节水、节电、投资少等特点。但干法袋式除尘因取消原湿法除尘对煤气中酸性气体的溶解去除过程, 导致酸性气体成分 (HCl、H2S、SO2、SO3等) 只能随煤气的流动进入下道工序, 并随着煤气温度或压力的降低、酸性气体冷凝, 形成高腐蚀性的酸性废水, 对管网及其附属设备造成严重腐蚀[1,2]。表1是江苏永钢集团有限公司 (以下简称“永钢”) 高炉煤气管道冷凝水成分。由表1可以看出, 冷凝水主要呈强酸性, Cl-含量也较高, 极易对管道造成化学或电化学腐蚀。研究表明, 干法除尘时喷淋塔前管道冷凝水挂片的腐蚀速率比湿法除尘时的腐蚀速率高两个数量级 (大约是50倍) [3,4], 因此普通的防腐涂料 (如环氧煤沥青等) 已不起作用, 需要分析使用介质的特点和腐蚀原因, 寻找一种可靠、长效的重防腐材料。
酚醛环氧乙烯基酯树脂玻璃鳞片涂料是以具有优良耐腐蚀性、耐热性的树脂为主要成膜物质, 并添加玻璃鳞片骨料和其他填料、助剂构成的涂料, 是一种先进的重防腐材料, 已在多项防腐工程中得到应用, 效果良好[5,6,7,8,9]。
玻璃鳞片是树脂基体中的主要填料, 对涂料的防腐、抗渗性能起到关键作用。本文针对高炉煤气管道内涂层的服役条件及性能要求, 研究了玻璃鳞片和树脂的相对含量对涂料的耐酸蚀、抗渗透和耐热性等各项性能的影响规律, 并与传统的环氧煤沥青涂料进行了对比, 为该种新型涂料的应用提供理论和实验依据。
1 实验过程
1.1 涂料及试样制备
涂料:在酚醛环氧乙烯基酯树脂中添加玻璃鳞片 (片径为100~200μm, 厚度为3~5μm) 及其他填料、助剂, 机械搅拌均匀后得到乙烯基酯玻璃鳞片涂料。四种不同玻璃鳞片含量的涂料配方见表2。
试样:1) 在尺寸为30mm×25mm×1.7mm的Q23钢片的双面各涂覆2道玻璃鳞片涂料并封边包覆, 单面涂层厚度为500±50μm, 得到酸性腐蚀测试样品。为与环氧煤沥青涂层进行对比, 按同样方法制备环氧煤沥青涂层的测试样品。将涂层样品镶嵌后打磨抛光;2) 将各配方涂料浇注成型, 再打磨制备5mm×5mm×10mm的浇注棒样品;3) 在聚四氟乙烯板上利用漆膜制备器, 制备厚度约为230μm的各种配方涂膜样品;
1.2 涂层性能测试
1.2.1 酸性腐蚀测试
将各配方的涂片样品或各配方的浇注棒样品置入腐蚀介质中, 每隔24 h取出, 观察涂层的表面形貌。
1.2.2 水蒸气透过率测试
将各种配方涂膜样品, 按照GB/T 17146-1997《建筑材料水蒸气透过性能试验方法》, 测定水蒸气透过率。
1.2.3 线膨胀系数和软化温度测试
利用TMA 402 F3静态热机械分析仪对涂料的线膨胀系数和软化温度进行测定。
1.2.4 硬度测试
利用FM700显微硬度计, 在10gf的力下对测试试样的涂层硬度进行测定。
1.2.5 粘度测试
利用DV-Ⅱ+可编程控制式旋转粘度计, 参照GB/T 10247-88《粘度测试方法》, 对各配方涂料的粘度进行测定。
1.3 显微观察
在XL-30扫描电子显微镜下对各试样涂层截面显微形貌进行观察。
2 试验结果与分析
2.1 显微图像分析
图1 (a) ~ (d) 分别是玻璃鳞片涂料配方a~d的涂层横截面形貌。图1 (e) 是环氧煤沥青的涂层横截面形貌。由图1可以看出, 配方a、b、c的玻璃鳞片排布均趋于同向, 且随玻璃鳞片含量增加, 其层叠数增加, 排布效果均较好。配方d由于玻璃鳞片含量过高, 涂料粘度太大, 无法正常涂覆, 其固化成型后的涂膜表面极为粗糙 (显微图像中呈凹凸状) , 故其各种性能不予测试。另外, 环氧煤沥青涂层中的各颜料、填料也弥散均匀分布。
2.2 耐酸性腐蚀测试
2.2.1 腐蚀条件的影响
煤气管道涂层被破坏的主要原因是冷凝水的酸性腐蚀作用, 试验选择不同的腐蚀环境来对比玻璃鳞片涂料配方a~c以及环氧煤沥青涂料的耐酸性腐蚀性能。
(1) 将玻璃鳞片涂料配方b与环氧煤沥青试样置于高温高压釜中, 在四种不同环境下进行对比试验, 测试结果见表3。由表3可以看出, 在蒸馏水或饱和食盐水中各试样都保持完好, 在酸性介质中环氧煤沥青涂料出现麻点和鼓泡, 玻璃鳞片涂料保持完好, 说明玻璃鳞片涂料的耐酸蚀性优于环氧煤沥青涂料, 同时证明高温或高浓度的Cl-不是导致涂层破坏的主要因素。
(2) 将玻璃鳞片涂料b样品与环氧煤沥青涂料样品在恒温常压下对比试验, 腐蚀介质分别为80%H2SO4、30%H2SO4和20%HCl, 腐蚀温度为80℃, 实验结果如表4所示。由表4可以看出, 即使在80%H2SO4的严苛腐蚀环境下, 玻璃鳞片涂料仍能保持完好, 而环氧煤沥青涂料已经分解粉化, 进一步说明玻璃鳞片涂料的耐酸蚀性明显优于环氧煤沥青涂料。此外, 还发现环氧煤沥青涂层在20%HCl中的腐蚀较30%H2SO4中更严重 (但20%HCl中H+的浓度低于30%H2SO4) , 盐酸中的Cl-加速了涂层的腐蚀速度。
2.2.2 腐蚀测试的结果
综合考虑以上两组实验结果, 结合高炉煤气管道冷凝水成分检测值 (强酸性, 高浓度Cl-) , 确定了以下腐蚀测试方法:将涂装试样放入高温高压反应釜中, 腐蚀介质为30%HCl, 温度为110℃, 压力为0.14MPa, 腐蚀周期为一天, 定期将试样取出, 观察涂层表面形貌。由实验结果 (见表5) 可见, 玻璃鳞片涂料耐酸性腐蚀性能远优于环氧煤沥青涂料, 且随玻璃鳞片含量增加, 其耐酸性腐蚀性能略有提高。
2.3 水蒸气透过率测试
煤气管道的服役条件除要求涂层具有较强的耐酸性腐蚀性能外, 还需具备较强的抗水汽渗透性能。利用漆膜制备器制得玻璃鳞片涂料配方a~c涂料的涂膜, 测试其水蒸气透过率, 并与同样厚度的环氧煤沥青涂膜以及酚醛环氧乙烯基酯树脂 (即纯树脂) 进行对比, 实验结果见表6。由表6可以看出, 纯树脂本身的抗水汽渗透性能低于环氧煤沥青涂料, 但由于玻璃鳞片及其他颜料、填料的屏蔽作用,
使得涂料的抗水汽渗透性能提高, 且随玻璃鳞片含量增加, 水蒸气透过率趋于降低, 并显著低于玻璃鳞片涂料。
2.4 线膨胀系数和软化温度测试
对配方a、c的玻璃鳞片涂料、环氧煤沥青涂料以及纯树脂的线膨胀系数和软化温度进行测定, 结果见表7。由表7可以看出, 相对于纯树脂, 添加玻璃鳞片后, 涂料的线膨胀系数明显降低, 并低于环氧煤沥青涂料, 与Q235钢更为接近, 这有利于高温下涂层与管道的良好界面结合。试验发现, 纯树脂和玻璃鳞片涂料的软化温度基本相当, 说明软化温度主要取决于树脂本身特性。玻璃鳞片涂料的软化温度显著高于环氧煤沥青涂料, 其具有更优的耐热性。
2.5 维氏硬度测试
管道中液体及固相颗粒对涂层也具有一定的冲刷性。对涂层硬度进行测定的试验结果如表8所示。由表8可以看出, 添加玻璃鳞片以后, 涂层硬度上升, 并显著高于环氧煤沥青涂料, 该种涂料有更高的强度和耐冲刷性。
2.6 粘度测试
本文中涂料配方主要适用于喷涂或刷涂, 具有合适的粘度将有利于涂料的制备或施工。图2是玻璃鳞片涂料配方a~c和环氧煤沥青涂料的粘度与转子转速的关系曲线。因涂料具有触变性, 在图2中, 与低转速 (0.5r/min) 相对应的粘度近似反映了涂料静止时的粘度, 该值越大, 涂料涂布后越不易产生流挂现象;与高转速 (160r/min) 相对应的粘度是涂料受搅拌或涂布时的粘度, 该值越低, 涂料制备或使用时所受阻力越小, 生产或施工越方便。
由此可见, 随玻璃鳞片含量提高, 涂料低转速时的粘度值逐步提高, 并显著高于环氧煤沥青涂料, 意味着该种涂料在涂层较厚时也不易发生流挂现象;在高转速时, 不同玻璃鳞片含量涂料的粘度均趋于较低值, 并与环氧煤沥青涂料相近, 表明玻璃鳞片的存在并不增大涂料生产或施工时的阻力。
3 结果分析
酚醛环氧乙烯基酯树脂以酚醛环氧树脂为母体, 分子两端为丙烯酰基, 使其具有酚醛环氧树脂的优良力学性能, 以及不饱和聚酯树脂的室温简便成型工艺性能。这类树脂由于分子中易被水解破坏的酯基含量比通用型或双酚A型不饱和聚酯树脂少, 而且都处于邻近交联双键的空间保护下, 耐水解稳定性高。因此, 该树脂具有良好的抗酸/碱腐蚀性、较高的强度和耐热性。另一方面, 由本文测试结果可见, 该种树脂的不足之处是其抗水蒸气透过性较低 (见表6) 且膨胀系数偏大 (见表7) 。
玻璃鳞片的化学成分如表9所示, 其具有硅酸盐材料的固有特性:耐酸蚀性优异、硬度高、膨胀系数低。当玻璃鳞片在树脂中平铺、定向排列时, 涂层结构层层覆盖, 增加腐蚀介质的扩散路程 (相当于增加了树脂涂层的有效厚度) , 能显著提升树脂的抗蚀性、抗渗透性, 并降低膨胀系数、增加树脂硬度, 使其综合性能远优于环氧煤沥青涂料。
试验发现, 随着玻璃鳞片含量增加, 其在涂料中趋于同向层叠排布, 使耐酸性腐蚀性和抗水蒸气透过率提高, 同时降低线膨胀系数, 提高粘度。综合考虑高炉煤气管道内防腐涂层的服役性能要求、涂料的施工性能和成本等因素, 确定涂料中玻璃鳞片含量为25%时 (配方c) 的综合性能最佳。
4 结论
(1) 与环氧煤沥青涂料相比, 酚醛环氧乙烯基酯树脂玻璃鳞片涂料具有优异的耐酸蚀性、耐热性, 同时硬度高、膨胀系数低, 适合用作高炉煤气管道的内防腐涂层。
(2) 随着玻璃鳞片含量增加, 涂料的耐酸蚀性和抗渗透性提高, 膨胀系数降低, 粘度增加。综合考虑涂料的服役性能要求、施工性能和成本等因素, 确定玻璃鳞片含量为25%时, 涂料有最佳的综合性能。
参考文献
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环氧树脂涂层 第6篇
关键词：合成革,浇注型聚氨酯,有机氟树脂,发泡涂层,结构与性能
前言
聚氨酯(PU)合成革在我国是一新兴产业,其发展仅20余年。由于具有优异的耐磨性、良好的撕裂强度、丰满的手感和类似天然皮革的外观,不但替代了很多价格昂贵的天然皮制品,而且也逐渐取代了低档、廉价的PVC人造革,成为人们生活中一种不可或缺的消费品[1,2,3]。然而,目前主流的PU合成革采用溶剂型生产系统,特别是制造发泡涂层的湿法工艺,采用大量的二甲基甲酰胺(DMF)溶剂,不仅在生产中造成环境污染,而且成品中容易残留DMF,导致成品中DMF超标,阻碍PU合成革工业的健康发展。
以浇注型聚氨酯(CPU)为原料,可以不使用任何溶剂,通过CPU原料中的微量水与异氰酸酯基反应产生二氧化碳进行发泡,制造CPU发泡涂层,其中微孔的可控制性是CPU发泡的核心,1 mol水与1 mol二异氰酸酯反应,生产1 mol(22.4L)的二氧化碳,由此可见,少量的水可消耗大量的二异氰酸酯,并产生大量的气体,因此原料的贮存必须隔绝潮气,且使用前需测量NCO含量,并对多元醇进行真空脱水,以保证制备合格的CPU发泡涂层。将CPU发泡涂层用于合成革的生产,不仅能够消除溶剂污染,而且产品不含有毒有害的化学品[4,5,6]。然而,CPU发泡涂层的泡孔较大,力学性能和耐水解性能较差,成为CPU合成革制造中最大的难题。
本文采用有机氟树脂改性的方法,在浇注型聚氨酯(CPU)原料中添加有机氟树脂乳液,调节原料体系的表面张力,使CPU发泡涂层的泡孔直径变小,数量增多,从而改善CPU发泡涂层的手感和力学性能[7,8,9,10]。而且由于有机氟树脂能够赋予CPU发泡涂层良好的防水性能,因而可以有效地提高CPU发泡涂层的耐水解性。
1 试验部分
1.1 主要试验材料
液化MDI,工业品,德国拜尔公司;
聚合物多元醇C1120,工业品,西安蕾铭化工科技有限公司;
有机氟树脂TG1001,工业品,大金氟化工(中国)有限公司;
轻质碳酸钙,工业品,西安中信精细化工有限责任公司;
催化剂DCC-3,实验室自制。
1.2 主要试验仪器
扫描电子显微镜,Hitachi-S-4800,日本日立公司;
傅里叶红外光谱仪,VERTE70,德国布鲁克Bruker公司;
热重分析仪,Q5000,美国TA公司;
OCA20视频接触角测量仪,德国Dataphysics公司;
电子拉力试验机,LDW-1,济南东方试验仪器有限公司;
数字皮革厚度测定仪,MH-YDI,陕西科技大学阳光电子研究所。
1.3 CPU发泡涂层的制备
首先,依次将定量的聚合物多元醇C1120、催化剂DCC-3、轻质碳酸钙加入干燥的料杯中,然后用搅拌器搅拌均匀,之后再加入定量的液化MDI,搅拌均匀后,将物料快速倒在聚四氟乙烯板上,并用涂饰棒涂布均匀,控制液态涂膜厚度为0.5mm,然后放入烘箱,在130℃的条件下反应固化,即可得到CPU发泡涂层。按照上述制备方法,固定其它组分的配比,分别加入有机氟树脂1001的量为质量分数0.1%、0.2%、0.3%、0.4%,制备有机氟树脂改性CPU发泡涂层,空调后取样进行测试。
1.4 接触角的测定
采用静态法,按照QB/T30447-2013测接触角,分别测定不同的有机氟树脂用量下所得CPU发泡涂层的接触角。
1.5 微观结构分析
采用喷金制样法,利用扫描电镜(SEM)观察CPU发泡涂层和有机氟树脂改性CPU发泡涂层的微观结构。
1.6 成膜厚度和柔软度分析
按照QB/T3812.4-1999测定厚度,使用皮革柔软度测试仪测定柔软度,分别测定不同的有机氟树脂用量下所得CPU发泡涂层的厚度和柔软度。
1.7 卫生性能分析
采用静态透湿皿法,按照QB/T1811-1993测定透水汽性,按照GB/T1038-2000测定透气性,按照GB/T4689.21-1996测定吸水度。分别测定不同的有机氟树脂用量下所得CPU发泡涂层的卫生性能。
1.8 力学性能分析
按照QB/T 1670-92测定抗张强度,按照FZ/T 60005-1991测定断裂伸长率,按照GB/T 12829-2006测定撕裂强度。分别测定不同的有机氟树脂用量下所得CPU发泡涂层的力学性能。
1.9 耐水解性能检测
采用碱蚀法,将待测试样放入盛有10%NaOH水溶液的烧杯中,密封;在温度为(23±2)℃的条件下放置24h后取出,并用清水冲洗干净,晾干后测试抗张强度的变化。
1.1 0 红外分析(FT-IR)
利用傅里叶红外光谱分析仪,分析CPU发泡涂层和有机氟树脂改性CPU发泡涂层的化学结构。
1.11热重分析(TGA)
利用热重分析仪对CPU发泡涂层和有机氟树脂改性CPU发泡涂层进行分析,试验中载气为氮气,流量为20mL/min,温度由程序控制,升温速度10℃/min,样品的质量控制在3～10mg之间,精确到0.01mg。
2 结果与讨论
2.1 有机氟树脂的用量对CPU发泡涂层接触角的影响
试验结果如表1所示。
从表1可以看出:随着有机氟树脂1001用量的增加,CPU发泡涂层的表面接触角逐渐增大。这说明随着CPU发泡涂层中氟含量越来越多,CPU发泡涂层表面的疏水性能越来越好。这主要是由于氟碳链既疏油又疏水的性能,以及氟碳链之间很弱的相互作用,使有机氟树脂呈现很高的表面活性,显示出非常低的表面张力。加入有机氟树脂以后,改善了聚合物表面的表面性能,提高了CPU发泡涂层的疏水性能。
2.2 有机氟树脂对CPU发泡涂层微观结构的影响
有机氟树脂改性前后的CPU发泡涂层截面SEM图片如图1所示。
由图1可以看出:未用有机氟树脂改性的CPU涂层中,泡孔数目较少、泡孔较大,大小不一,使得CPU发泡涂层的弹性和丰满度较小,CPU发泡涂层整体手感较差,而且由于存在的泡孔较大,会导致CPU发泡涂层的力学性能降低。用有机氟树脂改性后,CPU发泡涂中的泡孔数目增加,孔直径变小,泡孔分布更加均匀,使得CPU发泡涂层的弹性和丰满度增加,力学性能提高。因为CPU涂层发泡的主要机理是由于聚合物多元醇中含有的微量水与异氰酸酯基反应,产生二氧化碳进行发泡,得到CPU发泡涂层,当添加少量的有机氟树脂以后,可以有效地降低微量水的表面张力,使微量水与整个物料体系的相容性提高,从而使得CPU发泡涂层的泡孔直径变小,泡孔密度增加,CPU发泡涂层的整体手感较好。
2.3 有机氟树脂用量对CPU发泡涂层柔软度及卫生性能的影响
试验结果如表2所示。
由表2可以看出:加入少量的有机氟树脂能有效降低物料体系的表面张力,使微量水与整个物料体系的相容性提高,使得CPU发泡涂层的泡孔直径变小,泡孔密度增加,从而使得CPU发泡涂层的成型厚度增加;另一方面,由于氟碳链既疏油又疏水的性能,当加入量较大时,使得氟树脂本身与体系的相容性变差,从而使得CPU发泡涂层的成型厚度反而降低。从CPU发泡涂层的柔软度来看,由于有机氟树脂的加入,改变了CPU发泡涂层的微观结构,对其柔软度产生了一定的影响,但是柔软度的变化不大。从CPU发泡涂层的吸水度、透气性和透水汽性来看,添加有机氟树脂以后,CPU发泡涂层的接触角增大,疏水性提高,使得CPU发泡涂层的吸水度和透水汽性下降;另一方面,添加有机氟树脂后,CPU发泡涂层中的泡孔数目增加,孔直径变小,泡孔之间的通道也相应减小,使得CPU发泡涂层的透气性降低,这一结果和微观结构分析相符。表2的结果表明,添加有机氟树脂,CPU发泡涂层的吸水度、透气性和透水汽性均有大幅度的降低,使得CPU发泡涂层的卫生性能降低。
2.4 有机氟树脂用量对CPU发泡涂层力学性能的影响
试验结果如表3所示。
从表3可以看出:用有机氟改性后的CPU发泡涂层的抗张强度、断裂伸长率、撕裂负荷,均得到了大幅度的提高。形成这种结果的主要原因是用有机氟改性后,物料体系的表面张力降低,使得发泡更均匀,泡孔直径减小,使得CPU发泡涂层在拉伸过程中,有效地降低了泡孔对涂层力学性能产生的负面影响,使得CPU发泡涂层的力学性能增强。表3的试验结果表明:添加有机氟树脂能够大幅度的提高CPU发泡涂层的力学性能。利用10%NaOH水溶液,在温度为(23±2)℃的条件下水解24h,从表3中数据可以看出:随着耐水解试验的进行,所有的CPU发泡涂层的抗张强度都有所下降,这是因为CPU大分子主链上带有大量的氨基甲酸酯基和酯基,这些基团亲水性强,在碱性环境中,易受到碱及水分子的攻击而断裂,且水解24h后,添加量为0.1%的CPU发泡涂层的抗张强度最高,耐水解性能最佳。另外从水解试验的过程中还发现,未添加有机氟树脂的涂层受到的损害远远大于添加了有机氟树脂的涂层,并且添加不同量的有机氟涂层,水解24h后外观效果相差不大。综上所述,有机氟树脂的添加量为0.1%时,所得的CPU涂层效果最好。
2.5 FT-IR分析
试验结果如图2所示。
从图2可以看出:添加有机氟树脂1001和未添加有机氟树脂1001的CPU发泡涂层的红外谱线基本一致,2条红外谱线中3 000cm-1以上出现有3355cm-1和3 359cm-1吸收峰,属于醇羟基氢氧键的伸缩振动,说明了CPU涂层中均有一OH残余,但是谱线1的峰尖锐一些,这是由于有机氟与部分羟基形成氢键;2 750 000cmm-1之间出现的2 954cm-1弱吸收峰为一CH2的伸缩振动峰;在2 240～2 280cm-1之间均未出现一NCO基团的不对称伸缩振动吸收峰,在1 732cm-1处出现了氨基甲酸酯基的C=O的伸缩振动峰,以及在1 532cm-1和1 533cm-1处出现了较强的酰胺基的特征峰,这说明一NCO基团与一OH和空气中微量的水分基本反应完全,生成了氨基甲酸酯基和酰胺基以及CO2气体,并起到化学发泡的作用;2条谱线中在1077～1 222cm-1以及1 078～1222cm-1之间均出现了4条谱带,属于缩酮分子中的2个C—O—C键振动偶合。这些特征峰证实了CPU发泡涂层的化学反应相关特征,并且其基本原理遵从聚氨酯的基本反应规律。
2.6 TGA分析
试验结果如图3所示。
从由图3可以看出:第一,对于含氟CPU发泡涂层来说,在216℃之前的轻微失重,主要为CPU发泡涂层中水分的蒸发和含量极少的小分子物质的挥发导致的结果,失重量在0.5%左右,从235.5℃开始分解,在321.5℃左右分解速率达到最大值;对于不含氟CPU发泡涂层来说,在162.5℃之前的轻微失重,主要为水分的挥发,即湿失重,失重量在1%左右,在308.5℃左右分解速率达到最大值。第二,观察2条热失重曲线,它们最大的失重几乎均发生在250～400℃之间,这是由于PU主链化学键发生断裂,PU大量分解失重造成;第三,在600℃的测试温度下,质量的残余量较少,说明被测的PU绝大部分为有机物。第四,最终加氟的CPU残余量高于未加氟的,说明加氟后其耐热性要增强一些。由图可知,CPU发泡涂层的分解温度在250℃以上,在CPU合成革的生产过程中,最高温度控制在160℃以下,说明该CPU发泡涂层能够适应CPU合成革生产过程对于耐温性的要求,适合于制造CPU合成革。
3 结论
浇注型聚氨酯(CPU)生产过程中不使用任何有机溶剂,产品不含有毒有害的化学品,是环境友好型材料,但其耐水解性能较差,在CPU原料中添加有机氟树脂乳液,可以增加其耐水解性能。研究结果表明:在CPU组合料中添加有机氟树脂乳液,能使CPU发泡涂层的泡孔直径变小,数量增多,并能有效地提高CPU发泡涂层的力学性能、热稳定性和耐水解性。有机氟树脂与CPU原料形成的氢键起到防水作用,当其添加量为CPU组合料质量分数的0.1%时,CPU发泡涂层的耐水解性最佳。
参考文献
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环氧树脂涂层 第7篇
为解决服役钢筋混凝土构件和结构中钢筋的锈蚀问题,一个切实有效的方法是采用环氧涂层钢筋[1]。 目前,国内外对环氧涂层钢筋混凝土试件力学性能的试验研究和环氧涂层钢筋耐腐蚀性的研究较多[2,3,4],但是对于疲劳荷载和环境腐蚀两者共同作用下环氧涂层钢筋混凝土的研究则未涉及。 实际服役情况下, 大部分的钢筋混凝土构件均带裂缝工作,这些荷载产生的裂缝为服役环境中有害介质的侵入提供了有利的渠道,使得带裂缝混凝土中有害介质(氯离子)到达钢筋表面的时间大大缩短[4]; 另一方面,环氧涂层钢筋能充分隔断造成钢筋腐蚀的三种因子(水、氧、腐蚀性离子)的传输过程。 但较厚的涂层使钢筋与混凝土间黏结强度降低较大[2],使得构件中出现较宽的裂缝,从而加剧钢筋锈蚀。
试验采用普通无涂层、0.2mm涂层和0.6mm厚涂层的钢筋混凝土试件。 先对试件进行了静力加载和疲劳加载,再对加载后试件和未加载试件进行了3%~5%的模拟盐水腐蚀。 对经历一定干湿循环的试件中钢筋的阻抗进行了电化学测试,并对测试结果进行了等效电路模拟分析;根据测试和模拟结果分析了加载情况及涂层厚度对试件耐久性能的影响。
1 试验简介
1.1 试件
钢筋混凝土试件截面尺寸为120mm×300mm,全长1.5m, 见图1, 纵向受力钢筋为3 根直径为12mm的Ⅱ级钢筋, 纵向钢筋的底边混凝土净保护层厚度为40mm,侧边60mm;箍筋为直径8mm的Ⅲ级钢筋,混凝土设计强度等级C40,水胶比0.44。
按图1 绑扎钢筋笼,其中钢筋的位置标注如图所示。 在两侧钢筋的中间部位和距中100mm部位粘贴钢筋应变片。 文中涉及试件如表1 所示。 试件的命名规则为:“E0.2”和“E0.6”指涂层厚度分别为0.2mm和0.6mm的涂层钢筋,FE指“疲劳荷载和环境腐蚀”,DE指“静力荷载和环境腐蚀”。 绑扎钢筋前,对每根涂层钢筋进行了标记、涂层厚度测试和记录。 表1 为最终的加载方案及试件实测参数。
采用构件脉冲疲劳试验机进行试件的一次静力加载和疲劳加载,试件采用单点中心加载,加载装置简图见图2。DH3815 动态应变测量系统采集数据,静载采用分级加载,观察、记录试件的裂缝发展情况和相应荷载,疲劳加载采用静载预压后进行脉冲疲劳加载,加载频率为4Hz。
1.钢筋混凝土试件;2.加载垫块;3.构件脉冲疲劳试验机加载端;4.位移计;5.混凝土应变片;6.支座
1.2 试件的模拟环境腐蚀
组一未经加载试件和组二、组三加载后试件进行盐水腐蚀试验,试件底面向上放置。 前期在底面覆盖3%~5%盐水浸湿的海绵和塑料薄膜。 两周后,撤走塑料薄膜和海绵,风干试件一周,三周构成一个湿干循环,共经过四个湿干循环。 后期建造了一个4m×5m的水池以加速腐蚀。 试件在水池中先浸泡两周,进行钢筋1 和3 的阻抗测试,并定义此为第一次湿循环阻抗(EIS)数据。接下来再进行两周的浸泡和近一个月的风干并再进行测试,并定义此为第一次干循环阻抗数据。
1.3 电化学测试
采用普林斯顿Parstat2263 进行试件内钢筋的阻抗的数据采集,仪器的扫描电压为交流10m V,扫描频率为0.1~100000Hz,采集示意原理图见图3。采用三电极接线:待测钢筋作为工作电极,选用饱和甘汞参比电极SCE(242m V),辅助电极选用空芯不锈钢。
2 试验结果
因加载试件中钢筋阻抗测试是在钢筋底面300mm范围内进行(图3),本文仅给出加载后试件底面的裂缝情况,见表2。
1.工作电极(试件内钢筋);2.海绵试验池(内部净尺寸300mm×250mm×50mm);3.饱和甘汞参比电极SCE;4.空芯不锈钢电极;5.3%盐水;6.普林斯顿Parstat2263电化学工作站,7.数据采集计算机
以阻抗为标准描述钢筋混凝土试件内部钢筋锈蚀程度时,主要以阻抗模-频率图、相角-频率图、阻抗复平面图(Nyquist图)为判断依据。 限于篇幅,本文仅给出第一次湿、 干循环时试件内钢筋1 和3的阻抗复平面图(Nyquist图)。
注: (+)表明试件在运输过程中存在初始裂缝。
组一试件第一次湿、 干循环时内部钢筋1 和3的阻抗复平面图(Nyquist图)分别如图4、图5 所示。 湿循环时,Nyquist图中, 试件E0.2E和E0.6E中钢筋1 和3 的的图线更完整, 超过1/4 圆弧曲线,E1 图线圆弧半径最小,近似直线段(图4)。 但干循环中, 试件E0.2E和E0.6E中钢筋的图线较E1中钢筋不完整,可能与涂层的吸水有关。
组二试件第一次湿、 干循环时内部钢筋1 和3的阻抗复平面图(Nyquist图)分别如图6、图7 所示。 湿循环时,试件E0.2DE3 和E0.6DE4 中钢筋的Nyquist图圆弧直径较大(图6);但E0.2DE4 中钢筋1 和3 的Nyquist图圆弧直径有所减小。 试件E0.6DE3 中钢筋1 的Nyquist图的高频区出现很小的压扁圆弧。 干循环中,各试件的Nyquist图比较接近,0.6mm涂层的试件E0.6DE3 的Nyquist图最接近1/4 圆弧。
组三试件第一次湿、 干循环时内部钢筋1 和3的阻抗复平面图(Nyquist图)分别如图8、图9 所示。湿干循环时,无涂层试件FE1 的Nyquist曲线是一条低频率区的斜直线,说明此时在测试的300mm区段, 钢筋处于腐蚀活性状态;0.2mm涂层试件E0.2FE3 和E0.6FE4 的Nyquist图接近1/4 圆弧,E0.6FE3 的圆弧最大,耐腐蚀性能在本组最好,也可能与其较厚的涂层厚度有关(见表1)。 干循环中,Nyquist图中, 无涂层试件FE1 和E0.2FE6 的Nyquist曲线是一条斜直线,说明钢筋处于腐蚀活性状态;0.6mm涂层的两根试件中钢筋的Nyquist图均接近1/4 圆弧。
3 等效电路拟合
3.1 基本原理
运用图10 所示的等效电路,对第一次湿、干循环阻抗测试结果进行拟合分析。 其中图10(a)用于无涂层钢筋的拟合分析;图10(b)用于涂层钢筋的拟合分析。 图10 中的Rs为溶液电阻;Ccr和Rcr为混凝土基体的电容和电阻;CPEDL为钢筋-混凝土界面处的双层电容(Double Layer Capacitance);Rp为界面处的极化电阻;CPEep为涂层电容,Rep为涂层电阻。 等效电容(Effective Capacitance)CPE由两个参数Y和n定义,用如下的公式计算[6]:
式中:R指Rep或Rp: 当计算Cep(即CPEep,下同)时,R指Rep;当计算界面处电容CDL(即CPEDL,下同)时,R指Rep。 相应地,Yep和nep用于表示Cep;YDL和nDL用于表示CDL。
通常情况下, 等效电路中的Rep表征了涂层的孔隙和退化性能; 电容Cep的增加与涂层的吸水性能有关。 Rp和CDL是钢筋与混凝土界面处表征外层涂层剥离和腐蚀开始的两个最直接的参数。 恒定的CDL表征钢筋稳定的表面状态,变化的CDL与钢筋表层的剥离和腐蚀产物的堆积有关, 从而使得CDL增大或减小。
3.2 拟合结果
运用Zsimp Win软件拟合第一次湿循环和第一次干循环的阻抗测试数据,主要拟合参数见表3~表5。 等效电路拟合的Chi-squared值介于10-2~10-3之间。 运用式(1)计算出的涂层电容Cep和界面处电容CDL也列于表中。
组一中,湿循环时,普通钢筋E1 的极化电阻Rp较涂层钢筋的小,等效电容CDL较大;但0.2mm涂层钢筋与0.6mm涂层钢筋的涂层电容差别不明显;干循环相比于湿循环, 普通钢筋E1 的拟合参数变化不大;但因干循环测试较湿循环晚,经历的盐水浸泡时间更多,涂层钢筋的涂层电容增加,等效电容CDL有所增加,见表3。
组二中,湿、干循环时,18k N一次的静载作用对DE1 影响甚微; 湿循环时涂层钢筋的电容CDL略有增加(表4);干循环时,因加载后试件裂缝的存在,涂层电容的增加不如组1 显著,这主要源于裂缝提供了涂层中水分挥发的渠道。 但因干循环测试时经历的盐水浸泡时间更多,等效电容CDL也所增加。
组三中,50 万次的疲劳荷载使得FE1 中的最大裂缝达到0.2mm(见表2),因而其等效电容CDL的增加也较大, 且随盐水浸泡时间的增加而增加明显;配0.2mm涂层钢筋的试件中, 干循环测试时钢筋的等效电容CDL增加显著; 配0.6mm涂层钢筋的试件中,E0.6FE3 试件中钢筋在湿循环时的等效电容CDL的增加较大。 总体上,随盐水浸泡时间的增加,试件中两根钢筋的平均等效电容CDL均有所增加。
注: F(法拉)为电容单位;Ω·cm2为面阻抗单位,下同。
4 试验结果及影响因素分析
4.1 外加荷载对试件中钢筋锈蚀性能的影响
根据阻抗结果Nyquist图,经过湿循环后,组一试件中除无涂层试件E1 外, 有涂层试件的Nyquist图曲线均较完整,超过1/4 圆弧,且直径较大;但组二和组三试件中, 仅有个别试件的曲线接近1/4 圆弧,且直径不大。 根据已有的试验结果[5],Nyquist曲线越接近1/4 圆弧,且半圆直径越大,涂层的耐腐蚀性能越好。
根据表3~表5 拟合结果,经过对干湿循环后相同涂层厚度试件的对比分析,组二、组三试件相较于组一试件而言,相同涂层厚度试件平均极化电阻Rp有所减小,平均涂层电容Cep及等效电容CDL总体而言有所增加。 在外加荷载的作用下,钢筋混凝土试件势必会出现许多微裂缝。 这些微裂缝为盐水中的氯离子提供了进入试件内部的通道,裂缝处的钢筋涂层也会受到不同程度的损伤;同时涂层的吸水也导致其耐腐蚀性能下降。 总之,外荷载作用会使试件钢筋的抗锈蚀性能降低。 而配0.6mm涂层的钢筋混凝土试件在同样的荷载作用下, 主裂缝宽度大,主裂缝处涂层集中暴露,更容易出现上述的损伤与性能下降,使钢筋抗锈蚀性能降低。
4.2 不同荷载类型对试件中钢筋锈蚀性能的影响
根据阻抗结果Nyquist图,湿循环后,组二中试件E0.2DE3 和E0.6DE4 的Nyquist曲线圆弧直径较大, 组三中仅有试件E0.6FE3 的曲线较为完整,其余均不完整,且直径较小。
干循环后, 各组试件的Nyquist曲线圆弧直径明显小于湿循环后各组试件曲线的圆弧直径。 其中, 组二各试件的Nyquist图比较接近,0.6mm涂层试件(E0.6DE3)的Nyquist图最接近1/4 圆弧;在组三试件中,FE1 和E0.2FE6 的曲线不完整,几乎为一条斜直线。 总体而言,经过疲劳荷载后,试件中钢筋的抗腐蚀性能较经过静荷载作用后的试件下降得更快。
另外根据表3~表5 拟合结果中组二与组三数据的对比分析,经过疲劳荷载作用的组三试件中的涂层钢筋,相较于经过静荷载作用的组二试件中涂层钢筋而言,总体上极化电阻Rp较小,平均涂层电容Cep及等效电容CDL较大。 这主要归因于疲劳荷载加载过程中,钢筋受力发生弹塑性变形,使得涂层中产生微小的裂缝,致其抗锈蚀性能下降。
5 结论
(1)钢筋混凝土试件中无涂层钢筋和涂层钢筋的抗锈蚀性能均受到外部荷载的影响,其中承受疲劳荷载钢筋混凝土试件中钢筋抗锈蚀性能的下降尤为显著。
(2)对承受疲劳荷载的环氧涂层钢筋混凝土试件,含较厚涂层钢筋的试件中因荷载引起的裂缝较宽,相比于含较薄名义涂层厚度的钢筋,较厚涂层钢筋的抗锈蚀性能下降较大。
(3)对同组试件中的无涂层钢筋和环氧涂层钢筋,环氧涂层钢筋的抗锈蚀性能在经过外部荷载作用后下降的程度较无涂层钢筋更大,但前者的抗锈蚀性能总体而言仍优于后者。
(4) 横向对比湿、 干两次循环( 湿循环在先, 干循环在后),湿、干循环后的试件相较于只经过湿循环的试件而言,涂层电容和双层电容有较明显的增加,而极化电阻则有一定程度的降低,即抗锈蚀性能在经过完整的一次干湿循环后有明显的下降。
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