改性涂層在中性介質(zhì)中的防腐蝕性能研究

白坤舉,王作輝

(鶴壁職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河南鶴壁 458030)

改性涂層在中性介質(zhì)中的防腐蝕性能研究

白坤舉,王作輝

(鶴壁職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河南鶴壁 458030)

采用重量法研究了較高溫度下玻璃鱗片改性環(huán)氧樹脂涂層在中性介質(zhì)溶液中的防腐蝕性能。通過模擬涂層在日常工作環(huán)境中的實驗,發(fā)現(xiàn)玻璃鱗片的含量在20%左右時,能大大提高涂層的力學(xué)性能和防腐蝕能力。

環(huán)氧涂層;玻璃鱗片;改性

1 概論

有機(jī)涂層的防護(hù)作用首先在于對侵蝕性粒子具有阻擋作用,因此其抗?jié)B透性能是衡量涂層質(zhì)量和防腐蝕效率的一個重要指標(biāo)。在涂層所處的各種環(huán)境中,水和氧氣是兩種最為常見的侵蝕性粒子,它們可通過擴(kuò)散滲入涂層。大量研究工作證實水在金屬腐蝕的過程中具有不可替代的作用[1-4]。當(dāng)水滲透涂層到達(dá)基體與涂層的界面時,便會在此發(fā)生累積,同時若O2等物質(zhì)存在,則金屬將很快發(fā)生腐蝕。

2 試驗部分

通過試驗研究添加不同含量玻璃鱗片的環(huán)氧樹脂涂層在中性鹽和水中的增重率和力學(xué)性能,探索玻璃鱗片的含量最佳范圍。數(shù)據(jù)分析借助Origin軟件更好了解增重率和體積變化率。

2.1 實驗材料、實驗設(shè)備方案的確定

①在XH-11膠高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)膠中加入不同百分含量的填料(玻璃鱗片),做搭頭試樣,固化后測量其拉伸強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度。分析不同的配方與和力學(xué)性能的關(guān)系即拉剪強(qiáng)度與玻璃鱗片的含量的關(guān)系。②在XH-11膠高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)膠中加入不同百分含量的填料,制成試樣塊,固化后測定其增重率,記錄數(shù)據(jù),分析處理數(shù)據(jù),了解玻璃鱗片的配比與涂層性能的關(guān)系,探索其變化規(guī)律。

實驗材料及設(shè)備選擇如下,試樣采用的基體是Q235鋼,膠粘劑采用XH-11膠高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)膠。所用的設(shè)備有電子天平(型號:FA2004)、恒溫烘箱、燒杯、鐵架臺、電子萬能實驗機(jī)、濾紙、可控溫度的溫度計、電爐等。

2.2 試驗步驟與操作

2.2.1 制樣

增重率試驗的試樣制備過程如下:①制備試樣的準(zhǔn)備。在干凈玻璃板上,用雙面膠鋪出20 mm×20 mm×2 mm的?？颉＂谡{(diào)膠涂膠。取A和B兩組分在玻璃片混和均勻,配制含玻璃片0%、10%、20%、30%四份。③固化。在恒溫烘箱恒溫60℃固化2 h。

2.2.2 實驗過程

從恒溫箱取出各試樣并編號,試樣XH-11膠編號:A1、A2、A3;10%玻璃鱗片的編號:B1、B2、B3;20%玻璃鱗片的編號:C1、C2、C3;30%玻璃鱗片D1、D2、D3;稱量其質(zhì)量和測定試樣的體積。12 h后開始實驗,先進(jìn)行稱量,分別配制5%的NaCl溶液,放在多功能加熱爐加熱,溫度控制在100℃以上,把編號為A1、A2、A3、B1、B2、B3、C1、C2、C3、D1、D2、D3為NaCl溶液組,把它放入沸騰5%的NaCl溶液中進(jìn)行實驗,模擬涂層工作環(huán)境,開始計時,每隔3 h稱量一次,四次后,暫停12 h后重復(fù)以上操作,一共連續(xù)實驗72 h,分別求出三天后的密度數(shù)據(jù)。

3 試驗數(shù)據(jù)及分析

3.1 做拉伸試驗

根據(jù)GB/T7124-1986制備單搭接接頭試樣,尺寸為100 mm×25 mm×2 mm,材料為Q235。鋼試樣搭接區(qū)長度12.5 mm,經(jīng)打磨、丙酮清洗后涂膠(XH-11型環(huán)氧膠黏劑),晾置10 min后疊合試樣的搭接部并施加一定壓力,隨后在80℃保溫爐中固化2 h,再用CSS-2210型電子萬能試驗機(jī)測其剪切強(qiáng)度。經(jīng)過實驗后拉剪強(qiáng)度見圖1。隨著玻璃鱗片含量的增加,其拉剪強(qiáng)度先下降,當(dāng)玻璃鱗片的含量達(dá)到10%左右,強(qiáng)度出現(xiàn)第一處拐點,然后強(qiáng)度上升,到含玻璃鱗片20%時強(qiáng)度達(dá)到最大。大于20%,強(qiáng)度急劇下降,在30%左右強(qiáng)度仍在20 MPa以上,說明材料保持著很好的力學(xué)性能。

圖1 平均拉剪強(qiáng)度與玻璃鱗片含量的關(guān)系

3.2 試樣在介質(zhì)NaCl溶液的數(shù)據(jù)分析

對于試樣在介質(zhì)NaCl溶液中,圖2和圖3為72 h浸漬試驗前后試樣的體積和密度的變化情況。

圖2 體積變化率與玻璃鱗片的含量關(guān)系

由圖2可以看出在試驗范圍內(nèi),試樣經(jīng)鹽水浸漬后的體積變化率與玻璃鱗片的加入量之間呈現(xiàn)出單峰曲線的特性;由圖3中該成分試樣密度隨著玻璃鱗片的含量增加到10%前,密度也顯著上升,在20%出現(xiàn)一段平滑的不變區(qū)。對于玻璃鱗片添加量為20%的試樣,72 h浸漬后體積增加了約1.3%,比無玻璃鱗片加入的對照組試樣低大約1.3%,比加入量為10%的試樣低約0.9%,顯然,在存在數(shù)值如此大的體積變化率的情況下,浸漬將導(dǎo)致鱗片添加量為0%的涂層與金屬基體之間的內(nèi)應(yīng)力上升,界面強(qiáng)度相對下降,最終引起涂層附著力低、成片脫落或溶脹、涂層機(jī)械強(qiáng)度低等問題。而玻璃鱗片含量高于20%時,體積增加率迅速降低,到含量30%以下時試樣的體積增加率都不明顯,說明涂層浸泡后的體積變化率與其耐水性能有密切的關(guān)系,評定涂層的抗腐蝕性能要由質(zhì)量的變化率和體積變化率綜合評價。

圖3 密度變化量與玻璃鱗片的含量關(guān)系

4 結(jié)論

用玻璃鱗片來改善環(huán)氧樹脂膠層的抗腐蝕性時,既要考慮起其工作環(huán)境又要考慮到玻璃鱗片的含量,二者互相聯(lián)系,互相影響。在中性鹽環(huán)境下涂層,玻璃鱗片含量的增加與涂層的抗腐蝕性能和耐用性并不是呈正比關(guān)系,根據(jù)試驗所得結(jié)果,在中性鹽溶液環(huán)境下,鱗片加入量在20%左右時環(huán)氧樹脂膠層憎水性較好,鱗片在20%左右時抗溶脹性較好。由此綜合起來,在中性鹽溶液中玻璃鱗片含量一般控制在20%為宜。這時涂層不僅有比較好內(nèi)吸附力,長時間吸附在金屬板上,而且增重率也相當(dāng)?shù)?涂層才不易被破壞,壽命也長些。

[1］鄭小玲,游 敏,張露露,等.固化條件對環(huán)氧玻璃鱗片涂層界面強(qiáng)度的影響[J].表面技術(shù),2005(1):34-35.

[2］Zhang S Y,Zhou W F,Luo X W,et al.Evaluation of thin defect-free epoxy coatings using electrochemical impedance spectroscope[J].J Appl Electrochem,1998(28):1277.

[3］林 安,張三平,楊麗霞,等.玻璃鱗片含量對環(huán)氧類重防蝕涂層抗蝕性能的影響[J].材料保護(hù),2002(12):13-15.

[4］張晶晶,游 敏,張露露,等.玻璃鱗片含量對環(huán)氧膠強(qiáng)度和吸水率的影響[J].粘接,2006,27(2):10-11.

TQ423.96

A

1003-3467(2010)18-0039-02

2010-09-07

白坤舉(1982-),男,助教,主要從事材料與模具方面的研究與教學(xué)工作,電話:15939269016。