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固化剂对环氧玻璃鳞片涂层性能的影响,以双酚A 环氧树脂(E20)为主要成膜物,中国资讯网,ChinaNews360.com
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固化剂对环氧玻璃鳞片涂层性能的影响,以双酚A 环氧树脂(E20)为主要成膜物
2019年09月30日    阅读量:1048    新闻来源:中国资讯网 ChinaNews360.com  |  投稿

0 引言

海洋中服役的船舶承受着苛刻的海水腐蚀,而螺旋桨和船舵不仅常年浸泡于海水之中,而且由于螺旋桨后面较大的轴向气流冲击和船舵结构的复杂性,使螺旋桨和船舵受到严重的海水冲刷腐蚀和空泡腐蚀。因此,研制出适合螺旋桨和船舵保护的重防腐、耐磨蚀专用涂料具有重要的学术意义和工程价值。


环氧树脂涂料主要由环氧树脂和固化剂组成,辅助成膜物质有颜料、填料等涂料在线coatingol.com。因为环氧树脂具有易加工成型、固化物性能优异等特点,被广泛应用于海洋船舶的防腐中。环氧树脂作为复合材料的基体树脂,具有黏结强度高、耐腐蚀性好、力学性能强等优点。


环氧玻璃鳞片涂料中大量的玻璃鳞片一层层交错排列,形成了独特的屏蔽结构,使腐蚀介质不能直接渗透到基体表面,必须经过曲折而又较长的路线才能渗透到基体,这样就大大延长了介质渗透的路径和时间。其次,玻璃鳞片将树脂基体分割成许多独立的小区域,使树脂的收缩性减弱,并将树脂基体中的微裂纹、气孔分隔开,抑制了由于毛细管作用引起的渗透,提高了涂层的抗渗性及耐腐蚀性。


本研究以玻璃鳞片为主要填料,采用脂肪族胺加成物SM593B、聚酰胺TY-650 两种固化剂,分别与环氧树脂按一定配比制备了环氧玻璃鳞片重防腐涂料。分别对其力学性能及耐腐蚀性进行测试,进而得到一种与环氧树脂配合更好的固化剂,并初步探讨了铝粉的加入对涂层耐腐蚀性的影响。

 

1 实验部分

1.1 涂层制备

环氧树脂防腐涂料是双组分涂料,通常其A 组分由双酚A 型环氧树脂和颜填料组成,B 组分为固化剂,常用的固化剂有脂肪族胺、聚酰胺等。为了考察和筛选固化剂,以及氧化铁红和铝粉的影响,本文将LP1 铁红环氧鳞片涂料和LP2 铝粉环氧鳞片涂料两个A 组分分别与B 组分的两种固化剂混合制漆。A 组分配方见表1,B 组分分别为脂肪族胺(B1)和聚酰胺(B2),其主要技术指标如表2 所示。两种固化剂分别与A 组分LP1 和LP2 混合涂装后的涂料试样记为LP11、LP12、LP21、LP22。

环氧玻璃鳞片涂料A组分配方

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两种固化剂的主要技术指标

实验中A 组分与B 组分以6∶1 的比例充分混合,人工搅拌10 min,待气泡完全消失后,均匀刷涂在预先准备好的钢板和马口铁板上,然后置于通风橱中实干7 d。钢板规格:70 mm×150 mm×1 mm,涂装前经喷砂处理达Sa 2.5 级;马口铁板规格:50 mm×120 mm×0.3 mm,经400# 水磨砂纸手工打磨,用丙酮或无水乙醇清洗处理表面,风干。

1.2 涂层基本性能测试

分别依照国标GB/T 6379—1996、GB/T 1731—1993、GB/T 9286—1998 和GB/T 1732—1993 对涂膜的铅笔硬度、柔韧性,附着力(划圈法)和耐冲击性等性能进行测试。

1.3 涂层耐腐蚀性测试

在20 世纪80 年代,国际上开始采用电化学交流阻抗谱法研究涂层的失效过程,并且逐渐使之成为最主要的检测方法之一。本研究通过电化学工作站对涂层的极化曲线以及电化学交流阻抗进行测定,通过分析极化曲线和Bode 图来评价涂层的耐腐蚀性。

 

2 结果与讨论

2.1 固化剂对涂层力学性能的影响

涂层的铅笔硬度反映了其弹性模量、抗拉强度和附着力的综合效应。表3 为环氧玻璃鳞片涂料力学性能的测试结果。由表3 可见:使用脂肪族胺固化剂和聚酰胺固化剂的环氧玻璃鳞片涂层的铅笔硬度均达到2H 以上,其硬度值相对较高,并且涂层的附着力、耐冲击性、柔韧性都较好,这反映了脂肪族胺固化剂和聚酰胺固化剂与环氧树脂配用时,均能够很好地交联固化,生成致密的网状结构膜,涂层中分布的层层叠叠的玻璃鳞片也使涂层的硬度提高。因此,涂层的综合力学性能较好,其中加入铝粉的涂层力学性能更好。

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环氧玻璃鳞片涂层性能测试结果

2.2 固化剂对涂层耐腐蚀性的影响

2.2.1 涂层的极化曲线

涂层的极化曲线见图1、2。如图1 所示:对于铁红环氧鳞片涂层而言,使用脂肪族胺固化剂涂层的开路电位要比使用聚酰胺固化剂涂层的开路电位高33 mV,开路电位正移,腐蚀驱动力相对较小,防腐蚀效果较好。而且使用聚酰胺固化剂的涂层的开路电位在±200 mV 内的电流密度要高,腐蚀介质在涂层内比较容易通过,腐蚀速度快,耐腐蚀性较差。综上所述,对于铁红环氧鳞片涂层,使用脂肪族胺固化剂的涂层要比使用聚酰胺固化剂的涂层耐腐蚀性更好。

铁红环氧鳞片涂层的极化曲线

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如图2 所示:加入铝粉的涂层,两曲线几乎重叠,其开路电位相差不大,并且在电位相同的情况下,电流密度相差也不大。这是因为铝粉具有导电性,其均匀分布在涂层中,使涂层的导电能力增强,从而掩盖了固化剂对涂层耐腐蚀性的影响。

铝粉环氧鳞片涂层的极化曲线

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2.2.2 涂层的电化学交流阻抗

当频率为1 Hz 时,涂层的电化学交流阻抗值最大,由表3 可见:1 Hz 时LP11 的阻抗值相比LP12 要大得多。这是因为脂肪族胺加成物固化剂的胺值相比聚酰胺TY-650 要大,与环氧树脂加成反应更充分,所生成的三维网状薄膜更致密,因此能更好地阻挡腐蚀介质的侵入,进而提高涂层的耐腐蚀性及使用寿命。


而且,1 Hz 时LP21、LP22 涂层的阻抗值相比LP11、LP12 要低许多,这是由于金属铝的导电作用引起的,铝粉均匀分布在涂层中必然降低了涂层的阻抗值。不过铝粉的加入对涂层的保护作用一般包括前期的阴极保护作用和后期由于铝粉腐蚀产生的致密产物堵塞涂层空隙而起到屏蔽作用。


因此随着腐蚀时间的延长,加铝粉涂层的耐腐蚀性更好。分析涂层的阻抗参数随频率变化的关系,可以估算涂层的腐蚀速度,从而得以跟踪涂层性能的变化,进而对涂层的性能进行评价(图3、4)。


如图3 所示,电化学交流阻抗值随频率的升高而降低,LP11在高频区的阻抗值要比LP12 的高,在低频区其阻抗值随频率变化的对数关系接近为负斜率的直线,且LP11 的斜率要比LP12 的小。在高频区LP11 的相位角能达到80° 以上,也比LP12 的要大,这也表明了涂层LP11 抗腐蚀介质的侵入性要比涂层LP12 的强,LP11 对腐蚀介质有更好的屏蔽作用,腐蚀速率较低,使用寿命更长。

铁红环氧鳞片涂层的Bode 图

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铝粉环氧鳞片涂层的Bode 图

加铝粉的两种涂层的电化学交流阻抗值和相位角随频率的变化关系非常接近,曲线几乎重合,如图4 所示。这表明了电极反应类型依然是铝粉作为牺牲阳极的电化学保护作用,且没有发生钝化现象,属于材料的活性溶解行为。

 

3 结语

(1) 在实验条件下,以玻璃鳞片为填料,环氧树脂与脂肪族胺固化剂配用,所得涂层的硬度达到2H,附着力2 级,而且有良好的耐冲击性和柔韧性。

(2) 通过对涂层的电化学交流阻抗图和极化曲线的分析可知,脂肪族胺固化剂与环氧玻璃鳞片能更好地进行交联固化,所得涂层的耐腐蚀性更好。

(3) 加入铝粉的涂层,其力学性能良好,并初步证实了铝粉的加入在腐蚀前期对涂层起到阴极保护作用,为进一步研究奠定了基础。


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