不同體系表面防護涂料耐酸性環境試驗分析

孫迎偉（南車株洲電機有限公司,湖南　株洲　412000）

不同體系表面防護涂料耐酸性環境試驗分析

孫迎偉
（南車株洲電機有限公司,湖南株洲412000）

本文通過酸溶液浸泡試驗,比較了幾種不同體系表面防護涂料在酸性環境下的防腐效果，并對涂膜失效機理進行了分析。試驗研究結果表明：聚氨酯體系表面涂料耐酸性環境表現最好。

表面防護；涂料；耐酸性；失效機理

1　前言

工業的快速發展，給人類帶來了巨大的經濟效益，但同時也給人類賴以生存的環境造成了嚴重的危害，酸雨就是其中最重要的危害之一[1]。由于人類大量使用煤、石油、天然氣等化石燃料，燃燒后產生的氮氧化物或硫氧化物，在大氣中經過復雜的化學反應，形成硝酸或硫酸氣溶膠，或被云、雨、雪和霧捕捉吸收，降到地面成為酸雨，它對暴露在戶外的材料具有極大的腐蝕性。

對于長時暴露在戶外工業品，如果其表面防護涂層長時受到酸雨的侵蝕，將會造成涂層開裂破損、老化、脫落等早期失效的現象，并嚴重影響產品的安全運營和使用壽命[2]。因此，戶外工業品用工業涂料的耐酸雨性已越來越受到人們的重視。

本文選用環氧面漆、氟碳磁漆、聚氨酯漆和氟硅涂料等典型工業涂料作為研究對象，通過酸溶液浸泡試驗，比較不同體系表面涂料涂層的耐酸性，并對涂層失效機理進行了分析。

2　試驗

2.1試驗材料及設備

硫酸：分析純；硝酸：分析純；環氧漆：海虹老人涂料（中國）有限公司；氟碳磁漆：株洲時代絕緣有限責任公司；聚氨酯漆：PPG工業公司；氟硅涂料：蘇州太湖電工新材料股份有限公司；磁鋼膠（Voltatex?3200）：杜邦中國集團有限公司；試驗烘箱：重慶顥源環境試驗設備有限公司；S-770噴漆槍：星記精密工業股份有限公司；PosiTestAT-M附著力測試儀：美國DeFelsko公司；PosiTector200超聲波涂層測厚儀：美國DeFelsko公司。

2.2試樣制備

本試驗試樣的制樣依據某開啟式結構風力發電機轉子磁鋼防護結構，即表面防護涂料直接噴涂在磁鋼膠表面。試樣制備過程如下:首先采用某磁鋼粘結膠（Voltatex?3200）制備成膠塊，膠塊尺寸：50mm×120mm×5mm，然后采用噴漆槍把表面涂料噴涂在膠塊表面，最后放置室溫下干燥72h處理。

環氧磁漆、氟碳磁漆、聚氨酯表面漆和氟硅涂料，試樣依次標記為A、B、C和D。

2.3試驗過程（試驗條件有相應標準嗎，如果有盡量按標準執行）

結合《GJB150.28-2009軍用裝備實驗室環境試驗方法酸性大氣試驗》標準和漆膜行業常用5%濃度硫酸浸泡的標準。配置的酸溶液為5%濃度的硫酸和硝酸混合液，其中硫酸（濃度95%-98%）和硝酸（濃度68%-71%）的質量比為1.35：1。采用浸泡方式，室溫下酸溶液沒過試樣，試驗一個周期為672h。每經過一個周期，取一次樣，并對樣品的外觀進行觀察，然后進行漆膜厚度及附著力測試，共進行5個周期。

3　試驗結果與分析

3.1試驗結果

試驗前通過目測觀察，四種涂層均平整光滑，由于涂料所添加顏料不同，四種涂料顏色有所差異。涂層外觀如圖1所示。

經過2個周期酸性溶液浸泡試驗后，涂層外觀變化如圖2所示。A涂層出現起泡現象，其余三種涂層正常。

經過4個周期酸性溶液浸泡試驗后，涂層外觀變化如圖3所示。B涂層出現輕微起泡現象，C和D漆涂層外觀無明顯變化。

經過5個周期酸性溶液浸泡試驗后，涂層外觀變化如圖4所示。D涂層邊緣處出現起泡，而C涂層表觀仍然完好。

3.2分析

起泡是表面防護涂層最常見的失效現象，它是涂層由于局部喪失附著力而從底材表面升起的圓頂形狀的突起。起泡通常是涂層防腐蝕能力不足的最先外觀表征[3]。綜上所述，從涂層的表觀對比結果可以看出，C涂層即聚氨酯類涂料的耐酸性表現最好。

耐酸性試驗前，涂層附著力測試結果如圖5所示。由圖可知，B涂層附著力最大，A和D次之，C涂層最小。涂層附著力試驗，主要用于評價涂層與底材的結合能力，附著力越大，說明兩者的結合能力越強，涂層的使用壽命也就越長。而試驗結果卻是，C涂層在酸性環境下的使用壽命最長。為了解釋這種現象的產生，我們將從涂層起泡的機理進行分析。涂層起泡的過程[4]：當涂層與腐蝕介質接觸，首先是水，然后是氧氣和腐蝕性離子會通過涂層中的宏觀和微觀缺陷擴散到涂層/底材界面，形成非連續或連續的水相。水擴散的動力主要來自濃度梯度、滲透壓和溫度梯度的作用。此后，由于在界面處水分子的介入，導致涂層附著力的不斷降低。根據Mayne提出的涂層腐蝕壽命公式[5]:L=l2/6D+φ(Ps*δn),式中：L---涂層的壽命，l---涂層的厚度，D---涂層離子的擴散系數，φ---常數，Ps---涂層的附著力，δn---施加在涂層下鋼表面的壓力。涂層腐蝕壽命與涂層的厚度、涂層離子的擴散系數、涂層的附著力以及施加在涂層下底材表面的壓力有關。又由于這四種表面涂層厚度相差不大，A、B、C、D涂層厚度依次為34、32、33和36μm。由此，造成這種情況產生的原因，可能是因為C涂層的擴散系數較小，從而使水、氧氣和腐蝕性離子通過涂層擴散到涂層/底材界面的速度較慢，導致涂層附著力降低的速度較慢，從而大大延緩了其在酸性環境下的失效時間。

4　結論

經過耐酸性試驗，在這四種不同體系的表面涂料中，聚氨酯類的耐酸性最好。在目前環境日趨惡化和酸雨日趨嚴重的大背景下，采用該體系的涂料可以更好的為戶外工業產品提供防護，大大延長其使用壽命，從而為社會創造更大的經濟效益。

[1]錢伯容.工業涂料的耐酸性及試驗方法的新進展[J].涂料工業，1999(06):34-35.

[2]吳微微,王德祥,卞永東.海上風電防腐涂料的性能評價標準和方法[J].廣州化工,2014,42(24):22-32.

[3]林杰.橋梁結構防腐蝕涂層保護、失效規律及其壽命預測研究[D].西安:長安大學,2006:1-64.

[4]方震.涂膜保護壽命的預測理論初探[J].涂料涂裝與電鍍,2005,3(01):3-5.

孫迎偉(1986—)，男，漢族，河南鄭州人，碩士，助理工程師，研究方向：從事防腐涂料研究。