不同体系表面防护涂料耐酸性环境试验分析

孙迎伟（南车株洲电机有限公司,湖南　株洲　412000）

不同体系表面防护涂料耐酸性环境试验分析

孙迎伟
（南车株洲电机有限公司,湖南株洲412000）

本文通过酸溶液浸泡试验,比较了几种不同体系表面防护涂料在酸性环境下的防腐效果，并对涂膜失效机理进行了分析。试验研究结果表明：聚氨酯体系表面涂料耐酸性环境表现最好。

表面防护；涂料；耐酸性；失效机理

1　前言

工业的快速发展，给人类带来了巨大的经济效益，但同时也给人类赖以生存的环境造成了严重的危害，酸雨就是其中最重要的危害之一[1]。由于人类大量使用煤、石油、天然气等化石燃料，燃烧后产生的氮氧化物或硫氧化物，在大气中经过复杂的化学反应，形成硝酸或硫酸气溶胶，或被云、雨、雪和雾捕捉吸收，降到地面成为酸雨，它对暴露在户外的材料具有极大的腐蚀性。

对于长时暴露在户外工业品，如果其表面防护涂层长时受到酸雨的侵蚀，将会造成涂层开裂破损、老化、脱落等早期失效的现象，并严重影响产品的安全运营和使用寿命[2]。因此，户外工业品用工业涂料的耐酸雨性已越来越受到人们的重视。

本文选用环氧面漆、氟碳磁漆、聚氨酯漆和氟硅涂料等典型工业涂料作为研究对象，通过酸溶液浸泡试验，比较不同体系表面涂料涂层的耐酸性，并对涂层失效机理进行了分析。

2　试验

2.1试验材料及设备

硫酸：分析纯；硝酸：分析纯；环氧漆：海虹老人涂料（中国）有限公司；氟碳磁漆：株洲时代绝缘有限责任公司；聚氨酯漆：PPG工业公司；氟硅涂料：苏州太湖电工新材料股份有限公司；磁钢胶（Voltatex®3200）：杜邦中国集团有限公司；试验烘箱：重庆颢源环境试验设备有限公司；S-770喷漆枪：星记精密工业股份有限公司；PosiTestAT-M附着力测试仪：美国DeFelsko公司；PosiTector200超声波涂层测厚仪：美国DeFelsko公司。

2.2试样制备

本试验试样的制样依据某开启式结构风力发电机转子磁钢防护结构，即表面防护涂料直接喷涂在磁钢胶表面。试样制备过程如下:首先采用某磁钢粘结胶（Voltatex®3200）制备成胶块，胶块尺寸：50mm×120mm×5mm，然后采用喷漆枪把表面涂料喷涂在胶块表面，最后放置室温下干燥72h处理。

环氧磁漆、氟碳磁漆、聚氨酯表面漆和氟硅涂料，试样依次标记为A、B、C和D。

2.3试验过程（试验条件有相应标准吗，如果有尽量按标准执行）

结合《GJB150.28-2009军用装备实验室环境试验方法酸性大气试验》标准和漆膜行业常用5%浓度硫酸浸泡的标准。配置的酸溶液为5%浓度的硫酸和硝酸混合液，其中硫酸（浓度95%-98%）和硝酸（浓度68%-71%）的质量比为1.35：1。采用浸泡方式，室温下酸溶液没过试样，试验一个周期为672h。每经过一个周期，取一次样，并对样品的外观进行观察，然后进行漆膜厚度及附着力测试，共进行5个周期。

3　试验结果与分析

3.1试验结果

试验前通过目测观察，四种涂层均平整光滑，由于涂料所添加颜料不同，四种涂料颜色有所差异。涂层外观如图1所示。

经过2个周期酸性溶液浸泡试验后，涂层外观变化如图2所示。A涂层出现起泡现象，其余三种涂层正常。

经过4个周期酸性溶液浸泡试验后，涂层外观变化如图3所示。B涂层出现轻微起泡现象，C和D漆涂层外观无明显变化。

经过5个周期酸性溶液浸泡试验后，涂层外观变化如图4所示。D涂层边缘处出现起泡，而C涂层表观仍然完好。

3.2分析

起泡是表面防护涂层最常见的失效现象，它是涂层由于局部丧失附着力而从底材表面升起的圆顶形状的突起。起泡通常是涂层防腐蚀能力不足的最先外观表征[3]。综上所述，从涂层的表观对比结果可以看出，C涂层即聚氨酯类涂料的耐酸性表现最好。

耐酸性试验前，涂层附着力测试结果如图5所示。由图可知，B涂层附着力最大，A和D次之，C涂层最小。涂层附着力试验，主要用于评价涂层与底材的结合能力，附着力越大，说明两者的结合能力越强，涂层的使用寿命也就越长。而试验结果却是，C涂层在酸性环境下的使用寿命最长。为了解释这种现象的产生，我们将从涂层起泡的机理进行分析。涂层起泡的过程[4]：当涂层与腐蚀介质接触，首先是水，然后是氧气和腐蚀性离子会通过涂层中的宏观和微观缺陷扩散到涂层/底材界面，形成非连续或连续的水相。水扩散的动力主要来自浓度梯度、渗透压和温度梯度的作用。此后，由于在界面处水分子的介入，导致涂层附着力的不断降低。根据Mayne提出的涂层腐蚀寿命公式[5]:L=l2/6D+φ(Ps*δn),式中：L---涂层的寿命，l---涂层的厚度，D---涂层离子的扩散系数，φ---常数，Ps---涂层的附着力，δn---施加在涂层下钢表面的压力。涂层腐蚀寿命与涂层的厚度、涂层离子的扩散系数、涂层的附着力以及施加在涂层下底材表面的压力有关。又由于这四种表面涂层厚度相差不大，A、B、C、D涂层厚度依次为34、32、33和36μm。由此，造成这种情况产生的原因，可能是因为C涂层的扩散系数较小，从而使水、氧气和腐蚀性离子通过涂层扩散到涂层/底材界面的速度较慢，导致涂层附着力降低的速度较慢，从而大大延缓了其在酸性环境下的失效时间。

4　结论

经过耐酸性试验，在这四种不同体系的表面涂料中，聚氨酯类的耐酸性最好。在目前环境日趋恶化和酸雨日趋严重的大背景下，采用该体系的涂料可以更好的为户外工业产品提供防护，大大延长其使用寿命，从而为社会创造更大的经济效益。

[1]钱伯容.工业涂料的耐酸性及试验方法的新进展[J].涂料工业，1999(06):34-35.

[2]吴微微,王德祥,卞永东.海上风电防腐涂料的性能评价标准和方法[J].广州化工,2014,42(24):22-32.

[3]林杰.桥梁结构防腐蚀涂层保护、失效规律及其寿命预测研究[D].西安:长安大学,2006:1-64.

[4]方震.涂膜保护寿命的预测理论初探[J].涂料涂装与电镀,2005,3(01):3-5.

孙迎伟(1986—)，男，汉族，河南郑州人，硕士，助理工程师，研究方向：从事防腐涂料研究。