长效防腐涂层及其耐磨减阻性能研究

论文摘要

钢结构表面的防腐蚀耐磨涂料通常由防腐蚀底漆、过渡中间漆和功能性面漆等组成,形成防腐耐磨涂层体系。本论文在查阅大量文献资料、开展理论分析与实验研究的基础上,针对研制涂层的物理机械、耐介质、防腐蚀、耐老化、防霉菌、抗磨损、减流阻和抗空泡腐蚀等性能要求,研究配套的涂料体系,进行性能评价与考核,取得了一定研究成果。底漆研究以涂层湿膜附着力破坏理论为基础,将有机涂层的粘接破坏这一极其复杂的热动力学过程进行优化和典型化,探讨了磷酸盐的防锈机理,研究了一种用于替代含铅、铬及镉等重金属的防锈底漆。该底漆由改性复合无毒防锈颜料、高性能环氧树脂、无苯溶剂、助剂和新型固化剂等组成,具有干燥速度快,物理机械性能好和耐蚀性能优良等特点。无溶剂耐磨中间涂层采用丁腈橡胶增韧改性的低分子量环氧树脂为主要成膜物,添加经表面改性处理的片状颜料、活性稀释剂、防沉剂及其它助剂等与固化剂混合后制成。评价了涂层的抗渗透、耐盐雾、耐湿热、耐老化、耐介质和耐磨耗性能,筛选出了综合性能优异的无溶剂涂料产品,比较了不同涂层的抗蚀和耐磨性能。研制的无溶剂涂层的耐磨耗性能比环氧面漆和聚氨酯面漆的耐磨耗性能提高了20%-50%。对比分析了不同厂家氟碳树脂的室外耐候性和室内紫外加速老化（QUV）性能,筛选出性能优异的耐候性氟碳树脂,与耐候性颜填料、研制的防霉剂、分散剂、助剂和固化剂等制成常温固化氟碳涂料。评价了涂层的耐候、防霉、耐盐雾和耐化学介质等性能。研制涂层的耐霉菌等级为0级（即无霉菌生长）,耐QUV老化5000h保光率≥90%,户外暴露48个月涂层性能无明显变化。针对常温固化氟碳涂料,尤其是无光或半光氟碳涂料耐沾污性能较差等问题,分别研制疏水化添加剂和亲水化添加剂,用于改善涂料的抗沾污性能。研制的两种添加剂均能将无光涂层（60°光泽≤10°）的清洁率提高到75%以上,其中亲水添加剂的抗沾污性能更好,且不影响涂层的重涂性。研究了低表面能涂层表面能、紫外光照时间与涂层摩擦系数的关系,发现低表面能涂层在紫外光照射下表面能会升高,随之最大静摩擦系数也会增大；滑动摩擦系数变化不大。可能原因是涂层表面平整度对滑动摩擦系数的影响程度要超过涂层表面能对其的影响。利用研制的专用流阻测试设备,比较分析不同品种与表面形貌涂层的减水流阻效果,进行了理论解释。研制的低表面能涂层减阻效果达到20%以上。针对涂层的防空泡腐蚀要求,研制了高强度粘接底层、高韧性过渡中间层和抗空泡腐蚀弹性体面层的涂层体系,评价了不同涂层的抗空蚀性能。弹性体涂层在保证粘接强度的基础上,具有比硬质合金更好的抗空蚀效果；探讨了满足大型薄壁件抗空蚀要求的涂层体系设计方案,硬质合金与弹性体涂层配合使用,形成的复合涂层具有更优异的抗空蚀效果。研制了一种无溶剂厚浆双组份反应固化型苯氧基树脂改性环氧树脂涂料,探讨了苯氧基树脂对涂料性能的影响。研究成功管内壁有机厚涂层离心自流平涂覆工艺,设计并制造了专用的管内壁有机厚涂层离心自流平涂覆机及相应工装,实现了研制涂料在大型圆管内壁的精密控制涂装,单道次涂装的涂层厚度可达2mm,涂层尺寸精度、形位公差和表面粗糙度均可达到精密机械加工零件水平。针对天然气管道输送要求,计算了涂覆商用环氧涂料和采用离心自流平工艺涂覆研制涂料的内涂管道与无内涂管道相比的减阻效果。结果表明,研制的新型管内壁涂层具有比商用管内壁环氧涂层更优异的减阻性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 插图清单
• 表格清单
• 第一章 引言
• 1.1 前言
• 1.2 无毒防腐蚀涂料的研究进展
• 1.2.1 环氧树脂的增韧改性
• 1.2.2 环氧树脂固化剂研究进展
• 1.2.3 无毒防锈颜料
• 1.3 无溶剂涂料的研究进展
• 1.3.1 玻璃鳞片在涂料中的应用
• 1.3.2 无溶剂涂料的发展方向
• 1.4 氟碳树脂涂料的历史与发展
• 1.4.1 常温固化型涂料
• 1.4.2 水性氟树脂涂料
• 1.4.3 高固体份和粉末涂料
• 1.4.4 含氟丙烯酸树脂改性涂料
• 1.4.5 低表面能涂料
• 1.4.6 抗沾污氟碳涂料
• 1.5 涂层减流阻及抗空泡腐蚀技术
• 1.5.1 涂层的减流阻技术
• 1.5.2 涂层抗空泡腐蚀技术研究进展
• 1.6 本论文的研究内容
• 第二章 无毒防锈底漆研究
• 2.1 前言
• 2.2 无毒防锈颜料的防腐蚀机理
• 2.2.1 磷酸锌的防腐蚀机理
• 2.2.2 磷酸铝的防腐蚀机理
• 2.3 实验设计
• 2.4 试验材料、设备及检验方法
• 2.4.1 试验材料
• 2.4.2 性能测试
• 2.5 实验结果与讨论
• 2.5.1 防锈底漆配方研究
• 2.5.1.1 成膜树脂与固化剂
• 2.5.1.2 防锈颜料的研究
• 2.5.1.3 惰性颜填料的研究
• 2.5.1.4 不同防锈颜料的协同作用
• 2.5.1.5 溶剂、稀释剂和助剂对涂料性能的影响
• 2.5.1.6 偶联剂与涂层性能的关系
• 2.5.1.7 无毒防腐底漆的基本配方与性能
• 2.5.2 研制底漆与其它涂层的性能比较
• 2.5.3 研制底漆的施工工艺研究
• 2.5.3.1 前处理工艺
• 2.5.3.2 施工技术条件
• 2.6 本章小结
• 第三章 无溶剂耐磨涂料的研究
• 3.1 前言
• 3.2 涂料配方研究
• 3.2.1 成膜树脂的选择
• 3.2.2 羧基丁睛增韧技术
• 3.2.3 玻璃鳞片的应用
• 3.2.4 涂料其它添加材料
• 3.2.4.1 防沉降剂和触变剂
• 3.2.4.2 活性稀释剂
• 3.3 涂料配方与技术指标
• 3.4 涂层体系性能评价
• 3.4.1 涂层配套体系
• 3.4.2 盐雾试验
• 3.4.3 湿热试验
• 3.4.4 耐盐水性能
• 3.4.5 耐酸性
• 3.4.6 耐碱性
• 3.4.7 耐油性
• 3.4.8 涂层水蒸汽渗透率
• 3.4.9 涂层的耐磨耗性
• 3.4.9.1 玻璃鳞片涂层的耐磨耗性能
• 3.4.9.2 不同面漆的耐磨耗性能
• 3.5 研制涂料的施工工艺
• 3.6 本章小结
• 第四章 耐候性氟碳树脂涂料研究
• 4.1 涂料配方研究
• 4.1.1 实验设备及材料
• 4.1.2 树脂的选择研究
• 4.1.3 固化剂的筛选研究
• 4.2 性能试验方法
• 4.2.1 试样制备
• 4.2.2 物理机械性能
• 4.2.3 耐盐雾性能
• 4.2.4 耐候性
• 4.2.5 耐化学品性能
• 4.2.6 耐霉菌性能
• 4.3 实验结果与讨论
• 4.3.1 涂层物理机械性能
• 4.3.2 耐候性
• 4.3.2.1 人工加速老化（QUV）试验
• 4.3.2.2 大气曝晒试验
• 4.3.3 耐盐雾性能
• 4.3.4 耐霉菌性能
• 4.3.4.1 试验样品
• 4.3.4.2 试验条件
• 4.3.4.3 试验结果
• 4.3.4.4 结果分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 氟碳涂料的抗沾污与减流阻性能
• 5.1 氟碳涂层的抗沾污性能研究
• 5.1.1 涂层清洁率测试方法
• 5.1.2 涂层的耐沾污性能
• 5.1.2.1 疏水涂层的清洁率
• 5.1.2.2 亲水涂层的清洁率
• 5.1.2.3 亲水-疏水涂层的清洁率比较
• 5.1.3 低光泽涂层的清洁率
• 5.1.3.1 低光泽涂层的清洁性能
• 5.1.3.2 亲水添加剂与涂层清洁率的关系
• 5.1.4 不同涂层的清洁率
• 5.2 涂层的减流阻性能研究
• 5.2.1 减流阻测试装置
• 5.2.2 可拆卸测试管路
• 5.2.3 测量系统的稳定性
• 5.2.4 不同涂层的减阻效果
• 5.2.4.1 涂层的压差损失与减阻率
• 5.2.4.2 表面形貌与减阻效果的关系
• 5.3 低表面能涂层紫外光照时间与摩擦学性能的关系
• 5.3.1 摩擦系数测试设备与材料
• 5.3.1.1 摩擦系数测试设备
• 5.3.1.2 试验材料
• 5.3.2 不同光照时间涂层的摩擦学曲线
• 5.3.3 紫外光照时间与低表面能涂层摩擦系数的关系
• 5.4 本章小结
• 第六章 防空泡腐蚀弹性体涂层研究
• 6.1 前言
• 6.2 试验内容与结果讨论
• 6.2.1 室温固化体系的研究
• 6.2.1.1 基材前处理
• 6.2.1.2 粘接底层的研究
• 6.2.1.3 中间过渡层的研究
• 6.2.1.4 弹性体面层的研究
• 6.2.2 加温固化弹性体涂层的研究
• 6.2.2.1 基材前处理
• 6.2.2.2 粘接底层的研究
• 6.2.2.3 中间过渡层的研究
• 6.2.2.4 面层研究
• 6.3 涂层抗空泡腐蚀性能
• 6.3.1 空泡腐蚀试验方法
• 6.3.2 清水振动空蚀试验
• 6.3.3 人造海水振动空蚀试验
• 6.4 薄壁管抗空蚀涂层热力学仿真计算
• 6.5 本章小结
• 第七章 圆管内壁单道次涂覆毫米量级特厚精密多功能有机涂层研究
• 7.1 研究背景
• 7.2 特种涂料的研制
• 7.2.1 特种涂料的研制目标
• 7.2.2 无溶剂厚浆双组份反应固化型苯氧基树脂改性环氧树脂涂料的研制
• 7.3 圆管内壁单道次涂覆毫米量级特厚精密多功能有机涂层工艺研究
• 7.3.1 涂覆工艺设计依据及工艺设计要点
• 7.3.1.1 涂覆工艺设计依据
• 7.3.1.2 涂覆工艺设计要点
• 7.3.1.3 ××产品内壁涂覆工艺路线
• 7.3.2 专用管内壁有机厚涂层离心自流平涂覆机及其工装设计
• 7.3.2.1 专用管内壁有机厚涂层离心自流平涂覆机设计
• 7.3.2.2 前、后管封头设计
• 7.3.2.3 有效封堵注入管内的液态涂料的措施
• 7.3.2.4 合理选用封头和堵头材料以避免涂层粘附在它们的表面
• 7.4 ××产品内壁涂覆工艺操作规程
• 7.4.1 装堵头
• 7.4.2 装前（后）管体非涂覆段端面封头
• 7.4.3 装前（后）管体涂覆段端面封头
• 7.4.4 在CB-1型管内壁有机厚涂层离心自流平涂覆机上安装工件
• 7.4.5 工件预热
• 7.4.6 注入液态涂料
• 7.4.7 离心自流平涂覆
• 7.4.8 拆卸封头和堵头
• 7.4.9 检查涂层厚度和外观
• 7.5 用模拟件进行××产品内壁涂层工艺的试验验证
• 7.6 采用圆管内壁单道次涂覆毫米量级特厚精密多功能有机涂层技术制备××产品内壁涂层
• 7.7 圆管内壁单道次涂覆毫米量级特厚精密多功能有机涂层技术在天然气输送管道中应用价值探讨
• 7.7.1 前言
• 7.7.2 与流体在管内的流动阻力相关的流体力学知识
• 7.7.2.1 流动类型与雷诺数
• 7.7.2.2 圆管内的紊流运动
• 7.7.2.3 水平直圆管中紊流流动的沿程阻力
• 7.7.2.4 管壁粗糙度和雷诺数对沿程阻力的影响
• 7.7.3 用算例证明圆管内壁单道次涂覆毫米量级特厚精密多功能有机涂层技术在天然气输送管道中应用价值
• 7.8 本章小结
• 第八章 本博士论文的创新点及今后工作展望
• 8.1 本论文的创新点
• 8.2 今后工作展望
• 第九章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文和参加科研情况
• 作者简介