钢结构防护用聚脲涂层耐海洋大气环境腐蚀研究

摘要

聚脲涂层防护性能突出，能有效提高金属基材服役寿命，但关于聚脲在海洋环境中的腐蚀防护研究成果较少，因此研究钢结构防护用聚脲涂层耐海洋大气环境的腐蚀性能非常必要。本文针对青岛海域环境条件，先进行了温度对Qtech-202-A（简称A）和Qtech-202-B（简称B）两种聚脲涂层力学性能的影响以及两种涂层附着性能影响因素研究;再选取综合性能更优的B涂层进行户外暴晒及紫外光(QUV)加速老化实验研究，得到两种实验环境下涂层力学性能、光泽度、吸水性及附着力变化规律，并通过扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)及电化学交流阻抗谱(EIS)分析了涂层的耐腐蚀性能及失效行为。实验结论如下:
　　(1)温度对涂层力学性能影响研究表明:-10℃低温养护时，A和B两种涂层的力学性能7d内增长较快，至45d时稳定;此时A涂层的硬度、拉伸强度、断裂伸长率和撕裂强度分别为邵D39、24.51MPa、489.65％和72.35N/mm，B涂层为邵D44、28.68MPa、428.29％和76.36N/mm。而25℃常温养护7d时，两种涂层力学性能均达稳定值，且与低温养护时相当。另外，低温和常温养护时，B涂层力学性能稳定值均大于A涂层。
　　(2)涂层附着性能影响因素研究表明:涂层厚度由0.3mm增至2.0mm时，A涂层配环氧类底漆的体系附着力由5.66MPa降至3.67MPa，其它涂层体系亦有相同规律，因此涂层附着力与其厚度成反比;采用环氧类底漆所形成的附着力比聚氨酯类底漆高;整体上B涂层对钢板的附着性比A涂层好。
　　(3)户外暴晒老化实验研究发现:涂层力学性能在90d内基本不变，光泽度快速降至59.4°，吸水率及附着力变化较小;而360d后，其硬度、拉伸强度、断裂伸长率和撕裂强度分别降至邵D33、21.36MPa、413.21％和66.54N/mm，光泽度降至27.3°、表面失光严重，吸水率增至1.66％，采用环氧类及聚氨酯类底漆的聚脲涂层附着力分别降至3.81MPa和3.41MPa，综合性能保持较好。SEM观察发现实验后涂层表面发生老化，与钢板界面间出现微小缝隙，造成其附着力下降，涂层断面无明显变化，内部结构较完整，涂层仍具有良好的防护性能。EIS测试发现户外暴晒10d后，涂层低频下的阻抗模值仍大于1010O.cm2，孔隙率为2.37×10-9，耐腐蚀性能突出;40d后其阻抗模值降至106O.cm2，孔隙率为2.66×10-6，钢板已发生腐蚀，涂层防护性能变差。
　　(4)QUV加速老化实验表明:2400h后，涂层基本失光，力学性能基本不变，吸水率及附着力变化较小，综合性能变化不大;而7200h后，涂层的硬度、拉伸强度、断裂伸长率和撕裂强度分别降至邵D32、20.33MPa、413.89％和63.87N/mm，表面完全变黑，吸水率增至2.33％，两种涂层体系附着力分别降至3.06MPa和2.57MPa，综合性能下降明显。通过SEM及FTIR图谱发现实验后涂层表面老化严重，内部有轻微老化，涂层防护性能下降。试样经QUV加速老化24h后，涂层低频下的阻抗模值为1010O.cm2，孔隙率为6.54×10-10，能有效屏蔽腐蚀介质的渗入;720h后其阻抗模值降至105O.cm2，孔隙率为5.75×10-4，涂层已发生破损，基本失效。
　　基于以上实验研究，得到钢结构防护用聚脲涂层耐海洋大气环境腐蚀性能的变化规律及其影响因素，为工程应用提供基础数据和理论支持。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究目的及意义

1．2 聚脲重防腐涂层概述

1．2．1 聚脲的定义及反应原理

1．2．2 聚脲重防腐涂层技术特点

1．3 聚脲涂层研究进展

1．3．1 涂层性能影响因素研究进展

1．3．2 涂层耐老化性能研究进展

1．3．3 涂层耐腐蚀性能研究进展

1．3．4 涂层附着力研究进展

1．4 重防腐涂层研究进展

1．4．1 重防腐涂层防护机理

1．4．2 重防腐涂层失效机制

1．4．3 重防腐涂层性能研究方法

1．5 主要研究内容

第2章 实验方案

2．1 聚脲涂层力学性能及附着性能测试

2．1．1 力学性能测试

2．1．2 附着力测试

2．2 户外暴晒对聚脲涂层耐腐蚀性能影响

2．2．1 户外暴晒实验

2．2．2 涂层宏观性能测试

2．2．3 SEM实验

2．2．4 EIS实验

2．3 QUV加速老化对聚脲涂层耐腐蚀性能影响

2．3．1 QUV加速老化实验

2．3．2 涂层宏观性能测试

2．3．3 涂层形貌及成分测试

2．3．4 EIS实验

第3章 聚脲涂层力学性能及附着性能研究

3．1 概述

3．2 温度对涂层力学性能影响

3．2．1 温度对硬度影响

3．2．2 温度对拉伸强度影响

3．2．3 温度对断裂伸长率影响

3．2．4 温度对撕裂强度影响

3．3 聚脲涂层对钢板的附着性影响因素研究

3．3．1 涂层厚度对附着性影响

3．3．2 底漆对附着性影响

3．3．3 聚脲材料对附着性影响

3．4 本章小结

第4章 户外暴晒对聚脲涂层耐腐蚀性影响研究

4．1 概述

4．2 户外暴晒对涂层宏观性能影响

4．2．1 力学性能

4．2．2 光泽度

4．2．3 吸水性

4．2．4 附着力

4．3 SEM分析

4．4 EIS分析

4．4．1 EIS谱图

4．4．2 涂层电阻及孔隙率

4．5 本章小结

第5章 QUV加速老化对聚脲涂层耐腐蚀性影响研究

5．1 概述

5．2 QUV加速老化对涂层宏观性能影响

5．2．1 力学性能

5．2．2 光泽度

5．2．3 吸水性

5．2．4 附着力

5．3 涂层形貌及成分研究

5．3．1 SEM分析

5．3．2 ATR-FTIR分析

5．4 EIS分析

5．4．1 EIS谱图

5．4．2 涂层电阻及孔隙率

5．5 本章小结

第6章 结论及有待进一步研究的问题

6．1 结论

6．2 有待进一步研究的问题

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢