一种碳纤维接地网防腐涂料及其制备和应用方法

摘要

本发明提供一种碳纤维接地网防腐涂料及其制备和应用方法，该涂料包括丙烯酸树脂30份、溶解剂50份、环氧树脂1.8份、导电填料：25份碳纤维和5份炭黑、稀释剂2份、硅烷偶联剂0.5份、固化剂0.2份、增稠剂0.1份。施工前要对基体表面进行严格的前处理，要求基体表面光滑，无粉尘，无油污，施工时要求溶解剂、导电填料、固化剂等溶解充分，涂覆接触良好，厚度均匀，表面平整，凝固阶段要求环境干燥通风无污染，该涂料涂敷后的涂层均匀、结构致密、导电性能好，并具有优良的耐腐蚀性能。

说明书

技术领域

本发明涉及防腐涂料的配方和制备工艺，尤其涉及一种碳纤维接 地网防腐涂料及其制备和应用方法。

背景技术

炭系导电涂料除了导电优良、安全持久以外，还具有成本低、无 毒无害、电阻可调等优点，是目前用以代替传统的铜、银、金、镍等 贵重金属的一种新型功能涂料，有着广泛的应用前景。

目前要求导电涂料具有高导电性、耐腐蚀性强等特性，因此对于 炭系导电涂层的进一步研究必须从以下两个方面改进配方：

1)寻找性能更好的炭系导电填料。碳纤维质轻、强度高，加之 其具有一定的长径比，有利于导电涂层中导电通路的形成，已经逐渐 成为导电填料体系中的后起之秀；

2)选择更好的粘结剂。传统的粘结剂特定功能不多，附着力有 待提高，事实上，目前使用的大多数与粘结剂相匹配的溶剂、固化剂 都会对导电涂层的导电性能产生比较大的影响。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提供了一种碳纤维接地网防腐涂料及 其制备方法，该防腐涂料形成的导电涂层具有更好的导电性和结合强 度。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

该防腐涂料按质量份数由以下组分组成：

丙烯酸树脂：25~35份

溶解剂：45~60份

环氧树脂：1~3份

导电填料：20~30份碳纤维和4~6份炭黑

稀释剂：1~3份

硅烷偶联剂：0.3~0.7份

固化剂：0.1~0.3份

增稠剂：0.05~0.2份。

所述溶解剂为二甲苯、甲苯、乙酸乙酯或丙酮。

所述碳纤维的纯度高于99.9%，粒度介于5~40微米，炭黑为乙 炔炭黑。

所述稀释剂为环己烯、有机硅稀释剂或氨基类稀释剂。

所述硅烷偶联剂为KH-550。

所述固化剂为甲苯二异氰酸酯（TDI），增稠剂为无机增稠剂类、 纤维素类、丙烯酸类或聚氨酯类增稠剂。

上述碳纤维接地网防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：

1）称取丙烯酸树脂，向丙烯酸树脂中加入溶解剂，待丙烯酸树 脂充分溶解后加入硅烷偶联剂，搅拌均匀后再加入环氧树脂，然后搅 拌均匀得到透明状的溶解液；

2）将称取的碳纤维以及炭黑均匀的放入溶解液中得混合液，然 后进行搅拌，搅拌至混合液中的组分混合均匀、混合液呈粘稠状、无 可见颗粒得溶胶；

3）向溶胶中加入稀释剂，搅拌均匀后再加入固化剂，然后搅拌 均匀，最后加入增稠剂并搅拌均匀。

上述碳纤维接地网防腐涂料的应用方法，包括以下步骤：涂料制 备好后，静置10~40分钟，然后在炭素体结构钢基体上进行均匀涂覆， 厚度不超过0.2mm。

所述涂覆之前对炭素体结构钢基体进行除锈、用丙酮清洗，然后 磷化。

所述涂料在涂覆后在室温下自然风干（初凝），风干后的凝固时 间大于等于12小时，凝固过程中保证涂层所处环境干燥通风、远离 污染源；所述涂覆后的涂料凝固后，厚度介于0.08~0.13mm之间。

为了提高涂层的耐腐蚀性能，本发明加入了炭系添加剂碳纤维， 纯度高于99.9%、粒度介于5~40微米，生产商为上海水田材料科技 有限公司。碳纤维强度高并有一定的长径比，由于加入了碳纤维，导 电涂层的致密性和与基体的结合强度都有了明显的提高，这样在根源 上解决了导电涂层防腐性能差的难题；另一方面由于碳纤维的加入， 涂层的微观结构呈现出密集的织网形貌，这一结构则为改良后的导电 涂层提供了导电通道。

本发明采用偶联剂对树脂进行改性处理，一方面改善了导电填料 在树脂中的润湿性和分散性，有利于提高涂料的导电性能，另一方面 提高了树脂的粘合性，有利于提高涂料的力学性能。

由于环境复杂、铁元素极易被氧化等原因，在进行涂覆之前本发 明增加了磷化处理的前处理环节，这一工艺不仅可以明显提高基体与 涂层的结合强度，更重要的是使得基体表面成分均匀，从而在根源上 避免了涂层可能出现气泡或者缺陷等问题，进一步提高了防腐涂层在 恶劣环境中的防腐性能。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例

1）称取丙烯酸树脂（厂家：荷兰DSM捷利康，型号：B-725） 30份，向丙烯酸树脂中加入50份溶解剂（二甲苯）后搅拌10~30分 钟，待丙烯酸树脂充分溶解至透明状后加入0.5份硅烷偶联剂 （KH-550），搅拌均匀后再加入1.8份环氧树脂，然后搅拌均匀得到 透明状的溶解液；2）将称取的25份碳纤维以及5份炭黑均匀的放入 溶解液中得混合液，然后进行搅拌，搅拌时间大于20分钟使混合液 中的组分混合均匀、混合液呈粘稠状、无可见颗粒得溶胶；3）向溶 胶中加入2份稀释剂（环己烯），搅拌均匀后再加入0.2份固化剂 （TDI），然后搅拌均匀，最后加入0.1份增稠剂（西安欧科化工原 料公司，羟丙基甲基纤维素）并搅拌均匀。

涂料制备好后，静置10~40分钟，然后在炭素体结构钢基体上进 行均匀涂覆，厚度不超过0.2mm。所述炭素体结构钢基体为普通炭素 体结构钢Q235，涂覆之前对炭素体结构钢基体进行除锈、清洗、磷 化等前处理工作，保证基体材料表面质地均匀、平整光洁。所述涂料 在涂覆后在室温下自然风干，风干后的凝固时间大于等于12小时， 凝固过程中保证涂层所处环境干燥通风、远离固体杂质以及液体杂质 污染源。所述涂料采用普通涂刷工艺，要求涂层成分均匀、无气泡、 无坑洞、覆盖完全、致密性好，保证凝固后，厚度介于0.08~0.13mm 之间。

随着碳纤维含量的增加，涂层的导电性能会逐渐降低，这主要是 由于碳纤维本身的导电性能弱于炭黑，经过多次试验与验证采用碳纤 维含量为25份、炭黑的含量为5份，这一比例也恰恰是涂层综合性 能最优化的配方。

在强酸、强碱、以及强腐蚀性盐的恶劣环境中，炭素体结构钢基 体与导电涂层的结合会受到非常严格的考验，本发明采用的粘结剂以 及与之相匹配的稀释剂、固化剂、增稠剂等的含量分别为环氧树脂 1.8份，环己烯2份，TDI0.2份、羟丙基甲基纤维素0.1份，经拉力 试验及腐蚀性实验验证其结合性能和防腐性能均最优。

附表1.不同环氧树脂含量配方的附着力测试数据

附表2不同环氧树脂含量配方的电阻率与电导率

对附着力影响较大的是环氧树脂的含量，针对这一特点设计了不 同含量环氧树脂的正交试验，结果显示随着环氧树脂含量的增加涂层 的附着力有着非常明显的提高，但是由于环氧树脂为绝缘材质，其含 量不能过高，故本发明兼顾导电性能和结合性能最终选择方案二为最 优比例配方。