各种防腐耐磨材料的主要成分

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海洋腐蚀一直是材料腐蚀与防护研究的重点领域,海洋提供的高湿度、高盐度环境,使金属材料极易发生电化学腐蚀。随着腐蚀与防护技术的不断深入发展,至今为止已经开发出多种多样的腐蚀防护技术。重防腐涂层是指可以应用在更加严苛的腐蚀环境(例如海洋环境、化工环境等)中,并且能服役更长时间,比常规的防腐蚀涂层有更长保护期的一类涂层。

最常见的重防腐涂层有环氧类重防腐涂层、聚氨酯重防腐涂层、无机富锌重防腐涂层、高分子陶瓷涂层和聚脲重防腐涂层等。为适应日益苛刻的腐蚀环境,国内外学者常对普通环氧重防腐涂层进行物理改性和化学改性,来进一步改善其成膜性能和耐腐蚀能力。Mitsukazu等通过在体系中加入增容剂(甲基丙烯酸酯和硅氧烷的接枝共聚物),来增强聚硅氧烷在环氧树脂中的相容性,该防腐涂层膜层的机械力学性能得到较大的改善。Robert等采用氟树脂对环氧树脂进行改性,在改善了涂层的物理力学性能的同时,也进一步增强了其电绝缘性和耐化学品性。通过形成互穿聚合物网络(IPN)对环氧树脂进行化学改性以改变环氧防腐涂层的性能,是目前的研究重点之一。Li研究小组采用末端为异氰酸酯的聚醚聚氨酯低聚物和双酚A型环氧树脂的复配体系在溶剂四氢呋喃中进行化学改性,并用DDM固化剂进行固化,生成了线性聚氨酯/环氧的互穿网络结构。

有机涂层作为金属材料与腐蚀环境之间的屏障,通过阻碍腐蚀介质与金属材料接触来实现防腐的目的。但是研究表明,有机涂层对于某些小分子的腐蚀介质(如水和空气)而言,是可以渗透的。由于有机物大分子之间有很多间隙,与金属材料或者陶瓷材料不同,不具有致密结构,小分子的水和气体可以通过涂层大分子之间的空隙逐渐渗透穿过涂层,使金属发生腐蚀。因此需要在有机涂层中添加必要的组分以增强其腐蚀性能。

鳞片型涂层是指在有机涂层中添加鳞片作为颜填料,通过鳞片的平行堆叠形成迷宫效应,阻碍腐蚀介质的进入,其原理如图1所示,涂层中平行排列的鳞片阻碍了腐蚀性介质分子的直接渗透,使它们在遇到鳞片之后被迫改变路径,增加了它们穿透涂层的路径,延长了渗透时间,使涂层的屏蔽效果显著提高。同时,有机涂层与基底材料的热膨胀系数通常差异较大,在冷热交替的环境中,由于树脂的热膨胀系数较大,所以涂层收缩膨胀更明显,使得涂层内部的应力较大,不利于提高涂层的附着力和使用寿命,加入鳞片之后,涂层中分散的鳞片对树脂涂层具有分割作用,可以将涂层分割成一个个小空间,降低涂层的内应力和热膨胀系数。

玻璃鳞片的主要成分为二氧化硅,其性能与陶瓷聚合物相近,但是由于在组成成分上有所差异,陶瓷聚合物的铁元素含量更高,所以耐碱腐蚀性能优于玻璃鳞片。除此之外,玄武岩是一种绿色环保材料,作为一种新型的玄武岩矿石衍生产品,陶瓷聚合物具有广泛的应用前景。

本文首先对陶瓷聚合物的形貌、成分、结构进行表征,然后采用陶瓷聚合物作为重防腐环氧涂层的填料,通过表面改性增强鳞片与涂层的界面强度,研究陶瓷聚合物的含量和粒径大小对涂层硬度、耐磨性、吸水性、耐腐蚀性的影响规律。