0 引 言由钢铁所构造的大量工业基础设施及装置等,多年处于腐蚀严重的环境中,都采用了重防 蚀涂装工艺进行长期防护。目前,重防蚀涂料涂装工艺种类繁多,具体应用范围和防腐蚀也不尽相 同。在各种自然环境条件中,酸雨和海洋环境又是对钢铁腐蚀最严重的环境,因此对重防蚀涂料涂 装工艺进行环境适应性考核非常必要。自然环境试验是评价材料、工艺等环境适应能力的最可靠的 方法。为了研究重防蚀涂装体系耐严酷环境条件的能力,评价有关涂料涂装工艺的优劣,中国兵器 工业第五九研究所和日本广岛市产业振兴中心联合进行了重庆酸雨和广岛海洋大气环境对重防蚀涂装工艺影响规律的对比研究,获得了4种用途13种日本涂装工艺制作的试样在日本广岛和我国重庆户外自然暴露 3年的腐蚀规律。1 试 验1.1 试验样品试验样品涂覆工艺见表 1。表 1 试验样品涂覆工艺工艺编号涂装工艺膜厚 /μmH1-1 一般防锈漆→邻苯二甲酸系中涂漆→邻苯二甲酸系面漆129H1-2 长期暴露 型磷化底漆→2道红丹防锈漆→邻苯二甲酸系中涂漆→邻苯二甲酸系面漆214H1-3 长期暴露型磷化底漆→2道碳氮化铅防锈漆→邻苯二甲酸系中涂漆→邻苯二甲酸系面漆194H1-4 长期暴露型磷化底漆→ 2道一氧化二铅防锈漆→邻苯二甲酸系中涂漆→邻苯二甲酸系面漆203H1-5 长期暴露型磷化底漆→ 2道碱式铬酸铅防锈漆→邻苯二甲酸系中涂漆→邻苯二甲酸系面漆223H2-1 长期暴露型磷化底漆→ 2道碱式铬酸铅防锈漆→酚醛系云母氧化铁→氯化橡胶中涂漆→氯化橡胶面漆223H2-2 厚膜 无机富锌漆→短期暴露型磷化底漆→酚醛系铬酸锌底漆→酚醛系云母氧化铁→氯化橡胶中涂漆→氯化橡胶面漆183H2-3 厚膜有机富锌漆→2道氯化橡胶系底漆→氯化橡胶系中涂漆→氯化橡胶系面漆99H3-1 厚膜有机富锌漆→ 2道环氧底漆→聚氨酯中涂漆→聚氨酯面漆180H3-2 厚膜无机富锌漆→喷涂层→ 2道环氧底漆→聚氨酯中涂漆→聚氨酯面漆194H4-1 酚醛系铬酸锌底漆→快干邻苯二甲酸中涂漆→快干邻苯二甲酸面漆132续表 1工艺编号涂装工艺膜厚 /μmH4-2
环氧底漆→聚氨酯中涂漆→聚氨酯面漆 178H4-3 热浸锌→环氧底漆→聚氨酯面漆 116备注基材:热轧钢板(150mm×70mm×4mm)前处理:喷丸处理(Ra为 6. 3μm,H1-1Ra为 3. 2μm)H1为一般环境(桥梁、储罐等户外钢铁结构物)H2为工厂地区(桥梁、储罐等户外钢铁 结构物)H3为强腐蚀环境(桥梁、储罐等户外钢铁结构物)H4为建设机械1.2 试验环境条件试验期间试验点环境条件见表2。表 2 试验点环境条件环境因子试验地点重庆广岛东经 106°15′ 132°27′42″北纬 29°19′ 34°23′54″气候类型中亚热带湿润季风气候亚热带季风森林气候年平均温度 /℃ 18. 0 16. 6年平均最高温度 /℃ 40. 2 35. 5年平均最低温度 /℃ 2. 3 -3. 7年平均相对湿度 /% 82 69年平均雾日数 /d 69 5年平均日照时间 /h 1 363. 6 2 034. 1年平均降雨量 /mm 905. 1 1 504. 9降雨pH值平均 4. 4 6. 0最高 6. 4 6. 9最低 3. 6 5. 2污染物平均质量浓度 /(mg·L-1 )SO2-4 25. 02 5. 37NO-3 5. 13 2. 95Cl- 1. 79 4. 46NH+4 4. 32 1. 181.3 自然暴露试验方法(1)试样:朝南暴露,与水平方向重庆呈 24°,广岛成 30°。(2)检测项目:膜厚、光泽、变色、开裂、起泡、剥离、粉化、锈蚀、划痕单面最大锈蚀宽度等 <1>。2 结果及讨论2.1 涂层外观变化在重庆所有试样外观变化均比在广岛快。重庆的主要特征为:H1中的 5种工艺是针对不同的环境要求制作的,其中H1 1成本比较低,在广岛暴露 3a无变化,H1 2 ~H1 5在日本是比较先进的 4种工艺,但在重庆的防蚀效果仍不太好,划线边缘锈蚀、起皮;H2中的 3种工艺中,H2 2较好,而H2 1、H2 3防蚀效果不好;H3中的 2种防蚀工艺中,H3 2在重庆有比较好的防蚀效果;H4的 3种工艺中,只有H4 3有一定的防蚀作用。涂层外观发生变化是由于在户外自然暴露条件下,受到光、氧、水、SO2 等环境因子的协同作用,发生交链及分解成低分子物质等的反应。劣化现象从涂膜的表面开始,表面 的树脂层首先消失,光泽减褪;继而使露出来的颜料脱离,随后粉化;同时,因交链反应的结果, 涂膜有脆化的倾向;加之其由分解反应而生成的低分子物质,又有逸散,使涂膜发生收缩应力,最 后导致涂膜起泡、龟裂、剥落。由于重庆地处温暖潮湿的四川盆地,并且是重工业城市,大气污染 严重,环境条件比广岛恶劣,特别是严重的酸雨与漆膜中的颜填料离子发生反应,破坏了漆膜结构 完整性而变得多空隙,使外部环境的腐蚀介质更易沿这些空隙向内部渗透,而腐蚀产物的堆积又造成了漆膜在应力作用下开裂、起泡等,使重庆试样的外观比广岛变化快,且外观更差。2.2 锈蚀宽度图1~3为试样锈蚀宽度随时间的变化情况。H1 1~H1 5、H4 1的面漆和中涂漆皆为邻苯二甲酸系漆,在重庆自然暴露试验的腐蚀宽度皆比广岛大。仅比较试验 36个月后的锈蚀宽度,在重庆锈蚀宽度最小的是H1 4为 3mm,最大的H1 5达到 7. 2mm,而在广岛锈蚀宽度最大的H1 1仅为 1. 3mm。在广岛,H1 3 ~H1 5的锈蚀宽度变化处于H1 1和H1 2之间。H2 1~H2 3的面漆和中涂漆皆为氯化橡胶系漆,但因底漆不同,其锈蚀宽度也不尽相同,其中H2 1和H2 2暴露 36个月的锈蚀在 1mm以下。 H3 1、H3 2、H4 2、H4 3皆涂聚氨酯面漆,其中H4 3在重庆和广岛经 36个月后暴露锈蚀宽度皆在 0. 6mm以下。在重庆,不同防锈颜料的涂层腐蚀速度为:一般防锈的氧化铁系列最大,碳氮化铅、红 丹、碱式铬酸铅次之,一氧化二铅最小。所有这些工艺中,防蚀效果最好的是基材采用热浸锌(H43)和涂覆厚膜有机富锌底漆 (H3 2)的工艺,即使在重庆这样的严酷环境条件下也有优良的耐腐蚀性能,它们在经过重庆 36个月的暴露后,划痕单面最大锈蚀宽度分别仅为 0. 1mm和0. 3mm,几乎没有腐蚀。进行暴露试验的 13种不同的防蚀工艺可以归纳为邻苯二甲酸系、氯化橡胶系和聚氨酯等 3种类型的面漆,大致呈现出重庆的划痕单面最大锈蚀宽度普遍比广岛大的规律。这是由于重庆环境 腐蚀严酷度等级为C3<2>,高于广岛的C2,各项污染物(Cl-除外)指标普遍高于广岛,特别是重庆严重的酸雨,更是造成其腐蚀比广岛严重的根本原因。2.3 色差变化图4为试样色差随时间的变化曲线,对每一种用途的漆仅选色差变化最大的一种工艺列出。H1 1~H1 5、H4 1工艺的面涂和中涂皆为邻苯二甲酸系漆,它们在广岛和重庆自然暴露后光泽的变化规律都分别基本相同。H2 1~H2 3工艺的面涂和中涂皆为氯化橡胶系漆,H3 1、H3 2,H4 2、H4 3工艺的面涂和中涂皆为聚氨酯漆,它们在广岛自然暴露后的色差变化值及规律分别都基本相同。试验的 3大类面漆,在重庆的色差变化都比广岛大,这是因为重庆的环境条件比广岛严酷,特别是严重的酸雨(pH值最低达 3. 6)与漆膜中的颜料离子反应而造成漆膜变色比广岛更快、严厉害;它们在重庆的色差变化都分别差 不多,且都比较大;聚氨酯漆和氯化橡胶系漆在广岛色差变化较小,属于很轻微变化。较差的试样 有的是由于颜色变化大,有的虽然颜色变化小但综合评价已经很差而提前终止了试验。2.4 光泽变化图5和图 6为试样光泽随时间的变化曲线,对每一种用途的漆仅选光泽保留值最低的一种工艺列出。图中横坐标起点时间对应纵坐标为光泽度值,其余时间为光泽保留值。H2 1~H2 3工艺的面涂和中涂皆为氯化橡胶系漆,它们在重庆和广岛自然暴露后光泽的变化值及规律都几乎相同。H3 1、H3 2、H4 2、H4 3工艺的面涂和中涂皆为聚氨酯漆,它们在广岛自然暴露后光泽的变化值及规律都几乎相同。经过 36个月暴露后,试样光泽变化比较大, 3大类试样光泽保留值最高的聚氨酯漆(H3 2)仅为55%,最差的邻苯二甲酸系漆光泽保留值都在20%以下。另外,有些工艺的试样虽然光泽变化小,但因整体评价差而提前结束了暴露试验。试验结果表明, 3大类面漆除邻苯二甲酸系漆外,其他 2类都有部分工艺的样品在重庆或广岛暴露初期光泽升高,然后下降的现象,如H4 3、H2 2和H2 3,其增加幅度最高约为 10%。这是因为试样在制作时,由于各工艺都是 3~6道施工,并且漆膜特别厚,通常是气干,所以漆膜在短时间内不容易固化交链完全,在户外暴 露时,由于光、氧等环境条件的协同作用,而进一步交链固化完全等而间接使光泽增加的结果。2.5 自然暴露前后漆膜红外分析<3>为了比较漆膜自然暴露前后其结构变化情况,用日本FT/IR-350傅立叶红外仪,对H3 1试样经广岛自然暴露 32个月,重庆自然暴露 9个月和试验室保留样的漆膜进行了FT/IR分析。进行FT/IR分析的试样试验时间不相同,是因为从漆膜外观看,广岛自然暴露 32个月和重庆自然暴露 9个
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