高性能压载舱涂层及环保防锈颜料的防腐机理研究

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	高性能压载舱涂层及环保防锈颜料的防腐机理研究
	郝永胜
学位类型	博士
导师	韩恩厚 ; 刘福春
	2011
学位授予单位	中国科学院金属研究所
学位授予地点	北京
学位专业	材料学
关键词	超短玻璃纤维聚苯胺磷酸锌铁酸盐压载舱 Ultra-short Glass Fibers Polyaniline Zinc Phosphate Ferrite Ballast Tank
摘要	"随着我国对外贸易的迅速增长，使得对大型船舶的需求强劲。由于船舶常年行驶在海洋中，面临着严重的腐蚀问题，特别是压载舱部位。它经常经受干湿交替、海水浸泡和温度变化等苛刻的腐蚀环境，极易使其表面的涂层开裂与基体剥离，影响船舶的使用寿命。高性能的压载舱涂层便是解决这一问题的有效途径。环氧树脂具有优异的性能，例如高的杨氏模量、拉伸强度、热稳定性，良好的附着力以及环境适应性，是重要的海洋重防腐涂料用树脂。玻璃纤维具有高的强度和模量，抗开裂性能，低廉的价格，因而是一种理想的涂层增强材料。研究了添加不同比例的超短玻璃纤维对环氧涂层力学性能和耐腐蚀性能的影响。结果表明，超短玻纤能够有效提高环氧涂层的硬度、附着力，涂层的柔韧性略有降低。此外，超短玻纤也能够有效的降低涂层体系的热膨胀系数并且提高涂层的玻璃化转变温度。电化学阻抗谱（EIS）测试结果表明环氧涂层中添加超短玻纤对涂层的耐腐蚀性方面的主要贡献在于其能阻挡腐蚀介质在涂层中的渗透过程，具有一定的屏蔽性能。盐雾试验结果表明涂层中添加超短玻璃纤维后不能提高涂层的耐盐雾性能。超短玻璃纤维在涂层中有两方面的作用：增强涂层的强度以及屏蔽作用，阻挡溶液渗入涂层。制备了由环氧树脂、超短玻璃纤维和锌粉组成的玻璃纤维/锌粉/环氧压载舱涂层，研究了不同树脂比例和玻璃纤维比例对压载舱涂层的力学性能和耐腐蚀性能的影响。在环氧玻璃纤维维压载舱涂层中添加锌粉后，能够明显提高涂层的柔韧性和抗冲击性，虽然附着力有所降低，但是赋予了涂层更加良好的综合力学性能，大大提高了涂层的实用性。单独采用双酚A型环氧树脂为成膜物质时，涂层具有良好的力学性能，但是其耐腐蚀性差；相反，单独由双酚F型环氧树脂为成膜物质时，虽然涂层的力学性能不及双酚A型环氧树脂制备的涂层，但是涂层表面光滑，耐蚀性要远好于双酚A型环氧树脂制备的涂层。研究了聚苯胺包覆超短玻璃纤维的工艺以及聚苯胺改性玻璃纤维环氧压载舱涂层的力学性能和耐蚀性能。结果表明，经过化学聚合反应在超短玻纤表面成功的包覆了一层聚苯胺，其电导率达到了5.23 S·cm-1。EIS和盐雾试验结果表明，聚苯胺对提高涂层的耐腐蚀性能有明显的作用，但是聚苯胺包覆超短玻璃纤维在涂层中含量不能高于10 %。X射线光电子能谱（XPS）结果显示超短玻璃纤维表面包覆的聚苯胺包覆能够在铁表面生成一层Fe2O3/Fe3O4钝化膜，从而达到对基材的保护作用，使其不受腐蚀。研究了无机富锌底漆、耐磨环氧铝粉防锈漆以及环氧面漆三者不同配套体系的耐腐蚀性能。结果表明无机富锌底漆、环氧面漆组成的两涂层体系和无机富锌底漆、耐磨环氧铝粉防锈漆、环氧面漆的三涂层体系的耐腐蚀性最好，经过浸泡实验和盐雾试验后涂层的附着力仍然能够达到3.5MPa，涂层表面划痕锈蚀扩展很少。设计和组装了一套压载舱模拟试验箱。该试验箱可以模拟真实船舶压载舱不同部位涂层所经受的腐蚀情况，为可靠评价涂层在不同环境下的腐蚀行为提供了硬件基础。研究了环氧涂层中添加ZP10和Ferrinov-100两种防锈颜料的防锈效果以及防锈机理。Q235钢在防锈颜料浸出液中的电化学测量表明ZP10和Ferrinov-100防锈颜料均具有腐蚀抑制功能。ZP10防锈颜料在环氧涂层中的体积浓度为30%时具有很好的耐腐蚀性能，而Ferrinov-100防锈颜料的最佳含量为10%。人工海水浸泡实验结果表明添加Ferrinov-100防锈颜料的涂层具有一定的自修复功能，然而涂层中添加ZP10防锈颜料的涂层则未发现有自修复功能。"
其他摘要	The requirement of large ships is increasing with the foreign trade growing rapidly. The ships always face serious corrosion problems during their service life, especially the ballast tank coating. It always subjects to the alternation of wet and dry, immersion of sea water and the change of temperature, which easily lead to the coating crack and delaminate with the substrate and make the steel rust and then influence the ship service life. But, high performance anticorrosion coating is a very effective way to solve this issue. Epoxy resin has many excellent properties, such as high Young’s modulus, tensile strength, thermal stability, as well as excellent adhesion to various substrates and good environmental resistance, so it is used widely in heavy duty coatings. Glass fiber has high strength, high modulus, crack resistance and low cost, so it is an idea reinforcement material for ballast tank coating.
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/64280
专题	中国科学院金属研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	郝永胜. 高性能压载舱涂层及环保防锈颜料的防腐机理研究[D]. 北京. 中国科学院金属研究所,2011.