钢结构防护用聚脲涂层耐海洋大气环境腐蚀研究

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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1010Ω.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106Ω.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1010Ω.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105Ω.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。
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