片状增强耐蚀材料.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,7 片状增强耐蚀材料,7.1片状增强复合材料基础,7.2片状增强材料品种,7.3玻璃鳞片耐蚀材料,7.4金属鳞片防腐蚀材料,7.5片状填充耐蚀材料的施工,7.1 片状增强复合材料基础,片状增强复合材料的力学性能主要由4个因素决定：组分的性质；组分的含量；结构与界面，其中，组分的重要性质有模量、尺寸、形状等。,片状填料是以二维形式存在于树脂基体中，相对于基础面平行层叠，因此整个复合材料是一个二维向均匀、第三维向异性的材料，片的排列结构的形成，主要依赖于成型工艺，是通过刮涂或压延使片状填充料取向，完成排列，填料的径厚比（小片平均直径与厚度之比值）越高，填充片的数量就越高，可制得高耐蚀、高刚性增强塑料。,7.1.2 片状增强力学原理,1.片状材料的增强原理,片状材料的排列平行于表面的排列，宽大的鳞片的具有应力分散作用。因此，作为板式材料来说，鳞片的增强效果要远好于纤维增强，因为鳞片能保证二维方向上的排布在宏观上是均匀的，是平面各向同性材料，而玻璃布最多只能保证经纬向均匀；,而且片状材料具有比纤维更高的堆砌体积份数及更小的膨胀系数，所以，采用片状增强具有显著的技术与经济意义。,2.弹性模量,式中：Ec，Er和Em分别是复合材料，填充物和聚合物基体的弹性模量；r是填充物的体积分数；是取决于填充物几何形态和加载方向的形状参数。对于盘形的片状填料，当计算纵向弹性模量时，=2L/t。其中，L是片状填料在此方向的长度，即片径；t是片的厚度。,混合定律的变体，A和B、C是包含Ef、Em；f、m、的函数。,半经验公式,式中：为分散的填料比表面积的倒数；G,m,为基体的剪切模量。,3.强度预测,式中：下标c表示复合材料，m表示基体，r表示薄片；表示体积分数；,i,和分别表示薄片的临界等效直径和等效直径；为与薄片的种类、含量、取向、分布有关的系数；m表示断裂时基体的强度。,1.对介质的扩散渗透的阻隔,2.对影响基体树脂老化的阻隔,3.提高耐应力腐蚀能力,4.牺牲阳极保护,5.发挥了鳞片的耐蚀性,7.14 片状填充材料耐介质腐蚀原理,7.1.5 复合组成要求,1.填料,片状增强材料主要有鳞片石墨、滑石粉、云母粉、云母氧化铁、玻璃鳞片、不锈钢鳞片、有色金属及其氧化物鳞片等，其中目前最大量使用的是玻璃鳞片。,鳞片的尺寸：边长为a方型鳞片需要满足,rma,rm,。,鳞片的形状：理想的为长与宽尺度相近的薄片。不规则,加入量：大于10%、小于45%,鳞片的厚度：小,颗粒填充填料：细粉、短纤维,7.1.5 复合组成要求,2.树脂基体,片状增强材料的树脂可以采用各种规格的热固性树脂，例如环氧树脂、聚酯树脂、乙烯基酯树脂、酚醛树脂及呋喃树脂等。,抗介质腐蚀和抗渗透的能力；,低挥发性溶剂含量；,基体粘结剂与填料及基层面材的粘结强度；,7.1.5 复合组成要求,3.助剂选择,消泡剂：施工时控制质量。,触变剂：厚涂层时使用。,偶联剂：降低表面能；提高粘合强度，最重要。,增塑剂：降低粘度和提高韧性。,增粘剂：提高粘合强度，降低粘度。,溶剂：越少越好；挥发速度快则更要少、多时慢为好,7.2 片状增强材料品种,片状增强体从材料组成有无机、金属鳞片，从制造上天然、人工制造和在复合工艺过程中自身生长出来的三种类型。天然片状增强体的典型代表是云母、石墨，人工制造的片状增强体有玻璃、铝、铜、不锈钢等。鳞片是一种触变有性的填料，十分容易形成厚浆型的涂料。,7.2.1 无机片状增强材料,1.玻璃鳞片,鳞片玻璃是厚度一般在220m，片径0.13.2mm的无规则形状的玻璃碎片，因其形状酷似闪闪发光的鱼鳞而得名。,玻璃鳞片按厚度和片径来确定用途，厚度小于6m、片径在0.20.4mm范围的常用于配制喷涂涂料；厚度在620m、片径在0.40.63mm范围的常用于配制手工刷涂涂料；厚度在2040m、片径在0.630.2mm范围的常用于配制手工刮涂胶泥。,玻璃鳞片的理化指标,项目,指 标,项 目,指 标,厚度,310m,片径（目）,6 500,比重,2.52g/cm,3,孔隙率（%）,1.502,巴氏硬度,57,抗拉强度（MPa）,25,抗弯强度(Mpa),79.47,抗压强度（MPa）,12.35,冲击强度(Nm/cm2),0.35,线膨胀系数（K-1）,1.1510,-6,水蒸气渗过率(g/100m,2,.day),0.00070.0160,耐温,300不变形,玻璃类型,SiO,2,CaO,Al,2,O,3,MgO,B,2,O,3,Na,2,O+K,2,O,ZnO,FeO,3,C玻璃,6570%,49%,26%,05%,27%,913%,16%,E玻璃,5256,1216,2025,05,510,0.8,中碱玻璃,671,9.50.5,6.20.6,4.20.5,3.53,121,0.4,耐化学性能,腐蚀环境,25,93,酸类,盐酸、草酸、硫酸、硝酸,优,优,碱类,氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化铵,优,优,盐类,硫酸钠、氯化钾、硝酸钠,优,优,气体,干（湿）氯气、干（湿）二氧化碳,优,优,有机物类,丙酮、甲、乙醇、苯胺、四氯化碳,优,优,耐酸失重率：(80，24h),序号,介质,质量损失率（%）,序号,介质,质量损失率（%）,1,30%H,2,SO,4,1.25,4,20%HCl,1.60,2,10%HCl,1.65,5,10%H,2,SO,4,1.30,3,10%HNO,3,1.54,6,10%H,2,CO,3,1.30,2.云母鳞片,云母是一种含水铝硅酸盐的天然矿物，耐酸、耐碱；电绝缘性和绝热性、耐压性佳；折射率高，耐候性好；分解温度高（850），耐热性好。白云母的化学式为KAl,2,(AlSi,3,O,10,)(OH),2,，金云母KMg,3,(AlSi,3,O,10,)(F,OH),2,，普通云母还含少量Ti、Cr、Mn、Fe和F、S、P等。,云母的化学组成%,成份,SiO,2,Al,2,O,3,MgO,Fe,2,O,3,K,2,O,Na,2,O,H,2,O,白云母,4450,2033,1.32,26,911,0.951.8,0.13,金云母,3845,1017,2129,710,0.34.5,云母的性能,项目,白云母,金云母,项目,白云母,金云母,弹性模量 MPa,14762093,13941874,抗剪强度 MPa,210296,82135,抗拉强度 MPa,166353157206,密度 g/cm,3,2.72.88,2.72.9,抗压强度 MPa,814122,294588,透明度%,71.787.5,025.2,云母鳞片呈六方片状，片径由10目800目根据需要选择，云母径厚比较大，其增强效果十分突出。云母在填充塑料中的体积分数高时，其材料的模量可与铝相当。,合成云母又称氟金云母，KMg,3,(AlSi,3,O,10,)F,2,，是用化工原料经高温熔融冷却析晶而制得，许多性能都优于天然云母。,云母鳞片防腐复合材料与玻璃鳞片防腐复合材料的理化性能相当，防腐性能更好。这是云母鳞片的弹性，鳞片间能够滑动，六方片状的外形等共同决定的。,3.石墨鳞片,石墨鳞片是一种层状结构的天然固体润滑剂，资源丰富且价格便宜。属六方晶系，结晶完整，片薄且韧性好，呈鱼鳞片状，色泽银灰，具有金属光泽，质软富有滑腻感，比重2.12.3，莫氏硬度为1，具有良好的导电、传热、润滑、耐高温、耐腐蚀、特殊的抗热震性能。,防腐蚀所用填料是高碳石墨（含碳量99.9%），根据产地需要进行耐蚀试验。,7.2.2 金属鳞片,片状金属粉体主要有片状不锈钢、铝粉、铜金粉、银粉、锌粉和铅粉等。片状金属具有良好的附着力、显著的屏蔽效应、较强的反射光线的能力以及优良的导电性能。,片状金属粉体制造工艺步骤：金属熔炼喷雾制粉球磨制片粉片分级过滤干燥表面抛光产品包装。,1.不锈钢鳞片,不锈钢鳞片是用316L不锈钢经熔化、脱氧、雾化后再研磨、筛分而成。,为近似圆形的薄片，周边开裂不完整。其直径100m，厚度99,7.3 玻璃鳞片耐蚀材料,1.玻璃鳞片的优点,抗扩散渗透和间歇性强腐蚀介质的能力优；力学性能好，防腐蚀的,覆盖层,只需要二维的拉、弯力学强度，且在二维的所有方向上都是各向同性的；在第三维的抗压和抗冲击性能也很好。,热膨胀系数小，导热性低，玻璃鳞片可降低树脂固化物的膨胀系数近50%，接近碳钢的膨胀系数，故与树脂粘结强度不会因热致形变而衰减，热稳定性好。加之固化收缩率降低到 1/101/20，且鳞片分散了应力，各接触面的残余应力小，增加了对热冲击的抵抗能力和耐热性。,玻璃鳞片在各种材料的鳞片中是最容易控制厚度和作大片径，鳞片有着增加胶液触变性的作用，鳞片片径越大、加入量越多，触变性就越好，容易形成厚浆型的涂料。,覆盖层的修复性好；施工性好；,覆盖层,整体性好。,2.树脂的选择,玻璃鳞片胶泥可选用的树脂首先必须是高固体分的；其次是耐蚀性可以基本达到介质要求；三是耐蚀性可以基本达到工艺要求；四是固化收缩率尽量小。,3.玻璃鳞片的选择,玻璃鳞片粒径,20目,40目,80目,蒸汽渗透率g/m,2,.mmHg.day,2.1010,-2,1.7510,-2,1.4510,-2,沸水吸收率（%）,0.32,0.30,0.27,厚度,片径,鳞片越薄，在同样厚度涂层中片数越多，阻挡介质能力越大。厚度一般为 25m，小于 0.5m的，强度过低，大于10m 的，漂浮性较差，难于平行与基体，,不同防腐等级用的鳞片涂层厚度及鳞片规格,防腐等级,涂层厚度,鳞片粒径,鳞片厚度,鳞片含量,施工方法,超重防腐,2mm,0.632mm,40m,35%,抹涂、辊涂,重防腐,1mm,0.40.63mm,20m,30%,刷涂、特种喷涂,一般防腐,0.5mm,0.20.4mm,6m,20%,刷涂、喷涂,约占涂料总重量的10%70%。高鳞片含量是用于耐磨的环境，在防腐蚀配方设计中的含量20%40%较好，高于40%易产生沉淀结块，涂层气泡率增加，施工困难，耐蚀性反而下降。,用量,7.3.2 玻璃鳞片胶泥的配方 及性能,1.配方,配方1,配方2,组分,配比,组分,配比,双酚A环氧E-42,100,双酚A环氧E-42,100,丙酮:二甲苯1:1,25,煤焦油沥青,20,玻璃鳞片,25,二甲苯,25,钛酸酯WDE102,0.2,玻璃鳞片,20,滑石粉,20,钛酸酯WDE102,0.5,有机皂土,2,有机皂土,2,碳黑,0.2,碳黑,5,T31,30,T31,30,测试项目,环氧涂料,乙烯基酯涂料,颜色,暗绿色,黑色,黏度，Pas,12-60,10-87,密度，g/cm,1.27,1.31,树脂含量Wt/%,55-65,60-65,固体含量Wt/%,86,100,固化时间（25），h,表干6，实干15,表干6。实干15,硬度,0.73,0.65,磨耗量mg,7.53,11.7,冲击强度，J,4.05,2.94,黏结强度，MPa,14.6,7.3,抗拉强度,25,22,抗弯强度,26,20,抗压强度,69,60,孔隙率%,1.43,1,线膨胀系数K,-1,1.0410,-5,110,-5,击穿电压Kv/mm,28.40,18.20,体积电阻M,3.9E14,4.47E13,耐硫酸(30，90d),无变化,无变化,耐盐酸(10，90d),无变化,无变化,性能,7.3.3 玻璃鳞片胶泥的制造,1.原材料的处理,玻璃鳞片表面处理：洗涤、替代吸附、分散剂、偶联剂,2.玻璃鳞片涂料的配制工艺,3.配制设备,真空搅拌机,注意：桨叶、转速、清洗、调料量、出料,7.4 金属鳞片防腐蚀材料,7.4.1 富锌涂料,富锌涂料是一种牺牲阳极保护涂料。用球形锌粉和鳞片状锌粉作为腐蚀金属。,片状锌粉径厚比大100/1，相互接触易于形成腐蚀电池，涂层厚度远小于球状锌粉用量的1/31/2；另外，片状锌粉的采用，由于其延展性好，大大提高了无机富锌涂膜的柔韧性。,1.原料,片状锌粉能提供更大的阳极表面积和阳极颗粒间的有效联接，片径越大越好；锌片要求有一定的厚度；锌片的体积含量还是不要超过30%，辅助10%体积含量的细锌球颗粒以保证任何时候阳极的整体性，也保证树脂所具有的屏蔽作用。,用作车间底漆的富锌底漆，切割焊接时铅蒸发形成铅雾，所以铅的含量是越低越好；用于户外和中间底漆，对锌粉中的含铅量没有要求。,为了保证锌粉在涂料中的漂浮性，锌粉最好用长链脂肪酸处理，羧基与锌粉表面的氧化锌反应连接，脂肪长链溶解于溶剂中。,2.无机富锌涂料的配方,甲组分,乙组分,原料,质量分数%,原料,质量分数%,聚乙烯醇缩丁醛,610,蒸馏水,58,乙醇,2846,异丙醇,2330,丙二醇甲醚乙酸酯,38,盐酸5%,34,鳞片锌粉,4060,冰醋酸,12,锌粉320目,010,正硅酸乙酯,5260,甲组分配制：,用10份的乙醇将聚乙烯缩丁醛树脂完全溶解成为粘稠液体；同时用余下的乙醇、丙二醇甲醚乙酸酯在800 r/min、2040min浸润超细锌粉；在 中加入鳞片锌粉，低速6080 r/min下搅拌，真空脱气。将聚乙烯缩丁醛溶液中，低速搅拌3060min,乙组分：,聚合是将蒸馏水、异丙醇、盐酸和冰醋酸依次在搅拌下加入三口烧瓶中，升温至5560，再把正硅酸乙酯在1 h内缓慢滴加到三口烧瓶中。然后升温到7080，保温2 h后逐步降至室温，出料，即制得正硅酸乙酯的水解树脂。,在此过程中蒸馏出反应产生的乙醇，这有利于提高聚合速度，冰醋酸和盐酸也可少加很多，避免配漆时的酸和氧化锌的副反应。蒸馏水是控制分子聚合度的，合成低分子量树脂时少加，合成高粘度树脂时多加一点，另外盐酸中的水也要计入总的耗水量。,使用时甲组分与乙组分以质量比1.21,7.4.2 不锈钢鳞片涂料,力学性能好；厚度薄 0.10.5m，叠层多，阻碍作用强；不锈钢 耐蚀性好，装饰性能好。,环氧不锈钢鳞片面漆配方,甲组分,乙组分,原料,质量份,原料,质量份,环氧树脂E-44,48,固化剂T31,14,不锈钢鳞片,24,氧化锌,8,丙酮,10,乙二醇乙醚乙酸酯,510,碳纤维短纤,5,溶剂型触变剂,2,配方中用E-44环氧树脂相对玻璃鳞片使用的E51分子量高，能在施工的初期保证有较高的粘度，同样使用丙酮作为溶剂也是为了在调配时尽量降低粘度，施工后，丙酮挥发快，能较快的增加粘度，同时根据施工方法和使用部位的不同，可以用甲乙酮调整挥发性。使用短纤维主要还是提高胶液的触变性能的需要，同时也有利于鳞片的排布，触变剂一般选择使用的高限。氧化锌填料有吸收酸碱性扩散介质的作用，但是一定要用小于325目的。乙二醇乙醚乙酸酯溶解性好，如果涂料初期粘度低，可以考虑用丙酮部分替代。,7.4.3 片状铝粉涂料,铝片是阳极性金属，作为牺牲阳极比锌的保护作用更好。但是铝表面很快能生成一层氧化铝膜，使其变成阴极性鳞片。只有在酸碱的作用下破坏了氧化膜才会变成阳极性。,铝的强度低，不易做成大而薄的片状填料。,价廉。,漂浮型铝片与非浮型铝粉的选择？,高氯化聚乙烯防腐涂料的配方,原料,底漆,中间涂层1,中间涂层2,面漆,高氯化聚乙烯,15,25,30,30,氯化石蜡,7,10,12,12,环氧树脂12,1,热塑性丙烯酸树脂,3,5,5,7,磷酸锌,5,05,05,片状铝粉,15,12,10,8,触变剂,1,1,1,1,混合溶剂,40,25,30,30,7.5 片状填充耐蚀材料的施工,基材处理、覆盖操作、后处理,施工作业是通过施工者用抹子，灰刀等工具按一定厚度要求涂抹到被防护表面，在经除泡滚除泡，压实、压光，且使鳞片按一定方向叠压排列后固化成型。,鳞片排列状态、厚度控制这些决定质量的因素主要依靠施工者的技术水平及施工经验，施工质量在很大程度上取决于施工者操作技能高低及熟练程度；,7.5.1 树脂玻璃鳞片涂覆层的施工,施工工艺流程：,施工准备 喷砂除锈 检查合格 施工材料调配（底漆、胶泥面漆）检查合格 涂刷底漆 玻璃鳞片胶泥施工 检查合格 涂刷面漆 检查合格 FRP施工 检查合格 移交、验收。,施工操作注意事项,（1）表面预处理完成后对光泽不均匀的每一个地方都要认真分析，判断是否对覆盖层的性能有影响。对需要整平、修补的部位，质检员作标记时不要采用粉笔，建议采用易擦掉的水彩笔（非油性）。,（2）树脂鳞片胶泥配料时，即使是加入固化剂，搅拌时采用真空搅拌机。玻璃鳞片施工用料在施工作业过程中严禁随意搅动。无意翻动、堆积胶泥等习惯尽可能减少。,（3）涂敷时将调制好的混合料铲到木质托板上，用抹刀单向均匀地摊铺在基层表面上，托料、上抺依由下到上、由前到后、由左至右循序进行。每层厚度不宜大于1mm。摊铺时的速度不能太快，尽量赶出底漆表面吸附的空气，可以边摊铺边先在底漆上薄涂稀胶料来提前浸润。,（4）涂抺时抺刀应与被涂抺面保持适当角度，且沿尖角的锐角方向按适当的速度推抺，使涂料沿抹子表面逐渐涂敷，使空气在涂抺中不断从界面间推挤出，严禁将胶料堆积于防护表面，然后四面摊开式的摊涂。涂抹后，在初凝前，应及时滚压至光滑均匀为止。,（5）滚压是消除气泡的关键工序，使用专门制作的除泡滚，滚子外包裹一层23mm厚的羊毛毡，在滚压过程中，滚子表面的羊毛刺受压力作用不断扎入鳞片表层内，形成一个个导孔，同时气泡内空气在滚动压力作用下从导孔溢出，使气泡消除。最后用辊筒蘸取少量稀释剂轻轻滚压涂上的鳞片，调整表面平整度。,（6）施工过程的每一个步骤，表面应保持洁净，若有流淌痕迹、滴料或凸起物，都应打磨平整。同一层面涂抹的端部界面连接，不得采用对接方式，应采用斜搓搭接方式，因为端界面形状自由性较大，对接不能保证相互间有效粘合。层间接缝必须错开。,（5）涂层基本硬化后，测定厚度并检查有无针孔，不合格处要修补。施工后，涂层至少放置7d才能使用。,7.5.2 衬里的修补和补强,7.5.4 阳极型金属涂覆层的施工,表面预处理：阳极型的金属覆盖层要求与基体金属能形成腐蚀电池，所以基材的整平度和粗糙度要求并不高，但是对基材表面的氧化膜要求尽量去除，表面喷砂后立即涂装底漆，防止表面基体重新氧化。,底漆：阳极型的金属覆盖层不能是单纯的树脂胶液，应该是金属填充的底漆，以保证腐蚀电池的连接。如果一次底漆后发现需要进行腻子找平，则只能采用金属填料的腻子进行填充找平，以保证腐蚀电流的均匀分布。,阳极型的金属覆盖层要求整个涂层的厚度一致，当涂覆层的厚度不一致时，阳极腐蚀以不均匀腐蚀方式进行。,所以施工时胶泥的均匀性必须保证；施工次数必须一致；每一层的施工厚度尽量一致。,基材的转角处必须进行特殊处理，阴角可以简单的填出一个弧度，阳角则需要增厚补强。补强料可以是阳极型金属颗粒填充胶泥或片状填充胶泥。,厚度：,阳极型金属涂覆层的施工作业要求同玻璃鳞片的施工要求，只是对残余气泡的要求要更加少，因为气泡处很容易形成新的阳极。,一般阳极型金属涂覆层都不作面漆，以利于电化学保护尽快生效。,外部连接：,阳极型金属涂覆层防护设备外连接的接管等附件需要进行电绝缘或采取同种防腐蚀方法，即是阴极面积只限于阳极涂覆层以下的部分，其他地方将增大阴极面积，使阳极消耗速度增加，保护效果下降。,