聚苯硫醚氟树脂共混改性防腐涂层结合强度的研究
作者: 信息来源: 发布于:2015/12/2 点击量:
针对化工及石油化工行业中严酷环境下的腐蚀,若采用新型高分子防腐涂料一氟树脂涂层为表面防腐层,就其耐蚀性而言,完全可以满足要求。但氟树脂普遍具有不粘性,和金属基体的结合力很低,降低了防腐效果;聚苯硫醚是一种综合性能优异的高分子材料,其耐热性高于氟树脂,它具有和金属良好的粘接性,可在金属表面形成牢固的涂层,其缺点是涂层脆,不耐冲击。因此,专家建议将聚苯硫醚和氟树脂共混改性,实现优势互补,获得性能优异的耐热防腐涂层是目前的一个重要研宄方向|121.本文以聚苯硫醚为共混改性组分,利用其对金属良好的粘接性,与氟树脂共混形成复合材料粉末涂料,在普通碳钢表面制备单层及多层防腐涂层,研宄了共混改性组分对氟树脂复合防腐涂层结合强度的影响。
2.1PPS/FEP共混单层涂层的结合强度为了便于比较,实验首先测定了单层条件下面层(纯FEP涂层)和底层(PPS涂层)与基体的结合强度。由表2可知,面层与基体的结合强度只有3.62MPa而拉断形式为涂层与基体光滑开裂()这一结果证实了氟树脂分子无极性,与金属的粘结仅为机械附着,结合力差的特点;底层是以PPS为主,加入适量填料形成的涂层,该涂层在12025N的载荷下内聚开裂()表明其与金属基体的结合强度高于383MPa14通过研宄PPS和金属的界面结合机理,初步解释了PPS与金属的牢固结合是由于PPS中S原子的的孤对电子和金属基体的Fe+3发生配位,生成具有一定数量的多核大分子配合物所致。
中间层1是50%PPS与35%FEP及适量填料组成的共混改性涂层,和面层相比,其结合强度由3.62MPa提高到8.31MPa.可见,共混组分的加入,明显改善了涂层与金属的结合,但由于涂层中FEP组分的影响,共混改性涂层仍表现出一定的不粘性,拉断形式为涂层/基体界面开裂。可以推测,随着PPS组分的增加,PPS/FEP共混改性涂层的结合强度将进一步提高,但从应用角度考虑,由于PPS不耐强氧化性介质的腐蚀,作为严酷环境下的腐蚀防护涂层,共混组分PPS的增加将在一定程度上降低氟树脂涂层卓越的耐蚀性。
为此,本实验接下来研宄了PPS/FEP多层复合涂层体系,试图在不降低氟树脂涂层耐蚀性的条件下尽量提高涂层体系异的耐蚀性,本实验研宄了底层+面层两层体系,实验表明,该类复合涂层均在小载荷下发生底层/面层层间开裂()层间结合强度只有2.72MPa,低于纯FEP涂层与基体的结合强度。显然,在该两层体系中,从PPS涂层到FEP涂层,底层/面层界面上成分与性能的突变使其成为薄弱环节。
依据梯度功能材料的设计思想,要使涂层体系从底层的牢固附着过渡到面层突出的耐蚀性,需要在底层与面层间加入PPS/FEP共混改性过渡层。
首先研宄了底层+中间层2+面层体系,由表2可以看出,加入中间过渡层后,结合强度有所提高(2.72MPa* 434MPa)但仍较低,开裂方式为底层/中间层2层间开裂(),表明底层/中间层2之间成分跨度仍然较大。
为此,本实验在三层体系基础上,又增加了中间层1和3,形成底层+中间层1,23+面层五层复合涂层体系。从表2来看,该体系的结合强度可达11.8MPa,较前面讨论的两层、三层体系有明显提高。
(a)是五层涂层体系横截面的显微形貌(右边浅色部分是基体)可以清楚的观察到涂层沿横截面分布的3个区域:底层、过渡层和面层。()是涂层体系中各主要组成元素沿(a)图中亮线的线扫描结果,可以看出,从基体沿横截面向左,F和S的含量呈现出相反的变化趋势,F的含量变化代表了FEP组分在涂层体系中的分布,在紧靠基体的底层基本没有F而后F的含量呈连续的梯度增加;代表了涂层中的PPS组分,在底层中S的含量较高,呈一平台,随后开始逐渐下降,最终减少到零,标志着进入了面层。元素O和Ti的含量变化显示出涂层中填料的分布情况,也大致可以看出其梯度分布的特点,其中O在线扫描分布图的中间位置有一高峰,对应于(a)图中亮线中央的白点,据此判断该白点是涂层中的填料点。
电子探针分析结果表明,3个中间过渡层的引入,使得复合涂层体系中形成了从底层到面层的梯度涂层结构,有效减少了层间差别,提高了结合强度。
由上述分析可知,共混组分的加入,在具有梯度结构的涂层体系中,随着过渡层数的增加,确己有效改善了氟树脂涂层的不粘性,提高了结合强度。但另一方面,本实验中,五层体系条件下,拉断方式为底层与基体间开裂,而结合强度值11.8MPa与底层在单层条件下与基体的结合强度(> 38.3MPa)相差甚远。宄其原因,多层涂层的涂装,每道涂层涂敷后均须在高温下烧结固化,对底层来讲,固化时间过长可能产生过度交联而降低了与基材的结合力。
3结论1.在PPS/FEP共混改性防腐涂层中,PPS明显改善了单纯氟树脂涂层对金属的粘结性,本次实验条件下,共混改性单层涂层的结合强度可达831MPa 2在底层+中间层+面层体系中,随着中间过渡层数的增加,形成了各组分连续变化的梯度结构涂层体系,结合强度也随之提高,五层涂层体系可达11.8MPa.但涂层层数的增加,增加了涂装工序,给施工带来困难,同时多次涂装也给涂层与基体的结合带来不利影响。