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腐蝕主要包括天然介質(zhì)引起的腐蝕和工業(yè)介質(zhì)引起的腐蝕,天然介質(zhì)包括空氣、水、土壤等,它引起的銹蝕是普遍存在的,工業(yè)介質(zhì)是在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的,例如酸、堿、鹽以及各種有機(jī)物等,引起腐蝕更為嚴(yán)重。同時(shí)介質(zhì)腐蝕的對(duì)象也各不相同,除鋼鐵和金屬外,還有塑料、橡膠、木材、混凝土、皮革、紙張等的腐蝕。
涂層起著保護(hù)被涂物的作用,經(jīng)常曝曬在各種腐蝕環(huán)境中,受到來(lái)自天然和人工的腐蝕介質(zhì)的浸蝕。涂層的耐腐蝕性能主要由涂料的結(jié)構(gòu)組成決定,同時(shí)與涂層厚度、配套體系、施工管理質(zhì)量也有很大關(guān)系。由于引起的腐蝕條件千變?nèi)f化,各種被涂物的材質(zhì)和使用范圍不同,這就造成了對(duì)涂層耐腐蝕性評(píng)價(jià)的困難,在研究、生產(chǎn)涂料時(shí),耐腐蝕性是zui復(fù)雜的課題之一.
評(píng)價(jià)涂層耐腐蝕性的方法主要有以下幾種:
①實(shí)物觀察將涂料涂在被涂物整體或局部上,在實(shí)際使用過(guò)程中長(zhǎng)期觀察涂層破壞過(guò)程和被涂物腐蝕情況,以確定涂料的耐腐蝕性能,但該方法牽涉面大,時(shí)間很大,較難實(shí)現(xiàn),
②掛片模擬試驗(yàn)將涂料制成樣板代替實(shí)物模擬試驗(yàn),該方法比較客觀,但試驗(yàn)周期仍很長(zhǎng),如日本JIS規(guī)格規(guī)定試驗(yàn)防銹性能時(shí)間長(zhǎng)達(dá)2年。有些重防腐蝕涂裝體系的掛片試驗(yàn)長(zhǎng)達(dá)8年以上。
③實(shí)驗(yàn)室模擬加速試驗(yàn)包括鹽霧試驗(yàn)、濕熱試驗(yàn)、耐水性試驗(yàn)、耐二氧化硫試驗(yàn)等,是目前zui常用的方法,試驗(yàn)周期短,效率高,但只能得到相對(duì)的、有局限性的結(jié)論,它只是對(duì)同類(lèi)型的涂料產(chǎn)品具有可比性,而不能用于不同體系涂料的評(píng)價(jià),由于實(shí)際環(huán)境中的腐蝕是多種因素綜合作用的結(jié)果,因此模擬試驗(yàn)結(jié)果有時(shí)與實(shí)際情況有一定差距。用這種方法作為控制產(chǎn)品的質(zhì)量是可行的,但同時(shí)還需要用幾種試驗(yàn)進(jìn)行比較,以其綜合性能評(píng)定涂層耐腐蝕性能的好壞?，F(xiàn)在、國(guó)內(nèi)仍在不斷地研究更為準(zhǔn)確的模擬試驗(yàn)方法。
鹽霧試驗(yàn)是目前檢驗(yàn)涂層耐腐蝕性能的常用方法,主要有中性鹽霧試驗(yàn)、醋酸鹽霧試驗(yàn)和銅加速醋酸鹽霧試驗(yàn)(CASS試驗(yàn))。其中中性鹽霧試驗(yàn)在涂料耐鹽霧試驗(yàn)中應(yīng)用zui為普遍,國(guó)內(nèi)依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)主要有GB/T1771-91(等效采用標(biāo)準(zhǔn)IS07253-1984)、ASTMB117-1973(1979)以及相應(yīng)的日本、徳國(guó)、法國(guó)標(biāo)準(zhǔn)等。
醋酸鹽霧試驗(yàn)的腐蝕速度比中性鹽霧試驗(yàn)要快,這樣可縮短試驗(yàn)周期。兩者比較見(jiàn)表21-25所示。中性鹽霧試驗(yàn)可作為色漆或涂料體系質(zhì)量、電泳漆膜的檢測(cè)手段。
GB/T1771-91«色漆和清漆耐中性鹽霧性能的測(cè)定»規(guī)定的鹽霧試驗(yàn)方法如下。
試驗(yàn)設(shè)備為鹽霧試驗(yàn)箱,主要由噴漆室、潔凈壓縮空氣供給器和試驗(yàn)溶液儲(chǔ)罐組成。噴霧室中含有恒溫控制元件、噴嘴、鹽霧收集器、試驗(yàn)溶液儲(chǔ)槽等。（相關(guān)儀器：空氣壓縮機(jī)）
鹽霧箱的體積通常大于0.4m3,噴霧壓力保持在70~170kPa。鹽霧箱的結(jié)構(gòu)必須保證:
①積聚在頂棚或箱蓋上的液滴不會(huì)滴落到進(jìn)行試驗(yàn)的樣板上;
②樣板上滴下的液滴不應(yīng)再返回溶液儲(chǔ)槽重新霧化;③結(jié)構(gòu)的材質(zhì)不影響鹽霧的腐蝕性。值得注意的是,霧化噴嘴可能存在一個(gè)臨界壓力,在該壓力下鹽霧的腐蝕性會(huì)出現(xiàn)反常性增加,例如空氣壓力在3.4kPa范圍內(nèi)周期性波動(dòng),導(dǎo)致以平均壓力為110kPa進(jìn)行操作的噴嘴霧化的鹽霧腐蝕性成倍增加。為避免出現(xiàn)該現(xiàn)象,將噴霧壓力的波動(dòng)范圍控制在士0·7kPa,可將噴嘴在“臨界壓力”下操作的可能性減少到zui低限度。
中性鹽霧試驗(yàn)的氯化鈉溶液配制方法為(50士10)g/L[IS0標(biāo)準(zhǔn)為(50士5)g/L]化學(xué)純氯化鈉的蒸餾水或去離子水溶液,25℃時(shí)pH值為6.5~7.2。超出此范圍時(shí),可用分析純鹽酸或NAOH溶液調(diào)整,在室溫下若使用含有飽和二氧化碳的水制備的鹽溶液,在鹽霧試驗(yàn)中由于噴霧溫度為35℃,有部分二氧化碳受熱逸出,pH值會(huì)有所升高。解決方法可在配制鹽水時(shí)將pH值略調(diào)低,或?qū)⒄麴s水加熱到35°C以上或者煮沸,再冷卻到室溫后配制氯化鈉溶液,這樣的溶液在35℃噴霧時(shí)pH值就不會(huì)有太大的變化。試驗(yàn)溶液注入設(shè)備儲(chǔ)罐前應(yīng)過(guò)濾,以防止固體物質(zhì)堵塞噴嘴。
試驗(yàn)樣板通常使用要求的磨光鋼板,其尺寸為100mmx150mm,如不要求劃痕,也可使用70mnX150mm的樣板(IS0規(guī)定為100mmx150mm)。應(yīng)按GB/T1765-79的規(guī)定制備試板,用測(cè)厚儀或千分尺測(cè)定厚度（相關(guān)儀器：測(cè)厚儀）,除另有規(guī)定,應(yīng)在溫度(23士2)℃和相對(duì)濕度(50±5)%,具有空氣循環(huán)、不受陽(yáng)光直接曝曬的條件下靜置至少16h以上,然后盡快投入試驗(yàn)。試樣的背面和周邊用被試產(chǎn)品或涂層體系涂覆,或者用比被試產(chǎn)品更耐腐蝕的產(chǎn)品涂覆。如果試片需劃痕,用單刃切割器劃透涂層至底材,并使劃痕離試板的任一邊緣大于20mm,,(4)試樣鹽霧試驗(yàn)
試樣在鹽霧箱中的位置應(yīng)滿(mǎn)足下列條件。
①每塊試板的被測(cè)試面朝上,與垂直方向成15°~30°支撐或懸掛,并與通過(guò)鹽霧箱的水平鹽霧流的方向平行。
②樣板彼此之間不能接觸,也不能與箱體接觸。
③每一試驗(yàn)樣板的擺放方式應(yīng)能保證鹽霧自由地沉落到所有樣板上,且凝結(jié)在一塊樣板上的鹽溶液不能滴落到其他樣板上,,噴霧室內(nèi)的溫度為(35土2)°C,霧化暴露區(qū)至少要放兩個(gè)干凈的鹽霧收集器,一個(gè)置于靠近噴霧的入口,一個(gè)置于遠(yuǎn)離噴霧人口處,其位置要求收集的只是鹽霧,而不是從試樣或室內(nèi)其他部件上滴下的液體,每個(gè)收集器的面積為80m2,經(jīng)24h后,開(kāi)始計(jì)算每個(gè)收集器的溶液,每80m2的面積,應(yīng)收集濃度為(50±10)g/L、pH值6.5~7.2的鹽溶液1~2mL/h。
試樣在鹽霧箱中的位置應(yīng)滿(mǎn)足下列條件 。
①每塊試板的被測(cè)試面朝上, 與垂直方向成15°~30°支撐或懸掛, 并與通過(guò)鹽霧箱的水平鹽霧流的方向平行。
②樣板彼此之間不能接觸, 也不能與箱體接觸。
③每一試驗(yàn)樣板的擺放方式應(yīng)能保證鹽霧自由地沉落到所有樣板上, 且凝結(jié)在一塊樣板上的鹽溶液不能滴落到其他樣板上,,噴霧室內(nèi)的溫度為 (35土2) °C, 霧化暴露區(qū)至少要放兩個(gè)干凈的鹽霧收集器, 一個(gè)置于靠近噴霧的入口, 一個(gè)置于遠(yuǎn)離噴霧人口處, 其位置要求收集的只是鹽霧, 而不是從試樣或室內(nèi)其他部件上滴下的液體, 每個(gè)收集器的面積為80m2,經(jīng)24h后,開(kāi)始計(jì)算每個(gè)收集器的溶液,每80m2的面積,應(yīng)收集濃度為(50±10)g/L、 pH值6. 5~7.2的鹽溶液1~2mL/h。
試板應(yīng)周期性地進(jìn)行目測(cè)檢査,但不允許破壞試樣表面,在任一個(gè)以24h為周期的檢査時(shí)間不應(yīng)超過(guò)60min,試板不允許呈干燥狀態(tài)。
在規(guī)定的試驗(yàn)周期結(jié)束時(shí),從箱中取出試板,用清潔水沖洗試板以除去表面上殘留的試驗(yàn)溶液,立即檢査試板表面破壞現(xiàn)象,如起泡、生銹、附著力降低、由劃痕處腐蝕的蔓延等。
濕熱試驗(yàn)也是檢驗(yàn)涂層耐腐蝕性能的一種方法,主要試驗(yàn)過(guò)程為飽和水素氣對(duì)涂層的破壞。一般與鹽霧試驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行。飽和水蒸氣對(duì)涂層的破壞作用主要如下。①水對(duì)涂膜的滲透作用。水分子透過(guò)漆膜的一層或多層,在漆膜與漆膜之間積累,引起zui初的起泡,隨后再向深一步發(fā)展,到達(dá)漆膜與底材之間,引起起泡,同時(shí)水與金屬接觸引起電化學(xué)腐蝕。②漆膜由于本身含有一些親水基團(tuán),以及有些顏填料有吸水傾向,因而漆膜本身也吸收一些水分,使漆膜發(fā)軟、膨脹、降低結(jié)合力,從而產(chǎn)生起泡。
一般相對(duì)濕度較低時(shí),涂層附著力變化不明顯,但隨著相對(duì)濕度增加到≥90%時(shí),涂層附著力就會(huì)顯著下降。溫度越高,相對(duì)濕度越大,則漆膜破壞速度越快。濕熱試驗(yàn)中溫度的增加對(duì)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)的影響要大于濕度的增加,這是因?yàn)楦邷厥顾肿幽芰考哟?滲透力增強(qiáng),同時(shí)使涂層內(nèi)高分子鏈的熱運(yùn)動(dòng)增加了,分子間作用力減弱,導(dǎo)致分子鏈間空隙加大,有利于水分子滲透。所以溫度越高,腐蝕速度越快,試驗(yàn)周期越短,但過(guò)高的溫度有時(shí)會(huì)使試驗(yàn)失真,因變化太快而不能區(qū)別樣板的好壞。進(jìn)行濕熱試驗(yàn)的條件見(jiàn)表21-26所示。
試驗(yàn)所用設(shè)備是調(diào)溫調(diào)濕箱。它分別有加溫和加濕兩套系統(tǒng),通過(guò)箱體內(nèi)干溫度計(jì)和濕溫度計(jì)溫度之差,分別控制加熱和加濕,達(dá)到所需的相對(duì)濕度,目前推薦的濕熱試驗(yàn)方法有多種:高溫高濕短周期、溫濕度交變的試驗(yàn)周期和恒溫恒濕的試驗(yàn)周期等,,從實(shí)際試驗(yàn)情況看,過(guò)高的溫度雖然周期短、破壞快,但在某些情況下會(huì)因變化太快而不能很好地區(qū)別樣板的優(yōu)、劣,甚至?xí)崆囼?yàn)的真相。溫濕度交變的試驗(yàn)周期,由于有低溫高濕階段,使水汽在漆膜表面凝露,有利于水分滲透到漆膜內(nèi)部,加速對(duì)漆膜的破壞,但過(guò)多的凝露,會(huì)在漆膜上形成一層水膜,造成漆膜中的可溶性物質(zhì)過(guò)多地溶出,與實(shí)際濕熱情況不符,,我國(guó)目前的濕熱試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)GB/T1740-79采用的是恒溫恒濕試驗(yàn)周期法,溫度為(47士1)℃,相對(duì)濕度(96士2)%,美國(guó)ASTMD2247也是采用同樣方法,其溫度為(38士1)℃、相對(duì)濕度為100%,樣板上始終有凝水。國(guó)外也有一些標(biāo)準(zhǔn)采用高溫度短周期和溫濕度交變?cè)囼?yàn)周期,,恒溫恒濕試驗(yàn)方法按相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn),如GB/T1765-79或ASTMD609制備試片,記錄樣板的原始狀態(tài)。將樣板垂直懸掛于樣板架上,樣板正面不相接觸。放人預(yù)先調(diào)到溫度為(47士1)℃、相對(duì)濕度(96士2)%的調(diào)溫調(diào)濕箱中。當(dāng)升到規(guī)定的溫度、濕度時(shí),開(kāi)始計(jì)算試驗(yàn)時(shí)間。試驗(yàn)中樣板表面不應(yīng)出現(xiàn)凝露。連續(xù)試驗(yàn)48h檢査一次。兩次檢査后,每隔72h檢査一次。每次檢査后,樣板應(yīng)變換位置,按產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的時(shí)間進(jìn)行zui后一次檢査,無(wú)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的檢査時(shí)間可根據(jù)具體情況確定,,樣板的檢查和評(píng)級(jí)主要是觀察涂層有無(wú)起泡、生銹和脫落,依其損壞程度進(jìn)行評(píng)級(jí)。
涂層耐水性的好壞與成膜樹(shù)脂的所含極性基團(tuán)、顏填料、助劑等的水溶性有關(guān),也受被涂物表面處理方式、程度和涂層干燥條件等因素影響。
目前常用的耐水性測(cè)定方法有:常溫浸水試驗(yàn)法[GB/T1733-93,水溫為(23士2)°C;ASTMD870-1973,水溫為(37.8土1)℃],浸沸水試驗(yàn)法(GB/T1733-93),加速耐水試驗(yàn)法(GB/T5209-85,IS01521-1973)等。
在玻璃水槽中加入蒸餾水或去離子水,調(diào)節(jié)水溫至規(guī)定溫度,并在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中保持該溫度,將三塊試板放入其中,每塊試板2/3浸泡于水中至規(guī)定時(shí)間取出,用濾紙吸干,檢査有無(wú)失色、變色、起泡、起皺、脫落、生銹等現(xiàn)象和恢復(fù)時(shí)問(wèn),三塊試板中至少應(yīng)有兩塊試板符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定則為合格,
在玻璃水槽中加入蒸餾水或去離子水,保持水處于沸騰狀態(tài),將三塊試板放人其中,每塊試板2/3浸泡于水中至規(guī)定時(shí)間取出,依前方法檢查和評(píng)定試板。
GB/T5209-85(參照標(biāo)準(zhǔn)IS01521-1973)制定的色漆和清漆耐水性的測(cè)定一浸水法,是在適宜大小(合適尺寸為700mmX400mmX400mm)、配有蓋子和恒溫加熱系統(tǒng)的水槽中進(jìn)行,糟中加入電導(dǎo)率小于2µS/cm的蒸餾水或去離子水,水的攪拌系統(tǒng)采用無(wú)油壓縮空氣或泵循環(huán)攪拌,各點(diǎn)水溫恒定在(40±1)℃,將尺寸150mmx700mmx(0.5~1.2)mm、背面和邊緣進(jìn)行適當(dāng)保護(hù)的試板放入槽中,保持樣板3/4浸泡于水中,然后開(kāi)始槽內(nèi)水的循環(huán)或通氣。調(diào)節(jié)水溫為(40士1)℃并在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中保持該溫度。定期取樣檢査并調(diào)整槽中水的電導(dǎo)率,使其不大于2µS/cm。
在規(guī)定的試驗(yàn)周期結(jié)束時(shí),將試板從槽中取出,用濾紙.吸干水跡即可檢査破壞情況。在檢査涂層試驗(yàn)后附著力降低、變脆、變色、失光、銹污等指標(biāo)時(shí),應(yīng)將試板移入恒溫室內(nèi)[溫度(25士1)℃,相對(duì)濕度60%~70%],放置24h后檢查,用非腐蝕性脫漆劑仔細(xì)地在試板表面上除去一條150mmX30mm的涂層,暴露出底材并檢査出來(lái)的金屬腐蝕現(xiàn)象,為了便于參照,暴露部分應(yīng)用適宜的透明涂料進(jìn)行保護(hù)。
處于化工環(huán)境中的有機(jī)涂層常受到二氧化硫等·化工氣體的腐蝕,導(dǎo)致涂層過(guò)早失效。標(biāo)準(zhǔn)組織制定了IS03231«色漆和清漆耐潮濕二氧化硫性能的測(cè)定»,英、法等國(guó)也制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。
IS03231規(guī)定了色漆、清漆和有關(guān)產(chǎn)品的耐潮濕二氧化硫性能的測(cè)定方法和設(shè)備,該方法允許采用不同量的二氧化硫,對(duì)于厚度≤40µm的涂層,用0.2L二氧化硫。
在進(jìn)行涂層耐二氧化硫試驗(yàn)前,試驗(yàn)各方應(yīng)根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、文件或經(jīng)協(xié)商確定下列內(nèi)容:
①底板的材料和表面處理;②涂料在底材上的施工工藝;
③涂層體系、層數(shù)、厚度;
④試驗(yàn)前涂漆樣板的干燥條件和時(shí)間;
⑤試驗(yàn)條件和時(shí)間,包括所用的二氧化硫(≤0.2L、1L或其他數(shù)量);
⑥評(píng)定涂層耐腐蝕性的檢驗(yàn)方法以及要考慮的因素。
一般使用容積為(300士10)L,門(mén)能?chē)?yán)密封閉,并裝配有溫度調(diào)節(jié)裝置、加熱裝置、樣品支架、氣體導(dǎo)入管等部件的氣密箱,典型的二氧化硫試驗(yàn)箱見(jiàn)圖21-44和圖21-45所示,
箱體由情性材料制成,箱底和箱壁下部耐熱,至少能容納2.5L溶有二氧化硫的水且不泄漏。試驗(yàn)箱的形狀可以有某些變化,但須避免箱蓋上的潮氣凝露滴落到箱內(nèi)試板上,使箱頂與水平面大約成12°傾角,即可達(dá)到要求。
溫度調(diào)節(jié)裝置包括安裝在試驗(yàn)箱上部的溫度傳感器以及一根能從試驗(yàn)箱外讀數(shù)的溫度計(jì),溫度計(jì)的水銀球離箱頂和箱門(mén)150mm,距zui近箱壁的距離為250mm。
加熱裝置應(yīng)能使試驗(yàn)箱內(nèi)溫度在1.5h內(nèi)升到(40士3)℃,并維持此溫度。
氣體導(dǎo)入管位于箱底上方約50mm處,氣體經(jīng)導(dǎo)入管進(jìn)入試驗(yàn)箱內(nèi),在試驗(yàn)箱頂部或頂部附近有一減壓閥,當(dāng)箱內(nèi)氣體超壓時(shí)經(jīng)此閥排出。此外,在試驗(yàn)箱底部有一個(gè)排水。瓶裝液態(tài)二氧化硫是一種常用的氣源,也可用亞*加硫酸反應(yīng),在箱外發(fā)生二氧化.硫氣,并配有適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)儀和測(cè)量?jī)x器(如流量計(jì)),用來(lái)測(cè)量輸人試驗(yàn)箱內(nèi)的氣體量。
樣板支架可用涂料涂覆或情性材料制成。支架應(yīng)有足夠的尺寸容納總表面積為0.5m2的試板,
依相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn),試驗(yàn)涂料產(chǎn)品的典型樣品,底板通常為150mmX100mmX1.2mm的磨光鋼板,進(jìn)行預(yù)處理后,按規(guī)定工藝涂覆試樣、干燥或固化,并測(cè)定涂層厚度。
①試驗(yàn)設(shè)備安裝在環(huán)境潔凈、(23士2)℃、相對(duì)濕度(50士5)%的室內(nèi),避免陽(yáng)光直射和強(qiáng)氣流干擾,
②往槽中加(2土0.2)L蒸餾水,在以后每次加熱時(shí),前面的水應(yīng)先排出,并重新加水。③在引入規(guī)定量的二氧化硫后,并啟加熱裝置并在約1.5h內(nèi)將空氣溫度升至(40士3)°C,維持該溫度至整個(gè)周期共8h結(jié)束為止。之后停止加熱,將門(mén)敞開(kāi)或?qū)紊猎嚢迳线叀Ｔ龠^(guò)16h將試板從箱內(nèi)拿出進(jìn)行檢查。將試板再放入箱內(nèi),更換水后重復(fù)規(guī)定的試驗(yàn)周期數(shù)。通常試驗(yàn)周期是不間斷進(jìn)行,但若出現(xiàn)中斷,如節(jié)假日,應(yīng)在記錄中注明。
④應(yīng)該注意的是每一個(gè)試驗(yàn)周期應(yīng)引入相同的二氧化硫,并保持箱中樣板的面積基本一致。做對(duì)比試驗(yàn)時(shí),箱中樣板的總面積應(yīng)相同;在有爭(zhēng)議或進(jìn)行關(guān)鍵試驗(yàn)時(shí),樣板的總面積為(0.5士0.1)m2。
在規(guī)定的試驗(yàn)周期數(shù)結(jié)束時(shí),將試板從箱中取出,用吸水紙將試板擦干并立即檢査是否有起泡或其他破壞跡象。將試板在室溫中敞開(kāi)放置24h后,再一次檢查試板的附著力、銹點(diǎn)、變色、脆性或其他規(guī)定特征。如需檢査底板有無(wú)腐蝕現(xiàn)象,可按規(guī)定除去涂層后檢査。試驗(yàn)完畢,依相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)結(jié)果寫(xiě)出試驗(yàn)報(bào)告。
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