从力学层面讨论重防腐涂层体系的设计
重防腐涂层体系的设计,国内外都有相关标准可以参考。

比如《ISO 12944-2017/2018色漆和清漆-防护涂料体系对钢结构的防腐蚀保护》国际标准里针对不同的大气腐蚀环境和浸没环境,提供了多种不同的重防腐涂层体系的方案,其应用非常广泛。国内也有众多的跟防腐涂层体系相关的行业标准,比如交通行业标准《JT/T 722-2008公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件》,《JT/T 695-2007 混凝土桥梁结构表面涂层防腐技术条件》和《JT/J 275-2000海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》;铁路行业标准《TB/T 1527-2011 铁路钢桥保护涂装及涂料供货技术条件》,水工电力行业标准《SL105-2007水工金属结构防腐蚀规范》,以及化工部行业标准《HG/T 3656-1999钢结构桥梁漆》,和石油石化行业标准《GB/T50393-2017钢质石油储罐防腐蚀工程技术标准》。上述这些标准分别针对特定的应用场景,提出了很多推荐或强制性的防腐涂层方案,通常情况下,设计单位和业主只需要根据标准针对的场景,采用推荐的涂层体系实施,基本上就能满足工程防腐的要求。这些标准的设计原则,通常是根据底漆,中间漆和面漆的不同的功能性进行合理搭配,推荐最合适的重防腐涂层体系。比如防锈底漆,可以选择以阴极保护为主的富锌底漆,或以化学防锈为主环氧磷酸锌底漆,或以屏蔽性能为主的环氧铁红底漆或者环氧云铁底漆;而中间漆可选择以片状云铁灰颜料为主的环氧云铁中间漆,或者选择屏蔽性更强的环氧玻璃鳞片漆;最后,重防腐涂料的面漆主要还是根据所处的环境以及对性能或功能的要求,如耐酸,耐碱,耐候,耐磨,防涂鸦,防覆冰等,选择合适的油漆品种,如丙烯酸聚氨酯面漆,氟碳面漆,聚硅氧烷面漆等等。整个涂层体系的方案设计,不仅考虑到了每一层的功能性,而且涂层之间还是协同增效的。比如面漆除了自身的功能性之外,还可以抵御外界环境对漆膜的侵蚀,保护中间漆和底漆免受侵害;中间漆则着重突出抗渗屏蔽性,进一步隔绝外界物质对底层的侵蚀;底漆则保护基层不发生锈蚀破坏,进而破坏整个涂层体系。
合理设计的重防腐涂层体系,可以充分发挥每一涂层的优势,最大限度延长涂层体系的防护寿命,延长翻新涂装间隔时间,降低基层结构的维护成本。
一、从力学角度来看涂层设计
其实,还可以从漆膜的力学性能的角度,来分析下重防腐涂层体系的设计原则。材料的力学性能是指材料在不同环境(温度、介质、湿度)下,承受各种外加载荷(拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等)时所表现出的力学特征 。
从力学层面来讨论重防腐涂层的设计,那就必须考虑基材的力学特征(基材类型,强度,刚性,耐磨性,孔隙率,断裂伸长率等等)和涂层的力学性能(的硬度,耐磨性,附着力,柔韧性,耐冲击性,断裂伸长率等),针对不同的基材,重防腐涂层体系中的底漆,中间漆和面漆,实际上对其力学性能的要求并不完全相同。
从力学层面而言,涂层体系的设计原则如下:
1)涂层体系的硬度,强度,耐磨性,柔韧性等要满足使用环境的要求;
比如,沙漠中的风电涂层要能抵御风沙的侵蚀;各类户外涂层要能抵御风沙雨雪的侵蚀;地坪涂层要能够承载并具有足够的耐磨性;海工结构表面涂层要能够抵御海浪的长期冲刷等等。
2)从底层到面层,漆膜的硬度和内聚强度应逐渐减小;从底层到面层,漆膜的柔韧性和弹性应逐渐增大;
通常基材在发生形变时,附着在基材上的涂层会同时跟着发生形变,无论是在基材外壁还是内壁,变形时最外层的涂层的形变都是最大的。从里到外,涂层由硬到韧,抵抗变形的能力就越强,复合涂层就越不容易发生破坏。从底层到面层,漆膜的硬度和内聚强度逐渐减小,最终形成一个由硬到韧的梯度涂层。
3)底漆对基层的附着力要大于涂层体系的层间附着力;
涂层受力过大时,会发生涂层剥离等缺陷;如果层间附着力大于底漆对基层的附着力,涂层很有可能从基层剥离;如果底漆对基层的附着力更大,那底漆和基层脱层的风险会减小很多。
更理想的状况是底漆与基层的深度融合,比如混凝土基层上刷涂环氧封闭漆,环氧封闭漆的树脂渗透到混凝土基层中,二者融为一体,完全不存在剥离的可能性;钢结构喷砂或抛丸达到Sa 2.5级或以上并具有合适粗糙度,那样防锈底漆与基材的接触面积会达到最大,附着力将会达到最佳。
4)涂层的附着力(含层间附着力)要大于漆膜的内聚强度;
如果漆膜的内聚强度大于涂层的附着力,漆膜受力时,最有可能是漆膜从基层脱落,而不是漆膜发生破坏。比较典型的就是水性醇酸漆,漆膜的附着力大于漆膜的内聚强度,所以漆膜破坏的形式就是局部破坏,而不会整体脱层。比较典型的反面案例就是就是聚脲涂层,如果附着力不够好,聚脲涂层非常有可能整体脱落。
5)涂层体系的柔韧性和附着力要满足(薄板)基材的变形要求。
在某些薄板基材上,如彩钢板,薄钢板等,基材在加工或使用过程中,有可能发生很大的变形,这时涂层如果柔韧性不够,就容易开裂或剥落,所以必须选择柔韧性好,断裂伸长率高,附着力好的涂层。
最终还要根据具体情况来分析和设计涂层体系,现实中各种标准虽然没有针对涂层的力学性能有特殊要求,但配方工程师在配方设计时,一定要考虑基材和涂层的力学性能因素。
二、梦能服务与支持
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