表面打磨处理对环氧防腐涂料性能影响研究

                                                  张　勍１，彭　欣２，孔祥峰３

（１．中国重汽集团房地产开发有限公司，山东济南２５００２２；２．山东交通学院船舶与轮机工程学院，山东威海２６４２０９；３．山东省科学院海洋仪器仪表研究所，山东青岛２６６００１）

防腐涂层通过屏蔽、缓释和钝化、牺牲阳极和阴极保护等方式，对金属材料起到良好的保护作用，因此通过涂层涂装防护，降低了船舶、跨海大桥等钢结构在外界环境影响下的腐蚀破坏，这是目前最常用和有效的方式。通过合理的方式提升防腐涂料的效果与寿命一直受到相关领域的广泛关注。研究表明，涂层防护的效果一方面与涂料自身类型和性能有关，另一方面受涂装方式、作业环境以及表面处理程度等多方面因素制约，在涂料行业中更有“三分涂料，七分施工”的说法。在影响涂层保护效果和使用寿命的各因素中，涂装前钢材表面处理的程度和质量是影响涂层保护性能最主要的因素，钢铁表面存留的铁锈及氧化物等会引起有机涂层的提前失效和劣化。在利用有机涂层保护钢铁材料相关装备和工程时，通常对其进行充分的喷砂、抛丸、打磨等表面处理，保证基材表面良好的清洁度和粗糙度，从而提升防腐涂层的效果和寿命。基于此，本文将环氧防腐涂料涂刷在不同打磨处理程度的碳素钢样板上，并对涂层相关理化性能进行测试比较，从而探究表面处理对有机涂层作用效果的影响。该研究为开发低表面处理带锈涂装防腐涂料提供了一定的支撑和参考。

１　实验方法
１．１　实验仪器与原料
１．１．１　主要仪器
ＪＪ－１电动搅拌器，金坛恒丰仪器制造有限公司；ＱＨＱ－Ａ铅笔硬度计，华国精密检测设备厂；ＱＣＪ漆膜冲击力测试仪，天津市精科材料试验机厂；ＪＰ－０４０超声波清洗仪，深圳洁盟清洗设备有限公司；ＪＡ２００３电子天平，上海浦春计量仪器有限公司；ＱＦＨ 划格仪，无锡倍斯特仪器有限公司；ＬＰ／ＹＷＸ－７５０盐雾试验箱，上海林频仪器股份有限公司。
１．１．２　实验原料
测试钢板，广州标格达有限公司；纯净水，自制；无水乙醇，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；氯化钠，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；Ｃ３５环氧防锈漆，工业级，天津灯塔涂料有限公司；丙酮，分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

１．２　不同处理程度钢板的制备
用丙酮清洗掉测试钢板表面的油污与杂质后，彻底清除表面，随后将其竖直完全浸没于自来水，待７ｄ后表面基本形成一层较为致密的均匀锈层后，取出，室温下自然干燥，使用软毛刷刷去疏松的浮锈，并对上述基材按照以下方式进行处理。
１）　不打磨。
２）　用３６０目金相砂纸粗打磨，除去测试样板表面大多数锈层，使其表面保留一层均匀致密的薄锈层。
３）　用３６０目和６００目金相砂纸逐级全部打磨，彻底去除测试样板表面腐蚀产物，使金属表面完全暴露。
４）　最后用无水乙醇浸泡除水，冷风吹干，得到各不同处理程度后的基材。不同处理方式得到的碳钢样板如图１所示。

１．３　涂膜性能测试
将环氧涂料与固化剂按比例混匀后涂在上述不同基板上，待其完全固化干燥后，分别按照ＧＢ１７７０—７９，ＧＢ２０６２４．１—２００６，ＧＢ　９２８６—９８，ＧＢ１７７１—２００７测试涂层的铅笔硬度、耐冲击性、附着力及耐盐雾腐蚀性能。

２　结果与分析
２．１　铅笔硬度性能变化
按照国标ＧＢ１７７０—７９，对固化后涂层的硬度进行测试。
经过不同打磨处理之后，钢板表面涂膜硬度测试结果如表１所示。由表１可以看出，随着打磨程度的提高，涂覆在不同处理样板上的环氧涂层的铅笔硬度表现为小幅下降。因为打磨越精细的样板，其表面存留的腐蚀产物越少，与环氧涂层相比，铁锈等腐蚀产物的硬度更高，当涂料涂装于样板表面后，在固化过程中，部分铁锈被包裹并随之进入涂膜体系中，一定程度上提高了涂膜的硬度。

２．２　耐冲击性性能变化
按照国标ＧＢ　２０６２４．１—２００６，对固化后涂层的耐冲击性能进行测试。在不同处理程度下，钢板表面涂膜耐冲击性能测试结果如表２所示。由表２可以看出，随着打磨程度的变化，漆膜的耐冲击性能与打磨处理程度表现为正相关，造成这种现象的原因：一是由于表面腐蚀产物的聚集堆积，破坏了涂膜的均一性；二是由于在涂膜固化的过程中，部分锈层随着涂料的流动和浸润被裹入到漆膜中，降低了涂层原有高分子膜的柔韧性，导致涂膜抗冲击性能下降。

２．３　附着力性能变化
按照国标ＧＢ　９２８６—９８，对固化后涂层的附着力性能进行测试，经过不同打磨处理之后，钢板表面涂膜附着力测试结果如表３所示。一般情况下，涂膜附着力性能的高低是影响涂料性能的最重要因素之一，涂层与钢铁基材间良好的附着力是保证涂层防护效果的前提条件。由表３可以看出，随着打磨处理的加强，涂膜与样板的附着力增大，其原因是通过打磨使样板表面具有较优的粗糙度，能够增加涂层与钢材表面的吸引力，而且还增加了涂层与基材间的锚接点及机械的啮合作用，提升了涂层的附着力。如果不对生锈钢板进行表面处理，锈蚀产物及其所带有的盐分、油污杂质等都会对涂层造成劣化的破坏，影响涂层的附着力，所以未经任何打磨处理的ａ组带锈样板表面的涂膜附着力最差，而完全充分打磨的ｃ组样板表面附着力最优。

２．４　耐盐雾腐蚀性能变化
在人工模拟环境下，对待检测碳钢板进行耐盐雾腐蚀实验，这是评价涂层及其他材料耐腐蚀性能的重要人工加速实验方法。本文按着国标ＧＢ１７７１—２００７，对３种经过不同打磨处理的钢板表面涂膜进行中性盐雾实验，测试周期为５００ｈ，耐盐雾腐蚀实验结果如图２所示，涂膜盐雾实验结果对比如表４所示。

由图２和表４可以看出，经过打磨处理之后再涂刷环氧涂料形成的涂膜，破坏程度低于未经过打磨处理的涂膜，而且打磨程度越细，其破坏程度越低。
由图２可以看出，未经打磨处理的ａ 组样板，经过５００ｈ盐雾实验后，漆膜有较为明显的鼓泡剥落，涂膜下的基体发生严重腐蚀；而经过仔细打磨处理的ｃ组样板，表面涂膜经５００ｈ盐雾实验后，仍基本保持完好，未见明显腐蚀破坏。造成这种现象的原因是由于经过充分打磨处理后，除去了表面的锈蚀产物和杂质，使涂层与样板表面的接触充分且完整，增加了涂膜与基材的锚接点，涂膜能够与基材紧密结合，所以抗腐蚀性能得以提高。

３　结束语
环氧防腐涂料是钢结构设备与工程领域中最为常用的防腐涂料，本文通过实验，分别考察了经过不同前处理程度的样板对环氧防腐涂料基本理化性能的影响，随着打磨程度的提高，涂层的耐冲击性能由４０ｋｇ·ｃｍ提高至５０ｋｇ·ｃｍ，附着力由２级增加至１级，耐盐雾腐蚀性能显著提高，但涂层硬度表现出一定程度的下降，钢铁基材表面处理越精细，环氧涂层的防护效果越好。研究结果表明，表面打磨处理的程度直接影响涂层作用的效果和质量。该研究为钢结构工程施工作业及高性能带锈涂装防腐涂料的研发与应用提供了一定的参考。