有机硅高温涂料的纳米改性机制研究
发布时间：2021-06-11 06:28
有机硅类涂料是一类广泛应用于烟囱、锅炉、燃烧室和排热管等高温设备的耐高温涂料。有机硅树脂在高温下分解成脆而疏松的无机-Si-O-Si-O-结构,伴随体积收缩,造成涂层孔洞,严重影响涂层的防护性能。海洋大气环境具有高湿、高盐份特点,在这种环境中金属材料的高温腐蚀更为严重,不仅要求涂料具有单纯的抗高温性能,更要具有耐高温、湿气和盐雾腐蚀性能,兼具抗氧化和耐腐蚀的功能。本文在研究耐高温有机硅涂料成膜物体系的基础上,通过纳米改性、微纳米填充技术制备了纳米改性有机硅耐高温防腐蚀涂料,并探讨涂料对奥氏体和马氏体不锈钢的防护机理。通过聚氨酯树脂对有机硅树脂的改性实现涂料的常温固化。在综合考察固化剂的添加量对固化性能和常规理化性能影响的基础上,确定固化剂的最佳添加量为30%。在优化有机硅涂料成膜体系的基础上,设计了分别以纳米TiO2、纳米Al2O3、纳米ZrO2、铜铬黑、玻璃粉、SiC、双金属纳米粉、NiCrAlY粉为主填料的8个系列涂料配方。结果表明,除少数配方外,涂料柔韧性和耐冲击性能优异,涂层可经受10000h湿热腐蚀和5000h的人工海水腐蚀。其中TiO2、SiC和Al2O3等系列涂料抗600...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１有机硅树脂结构图??
?第１章绪论???名■？色颜料＋填料＋玻璃粉???＝２？４??树脂丨Ａ１体??拟料＋玻璃粉???＝１?？４??Ｔｆ色颜料??填料＋肴色颜料???＝１．２？２??玻璃料??１．２．３助剂??（１）溶剂：二甲苯作为本研宂中涂料的溶剂及稀释剂，主要起到调节涂料??粘度的作用。促进填料在树脂体系中均匀分散。??（２）硅烷偶联剂：结构分子式为ＲＳｉＸ３，最大的特点在于其分子中既含有亲??有机物基团（Ｒ）如甲基、乙烯基、环氧基等；又含有易与无机物作用的水解性基??团如甲氧基、乙氧基等。因此，它能将有机树脂和无机填料“偶联”起来，从而改??善树脂体系的性能［３３］。在树脂体系中加入硅烷偶联剂可以改善树脂中填料的分??散状态，提高分散剂的稳定性［３４］。其作用机理如图１．２所示：??．?水解??ＲＳｉＸ３?—?Ｒ－Ｓｉ（ＯＨ）３??Ｒ?Ｒ?Ｒ??ａＲ－Ｓｉ（ＯＨ）３?＾?ＨＯ—Ｓｉ－＾Ｏ—Ｓｉ—Ｏ＾－Ｓｉ—ＯＨ??ＯＨ?ＯＨ?ＯＨ??Ｒ?Ｒ?Ｒ??ＨＯ—Ｓｉ?十?Ｏ—Ｓｉ—Ｏ?甘ｉ—ＯＨ?Ｒ?Ｒ?Ｒ??ｑ?ｑ?ｑ?失水?／?成键?ＨＯ—Ｓｉ－（￣０—Ｓｉ——ＯＨ??ｌ（?Ｈ?ｒｉ?ＮＨ?ｆｔ?Ｈ?ｉ?〇?＾??、〇？？?Ｖ?＼〇．．．?＼ｍ＾＿ｊ?丫?Ｙ?丫??厂?￣’??图１．２硅烷偶联剂作用机理图??Ｆｉｇ．１．２?Ａｃｔｉｏｎ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｏｆ?ｓｉｌａｎｅ?ｃｏｕｐｌｉｎｇ?ａｇｅｎｔ??７??
氯化钠溶液喷涂到经预热的样品表面制备固态氯化钠膜，??沉积量为２？３ｍｇ／ｃｍ２。设定水蒸气发生器和高温炉温度，当二者分别达到设定??实验环境时放入预涂盐膜的样品，并开始计时。每隔一定时间取出样品观察并??记录样品表面状态。当达到预设试验周期，或样品氧化腐蚀状态比预设腐蚀要??求严重，停止试验。采用腐蚀重量变化和表面、截面形貌观察等方法分析和评??价涂层性能。??本实验以沈阳通用电炉制造有限公司生产的管式炉为基础，利用水浴箱、??真空循环水泵、石英管等设备自行搭建的实验平台。具体如图２．１所示。??Ｑｕａｒｔｘ?ｔｕｂｅ??Ｆｕｒｎａｒｅ??Ｓａｎｉｐｋ??Ｏｓｙ?ｊ？ｎ?？ｎｈ??＿?４?ｄ？ｕＵｔｄ?＇ｖａｉｎ??？??Ｄｌｉｌｌｌｌｒｄ?１?；?＼?ＴｈｅｒｍｏｓｉａＵｃ??ｗａｔｅｒ?１?ｗａｔｅｒ?ｂａｔｈ??☆?暮彰Ｌ…￣??吾－：芬??Ｉ?＂１?ＤｒＴ＜ａｊ｜＊ｎ?〇！）＇？？〇??图２．１耐高温盐和水蒸气实验图??Ｆｉｇ．２．１?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ?ｆｏｒ?ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ?ｔｅｓｔ??２．５．７耐人工海水腐蚀测试??按照ＧＢ／Ｔ?１７３３－１９９３漆膜耐水性测定法（盐水和热盐水浸泡法甲法）测试??涂层的耐人工海水性能。按ＧＢ?１０８３４－２００８配制人工海水，人工海水配方如表??２．１４所示。具体测试方法为：在玻璃水槽中加入人工海水，调节水温为（２３±２?）°Ｃ，??并在整个测试过程中保持该温度。将试样片浸泡于配置的人工海水中。当测试??达到预定时间或样品发生严重腐蚀时，停止试验。观察样品表面形貌并记录。??１９??
【参考文献】：
期刊论文
[1]环氧树脂及其复合材料老化失效机制研究进展[J]. 费晓春,孙德文,李波,蔡兵华,李忠超. 江苏建材. 2020(01)
[2]常温固化耐高温400℃的有机硅-聚硅氮烷涂料[J]. 邹铭,王丹,赵莉,孙宁,徐彩虹,张宗波. 表面技术. 2018(05)
[3]钛表面高温防护涂层研究进展[J]. 汪欣,李争显,杜继红,李晴宇,杨涛,严鹏. 钛工业进展. 2017(06)
[4]耐高温有机硅树脂的制备及其涂层的性能研究[J]. 高萌,刘兰轩,汪洋,刘秀生. 上海涂料. 2017(03)
[5]纯铬的650℃高温氧化行为[J]. 王志武,龚雪婷,谢兴. 金属热处理. 2017(03)
[6]海洋腐蚀防护的现状与未来[J]. 侯保荣,张盾,王鹏. 中国科学院院刊. 2016(12)
[7]纳米铝粉与微米铝粉对复合推进剂能量特性的影响[J]. 李猛,赵凤起,罗阳,徐司雨,郝海霞,裴庆,姚二岗. 稀有金属材料与工程. 2015(12)
[8]纳米耐高温绝热涂料的研制[J]. 刘成楼,郑德莲,刘昊天. 上海涂料. 2015(01)
[9]纳米TiO2填料对硼酚醛防火涂料性能影响的研究[J]. 孙均利. 涂料工业. 2013(09)
[10]反应烧结碳化硅的磨削特征[J]. 姚旺,张宇民,韩杰才,周玉锋. 无机材料学报. 2012(07)
硕士论文
[1]碳化硅/环氧树脂电子封装材料的研究[D]. 韩硕.燕山大学 2015
[2]热防护有机硅耐高温涂料研究[D]. 李霞.航天动力技术研究院 2015
[3]金属氧化物混相颜料铜铬黑的制备与性能研究[D]. 郑晓丹.青岛科技大学 2013
[4]有机硅基耐高温涂层研究[D]. 陈琳.哈尔滨工业大学 2011
本文编号：3224013
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１有机硅树脂结构图??
?第１章绪论???名■？色颜料＋填料＋玻璃粉???＝２？４??树脂丨Ａ１体??拟料＋玻璃粉???＝１?？４??Ｔｆ色颜料??填料＋肴色颜料???＝１．２？２??玻璃料??１．２．３助剂??（１）溶剂：二甲苯作为本研宂中涂料的溶剂及稀释剂，主要起到调节涂料??粘度的作用。促进填料在树脂体系中均匀分散。??（２）硅烷偶联剂：结构分子式为ＲＳｉＸ３，最大的特点在于其分子中既含有亲??有机物基团（Ｒ）如甲基、乙烯基、环氧基等；又含有易与无机物作用的水解性基??团如甲氧基、乙氧基等。因此，它能将有机树脂和无机填料“偶联”起来，从而改??善树脂体系的性能［３３］。在树脂体系中加入硅烷偶联剂可以改善树脂中填料的分??散状态，提高分散剂的稳定性［３４］。其作用机理如图１．２所示：??．?水解??ＲＳｉＸ３?—?Ｒ－Ｓｉ（ＯＨ）３??Ｒ?Ｒ?Ｒ??ａＲ－Ｓｉ（ＯＨ）３?＾?ＨＯ—Ｓｉ－＾Ｏ—Ｓｉ—Ｏ＾－Ｓｉ—ＯＨ??ＯＨ?ＯＨ?ＯＨ??Ｒ?Ｒ?Ｒ??ＨＯ—Ｓｉ?十?Ｏ—Ｓｉ—Ｏ?甘ｉ—ＯＨ?Ｒ?Ｒ?Ｒ??ｑ?ｑ?ｑ?失水?／?成键?ＨＯ—Ｓｉ－（￣０—Ｓｉ——ＯＨ??ｌ（?Ｈ?ｒｉ?ＮＨ?ｆｔ?Ｈ?ｉ?〇?＾??、〇？？?Ｖ?＼〇．．．?＼ｍ＾＿ｊ?丫?Ｙ?丫??厂?￣’??图１．２硅烷偶联剂作用机理图??Ｆｉｇ．１．２?Ａｃｔｉｏｎ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｏｆ?ｓｉｌａｎｅ?ｃｏｕｐｌｉｎｇ?ａｇｅｎｔ??７??
氯化钠溶液喷涂到经预热的样品表面制备固态氯化钠膜，??沉积量为２？３ｍｇ／ｃｍ２。设定水蒸气发生器和高温炉温度，当二者分别达到设定??实验环境时放入预涂盐膜的样品，并开始计时。每隔一定时间取出样品观察并??记录样品表面状态。当达到预设试验周期，或样品氧化腐蚀状态比预设腐蚀要??求严重，停止试验。采用腐蚀重量变化和表面、截面形貌观察等方法分析和评??价涂层性能。??本实验以沈阳通用电炉制造有限公司生产的管式炉为基础，利用水浴箱、??真空循环水泵、石英管等设备自行搭建的实验平台。具体如图２．１所示。??Ｑｕａｒｔｘ?ｔｕｂｅ??Ｆｕｒｎａｒｅ??Ｓａｎｉｐｋ??Ｏｓｙ?ｊ？ｎ?？ｎｈ??＿?４?ｄ？ｕＵｔｄ?＇ｖａｉｎ??？??Ｄｌｉｌｌｌｌｒｄ?１?；?＼?ＴｈｅｒｍｏｓｉａＵｃ??ｗａｔｅｒ?１?ｗａｔｅｒ?ｂａｔｈ??☆?暮彰Ｌ…￣??吾－：芬??Ｉ?＂１?ＤｒＴ＜ａｊ｜＊ｎ?〇！）＇？？〇??图２．１耐高温盐和水蒸气实验图??Ｆｉｇ．２．１?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ?ｆｏｒ?ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ?ｔｅｓｔ??２．５．７耐人工海水腐蚀测试??按照ＧＢ／Ｔ?１７３３－１９９３漆膜耐水性测定法（盐水和热盐水浸泡法甲法）测试??涂层的耐人工海水性能。按ＧＢ?１０８３４－２００８配制人工海水，人工海水配方如表??２．１４所示。具体测试方法为：在玻璃水槽中加入人工海水，调节水温为（２３±２?）°Ｃ，??并在整个测试过程中保持该温度。将试样片浸泡于配置的人工海水中。当测试??达到预定时间或样品发生严重腐蚀时，停止试验。观察样品表面形貌并记录。??１９??
【参考文献】：
期刊论文
[1]环氧树脂及其复合材料老化失效机制研究进展[J]. 费晓春,孙德文,李波,蔡兵华,李忠超. 江苏建材. 2020(01)
[2]常温固化耐高温400℃的有机硅-聚硅氮烷涂料[J]. 邹铭,王丹,赵莉,孙宁,徐彩虹,张宗波. 表面技术. 2018(05)
[3]钛表面高温防护涂层研究进展[J]. 汪欣,李争显,杜继红,李晴宇,杨涛,严鹏. 钛工业进展. 2017(06)
[4]耐高温有机硅树脂的制备及其涂层的性能研究[J]. 高萌,刘兰轩,汪洋,刘秀生. 上海涂料. 2017(03)
[5]纯铬的650℃高温氧化行为[J]. 王志武,龚雪婷,谢兴. 金属热处理. 2017(03)
[6]海洋腐蚀防护的现状与未来[J]. 侯保荣,张盾,王鹏. 中国科学院院刊. 2016(12)
[7]纳米铝粉与微米铝粉对复合推进剂能量特性的影响[J]. 李猛,赵凤起,罗阳,徐司雨,郝海霞,裴庆,姚二岗. 稀有金属材料与工程. 2015(12)
[8]纳米耐高温绝热涂料的研制[J]. 刘成楼,郑德莲,刘昊天. 上海涂料. 2015(01)
[9]纳米TiO2填料对硼酚醛防火涂料性能影响的研究[J]. 孙均利. 涂料工业. 2013(09)
[10]反应烧结碳化硅的磨削特征[J]. 姚旺,张宇民,韩杰才,周玉锋. 无机材料学报. 2012(07)
硕士论文
[1]碳化硅/环氧树脂电子封装材料的研究[D]. 韩硕.燕山大学 2015
[2]热防护有机硅耐高温涂料研究[D]. 李霞.航天动力技术研究院 2015
[3]金属氧化物混相颜料铜铬黑的制备与性能研究[D]. 郑晓丹.青岛科技大学 2013
[4]有机硅基耐高温涂层研究[D]. 陈琳.哈尔滨工业大学 2011
本文编号：3224013
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