Исследование влияния структуры эпоксидной смолы на эксплуатационные характеристики морских покрытий

1. Введение

  Китай обладает обширной морской территорией и богатыми морскими ресурсами. Особенно в последние годы страна уделяет больше внимания развитию морской среды. С быстрым развитием морской экономики поднялась и судостроительная промышленность. Перспективы рынка покрытий для морских судов очень оптимистичны, и требования к ним становятся все выше и выше. Среди них, эпоксидная смола Полимерное покрытие обладает сильной адгезией, отличной защитой от ржавчины и водостойкостью, хорошей механической прочностью и химической стойкостью и играет важную роль в защите судна, особенно корпуса, ватерлинии, палубы и других частей. Он считается одним из основных продуктов в индустрии покрытий для морских судов.

  Однако в связи с постоянным улучшением стандартов производительности морских покрытий в последние годы необходимо, чтобы используемая эпоксидная смола была улучшена по термостойкости, высокой ударной вязкости, влагостойкости и другим аспектам для достижения высоких характеристик. Однако из-за большой силы межмолекулярного взаимодействия эпоксидной смолы заполнитель получается жестким. Кроме того, молекулярные цепи могут располагаться упорядоченно, образуя высококристаллические, хрупкие при комнатной температуре и плохие ударные характеристики. Поэтому крайне важно понять и освоить характеристики эпоксидных смол различной структуры, особенно ударные характеристики, которые имеют большое значение для проектирования и разработки. покрытия из эпоксидной смолы для морских кораблей.

  В этой статье твердость, адгезия и ударные свойства покрытий исследуются путем выбора эпоксидных смол с различной структурой, включая бисфенол А, гидрированный бисфенол А, бисфенол F и смешанные эпоксидные смолы, а также использования гибкого полиэфирамина в качестве отверждающего агента, поэтому чтобы получить взаимосвязь между различными структурами эпоксидных смол и свойствами покрытий, обеспечивая тем самым теоретическую основу для разработки и применения эпоксидных покрытий для морских судов.

2. Эксперимент

а) Сырье

  Фенол А эпоксидная смола Е51: эпоксидное число 0.51; Эпоксидная смола с гидрированным бисфенолом А ST3000: эпоксидное число 0.43; Эпоксидная смола с бисфенолом F CYDF170: эпоксидное число 0.60; Смешанная эпоксидная смола TDE85: эпоксидное число 0.85; D230: эквивалент активного водорода амина 60 г/экв; Ацетон.

б) Экспериментальные методы

я. Подготовка покрытия

  В соответствии с формулой, приведенной в таблице 1, отвесьте определенное количество смолы и отвердителя, механически перемешайте их при комнатной температуре до тех пор, пока система не станет однородной, выполните вакуумное пеногашение, а затем с помощью аппликатора для нанесения лакокрасочной пленки 100 мкм нанесите слой лакокрасочной пленки на стальная пластина (отполированная и очищенная ацетоном) для испытания на адгезию; Оставшееся покрытие заливается в форму (около 8 мм) со стальной пластиной внизу (полируется и очищается ацетоном) для испытаний на твердость и ударопрочность. Свойства были проверены после отверждения при комнатной температуре в течение 7 дней.

  Таблица 1 Влияние структуры эпоксидной смолы на характеристики покрытия

  Примечание. Дозировка всех эпоксидных смол составляет 100 г, а активный H: эпоксидная основа = 1.2:1.

  ii. Тестирование производительности

  Испытательное оборудование и методы испытаний различных характеристик покрытия из отвержденной смолы представлены в Таблице 2.

  Таблица 2. Испытание характеристик покрытия

3. Результаты и обсуждение

а) Время высыхания

  Время высыхания смолы напрямую влияет на строительные характеристики покрытия. В этой статье время высыхания четырех различных эпоксидных смол было исследовано с использованием D230 в качестве отвердителя, как показано в Таблице 3. Результаты показали, что скорость отверждения смешанной эпоксидной смолы была очень высокой, поскольку она содержала три эпоксидные группы и могла высохнуть за три часа; Отверждение эпоксидной смолы с гидрогенизированным бисфенолом А происходит очень медленно, и ее поверхность еще нельзя высушить через 24 часа.

Таблица 3 Влияние различных эпоксидных смол на время высыхания

б) Твердость

  Твердость пленки является одним из наиболее важных показателей эффективности для пользователей и производителей покрытий, а также одним из наиболее важных физических свойств покрытий морских судов. Он отражает способность одного материала сопротивляться вдавливанию, царапинам, царапинам и проникновению другого материала. Для четырех эпоксидных смол, исследованных в этой статье, твердость отвержденной смолы показана на рисунке 2. Твердость E51, CYDF-170 и ST-3000 составляет около 80 по Шору D. Это связано с тем, что все они представляют собой бисфенольные эпоксидные смолы. Гидроксильная группа в молекулярной цепи может значительно улучшить межмолекулярную силу, а соответствующая энергия сцепления также велика, поэтому твердость отвержденной смолы также высока. Однако в случае эпоксидной смолы ТДЭ-85, поскольку в молекулярной цепи нет жесткой структурной группы бензольного кольца, а межмолекулярная сила относительно невелика, твердость ниже, чем у бисфенольной эпоксидной смолы, всего 43 по Шору D.

  Рис. 2 Твердость отвержденной смолы, полученной в результате реакции отвердителя D230 с различными эпоксидными смолами.

в) Адгезия

  Для морских покрытий важным показателем являются антикоррозионные характеристики, а адгезия между полимерными покрытиями и металлами является необходимым условием для полноценного выполнения антикоррозионной функции. Поэтому в этой статье изучается адгезия покрытия из отвержденных эпоксидных смол с четырьмя различными структурами, и результаты показаны на рисунке 3. Максимальная адгезия эпоксидной смолы с гидрированным бисфенолом А ST3000 составляет 4.7 МПа, за ней следует эпоксидная смола с бисфенолом А E51. и эпоксидной смолы с бисфенолом F CYDF170 — около 4 МПа, тогда как адгезия смешанной эпоксидной смолы TDE85 составляет всего 2.5 МПа. При прикреплении покрытия к металлической подложке необходим химически активный центр прикрепления. Такие химически активные центры присоединения могут образовывать полярные группы, особенно гидроксильные и карбоксильные группы [10]. На рисунке 1 видно, что как бисфенольная эпоксидная смола, так и смешанная эпоксидная смола имеют определенное количество полярных групп, но TDE85 имеет очень высокую скорость отверждения. По мере отверждения и реакции сшивания движение молекулярной цепи становится все более и более трудным, и оно не может диффундировать к поверхности стальной пластины. Полярные группы не могут взаимодействовать с поверхностью стальной пластины. Эффективно присоединенных полярных групп мало, поэтому адгезия очень низкая. Скорость отверждения эпоксидной смолы с гидрогенизированным бисфенолом А самая медленная, молекулярная цепь имеет достаточно времени, чтобы переместиться на поверхность стальной пластины, и прикрепляются наиболее эффективные полярные группы с наибольшей адгезией.

  Рис. 3. Адгезия отверждающей смолы, полученной в результате реакции отвердителя D230 с различными эпоксидными смолами.

  г) Ударопрочность

  Самым большим недостатком эпоксидной смолы является ее хрупкость и низкая ударная вязкость, что ограничивает ее применение в деталях, требующих высокой ударопрочности и стойкости к разрушению на судах. В этой статье на испытательную панель бросили тяжелый молоток массой 2 кг, чтобы исследовать ударные характеристики отвержденных эпоксидных покрытий различной структуры. Результаты показаны на рисунке 4. Максимальная высота удара представляет собой максимальную высоту, которая не вызывает повреждения покрытия после удара тяжелого молотка. Для эпоксидной смолы с бисфенолом А E51 из-за существования жесткой группы бензольного кольца и гидроксильной группы в ее молекулярной цепи энергия когезии велика. Даже если отвердителем является гибкий полиэфирамин D230, его молекулярная цепь коротка и не играет большой роли. Таким образом, ударопрочность покрытия, полученного после реакции и отверждения этих двух материалов, является наихудшей: максимальная высота удара составляет всего 60 см. По сравнению с Е51, группа, соединяющая два бензольных кольца в молекулярной цепи бисфенол F эпоксидной смолы CYDF170, меняется с изопропильной группы на метиленовую, что улучшает активность молекулярной цепи и несколько улучшает ударные свойства по сравнению с Е51. Эпоксидная смола ST3000 с гидрогенизированным бисфенолом А имеет только алициклическое кольцо в основной цепи, которое имеет небольшую жесткость, хорошие ударные характеристики и высоту удара 100 см. После отверждения смешанная эпоксидная смола TDE85 имеет низкую энергию когезии, а алициклическая группа может эффективно улучшить ударную вязкость отвержденного продукта. Таким образом, эффективность удара оптимальна, а высота удара составляет 110 см.

  Рис. 4. Ударные свойства отвержденной смолы, полученной в результате реакции отвердителя D230 с различными эпоксидными смолами.

4. Заключение

  (1) При использовании D230 в качестве отвердителя твердость бисфенола эпоксидная смола Е51, ST3000 и CYDF170 могут достигать твердости по Шору D 80 после отверждения из-за большой энергии сцепления; После отверждения смешанная эпоксидная смола TDE85 имеет твердость по Шору D всего 43.

  (2) Для четырех эпоксидных смол, изученных в этой статье, соотношение размеров адгезии составляет ST3000>CYDF170>E51>TDE85, а адгезия ST3000 и D230 к полированной стальной пластине после отверждения может достигать 4.7 МПа.

  (3) Когда в качестве отвердителя используется D230, TDE85 имеет наилучшие ударные свойства, а E51 имеет худшие ударные свойства.