李寶增, 姚彥芳

(1.平高集團(tuán)有限公司,河南 平頂山 467001; 2.河南平高電氣股份有限公司,河南 平頂山 467001)

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Ce2O3改性環(huán)氧涂料在高壓開關(guān)產(chǎn)品涂裝修復(fù)中的應(yīng)用

李寶增1, 姚彥芳2

(1.平高集團(tuán)有限公司,河南 平頂山 467001; 2.河南平高電氣股份有限公司,河南 平頂山 467001)

高壓開關(guān)產(chǎn)品腐蝕防護(hù)涂層現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)技術(shù)近年來發(fā)展迅速，施工操作方便成為現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)的關(guān)鍵。在環(huán)氧樹脂涂料中添加稀土氧化物Ce2O3進(jìn)行改性，并以丙烯酸聚氨酯涂料作為面漆，選擇多種基體，通過簡(jiǎn)單的前處理后進(jìn)行涂裝。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，涂層體系與基體結(jié)合良好，提高了涂層的耐腐蝕性能，添加稀土氧化物的環(huán)氧底漆技術(shù)適合于現(xiàn)場(chǎng)涂裝產(chǎn)品維修應(yīng)用。

稀土； 高壓開關(guān)； 附著力； 耐蝕能力；涂裝修復(fù)；環(huán)氧樹脂涂料

引 言

目前戶外涂裝產(chǎn)品修護(hù)任務(wù)較大，在比較惡劣的環(huán)境中，一些涂裝產(chǎn)品服役后，2～3年就需要重新涂刷維護(hù)。在戶外涂裝產(chǎn)品維修作業(yè)條件比較差，尤其是在現(xiàn)場(chǎng)維修，無法借助各類電動(dòng)工具進(jìn)行處理，只能進(jìn)行手工處理，原始基材上的殘留不能清除徹底，極大影響了涂層的防護(hù)效果。另外，基材種類較多，包括熱鍍鋅、銹蝕熱鍍鋅、銹蝕鋼材和舊涂層表面等，且有些產(chǎn)品結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不利于采用統(tǒng)一的方法進(jìn)行作業(yè)，所以維修生產(chǎn)效率十分低下。為提高膜層與基體結(jié)合力，研究人員研究了基體材料的表面狀況與涂層附著力的關(guān)系，提出了提高涂層附著力的途徑[1]。其中采用稀土元素對(duì)涂層底漆進(jìn)行改性處理是最為有效的辦法之一[2-5]。

本文針對(duì)不同的基材種類與表面狀態(tài)，開發(fā)出高適應(yīng)性涂裝工藝，適合于各種表面狀態(tài)與不同基材的現(xiàn)場(chǎng)維修，目的是降低維修勞動(dòng)強(qiáng)度，提高涂層與基體的結(jié)合力，提高涂層的耐腐蝕性能，為生產(chǎn)提供借鑒。

1 涂裝體系設(shè)計(jì)

目前涂裝技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用較多的底漆為環(huán)氧樹脂涂料，具有優(yōu)異的柔韌性、附著力及耐腐蝕性，生產(chǎn)中添加一定量的酚醛樹脂可以對(duì)其改性，二者活性官能團(tuán)發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，膜層具有環(huán)氧樹脂附著力強(qiáng)、柔韌性大的優(yōu)點(diǎn)、也具有酚醛樹脂耐水性、耐有機(jī)溶劑和耐酸的優(yōu)點(diǎn)。近年來，研究人員在環(huán)氧樹脂基本配方基礎(chǔ)上添加稀土元素，稀土元素是活性劑與催化劑，進(jìn)一步提高涂料反應(yīng)的活性，與樹脂反應(yīng)所得化合物鍵能極強(qiáng)，使涂層性能可以得到了進(jìn)一步提高[2-6]。

綜合考慮以上因素，涂層體系設(shè)計(jì)為：環(huán)氧樹脂底漆+丙烯酸聚氨酯面漆。在環(huán)氧底漆中添加稀土氧化物Ce2O3對(duì)其進(jìn)行改性處理，以提高涂層與基體的結(jié)合性能。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)基材包括熱鍍鋅板、銹蝕熱鍍鋅板、銹蝕鋼材和舊涂層基材，試片規(guī)格為100mm×70mm×1mm。

涂裝體系為環(huán)氧樹脂底漆+丙烯酸聚氨酯面漆。環(huán)氧樹脂底漆采用Ce2O3進(jìn)行改性，顆粒尺寸為10μm。

經(jīng)過大量研究，在環(huán)氧樹脂底漆添加Ce2O3后，Ce2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)涂層的影響規(guī)律和涂層內(nèi)部組織變化情況總結(jié)如表1。加入0.01%～0.04%Ce2O3時(shí)，耐蝕性能提高不很明顯，涂層狀況改變不大。加入0.05%～0.20%Ce2O3時(shí)，耐蝕性能提高明顯提高，涂層的流平性等性能明顯提高。加入0.20%～0.25%Ce2O3時(shí)，耐蝕性能基本穩(wěn)定，涂層的流平性增加也不明顯。故選擇在環(huán)氧樹脂底漆中加入0.05%～0.20%Ce2O3為宜。

表1 Ce2O3對(duì)涂層組織與性能的影響

2.2 工藝實(shí)驗(yàn)方案

前處理方案。首先清洗除去表面殘留的油污，再采用手動(dòng)或動(dòng)力工具處理至St2級(jí)即可。底漆噴涂(空氣噴出壓力0.3～0.4MPa)噴涂?jī)纱?，底漆涂層δ約為30μm，自然干燥2h。面漆噴涂：空氣壓力，噴出壓力0.3～0.4MPa，噴涂?jī)纱?，面漆涂層δ約為70～100μm，自然干燥。

2.3 性能檢測(cè)

參考國家標(biāo)準(zhǔn)GB4956-2003采用DP-2100膜層測(cè)量?jī)x測(cè)試厚度，每一類樣品取3個(gè)，分別測(cè)試底漆與面漆。參考國家標(biāo)準(zhǔn)GB 5120-2006采用DeFelskoAT-A拉拔儀測(cè)試涂層結(jié)合力，每一種基材測(cè)試5個(gè)樣品。參考國家標(biāo)準(zhǔn)GB 6739-2006采用QHQ-A鉛筆硬度計(jì)測(cè)試涂層硬度，每一類樣品取3個(gè)，并計(jì)算平均值[7]。

參考國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T10125-2012采用JST-120鹽霧腐蝕試驗(yàn)箱測(cè)試漆膜耐腐蝕性能，腐蝕溶液為5%NaCl溶液，pH 6.5～7.2，θ(35±2)℃，連續(xù)噴霧。涂層耐蝕試驗(yàn)觀察周期24h，測(cè)量劃線處的銹蝕寬度。

為了說明問題，實(shí)驗(yàn)采用未添加稀土氧化物的環(huán)氧樹脂作為底漆，丙烯酸聚氨酯作為面漆的試片進(jìn)行對(duì)比。

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 涂層厚度測(cè)試

涂裝后首先對(duì)涂層狀態(tài)進(jìn)行檢查，樣品涂層固化狀態(tài)良好，涂層表面比較光滑，沒有漆豆、橘皮、流掛等缺陷，表明涂裝質(zhì)量較好。測(cè)試涂層底漆厚度與涂裝整體厚度，結(jié)果如表2所示。

表2 涂層厚度測(cè)試結(jié)果(μm)

由表2可知，試樣底漆δ為32～35μm，總涂層δ為103～107μm，厚度保持在同一水平，以下性能測(cè)試結(jié)果具有說服力。

3.2 附著力測(cè)試

對(duì)各種基材涂層的附著力測(cè)試結(jié)果如表3所示。由表3可知，熱鍍鋅的附著力為7.4～7.8MPa，帶銹熱鍍鋅的附著力為6.4～6.6MPa，銹蝕鋼材的附著力為7.0～7.2MPa，丙烯酸舊涂層的附著力為4.3～4.4MPa，環(huán)氧舊涂層的附著力為4.5～4.7MPa，氟碳舊涂層的附著力為4.0～4.2MPa，沒有添加稀土氧化物的傳統(tǒng)涂裝(環(huán)氧樹脂底漆+丙烯酸聚氨酯面漆)附著力明顯較小，添加稀土氧化物后，涂層與基材的結(jié)合力提升。這是因?yàn)橄⊥猎靥岣吡送苛戏磻?yīng)的活性，與樹脂反應(yīng)所得化合物鍵能極強(qiáng)，有助于涂層與基體結(jié)合性能的提高。后續(xù)測(cè)試選擇帶銹熱鍍鋅基材制備的涂層進(jìn)行。

表3 涂層結(jié)合力測(cè)試結(jié)果

3.3 性能測(cè)試

3.3.1 腐蝕試驗(yàn)

表4為帶銹熱鍍鋅基材涂裝劃格中性鹽霧腐蝕試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果。由表4可以看出，測(cè)試t為1000h。帶銹熱鍍鋅基材上涂覆添加稀土氧化物底漆后所得涂層，試驗(yàn)進(jìn)行至500h，漆膜沒有出現(xiàn)起泡、起皺或開裂行為，試驗(yàn)進(jìn)行至600h，涂層開始出現(xiàn)輕微起泡、大于600h，起泡明顯，至800h，漆膜起泡已經(jīng)比較嚴(yán)重。同期進(jìn)行試驗(yàn)的傳統(tǒng)涂層，基材仍為帶銹熱鍍鋅板，試驗(yàn)進(jìn)行至400h，漆膜開始出現(xiàn)起泡行為，進(jìn)行至500h，起泡已經(jīng)比較嚴(yán)重。

實(shí)際上漆膜起泡與其附著力有直接的關(guān)系，添加稀土氧化物后的涂層，由于稀土氧化物的存在，涂層活性比較高，且稀土具有一定的催化作用，與樹脂反應(yīng)后所得化合物鍵增強(qiáng)，因此涂層性能明顯提高。添加稀土氧化物的涂層中性鹽霧試驗(yàn)1000h后附著力約為6.2MPa,仍大于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的5MPa。

鹽霧腐蝕試驗(yàn)1000h后測(cè)試了漆膜單邊銹蝕蔓延寬度，添加稀土氧化物的涂料所得涂層起泡寬度為1.09mm，傳統(tǒng)的涂裝漆膜起泡寬度為1.61mm，漆膜起泡寬度進(jìn)一步證實(shí)了添加稀土氧化物能夠提高漆膜與基體的結(jié)合性能。

表4 漆膜劃線中性鹽霧腐蝕試驗(yàn)結(jié)果

3.3.2 老化試驗(yàn)

老化試驗(yàn)完成測(cè)試1000h。添加稀土氧化物涂料的高適應(yīng)性防腐涂裝與傳統(tǒng)的涂裝膜層表面均無起泡、無剝落、無裂紋和無粉化現(xiàn)象，添加稀土氧化物的高適應(yīng)性防腐涂層試驗(yàn)的3個(gè)樣品漆膜有2片變色比較輕微，1片變色比較嚴(yán)重，拉拔儀測(cè)試得到漆膜附著力分別為5.4、5.3與5.4MPa。而同期試驗(yàn)得到的傳統(tǒng)漆膜的老化變色比較嚴(yán)重，有2片變色比較明顯，1片變色比較輕微，拉拔儀測(cè)試得到漆膜附著力分別為4.4、4.7與4.6MPa。測(cè)試結(jié)果如表5所示。由表5可以看出，添加稀土氧化物的涂層，由于涂層內(nèi)部組織有所變化，涂層與基體結(jié)合狀況明顯改善，結(jié)合良好，反映在涂層性能上就表現(xiàn)為抗變色性能提高，涂層與基體的結(jié)合力提高。

表5 漆膜老化試驗(yàn)變色等級(jí)與附著力測(cè)試結(jié)果

3.3.3 漆膜硬度測(cè)試

漆膜硬度測(cè)試采用機(jī)械式鉛筆硬度計(jì)進(jìn)行測(cè)試，施加載荷為7.45N,試驗(yàn)結(jié)果以漆膜表面出現(xiàn)塑性變形為標(biāo)記，漆膜上面出現(xiàn)永久壓痕試驗(yàn)結(jié)束。添加稀土氧化物涂料所得涂層，漆膜硬度為3H，而傳統(tǒng)涂裝涂料所得漆膜的硬度為2H。添加稀土氧化物的漆膜硬度有所升高，這與添加少量的稀土氧化物有直接關(guān)系，添加稀土氧化物后，涂層內(nèi)部、涂層與基體結(jié)合狀況明顯改善，硬度有所提高。

4 結(jié) 論

為提高漆膜與基體的結(jié)合力，采用稀土氧化物Ce2O3對(duì)環(huán)氧底漆進(jìn)行了改性處理，Ce2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%～0.20%，以改性的環(huán)氧樹脂涂料為底漆，以丙烯酸聚氨酯涂料為面漆，在熱鍍鋅板、帶銹熱鍍鋅板、銹蝕鋼材、丙烯酸聚氨酯舊有涂層、環(huán)氧樹脂舊有涂層和氟碳舊有涂層上制備了涂層，并測(cè)試了漆層的厚度、結(jié)合力、耐腐蝕和抗老化等性能。結(jié)果表明，漆層與基體結(jié)合性能大幅提高，最高可達(dá)7.8MPa，高于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的5MPa，漆層抗老化性能均明顯提高，老化試驗(yàn)后涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度仍達(dá)5.4MPa，說明本文配置底漆和涂料適合在現(xiàn)場(chǎng)維修作業(yè)中使用。

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Application of Ce2O3Modified Epoxy Paint in the Painting Repair of High Voltage Switch

LI BaoZeng1, YAO Yanfang2

(1.Pinggao Group Co.,Pingdingshan 467001,China; 2.Henan Pinggao Electric Co.Ltd.,Pingdingshan 467001,China)

In-situ repairing technology of anticorrosive coating for high voltage switchgear is experiencing rapid development recently,convenient operation has become the key of the repairing technology.Modification of the epoxy was conducted by adding rare earth oxide Ce2O3 into epoxy paint, acrylic polyurethane was used as the surface paint on different substrates, and painting process were carried out after simple pretreatment.The results showed that the coating system combined well with the substrates,the corrosion resistance was improved greatly.This revealed that rare earth oxide added epoxy painting technology was suitable to be applied in in-situ painting repair.

rare earth;high voltage switch;adhesive force;corrosion resistance;coating repair；epoxy resin coatings

2016-04-21

2016-06-27

TQ638

B

10.3969/j.issn.1001-3849.2016.11.008