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聚合物防腐耐磨材料分类

2020-10-12 14:30:24      点击:
北京耐默公司作为专业生产防腐耐材料厂家,在此介绍防腐耐磨材料_防腐耐磨胶_防腐耐磨涂料_防腐耐磨层相关知识,希望对大家会有帮助。
高分子聚合物防腐耐磨材料

1、 黏土和SiO2等纳米颗粒改性聚合物复合涂层
Srinath等将黏土加入聚酰胺中,实验表明,在湿润摩擦条件下,含有黏土的聚合物比纯聚酰胺表现出更低的摩擦系数,在潮湿条件下,聚酰胺纳米复合材料和纯聚酰胺的比磨损率随负荷增加而增加,这是因为,材料表面的塑化使聚合物原纤维更容易分离,使磨损率增加。Yeh等以有机基涂料的形式,将黏土加入聚合物基质中,有效增强了聚合物在金属表面上的腐蚀保护,这主要是因为,板状黏土良好地分散在聚合物基体中,有效增加了氧气和水扩散途径的长度,降低了涂层的可渗透性。
除黏土外,另一种具有这种优势的重要材料是Si O2。将低成本的Si O2纳米粒子加入到聚合物中,能够显着改善热性能、力学性能、抗腐蚀性、耐磨性、阻隔性和电子封装性能。王英楠等用2-(3,4-环氧环己基)乙基三乙氧基硅烷(ETEO)对纳米Si O2进行表面接枝,得到新型硅基纳米Si O2(ETEO-SiO2),并制备了环氧树脂/ETEO-SiO2复合涂层。结果表明,添加ETEO-SiO2纳米粒子后,涂层的防腐蚀性能远优于纯环氧树脂涂层,当ETEO-SiO2纳米粒子添加量达到4%(质量分数)时,防腐蚀性能达到最佳,在质量分数为3.5%的Na Cl溶液中浸泡1 500 h后,阻抗模量能够保持在109Ωcm2,而纯环氧涂层降至106Ωcm2。Gao等发现,将Si O2纳米颗粒加入短碳纤维(SCF)增强的环氧树脂中,其复合材料在水润滑条件下,比磨损率比纯环氧低一个数量级。金属对偶磨损表面进行分析,发现表面含有Si O2、Fe2O3和C的转移膜具有较好的摩擦性能。此外,Fe2O3、Zn O、Al2O3、Ti O2等纳米颗粒也能显著增强环氧树脂防腐和耐磨性能。例如,少量Fe2O3纳米颗粒的均匀分散能够改善环氧基涂层的均匀性、阻隔性、耐腐蚀性及减摩抗磨性能;在环氧基涂料中加入Zn O纳米颗粒,可提高耐腐蚀性、抗水解降解性和涂层附着力;掺入Al2O3纳米颗粒的环氧树脂能够在改善环氧树脂的刚度、强度和韧性的同时不影响热力学性能;Radoman等将纳米Ti O2加入环氧树脂中,有效提升了其水蒸气不可渗透性和复合纳米涂层的疏水性,并且,纳米Ti O2作为氧清除剂,能够通过阴极机制抑制钢的腐蚀,改善环氧树脂的防腐性能。
2、 氮化硼纳米片改性聚合物复合涂层
白色石墨烯六方氮化硼纳米片(H-BN),因具有优异的润滑性、电绝缘性、耐化学性和热稳定性而受到广泛关注。Yu等制备了功能化立方氮化硼(FC-BN)和功能化六方氮化硼(FH-BN)增强的环氧树脂(EP)涂层,测试了其在海水润滑下的摩擦性能。结果表明,当FC-BN和FH-BN的含量达到0.5%时,EP复合涂层的摩擦系数达到最小值,与海水条件下的纯EP相比,分别下降了30.03%和39.27%。在海水条件下,0.5%FC-BN/EP复合材料磨损率比纯EP减少了69.17%,0.5%FH-BN/EP复合材料降低了68.36%。因此可知,纳米填料掺入聚合物中能够改善复合涂层的硬度和韧性,在一定程度下,纳米颗粒的硬度与复合材料的耐磨程度成正相关,当施加载荷时,能够有效地限制裂纹的形成和生长,避免脆性断裂。FH-BN拥有低剪切强度的层状结构,具有更好的润滑性,因此,表现出比FC-BN/EP复合涂层更低的摩擦系数。Cui等制备了H-BN纳米片增强的环保型水性环氧树脂(EP)涂层,在浸入3.5%Na Cl溶液中10 d后,1%FH-BN/EP涂层的开路电位(OCP)为-0.56V,高于纯环氧涂层的-0.61 V,而1%FH-BN/EP涂层低频阻抗模量为1.4×106Ωcm2,远高于纯环氧涂层的1.6×104Ωcm2。这表明,H-BN的良好分散导致环氧树脂的密度增加,减少了整体结构的孔隙和缺陷,抑制了涂层中水和腐蚀性离子的扩散,显著改善了涂层的防腐性能。
3、 石墨烯和氧化石墨烯改性聚合物复合涂层
石墨烯(G)、氧化石墨烯(GO)是以二维晶格单层排列的sp2杂化碳原子,近年来,作为纳米填料引起了极大的关注。相对于纯聚合物基体,加入石墨烯、氧化石墨烯填料能够显著减少聚合物复合材料的可渗透性。这是因为,渗透网络可提供曲折的路径,抑制分子由于基体的扩散导致渗透性显著降低。Kim等实验表明,将石墨烯纳米片掺入聚合物基体中,可提高阻隔性能,并且,皱折的石墨烯片与黏土基纳米填料一样有效,含有低浓度石墨烯的聚合物的负载量比纯聚合物基质约高25~130倍。另外,石墨烯及其衍生物已成为新兴且有前景的润滑材料之一。Li等研究了GO与各种基体(如丁腈橡胶、聚酰亚胺、环氧树脂和聚乙烯等增强复合材料)的摩擦学性能,并指出GO的优越性归功于其具有较高的比表面积、GO良好的粘附性、含氧基团、二维平面几何形状和增强的玻璃化转变温度。
Tsai等将不同含量石墨烯(G)加入聚氨酯(PU)中,制备了一系列聚合物复合涂层。腐蚀及摩擦实验结果显示,在3.5%Na Cl溶液中浸泡28 d后,纯环氧涂层阻抗模量从108Ωcm2降低了两个数量级,4%G/PU和8%G/PU涂层阻抗模量仅略微下降。在盐雾室内暴露28 d后,纯环氧涂层和2%G/PU涂层产生高密度的起泡现象,导致涂层严重分层,这主要是因为,涂层与基底界面处的水、氧和腐蚀离子的富集。4%G/PU和8%G/PU涂层未观察到明显的腐蚀斑点和水泡,这表明,在PU涂层中添加足够量的G,能够阻挡水和氧的渗透,使二者不能渗透到基底金属表面。在干摩擦条件下,8%G/PU涂层的摩擦系数COF比纯环氧涂层约低61%。由上述研究可知,适量的G和GO作为填料加入聚合物中,可显著增强其防腐及摩擦综合性能。
4、 功能化石墨烯和氧化石墨烯改性聚合物复合涂层
Liu等使用硅烷偶联剂(KH55O)官能化石墨烯(G)和富勒烯(C60),经表面处理后的FG和FC60在环氧树脂中,分散更加均匀。对比纯环氧涂层,在海水润滑下,0.5%FG/EP和FC60/EP的摩擦系数约降低了40%,比磨损率降低了50%,3.5%Na Cl溶液的腐蚀电位及阻抗模量均优于纯环氧涂层。但是,FG/EP表现出更加优异的防腐与摩擦性能。
Mo等制备了功能化石墨烯(FG)和功能化氧化石墨烯(FGO)增强的PU复合涂层。实验证明,FG和FGO在PU中最佳含量分别为0.25%和0.5%,对比纯PU,0.25%FG/PU和0.5%FGO/PU在海水润滑下,具有更低的摩擦系数,并且,比磨损率分别下降了约80%和85%。这是由于,FG和FGO在摩擦过程中吸收了大量能量,且二者具有较低的剪切强度,在摩擦副表面更易起到润滑作用。在3.5%Na Cl溶液下的同含量的FG和FGO显示出比纯PU较低的腐蚀电流Icorr,但是,FG/PU表现更加优异。因为FGO的丰富氧化基团在一定程度上破坏了石墨烯晶格,而FG具有整合晶格结构。这表明,FG和FGO的屏障效应不仅取决于腐蚀介质的扩散路径的曲折度,还取决于石墨烯晶格的完整性。
高分子聚合物防腐耐磨材料

近年来,新型防腐抑制剂导电聚合物因具有环境稳定性和独特的氧化还原行为,已被广泛开发用于防腐涂层中,在所有导电聚合物中,PANi是被研究最多的导电聚合物。有研究人员将导电聚合物与纳米材料相结合,综合改善了聚合物复合涂层的防腐与摩擦性能。例如,将防腐抑制剂聚2-丁基苯胺接枝到石墨烯表面后,加入到环氧树脂中制备了复合涂层。结果显示,聚2-丁基苯胺作为分散剂改善了石墨烯在环氧树脂中的分散性,石墨烯使0.5%G/EP的复合涂层吸水率从纯环氧的0.9%降到了0.3%。塔菲尔极化曲线结果显示,0.5%G/EP的复合涂层拥有最高的腐蚀电位Ecorr。在3.5%Na Cl溶液中浸泡80 d后,0.5%G/EP复合涂层的低频阻抗模量远高于纯环氧树脂,这是由环氧基质中分散良好的G纳米片,增加了扩散途径的曲折度,以及聚苯胺在金属基板和有机涂层的界面处形成钝化氧化物层,这两者的协同作用产生的结果。在海水润滑件下,与纯环氧涂层相比,0.5%G/EP复合涂层摩擦系数明显降低,比磨损率约降低了80%,这源于G的良好分散及易剪切特性。此外,多壁碳纳米管MWCNT加入聚合物基体中,改善聚合物防腐和摩擦性能的机理与石墨烯类似,如Cui等将聚2-丁基苯胺作为分散剂与MWCNT接枝,均匀分散在环氧树脂中,结果显示出与G类似的效果,但是,G具有更高的比表面积,其复合涂层防腐性能高于MWCNT复合涂层。
以上是具有防腐和摩擦综合性能的聚合物复合纳米涂层的先进研究成果,简要总结聚合物复合涂层的防腐机理和摩擦学机理。

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