Ce2O3改性環氧涂料在高壓開關產品涂裝修復中的應用

李寶增, 姚彥芳

(1.平高集團有限公司,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)

?

Ce2O3改性環氧涂料在高壓開關產品涂裝修復中的應用

李寶增1, 姚彥芳2

(1.平高集團有限公司,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)

高壓開關產品腐蝕防護涂層現場修復技術近年來發展迅速，施工操作方便成為現場修復的關鍵。在環氧樹脂涂料中添加稀土氧化物Ce2O3進行改性，并以丙烯酸聚氨酯涂料作為面漆，選擇多種基體，通過簡單的前處理后進行涂裝。結果發現，涂層體系與基體結合良好，提高了涂層的耐腐蝕性能，添加稀土氧化物的環氧底漆技術適合于現場涂裝產品維修應用。

稀土； 高壓開關； 附著力； 耐蝕能力；涂裝修復；環氧樹脂涂料

引 言

目前戶外涂裝產品修護任務較大，在比較惡劣的環境中，一些涂裝產品服役后，2～3年就需要重新涂刷維護。在戶外涂裝產品維修作業條件比較差，尤其是在現場維修，無法借助各類電動工具進行處理，只能進行手工處理，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，且有些產品結構比較復雜，不利于采用統一的方法進行作業，所以維修生產效率十分低下。為提高膜層與基體結合力，研究人員研究了基體材料的表面狀況與涂層附著力的關系，提出了提高涂層附著力的途徑[1]。其中采用稀土元素對涂層底漆進行改性處理是最為有效的辦法之一[2-5]。

本文針對不同的基材種類與表面狀態，開發出高適應性涂裝工藝，適合于各種表面狀態與不同基材的現場維修，目的是降低維修勞動強度，提高涂層與基體的結合力，提高涂層的耐腐蝕性能，為生產提供借鑒。

1 涂裝體系設計

目前涂裝技術領域應用較多的底漆為環氧樹脂涂料，具有優異的柔韌性、附著力及耐腐蝕性，生產中添加一定量的酚醛樹脂可以對其改性，二者活性官能團發生交聯反應，膜層具有環氧樹脂附著力強、柔韌性大的優點、也具有酚醛樹脂耐水性、耐有機溶劑和耐酸的優點。近年來，研究人員在環氧樹脂基本配方基礎上添加稀土元素，稀土元素是活性劑與催化劑，進一步提高涂料反應的活性，與樹脂反應所得化合物鍵能極強，使涂層性能可以得到了進一步提高[2-6]。

綜合考慮以上因素，涂層體系設計為：環氧樹脂底漆+丙烯酸聚氨酯面漆。在環氧底漆中添加稀土氧化物Ce2O3對其進行改性處理，以提高涂層與基體的結合性能。

2 實驗方法

2.1 實驗材料

實驗基材包括熱鍍鋅板、銹蝕熱鍍鋅板、銹蝕鋼材和舊涂層基材，試片規格為100mm×70mm×1mm。

涂裝體系為環氧樹脂底漆+丙烯酸聚氨酯面漆。環氧樹脂底漆采用Ce2O3進行改性，顆粒尺寸為10μm。

經過大量研究，在環氧樹脂底漆添加Ce2O3后，Ce2O3質量分數對涂層的影響規律和涂層內部組織變化情況總結如表1。加入0.01%～0.04%Ce2O3時，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，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，耐蝕性能基本穩定，涂層的流平性增加也不明顯。故選擇在環氧樹脂底漆中加入0.05%～0.20%Ce2O3為宜。

表1 Ce2O3對涂層組織與性能的影響

2.2 工藝實驗方案

前處理方案。首先清洗除去表面殘留的油污，再采用手動或動力工具處理至St2級即可。底漆噴涂(空氣噴出壓力0.3～0.4MPa)噴涂兩次，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，噴涂兩次，面漆涂層δ約為70～100μm，自然干燥。

2.3 性能檢測

參考國家標準GB4956-2003采用DP-2100膜層測量儀測試厚度，每一類樣品取3個，分別測試底漆與面漆。參考國家標準GB 5120-2006采用DeFelskoAT-A拉拔儀測試涂層結合力，每一種基材測試5個樣品。參考國家標準GB 6739-2006采用QHQ-A鉛筆硬度計測試涂層硬度，每一類樣品取3個，并計算平均值[7]。

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

為了說明問題，實驗采用未添加稀土氧化物的環氧樹脂作為底漆，丙烯酸聚氨酯作為面漆的試片進行對比。

3 試驗結果

3.1 涂層厚度測試

涂裝后首先對涂層狀態進行檢查，樣品涂層固化狀態良好，涂層表面比較光滑，沒有漆豆、橘皮、流掛等缺陷，表明涂裝質量較好。測試涂層底漆厚度與涂裝整體厚度，結果如表2所示。

表2 涂層厚度測試結果(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，以下性能測試結果具有說服力。

3.2 附著力測試

對各種基材涂層的附著力測試結果如表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涂裝(環氧樹脂底漆+丙烯酸聚氨酯面漆)附著力明顯較小，添加稀土氧化物后，涂層與基材的結合力提升。這是因為稀土元素提高了涂料反應的活性，與樹脂反應所得化合物鍵能極強，有助于涂層與基體結合性能的提高。后續測試選擇帶銹熱鍍鋅基材制備的涂層進行。

表3 涂層結合力測試結果

3.3 性能測試

3.3.1 腐蝕試驗

表4為帶銹熱鍍鋅基材涂裝劃格中性鹽霧腐蝕試驗統計結果。由表4可以看出，測試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，試驗進行至500h，漆膜沒有出現起泡、起皺或開裂行為，試驗進行至600h，涂層開始出現輕微起泡、大于600h，起泡明顯，至800h，漆膜起泡已經比較嚴重。同期進行試驗的傳統涂層，基材仍為帶銹熱鍍鋅板，試驗進行至400h，漆膜開始出現起泡行為，進行至500h，起泡已經比較嚴重。

實際上漆膜起泡與其附著力有直接的關系，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，與樹脂反應后所得化合物鍵增強，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1000h后附著力約為6.2MPa,仍大于標準規定的5MPa。

鹽霧腐蝕試驗1000h后測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，傳統的涂裝漆膜起泡寬度為1.61mm，漆膜起泡寬度進一步證實了添加稀土氧化物能夠提高漆膜與基體的結合性能。

表4 漆膜劃線中性鹽霧腐蝕試驗結果

3.3.2 老化試驗

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

表5 漆膜老化試驗變色等級與附著力測試結果

3.3.3 漆膜硬度測試

漆膜硬度測試采用機械式鉛筆硬度計進行測試，施加載荷為7.45N,試驗結果以漆膜表面出現塑性變形為標記，漆膜上面出現永久壓痕試驗結束。添加稀土氧化物涂料所得涂層，漆膜硬度為3H，而傳統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系，添加稀土氧化物后，涂層內部、涂層與基體結合狀況明顯改善，硬度有所提高。

4 結 論

為提高漆膜與基體的結合力，采用稀土氧化物Ce2O3對環氧底漆進行了改性處理，Ce2O3質量分數為0.05%～0.20%，以改性的環氧樹脂涂料為底漆，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、環氧樹脂舊有涂層和氟碳舊有涂層上制備了涂層，并測試了漆層的厚度、結合力、耐腐蝕和抗老化等性能。結果表明，漆層與基體結合性能大幅提高，最高可達7.8MPa，高于標準規定的5MPa，漆層抗老化性能均明顯提高，老化試驗后涂層與基體的結合強度仍達5.4MPa，說明本文配置底漆和涂料適合在現場維修作業中使用。

[1] 蘇修梁,張欣宇.表面涂層與基體間的界面結合強度及其測定[J].電鍍與環保,2004,24:6-11.

[2] 沈之荃.稀土催化劑在高分子合成中的開拓應用[J].高分子通報,2005,(4):1-12.

[3] 邰曉曦,皮丕輝,鄭大鋒,等.稀土在涂料中的應用研究[J].涂料工業,2009,(8):55-58.

[4] 劉元偉.納米SiO2-稀土元素復合改性環氧樹脂防腐蝕涂料的耐蝕性[J].腐蝕與防護,2015，(8):738-741.

[5] 陳佳.稀土防腐防污涂料的制備與性能研究[D].重慶：重慶大學,2015:23-24.

[6] 孫日圣,賀曉慧,吳琴芬,等.稀土元素對涂料催干性能的影響及其機理[J].稀土，2000，21(5):27-29.

[7] 覃奇賢,劉淑蘭.鍍層硬度的測定[J].電鍍與精飾,2009,31(4):27-30.

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