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常温固化feve氟碳涂料热稳定性研究热处理炉

时间：2022年09月04日

常温固化feve氟碳涂料热稳定性研究

常温固化FEVE氟碳涂料热稳定性研究

李运德 , 徐永祥 , 杨振波

( 北京航空材料研究院 , 北京 100095)

摘　要 : 通过热空气老化试验、热失质量试验以及老化后的力学性能试验 , 分析了 FEVE 氟碳涂料热稳定性。

关键词 : FEVE; 热失质量 ; 热稳定性 ; 力学性能

0 　引　言

相关氟碳配套涂层及氟碳涂料性能标准的颁布实施 [ 1 - 4 ] , 推动了常温固化氟碳涂料在桥梁、建筑幕墙、卷材涂料市场的应用 [ 5 - 7 ] 。 FEVE 氟碳涂料的耐候性已被大量的研究报道所证实 , 但对其热稳定性的系统研究还未见报道 , 缺乏实际耐热性的可靠数据okmart.com。本文对几种类型的 FEVE 氟碳涂料的耐热性进行研究 , 以对氟碳涂层适用环境有更深入的了解。

1 　试验部分

1. 1 　主要原料

FEVE 氟碳树脂 1 # : CC - 03, 常熟三爱富中昊化工新材料有限公司 ; FEVE 树脂 2 # : GK - 570, 大金氟涂料 ( 上海 ) 有限公司 ; FEVE 树脂 3 # : GK - 510, 大金株式会社 ; FEVE 树脂 4 # : ZH- 04, 常熟三爱富中昊化工新材料有限公司 ; FEVE 树脂 5 # : LF- 200, 旭硝子株式会社 ; FEVE 树脂 6 # : JF - 2X, 常熟三爱富中昊化工新材料有限公司。固化剂 22A - 75PX: 旭化成株式会社 ; 二氧化钛 (R960) : 美国杜邦公司 ; 助剂 : BYK 公司。

1. 2 　涂料制备

以白色涂料作为涂料热稳定性能比较基础 , PVC 值均为 15% , 二氧化钛均选用 R960, 助剂为与不同 FEVE 相适应的助剂。

1. 3 　涂膜制备

按照 n ( — NCO) ∶ n ( — OH) = 1 . 1 ∶ 1 的比例将基料和固化剂混合搅拌均匀 , 熟化 0 . 5 h 后用刷涂法制备漆膜。 TG 、拉伸试验和恒温热空气老化质量变化试验用漆膜制备 : 在表面含脱膜剂的聚酯膜上刷涂 2 道涂料 , 间隔时间为 1 h; 漆膜总厚度为 250 ～ 300 μ m 。恒温热空气老化后外观变化 ( 光泽和颜色 ) 测试用漆膜制备 : 在打磨成 St3 级的马口铁板上刷涂氟碳涂料 1 道 , 厚度为 50 ～ 60 μ m 。

1. 4 　热失质量分析

热失质量试验在 NETZSCH TG209 热失质量分析仪上进行。温度范围 : 室温～ 600 ℃ ; 气氛 :N 2 ; 升温速率 : 20 ℃ /min 。

1. 5 　恒温热空气老化试验

将试样放入 101 - 2AB 型电热鼓风干燥箱中 , 恒温 8 h 取出试样。漆膜光泽测定按 GB /T1743 — 1979 ( 1989) 规定。按 GB /T11186 1 2 — 1989 规定测定漆膜颜色变化。

1. 6 　拉伸性能测试

采用 LDW - 10 电子拉力试验机测试应力 - 应变性能 , 试验温度为 (25 ± 2) ℃ , 拉伸速率为 25 mm /min 。

2 　结果与讨论

2. 1 　恒温热空气老化试验

FEVE 氟碳涂料的热空气老化恒温失质量数据见表 1 。

表 1 FEVE 氟碳涂料热空气老化失质量

从表 1 可以看出 , 120 ℃ 时 , 几种氟碳涂料失质量在 4 1 4% ～ 6 . 1% 之间 , 2 # 、 3 # 失质量最小 , 1 # 、 5 # 失质量较小 , 4 # 、 6 # 失质量较大 , 此温度下的失质量主要由涂膜残存的溶剂、低相对分子质量物质的挥发所致 ; 150 ℃ 时 , 1 # 、 2 # 、 3 # 、 5 # 与 120 ℃ 时的失质量基本相同 , 说明氟碳分子链的结构未发生破坏 , 而 4 # 、 6 # 失质量稍有增加 , 说明氟碳树脂开始发生变化 ; 200 ℃ 时 , 各种氟碳涂料失质量均有所增加 , 说明氟碳树脂的分子结构均发生较明显变化 ; 250 ℃ 时 , 氟碳涂料均发生明显的裂解、断链、交联等复杂的反应过程 , 最终导致热失质量明显加剧 , 相对地 2 # 、 3 # 、 5 # 热失质量较小 , 1 # 、 4 # 、 6 # 热失质量较大。为了进一步分析 FEVE 氟碳涂料热空气老化后的漆膜变化情况 , 测试漆膜的光泽保持率和颜色变化 , 见表 2 和表 3 。

表 2 FEVE 氟碳涂料恒温热空气老化试验后漆膜光泽保持率

表 3 FEVE 氟碳涂料恒温热空气老化试验后漆膜色差值

从表 2 可以看出 , 在 150 ℃ 以下 , 各种 FEVE 氟碳涂膜光泽保持率均稍稍上升 , 这是由于涂料交联密度上升 , 涂膜致密性提高所致 ; 在 200 ℃ 时 , 5 # 维持了最好的光泽保持率 , 其他型号也维持了较高的光泽保持率 ; 在 250 ℃ 时 , 除了 5 # 维持了一定的光泽保持率外 , 其他涂膜光泽保持率下降明显 , 1 # 和 4 # 由于漆膜玻璃化温度较高 , 高温下漆膜发脆 , 出现破裂现象。漆膜的光泽保持率与涂膜材料在受热状态下的分子分解和交联状况有关。从表 3 可以看出 , 120 ℃ 时 , 每个漆膜的色差值△ E 均小于 1 . 5, 变色 0 级 , 漆膜基本颜色基本不变 ; 150 ℃ 时 , 2 # 、 3 # 、 5 # , 变色仍为 0 级 , 属于无变色范围 , 6 # 、 4 # 变色 1 级属于很轻微变色 , 1 # 变色 2 级 , 属于轻微变色 ; 200 ℃ 时 , 表现最好的 2 # 已经属于明显变色 , 其余涂膜呈现严重变色。涂膜受热情况下的失质量、变色和失光与高聚物的化学组成和分子链结构密切相关。 1 # 为三氟氯乙烯 - 乙烯基酯大单体共聚物 , 2 # 为四氟乙烯 - 乙烯基醚共聚物 , 3 # 为四氟乙烯 - 醋酸乙烯酯共聚物 , 4 # 、 6 # 为三氟氯乙烯 - 醋酸乙烯酯共聚物 , 5 # 为三氟氯乙烯 - 乙烯基醚共聚物。氟碳涂料的热稳定性主要由共聚单体的类型决定 , 四氟乙烯单体比三氟氯乙烯单体、乙烯基醚单体比醋酸乙烯酯单体提供了更好的热稳定性 , 此外氟单体的含量、氟单体与共聚单体的交替性、相对分子质量大小及分布、引发剂类型及残留分率也会对氟碳涂料的热稳定性产生一定的影响。

2. 2 　热失质量分析

热失质量试验可以反应物质的分解历程和热稳定性 , 几种氟碳涂料的热失质量曲线见图 1, 分解温度值见表 4 。

图 1 FEVE 氟碳涂料的热失质量曲线

表 4 FEVE 氟碳涂料的热分解温度

从图 1 、表 4 可以看出 , 在 N 2 保护下 , 三氟氯乙烯共聚物 (1 # 、 4 # 、 5 # 、 6 # ) 的热分解温度相近 , 醚类共聚单体 ( 5 # ) 热分解温度稍高 , 大单体共聚的 1 # 虽然氟含量较低 , 但热分解温度略高于醋酸乙烯酯共聚的 4 # 、 6 # , 4 # 的氟含量高于 6 # , 热分解温度稍有提高 , 四氟乙烯共聚物 (2 # 、 3 # ) 的热分解温度明显高于三氟氯乙烯共聚物 , 并且由于 3 # 的氟单体含量明显高于 2 # , 热分解温度也明显提高。

2. 3 　热空气老化后的力学性能

考察漆膜在受热后的拉伸强度和断裂伸长率变化情况 , 见表 5 、表 6 。

表 5 　氟碳涂膜热空气老化后的拉伸强度

表 6 　氟碳涂膜受热后的断裂伸长率

漆膜在 25 ℃ 下养护 1 个月 , 养护好的漆膜在测试温度下 , 在鼓风干燥箱中烘烤 8 h 后 , 常温放置 24 h 后测试力学性能。从表 5 、表 6 可以看出 , 120 ℃ 下所有涂膜比 25 ℃ 时的涂膜拉伸强度明显提高 , 断裂伸长率明显降低 , 这是由于涂膜交联密度提高 , 并且由于残存溶剂、低分子物质的挥发导致的高聚物聚集态结构的变化 , 涂膜变得更加致密。当温度进一步提高到 150 ℃ 时 , 漆膜的拉伸性能变化很小 , 聚集态结构趋于稳定。当温度达到 200 ℃ 时 , 分子链结构发生剧烈变化 , 过渡交联使得涂膜断裂伸长率明显下降 , 相比较 2 # 、 5 # 力学性能维持最好。