机械设计毕业论文：防腐防污涂料性能的实验室快速检测系统开发.doc

1、本科毕业论文（20 届）防腐防污涂料性能的实验室快速检测系统开发所在学院 专业班级 机械设计制造及自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 本科生毕业论文I摘 要金属的腐蚀，给国民经济带来了巨大的损失，给社会生活带来了巨大的安全隐患，随着防腐技术的提高，未来的涂料发展方向转向环保型高性能防腐涂料。海洋防腐防污涂料的开发具有风险大、难度高、周期长、评价手段原始和难以定量的特殊性，因而有必要结合防腐防污涂料的机理，建立有我国特色的海洋防腐防污涂料的实验室评价体系。本论文以防腐防污涂料及其主要成分为研究对象，采用化学和生物学的方法对其相关性能进行检测，初步建立一套简易可行的防腐防污涂

2、料性能的实验室快速检测系统。介绍了防腐、防污涂料相关分类，介绍了其国内外研究进展，介绍了常用的涂料防腐防污性能检测内容及方法，分别为涂膜附着力检测、涂膜厚度检测和其他实验室试验，介绍了防污涂料几种加速评价方法。分别以电化学和交流阻抗快速评价方法为例，对防腐涂料的防腐性能进行了研究，结果表明，采用这两种方法均可快速简捷且有效地进行测量，考虑到现代科技水平和设备普及，采用交流阻抗快速评价方法。以室内挂板方法为例，研究了防污涂料的防生物附着性能，结果表明，采用这种方法可以在短期对防污涂料的防污性能进行表征，对其进行筛选。对防腐防污涂料性能的实验室快速检测系统开发进行了最后的设定，其过程为同时进行三项

3、检测，第一块为涂料防腐性能的部分常规检测，第二块进行交流阻抗快速评价方法，第三块进行室内挂板对防污涂料的防污性能进行表征。关键词：涂料性能；防腐蚀；防污；实验室快速检测系统本科生毕业论文IIAbstractMetal corrosion, to the national economy has brought huge losses to the social life of the huge security risks, along with improved anti-corrosion technology, the future direction of turn to enviro

4、nmentally-friendly coatings high performance protective coatings. The development of marine antifouling coatings have anti-corrosion risk, difficult, long cycle, evaluation tools, and difficult to quantify the specificity of the original, it is necessary to combine anti-corrosion mechanism of antifo

5、uling paints, to establish a preservation of the marine antifouling coating characteristics of the experimental Room evaluation system. In this thesis, anti-corrosion and its main components of antifouling paint study, using the methods of chemical and biological testing of their related properties,

6、 initially to establish a simple and practical anti-corrosion performance of the laboratory antifouling paint rapid detection system. Introduced anti-corrosion, antifouling paint related categories, introduced its research progress, describes the anti-corrosion coatings commonly used antifouling per

7、formance test content and method, respectively, the coating adhesion test, coating thickness testing and other laboratory tests, introduced the accelerated evaluation of several antifouling paints. Electrochemical impedance, respectively, and rapid assessment methods, for example, anti-corrosion coa

8、ting for corrosion resistance were studied, the results show that both methods can be fast simple and effective measure, considering the popularity of modern technology and equipment levels, AC impedance method for rapid evaluation. Approach to indoor hanging board, for example, studied the anti-bio

9、-antifouling paint adhesion, the results show that this method can in the short term antifouling performance of the antifouling paints were characterized its screening. Anti-corrosion properties of the antifouling paint system development laboratory for rapid detection of the final set, the process

10、for the simultaneous detection of three, the first one to paint part of routine testing corrosion resistance, the second block of the AC impedance method for rapid assessment, The third block interior cladding antifouling properties of antifouling paints were characterized. Keywords: coatings; anti-

11、corrosion; anti-biofouling; laboratory detection system本科生毕业论文III目 录第 1 章 绪论 .1第 2 章 防腐防污涂料简介及国内外发展进展 .22.1 引言 .22.2 防腐涂料简介 .22.3 防污涂料简介 .32.3.1 防污涂料分类 .32.4 防腐防污涂料的国内外研究进展 .42.4.1 防腐涂料的研究进展 .42.4.2 防污涂料的研究进展 .4第 3 章 防腐防污涂料性能传统检测方法 .63.1 防腐涂料性能传统检测方法 .63.1.1 防腐性能检测内容 .63.1.2 涂膜附着力测定 .63.1.3 涂膜厚度的检测

12、.73.1.4 其他试验 .83.2 防污涂料性能传统检测方法 .143.2.1 防污涂料性能检测内容 .143.2.2 防污涂料加速评价方法 .14第 4 章 实验室快速检测系统开发及实例 .174.1 课题的目的和意义 .174.2 分析和拟定总体设计方案 .174.2.1 分析和拟定涂料防腐性能快速检测系统设计方案 .174.2.2 分析和拟定涂料防污性能快速检测系统设计方案 .214.3 总体实验室快速检测系统方案的确定 .27结 论 .28致 谢 .29参考文献 .30本科生毕业论文1第 1 章 绪论金属的腐蚀，是指金属受环境介质产生的化学或电化学作用而被破坏的现象。金属的腐蚀给国民

13、经济带来了非常大的损失。在发达国家中，腐蚀所造成的直接经济损失占国民经济总产值的 1% 4%，每年腐蚀生锈的钢铁约占钢铁总产量的 20%，另外约有 30%的设备因腐蚀而报废。而在中国，因为金属腐蚀造成的经济损失每年达 300 亿元以上，占国民生产总值的比值高达 4%。我国 2008 年因腐蚀所造成的经济损失超过 9000 亿元人民币，平均每个中国人每年要为腐蚀损失承担约 800 元人民币的代价。但是，如采取有效的防护措施，腐蚀损失将能减少 25%40% ，通过研究腐蚀与控制技术，从而防腐蚀技术相关质量标准，对国家经济建设和国防建设有重要意义。从 2009 年 7月 1 日开始实施的由中国工业防

14、腐蚀技术协会提出的，全国非金属化工设备标准化技术委员会制定的化工行业标准防腐蚀涂层涂装技术规范（HG T40772009）。该标准规定了防腐蚀涂层涂装的基材处理及要求、材料、涂装、质量检查与安全以及质量验收相关内容，标准适用于气态腐蚀环境下以钢结构为主的金属基材和以混凝土为主的非金属基材的防腐蚀涂层涂装。我国海岸线长达 18000 多公里、蓬勃发展的海洋产业和丰富的海洋资源，但海洋环境非常复杂严酷，海洋腐蚀与防护将是我国在经济发展中亟待解决的重要问题。而在造船过程中用于涂料的费用仅次于钢板费用，市场前景广阔。随着我国造船业的快速发展，越来越多的商家看好我国海洋防腐防污涂料的发展前景。我国涂料工

15、业正处于高速增长时期，海洋防腐涂料作为涂料市场重要组成部分，也正在快速发展着，预计 2010 年，我国海洋防腐涂料市场规模可达到 100 亿元。我国的涂料防腐过去是以防锈、耐油、耐温为主，专用性较强。随着防腐技术的发展，海洋防腐涂料施工方便，不受设备结构、形状的限制，适应性强，重涂和修复方便，着色性好，费用低，可与其它防腐措施配合使用等多种新特性已经引起了广泛重视，我国海洋防腐涂料正朝着开发绿色环保、节约资源、高性能防腐涂料的趋势发展。 本科生毕业论文2第 2 章 防腐防污涂料简介及国内外发展进展2.1 引言通常，防腐涂料与防污涂料是两个截然不同的涂料系列，但是当它们应用于海洋环境中或船舶轻载

16、水线以下的船体部位时，两者有机统一，形成一个缺一不可的、完整的涂料体系，有效地保护船体钢结构，使其免受海洋生物和腐蚀的污损。防腐防污涂料体系也是涂料中最重要的体系之一，长期以来受到人们的高度关注，为确保船体的有效防护和正常的营运效益，投入大量的资源。因为其直接与海洋环境密切接触，也引起世界各国环保组织的重视，不断建立和强化相关环保法律法规，大力推动它的技术革新和进步。2.2 防腐涂料简介防腐涂料包括下列品种：环氧树脂涂料、氯化橡胶涂料、聚脲涂料、聚氯酯涂料、丙烯酸树脂及其改性涂料、高氯化聚乙烯涂料、醇酸树脂耐酸涂料、有机硅涂料、氯磺化聚乙烯涂料、沥青类涂料、常温固化型氟碳涂料、乙烯基酯涂料等；

17、高含量陶瓷涂料：冷缠防腐带底层涂料、乙烯磷化底层涂料、玻璃鳞片涂料、富锌涂料等品种。标准要求，防腐蚀面漆的选择应符合下列规定：(1)用于室外环境时，可选用氯化橡胶、高氯化聚乙烯、氯醚、聚氯酯( 脂肪族或丙烯酸型)、丙烯酸、常温固化型氟碳涂料和醇酸涂料，不应选用环氧、沥青、环氧沥青、聚氯酯沥青和聚氨酯(芳香族或聚酯型 )。(2)用于强腐蚀介质环境时，宜选用氯化橡胶、高氯化聚乙烯、乙烯基酯、聚氨酯、聚脲、环氧、环氧沥青、聚氨酯沥青和丙烯酸改性树脂等涂料。用于弱腐蚀介质环境时，可选用醇酸耐酸涂料和丙烯酸涂料 1。(3)用于核辐射环境时，宜选用环氧、聚氨酯、有机硅涂料。(4)用于需快速固化环境时，宜用

18、聚脲涂料。(5)对涂层的耐久、耐磨和抗渗性能有较高要求时，选用聚脲涂料、玻璃鳞片涂料、高含量陶瓷涂料。而应选择符合下列规定的防腐蚀底漆：(1)底漆与钢铁基层的附着力( 划圈法)宜为 1 级，并不得低于 2 级。(2)在混凝土或水泥砂浆表面上应选用耐碱的底漆。另外对于防腐蚀涂料的底漆、中间漆和面漆等，宜选用相互结合好的涂层配套 2。底漆与中间漆、面漆与中间漆之间应无层间剥离，并应符合下列要求：(1)涂层与钢铁基层或水泥基层的附着力( 划格法)不宜低于 1 级。(2)涂层与钢铁基层的附着力( 拉开法)不宜低于 3 MPa。(3)涂层与水泥基层的附着力( 拉开法)不宜低于 1.5 HPa。防腐蚀涂料

19、的基本技术指标，应符合国家有关标准规范的规定。常温固化型氟碳涂料溶剂可溶物中的含氟量不低于 18%，环氧富锌漆不挥发分中的金属锌含量不低于 70%，无机富锌漆不挥发分中的金属锌含量不低于80%3。本科生毕业论文32.3 防污涂料简介自人类开发海洋资源以来，海洋生物污损一直制约海洋资源的开发利用。海洋污损会引起海洋监测仪器信号失真、传动机构失灵、使用寿命缩短、性能下降等严重问题，并能明显增加燃料消耗，增加航行阻力，降低航速。自第一个关于海洋防污涂料的专利发明以来，海洋防污涂料已有了长足的发展，从最开始的由铜化合物、铁粉末和水泥组成的混合物到有机锡防污涂料，再到目前的新型功能结构涂料。近年来，许多

20、国家致力于低毒、无锡和环境友好型海洋防污涂料的开发和研究工作。海洋防污涂料开发过程大致为：防污剂筛选、防污剂与成膜物以及颜填料配方相容性试验和防污涂料的防污性能评价。其中成功开发防污涂料技术的基础和保障是难度高，周期长的防污性能的评价技术 4。2.3.1 防污涂料分类防污涂料的分类方法很多，根据其作用机理和发展可分为 3 大类：传统防污涂料、有机锡自抛光防污涂料以及新型防污涂料。1）传统防污涂料传统防污涂料又分为接触型、扩散型和溶解型 3 种。接触型防污涂料是基料不溶型防污涂料，它常用水不溶的乙烯树脂、氯化橡胶、丙烯酸树脂等合成树脂为基料，机械强度高，可形成较厚涂层，增加防污涂层中毒料含量。即

21、使在严重污损下，其防污有效期仍可延长至 1830 个月。扩散型防污涂料以乙烯类树脂、丙烯酸类树脂为基料，它的毒料渗出率较溶解型和接触型防污涂料更为平稳和持久。溶解型防污涂料是基料可溶型防污涂料，它常以松香为基料，此涂料的防污期较短，仅为一年左右。2）有机锡自抛光防污涂料20 世纪 70 年代中期，自抛光防污技术开始兴起，据统计：80 年代后，全世界60%70的船舶使用有机锡自抛光防污涂料。但是此种涂料不断释放出有机锡毒料，毒料在海水中积累将导致生物畸形。因此，海洋环境保护委员会规定：2008 年 1 月 1 日为含有机锡的防污漆的最终使用期限。3）新型防污涂料 无锡自抛光防污涂料无锡自抛光防污

22、涂料，全称无有机锡自抛光防污涂料，一般可分为普通型、含杀生物功能基型和生物降解型，其主体都是自抛光共聚物。无锡自抛光涂料是当今防污涂料取得最大成效的品种，不少产品已被广泛使用。 低表面能防污涂料低表面能防污涂料达到抑制海洋生物附着的目的，是通过对基体树脂进行改性，降低漆膜表面自由能，其完全不含有毒防污剂，以环保角度看，该方法是最为理想的研究方向。 仿生涂料科学家发现海洋生物，如海蟹、鲨鱼、海豚等长期在海水中，却没有附着生物黏附，通过观察这些大型海洋动物的表皮结构，发现其表面存在微米级沟槽，并能分泌出黏液，正是这种特殊结构才阻止海洋生物附着。通过模拟海豚皮的显微结构，美国科学家研制出一种具有粗糙

23、的表面，可模拟出海豚的沟槽式表皮，从而阻止海洋生物的附着的新型防污涂料。除此之外，新型防污涂料还有硅酸盐防污涂料、电解防污涂料等。本科生毕业论文42.4 防腐防污涂料的国内外研究进展2.4.1 防腐涂料的研究进展（1）环氧树脂涂料环氧树脂易于加工成型、固化物性能优异，因此应用广泛，它有良好的物理机械性能，很强的金属附着力，同时也有很好的耐化学药品性和耐油性，特别是具有非常好耐碱性。为提高环氧树脂涂料耐热性， 人们利用硅酮的耐热性将少量硅酮树脂与环氧树脂混合制成新的耐热防腐涂料。另外，外国科学家对环氧树脂涂料进行了研究，发现在潮湿的环境下，它的防腐能力较差，而使用酮亚胺代替常见的聚胺、聚酰胺，

24、，可以达到耐水防腐目的。（2）聚氨酯涂料聚氨酯涂料，基料为聚氨酯树脂，辅助材料为颜料、填料等。它对各种对象和施工环境的适应性较强，可以在低温下固化，可以在潮湿环境底材上施工， 并且具有突出的耐石油性能，其主要缺点是刺激性和毒性较大。聚氨酯产品多种多样，可分为两大类：双组分聚氨酯涂料和单组分湿固化聚氨酯涂料。前者涂层具有良好的耐热、耐油和耐水性，但较差的耐碱性。后者的优点是使用方便，避免现场配制所造成的麻烦，缺点是色漆制造比较复杂，成品储存期限较短。（3）鳞片树脂涂料鳞片树脂涂料特点：抗渗透性、抗冲击性、耐磨性好，收缩性小。目前已有像有机材料、玻璃片、云母、耐蚀金属片等鳞片树脂涂料。鳞片添加量和

25、表面处理剂量对涂料影响最大。（4）无机富锌涂料无机富锌涂料有溶剂型和水性两类。由锌粉(质量含量为 70%90%)与正硅酸乙酯制成的富锌涂料，锌粉有保护阴极的作用，因此涂层有良好的耐磨性、防锈性、耐溶剂性和耐热性，缺点是涂膜韧性差，一般需要加一些有机树脂来进行改性。锌铁酸盐颜料具有较好的耐腐性，应用潜力较大。随着颜料的增加，防护性能增强，力学性能也得到较大提高。（5）高固体分涂料普通防腐涂料中可挥发成分一般占 40%左右，其中有机溶剂占绝大多数，在施工后会挥发开去，不仅产生涂层缺陷，不能满足防腐要求，而且也会污染环境。因此涂料开发新的发展方向是提高涂料的固含量，降低它的可挥发组分。现在国外已经研

26、制出固含量高达 95% 的防腐涂料，其性能优越，并已在水电工业及油气田中得到应用，取得非常好的效果。因为防腐涂料具有价格低廉、性能优异、制造方便等优点， 所以在选择防腐措施时，成为首先考虑的对象。随着防腐技术的成熟，防腐涂料也必将得到进一步发展。其中高固体分涂料因固化速度快、施工性能好、可挥发成分少必将成为发展的趋势。另外，聚氨脂涂料、环氧树脂涂料由于具有加工改性容易，较高的机械强度和粘接力等特点， 其应用范围、防腐性能也会进一步得到扩大和提高。涂料防腐性能的决定因素是树脂的改性，这仍将是防腐涂料研究开发的重点 5。2.4.2 防污涂料的研究进展20 世纪 70 年代后，开始进入市场的含有机锡

27、自抛光防污涂料，同时解决了两个引起防污漆表面粗糙的因素表面逐渐粗糙和海生物污损的问题，所以此类防污漆一问世即获得本科生毕业论文5了迅猛的发展。80 年代后，全世界 60%70的船舶使用有机锡自抛光防污涂料。含有机锡自抛光防污涂料虽然具有降阻和防污优点，但毒性较大，并对海洋污染严重，会严重影响海洋生物的生长和繁殖，还使得海洋生物遗传变异。随着环境保护呼声越来越高，各国纷纷立法限制有机锡自抛光防污涂料的使用，到目前已有 43 个国家先后发布限制使用含三丁基锡防污涂料的法规，我国海洋环境保护委员会规定：2008 年 1 月 1 日为含有机锡的防污漆的最终使用期限。自 20 世纪 80 年代底，国内外

28、加快了开发和研制不含有机锡的低毒和无毒防污涂料的步伐。其中发展最快的是无锡自抛光防污涂料，它采用可水解和可溶的基料，复配低毒氧化亚铜防污剂。基料在海水作用下，缓慢消蚀，并不断露出新表面，溶出防污剂，从而使涂膜保持光滑和防污性。无锡自抛光防污涂料与常规溶解型防污涂料有很大区别，常规溶解型防污涂料所用的可溶基料为松香等小分子，因为表面不均匀溶解及和颜填料溶解过程存在的差异性，会造成涂膜表面粗糙，因此不能起减阻自抛光作用。而无锡自抛光防污涂料不含有机锡，又有自抛光功能，既克服了毒性大的缺点，又有节能的优点。因此，目前世界上各大涂料公司都在积极开发这种涂料产品。上述涂料产品已先后在多艘英、美海军舰船和

29、商船上应用，并达到 36 个月的防污期效 6。化工部海洋化工研究院于 1992 年开始开发 TF-SPC，并已先后在十余艘船上进行涂装，在青油 8 号上已有 30 个月的实船试验结果 7。本科生毕业论文6第 3 章 防腐防污涂料性能传统检测方法3.1 防腐涂料性能传统检测方法3.1.1 防腐性能检测内容防腐蚀涂料，指针对不同的腐蚀环境而发挥其防护功能，应用于被涂物表面的涂装材料。涂装质量的好坏，体现在涂膜的好坏上，因此涂装后的质量检测主要是对涂膜性能的检测，包括涂膜机械性能(附着力、冲击强度、硬度、光泽等 )和其它特殊性能 (耐湿性、耐酸碱性、耐油性等) 两个方面。防腐蚀涂膜的各项技术性能指标

30、和检测方法随涂装物服务的腐蚀环境不同而不同，不同的防腐蚀行业内也有不同的检测方法标准。但在不同行业以上的常规性能都是通用的。对于检验大型工程防腐蚀涂膜，可以委托具备国家检测资质的专业检测机构，按照国家标准、行业规范(规定 )进行检验，也可以委托第三方专业机构进行检测，也可以请具有资质的涂装检验员在现场常规检测 8。 3.1.2 涂膜附着力测定涂膜附着力是指涂膜与被涂物件表面结合在一起的坚固程度。附着力是涂料物理机械性能的重要指标之一，通过此项目的检查，可以检验涂料的组成。涂膜的附着力除了取决于所选用的涂料基料外，还与施工方式、底材的表面预处理以及涂膜的保养有着十分重要的关系，比如，在有油脂、潮

31、湿、有锈蚀的金属表面涂装，附着力就差。测定附着力的方法有划圈法、划格法、拉开法、扭开法及美国ASTM中的划X法等数种。国家标准GB9286-1988规定了划格法，现场最为常用的是划格法。划格法附着力测试标准主要有ISO2409、GB 9286-1998和ASTM D3359。以上各标准的测试方法及描述大致相同，只是对于附着力级别的说明次序刚好相反。划格法试验工具是划格测试器，它是具有6个切割面的多刀片切割器，切刀间隙3 mm、2 mm和1 mm (刀头可以更换 )。将试样涂于样板上，干燥16小时后，用划格器平行拉动34 cm，有 6道切痕，应切穿漆膜至底材；然后用同一方法与前者垂直，切痕6道；

32、这样形成许多小方格。对于硬质底材，先清扫，之后贴上胶带(一般使用 3M胶带) ，且要保证胶带与试验区全面接触，可以用手指来同摩擦使之接触良好，然后迅速拉开，目视或者使用放大镜对照标准并与说明附图进行对比定级；而对于软底材，用软毛刷沿网格图形的每一条对角线，轻轻向前和后各扫几次，即可评定等级。其分级标准描述见表3.1。表3.1 划格法附着力测定分级标准级别 描 述0 切割边缘完全平滑，无一格脱落1 交叉处有少许涂层脱落，受影响面积不能明显大于52 在切口交叉处或沿切口边缘有涂层脱落，影响面积为5153 涂层沿切割边缘部分或全部大面积脱落，受影响的交叉切割面积在1535%4 沿边缘整条脱落，有些格子部分或全部脱落，受影响面积35655 剥落的程度超过4级