MWCNTs/酚醛树脂复合涂层的制备及性能研究

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为了避免炼油罐由于腐蚀和产生静电而引起的原油泄漏、设备损坏、甚至发生重大事故等问题,采用防腐导电涂料是十分有必要的。目前使用的防腐导电涂料大多数以环氧树脂、聚苯胺、聚氨酯等为成膜物质,金属粒子、石墨或者炭黑为导电粒子,这种涂料使用温度均在100℃以下。当使用温度为100℃以上时容易使环氧树脂、聚苯胺和聚氨酯等涂料发生化学断键,降低了涂料的耐蚀性,使防腐性能失效,而加入的导电粒子一般添加量大,且导电性差,容易产生涂层脱落。针对这一实际,本文以耐高温性能好的酚醛树脂为成膜物质,多壁碳纳米管(Multi-walled carbon nanotubes)为导电介质,采用涂刷法制备MWCNTs/酚醛树脂防腐导电涂层。采用四探针测试仪、极化曲线、TG、SEM、拉伸试验机等方法研究了碳纳米管的含量和MWCNTs/酚醛树脂涂层的厚度对复合涂层的导电性、耐蚀性、热稳定性、微观形貌和力学性能等的影响,得到以下结论:(1)涂层的体积电阻率随MWCNTs含量的增加先减小后增大,当MWCNTs含量为0.5wt%时,其体积电阻率为2180?·m,完全满足炼油罐的抗静电要求。MWCNTs/酚醛树脂涂层经过5d时完全固化,形成导电网络结构,表面电阻率也变得稳定。(2)涂层在H2SO4中的腐蚀失重结果和极化曲线测试的结果表明,随着温度、MWCNTs含量、H2SO4浓度的升高,复合涂层耐蚀性变差。当温度为25℃、MWCNTs含量为0.5wt%、H2SO4浓度为1%、面层厚度为100μm时,涂层的耐蚀性最好。随着涂层在H2SO4溶液中浸泡时间的增加,涂层的表面电阻率不断增加,20d后增加缓慢直至稳定。(3)对底层的环氧导电涂层进行表面粗化,可提高环氧底层与表面酚醛导电涂层的结合强度。底层与面层的结合强度随底层固化时间的增加先增大后减小。当底层固化时间为12h、面层厚度为100μm、MWCNTs的含量在0.5wt%~2wt%时,涂层的结合强度最好。MWCNTs的加入可以提高涂层的硬度和耐磨性。复合涂层在350℃之前都具有良好的热稳定性。(4)老化相同时间,2wt%的MWCNTs/酚醛树脂涂层的耐腐蚀性能优于纯酚醛树脂涂层,且随着老化时间的增加,耐腐蚀性能均下降。(5)综合考虑,MWCNTs含量为2wt%、面层厚度为100μm时的复合涂层性能最优,满足炼油罐的使用要求。
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