fep及feppps共混涂层与金属基体结合机理及性能研究

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1、摘要高温、高压以及强腐蚀介质环境下运行的化工设备的防腐问题一直是腐蚀与防护界所关注的焦点。调查表明，很多设备腐蚀严重，更换周期短，普通的高分子材料防腐处理已无法胜任。在新型高分子防腐蚀涂料中，氟树脂涂料具有最好的耐蚀性，若采用氟树脂为表面防腐层，从材料本身的耐蚀性来说，完全可以满足要求。但氟树脂具有不粘性，与金属基体的结合强度低，降低了防腐效果。因此要发挥氟树脂优异的耐蚀性，关键在于提高氟树脂涂层与金属基体的界面结合强度。针对上述研究目标，我们以聚全氟乙丙烯(FEP)为防腐蚀涂层的主要组分，首先探讨了不同基体表面预处理工艺对FEP涂层结合强度的影响；其次，在涂层中引入综合性能优异且与金属粘合性

2、很强的聚苯硫醚(PPS)作为共混组分，形成FEP／PPS共混改性涂层，利用光学显微镜(0M)、扫描电子显微镜(SEM)、电子探针(EPMA)、x射线衍射仪(XRD)、X射线光电予能谱仪(xPs)和电子拉伸试验机等检测手段，系统地研究了FEP／PPS共混改性涂料的热学行为，共混涂层的组织形貌、成分分布、相组成以及涂层与钢基体的结台强度，探讨了相关结合机理；此外，本课题组还创新设计了一种用于粉末涂料厚涂层结合强度测定的试验方法～鼓胀剥离检测法，文中对此新型检测法的总体设计、检测结果的分析评价以及用于实际涂层结合强度测定等方面进行了讨论。研究表明，对于本身具有不粘性的氟树脂涂层，基体具有一定表面粗糙

3、度且．分布均匀的表面结构，能显著增强涂层与基体间的机械锚合作用，从而增加涂层附着力。在本试验条件下，喷砂处理对提高钢基体与FEP粉末涂料涂层的结合强度最为有效。随着喷砂粒度的增加，基体获得了更为粗糙的各向异性表面，涂层附着力明显上升，钢基体经40目喷砂后涂层的结合强度最高，达到12．96MPa。当基体表面粗糙度继续增加时，表面上的凹坑数量减少且分布变得很不均匀，从而导致涂层结合强度下降。文中采用热喷涂工艺在钢基体上制备了铝过渡层，研究表明，铝过渡层具有粗糙多孔表面结构，虽然其孔隙形态及分布与理想的多孔过渡层有一定差距，但已经明显提高了FEP涂层与钢基体的结合强度，经20目山东大学博士学位论文喷

4、砂+铝过渡层处理后涂层平均结合强度为8．18MPa，比机械打磨和酸洗处理的效果好。热分析表明，FEP／PPS体系为一不相容共混体系，其热熔融行为是两组分各自热熔融转变的简单叠加，FEP和PPS只是机械共混，在分子水平上是不相容的；在惰性气氛中，FEP／PPS共混粉末涂料有相当好的热稳定性，在380。C以前没有出现分解，超过此温度开始失重。FEP／PPS共混涂料的热分解包含两个阶段，第一阶段失重主要为FEP的热分解，第二阶段主要为PPS的分解，随着共混涂料中PPS组分的增加，第二阶段失重率增加，且测试终止时残重增加，共混涂料热稳定性提高。组织结构分析表明，FEP／PPS共混涂层具有两相结构，当P

5、PS含量较少时，分散相为PPS，连续相为FEP和填料，分散相的形态近乎于圆球形，随着PPS组分的增加，分散相形态变为不规则颗粒状，并且其粒径逐渐增大，其分布也趋于均匀。当共混涂层中PPS的含量达到75％H寸，共混涂层由典型的“海．岛结构”变为两相连续的“海．海结构”。从相组成来看，FEP／PPS共混涂层由晶相及非晶FEP、晶相及非晶PPS和晶相Ti02组成，共混涂层中PPS的结晶度与共混涂料粉末相比有大幅度降低，这是由于涂层制备过程对PPS的熔融结晶行为造成了一定影响。共混组分的加入明显改善了氟树脂涂层与钢基体的结合力。在FEP／PPS共混单层涂层中，随着PPS组分的逐渐增加，犹如在FEP涂层

6、与钢基体之间形成了无数粘合点，使涂层／钢基体结合强度有大幅度提高，配方为60％PPS，25％FEP，15％Ti02的共混涂层的结合强度可达16．34MPa，在配方为75％PPS，5％FEP，20％T102的共混涂层中，具有强大粘结性的PPS成为连续分布的基体，从而导致涂层／钢基体结合强度较前有更大幅度的跃升(>26．33MPa)。应用梯度功能材料的设计思想，文中成功制备了FEP／PPS共混梯度结构涂层，随着中间过渡层数的增加，涂层主要组分的分布在整个横截面上呈现连续变化，从底层以PPS为主过渡到面层纯FEP涂层，从而有效减小了复合涂层的层间差别，充分发挥出PPS组分与基体高粘着性的特点，六层梯

7、度涂层与钢基体的结合强度可达15,7MPa。FEP／PPS共混涂层中各组分的分布是不均匀的，涂层极表层存在一个纯FEP摘要区，这是由于FEP／PPS不相容共混体系中发生了相分离，在熔融过程中FEP从PPS分离出来形成了涂层最外层。界面XPS分析表明，涂层剥离后的基体界面上出现了明显的Fl。和S2。的谱峰，这说明共混涂层的主要组成元素已经吸附到钢基体表面，与基体形成了牢固的粘合。同时通过对S的化学环