《七届会》征文-功能复合材料

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1、《七届会》征文-功能复合材料铁路钢桥用氟碳涂料耐候性能研究收到初稿日期：2010-08-20通讯作者：刘含茂作者简介：刘含茂(1977−)，男，重庆市人，工学博士，主要从事高分子材料和特种涂料的研究。刘含茂，曾凡辉，姜其斌，郭舜华（株洲时代新材料科技股份有限公司，湖南株洲412007）摘要：以四氟型氟碳树脂为基料，制得了具有优异耐候性能的氟碳涂料。研究了不同树脂、固化剂、钛白粉对氟碳涂料耐候性能的影响，通过SEM对户外暴晒后的不同漆膜表面状况进行了表征。结果表明当选用四氟型氟碳树脂、三聚体型异氰酸酯固化剂、包膜金红石型钛白粉，氟碳面漆的耐

2、人工加速老化可达4000h，户外暴晒30个月后漆膜表面基本无变化，光泽保持率在90%以上。关键词：氟碳涂料；耐候性能；人工加速老化；铁路钢桥中图分类号：文献标识码：A1、引言分子主链或侧链含有氟碳键（F-C）的聚合物为氟碳树脂。氟碳树脂涂料具有优异的耐候性能，在国外经过验证，耐候性能达到20年之久[1]，主要由于其分子中的碳氟键键能是已知键能中最高的。氟碳树脂中的F-C键的键能为485kJ/mol，F-C键非常稳定。氟碳树脂对太阳光紫外光区（220～400nm）中的长波可以透过95%以上，只有220nm及小于220nm波长的紫外光能破坏F

3、-C键，但太阳光中这些短波紫外线所占比例很小，而且易被大气臭氧层吸收。铁路钢桥一般都暴露在户外大气环境中，其维护周期一般为15～20年，其所用的涂料需有抗强紫外线辐射能力。铁标TB/T1527-2004规定其耐人工加速老化时间为3000h以上。影响氟碳漆膜耐候性的因素很多，其中包括氟碳树脂、颜料、固化剂的品种与类型等内部因素；以及日光的作用、温度的变化、大气的组成、湿度等外部因素都能对漆膜起破坏作用。本文拟对影响氟碳漆耐候性能的因素进行研究，制备适合铁路钢桥用的氟碳涂料。2、试验部分2.1氟碳涂料的制备及工艺按配方量称取氟碳树脂、颜填料、

4、助剂和混合溶剂，用高速分散机分散均匀，然后在砂磨机中研磨至细度≤15μm，调整粘度40-60秒（ISO-6＃杯），过滤出料。所制得的漆料组分与固化剂组分按4∶1的比例（重量比）配制成氟碳涂料。2.2性能测试按国标GB/T14522进行。采用荧光紫外线/冷凝循环试验方法。光源为UV-B（313nm）灯管，试验条件为：UV光照：60℃，4h；冷凝:50℃,4h。按GB/T1766对结果进行评价。按铁标TB/T1527-2004规定测试其它性能。3、结果与讨论3.1不同树脂对耐人工加速老化性能的影响铁路钢桥都暴露在户外大气环境中，其维护周期一般

5、为15～20年，其所用的涂料需有抗强紫外线辐射能力。几种不同类型树脂的耐紫外光加速老化试验色差（△E）和60°角光泽保持率变化试验结果如图3.1、图3.2所示。图3.1紫外加速老化时间与色差关系图图3.2紫外加速老化时间与保光率关系图Figure3.1RelationcurvesbetweenUVFigure3.2RelationcurvesbetweenUVacceleratedacceleratedagingtimeandcolordifferenceagingtimeandglossretentionratio从图3.1和图3.2可

6、知，氟碳树脂具有很好的耐人工加速老化性能。耐候性能大小顺序为：四氟型氟碳树脂＞三氟型氟碳树脂＞丙烯酸树脂。主要是因为氟碳树脂中含有的C－F键的键能是目前已知化学键中键能最高的，其键能高达485kJ/mol,原子间结合力强，不易发生光化学反应而被离解，所以耐候性好。氟碳涂料的超常耐候性与树脂的含氟量直接相关，氟含量越高，其制备成涂料的耐老化性、耐化学性和耐久性越长[2]，三氟型氟碳树脂是由三氟氯乙烯和乙烯基单体的共聚物，氟碳树脂的氟含量仅为23%左右，而四氟型氟碳树脂是由四氟乙烯和乙烯基单体的共聚物，不含氯，分子中的氟含量可达27%左右，另

7、外由于四氟型氟碳树脂不含氯，其分子排列更规整，分子链不宜被紫外线光解断裂，而三氟型氟碳树脂由于含氯，分子排列没有规律性，键能低的分子链段易被紫外线光解破坏[3]，故耐候性能比四氟型氟碳树脂要差。由图3.1、图3.2可知，经过4000h的紫外光老化试验后，四氟型氟碳涂料的色差值小于5，保光率在80%以上。3.2不同固化剂对耐人工加速老化性能的影响不同的异氰酸酯固化剂由于其结构和所含的活性官能团不同，其与含羟基的树脂交联反应后漆膜性能也有很大不同。在选择四氟型氟碳树脂为基料树脂的条件下，考察不同固化剂对涂料性能影响，结果如表3.1所示。表3.

8、1不同固化剂对涂料性能的影响Table3.1Effectsofdifferentcuringagentsonthepropertiesofcoatings固化剂性能比较异氰酸根含量/%柔韧性/