【摘 要】
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随着人们对海洋工程结构安全问题的不断重视,海洋环境下各类工程结构的耐久性、抑烟性问题也越发受到人们的广泛关注。聚脲涂层作为近二十年来兴起的一种防护涂层,不仅施工方便还具有良好的力学性能。然而,由于海洋环境恶劣,聚脲材料在服役过程中因太阳光的辐射、腐蚀性离子的侵蚀以及环境温度的不稳定等因素影响,其耐老化性能和抑烟性能也会有所改变。本文针对新型聚脲涂层考察了其在自然曝晒、不同的环境温度(高温50℃、低
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随着人们对海洋工程结构安全问题的不断重视,海洋环境下各类工程结构的耐久性、抑烟性问题也越发受到人们的广泛关注。聚脲涂层作为近二十年来兴起的一种防护涂层,不仅施工方便还具有良好的力学性能。然而,由于海洋环境恶劣,聚脲材料在服役过程中因太阳光的辐射、腐蚀性离子的侵蚀以及环境温度的不稳定等因素影响,其耐老化性能和抑烟性能也会有所改变。本文针对新型聚脲涂层考察了其在自然曝晒、不同的环境温度(高温50℃、低温-15℃以及高低温交替)和各类腐蚀性介质(15%的硫酸、30%的Na OH和20%的Na Cl溶液)条件下的硬度、力学强度、断裂伸长率等基本力学性能,光泽度、接触角等表面状态以及抑烟性能、热稳定性能的变化规律,并通过傅里叶红外光谱(ATR-FTIR)以及扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)等研究方法对涂层的微观结构与形貌进行了表征与分析。不同实验条件下得到的主要结论如下:(1)自然曝晒条件下的实验结果表明,聚脲涂层曝晒180d后涂层的硬度、抗拉强度、撕裂强度、断裂伸长率、光泽度和烟密度等级皆下降,曝晒后涂层润湿性和热稳定性皆提高。SEM显示曝晒后涂层的表面发生龟裂,通过AFM研究可得曝晒30d后涂层表面具有明显微相分离现象且粗糙度Rrms和Ra分别由曝晒前的7.858nm、4.577nm增至156.316 nm、119.209nm。曝晒过程对涂层的化学结构影响较大,通过FTIR研究可知涂层表面N-H键、C=O键等重要化学键发生断裂,定量分析可知聚脲涂层在曝晒后氢键键长和氢键化程度皆降低,由曝晒前2.94(?)、87.8%变为曝晒后2.90(?)、44.3%。由此可得,曝晒环境对涂层的结构和性能影响非常明显。(2)研究聚脲涂层在浓度为15%的硫酸、30%的Na OH和20%的Na Cl溶液中的宏观性能和微观结构变化,结果表明聚脲涂层在三种溶液中浸泡180d后其硬度、拉伸强度、撕裂强度、断裂伸长率和光泽度发生下降,同时涂层在三种溶液中浸泡210d后的烟密度等级也均降低,但在溶液中浸泡180d后涂层润湿性和热稳定性能提高。涂层的扫描结果表明,酸碱性介质浸泡后的涂层表面附着有降解产物,氯盐介质浸泡后的涂层表面出现裂纹和孔洞,AFM研究结果显示涂层经碱性和氯盐介质腐蚀后出现微相分离状态,且它们的Rrms分别增长到50.345nm和89.764nm,Ra分别增长到45.232nm和95.893nm。观察碱性和氯盐介质浸泡180d后涂层红外光谱图可知,涂层的N-H、C=O等化学键结构皆发生变化且涂层的氢键化程度分别下降了4.1%和5.4%。通过对比可知,涂层在氯盐溶液中受到的破坏最严重,其微观结构和宏观性能变化最明显。(3)研究聚脲涂层在50℃高温、-15℃低温以及高低温交替条件下性能与结构的变化,结果表明涂层在不同温度条件下放置180d后其硬度、抗拉强度、撕裂强度、断裂伸长率和光泽度均下降,但涂层的润湿性和热稳定性能均提高。对高温50℃和低温-15℃实验210d后的涂层进行抑烟性能研究,结果表明它们的烟密度等级皆下降。观察高温50℃和低温-15℃实验180d后涂层的微观形貌,可知高温条件下涂层表面有降解产物附着,涂层软硬段相对含量改变呈现微相分离状态,并且其Rrms和Ra分别增加至28.814nm和45.510nm,低温条件下涂层表面产生孔洞且孔洞最大直径约40μm。对高温50℃和低温-15℃实验180d后的涂层进行FTIR分析,结果表明实验后涂层微观结构被破坏,氢键化程度分别下降了3.6%和10.3%,氢键键长均增长至2.95(?),涂层的氢键作用减弱。综合分析本实验可知,极端温度改变了涂层的结构与性能,其中低温的作用更大。
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