金屬腐蝕對國民經(jīng)濟造成很大的損失，據(jù)統(tǒng)計結(jié)果顯示，英、美以及日本等發(fā)達國家，每年由于金屬腐蝕造成的經(jīng)濟損失占國民生產(chǎn)總值的2%~3%而我國金屬腐蝕造成的經(jīng)濟損失占國民生產(chǎn)總值的比例還要高，達到3%~5%。這些損失還不包括腐蝕損壞的金屬設施的后期處理(搬運、修復、銷毀等)所造成的人力、物力的損失。金屬防腐是一項利國利民的大事，近年來人們環(huán)保意識不斷增強，無毒、環(huán)保的粉末涂料迎來了發(fā)展機遇。據(jù)統(tǒng)計，粉末涂料產(chǎn)量自2012年至2017年期間，年均復合增長率為9.7%,環(huán)氧粉末涂料在防腐領域特別是重防腐領域中占據(jù)著非常重要的地位。國外在20世紀60年代已經(jīng)實現(xiàn)防腐用環(huán)氧粉末涂料的工業(yè)化生產(chǎn)，我國發(fā)展較晚，直到20世紀90年代中期才進人工業(yè)化生產(chǎn)階段，并且應用于“西氣東輸”等重大工程,至今仍在服役。說明環(huán)氧粉末涂料用于管道防腐的可靠性是有保障的。隨著科技不斷發(fā)展，環(huán)氧粉末涂料的質(zhì)量也在不斷提高。其中環(huán)氧涂層對基材的附著是一項非常重要的技術指標，它的好壞直接影響著環(huán)氧涂層對基材的保護壽命。對于環(huán)氧粉末涂料的研究報道比較多，大多是從環(huán)氧樹脂和固化劑的角度進行分析。本文重點以實驗為基礎，結(jié)合工程應用對環(huán)氧粉末涂料對基材附著力的影響因素進行了實驗驗證和理論分析。

一、涂層對基材附著力的概念

附著力的實質(zhì)是一種界面作用力，包括涂層本身的內(nèi)聚力和涂膜與基材的粘結(jié)力以及形成涂膜后的內(nèi)應力。這三者共同影響涂層對基材的附著力。涂層內(nèi)聚力是涂料自身的特性，與樹脂、固化劑等因素有關；粘結(jié)力是由涂層與基材的物理化學作用產(chǎn)生的；涂層所承受的應力來自兩方面,一是外力導致的,二是成膜時產(chǎn)生的。所以，涂層對基材的附著力受多種因素的共同影響。

二、影響涂層與基材表面附著力的因素

2.1 基材表面處理對附著力的影響

基材表面處理對涂層附著力影響非常大，基材表面處理方法包括物理方法和化學方法?；瘜W方法就是通過酸洗除銹然后再經(jīng)過打磨、磷化處理物理方法包括手工打磨除銹、噴砂或拋丸除銹、激光機除銹等。無論是物理方法還是化學方法，都需要涂層物質(zhì)與基材表面物質(zhì)之間近距離充分接觸才能實現(xiàn)。如果基材表面存在油漬、銹蝕等物質(zhì)就會阻礙涂層與基材表面的近距離接觸，所以在涂裝前必須對基材表面進行除油除銹處理。另外，為了增加涂層與基材表面的接觸面積，對基材表面進行噴砂或者拋丸處理，用以提高涂層對基材的附著力。在粉末涂料涂裝過程中.一般選擇噴砂或者拋丸的方法對基材表面進行處理。噴砂或者拋丸后基材表面會形成一定深度和粗糙度的錨紋。錨紋的粗糙程度影響涂層對基材的附著情況。為了對比粗糙度(本文粗糙度是單位投影面積下的實際表面面積與投影面積的比值)對基材附著力的影響。本文用表面處理的粗糙程度不同的同一種材質(zhì)的基材進行對比實驗，如圖1所示,其中圖1(A)和圖1(B)是粗糙度不同的同一材質(zhì)的碳鋼，圖1(B)的粗糙度明顯大于圖1(A)。然后在2個基材上分別噴涂相同的涂料，再在130℃條件下高溫水煮，水煮后的結(jié)果如圖1(C)和圖1(D)所示。

圖1(C)和圖1(D)的結(jié)果顯示，粗糙度低的基材的涂層水煮48h出現(xiàn)了明顯的水泡現(xiàn)象，而粗糙度高的水煮72h仍然沒有變化。

增加基材表面粗糙度實際上是在相同界面面積的條件下增加了涂層與基材的實際接觸面積，從而增加了涂層的表面能，使得涂層與基材的附著力得到提高。當然基材的表面粗糙度也有一定的要求，并不是越高越好，而是既需要有一定的表面粗糙度，又需要較均勻的錨紋深度。

2.2 噴涂工藝的影響

2.2.1 噴涂溫度對涂層孔隙率的影響

涂層粘結(jié)面的孔隙率和斷面孔隙率對涂層附著力以及涂層的防腐蝕性能具有一定的影響。所以在涂裝過程中，盡量降低涂層孔隙率來提高涂層的性能?？紫堵室环矫婧屯苛系呐浞接嘘P，另一方面和噴涂溫度有關。為了解噴涂溫度對粘結(jié)面和斷面孔隙率的影響，進行了如下實驗:

選用同一種粉末涂料，分別在180℃、200℃和220℃3個溫度下進行噴涂,然后在200℃下固化。在顯微鏡下觀察涂層斷面和粘結(jié)面的孔隙率情況，結(jié)果如圖2所示。

從圖2可以看出，隨著噴涂溫度的提高，涂層粘結(jié)面和斷面的孔隙率均呈上升趨勢，特別是粘結(jié)面的孔隙率更加明顯。

環(huán)氧樹脂與固化劑的固化反應是一個放熱反應，反應速度隨著溫度升高而加快，同時釋放出大量熱，產(chǎn)生的氣體不能在短時間內(nèi)排出形成孔隙。所以在涂裝噴涂過程中，如果是利用基材余熱固化，涂層厚度不是很大的情況下，應當盡量選擇溫度略微低一些的工藝條件。如果有后期加熱固化，應選擇溫度更低的噴涂工藝。

2.2.2 噴涂溫度對涂層附著力的影響

粉末涂料的涂裝過程是物理過程和化學過程并存的。在涂裝過程中，粉末涂料受熱在基材上熔融，同時又發(fā)生環(huán)氧樹脂的固化反應過程。所謂噴涂溫度就是指粉末噴涂到基材上時，基材當時的溫度。噴涂溫度低，樹脂熔融后的黏度高，膠化時間長，固化反應速度慢，與基材潤濕時間長，形成的涂層的內(nèi)聚力高；反之，噴涂溫度高，樹脂熔融黏度低,膠化時間短，固化反應速度快，與基材潤濕時間短，形成的涂層的內(nèi)聚力低。如果從涂層與基材充分潤濕的角度考慮，黏度低的和潤濕時間長的潤濕效果好，但是，低黏度和長時間潤濕在粉末涂料涂裝過程中是彼此矛盾的。因為固化反應的速度與固化溫度是成正比的關系，噴涂溫度高了，熔融黏度低，但同時發(fā)生交聯(lián)固化的時間就會縮短，所以在噴涂過程中選擇一個相對合理的溫度是比較重要的。選用同一種粉末涂料，分別在180℃、200℃和220℃下進行噴涂，然后在200℃下固化。然后將測試板放入95℃的水浴中水煮30d,測試其附著力（測試方法根據(jù)SY/T0315—2013附錄）。測試結(jié)果如圖3所示。從圖3的結(jié)果來看，200℃溫度下噴涂附著力效果最好。這是由于涂層與基材的粘結(jié)力、涂層內(nèi)聚力以及涂層在熱脹冷縮過程中產(chǎn)生的應力共同作用的原因。噴涂溫度低，環(huán)氧樹脂固化得比較均勻，固化后涂層的內(nèi)聚力比較高，在水煮后涂層經(jīng)歷熱脹冷縮過程所產(chǎn)生的剪切應力偏大，當應力大于涂層與基材的粘結(jié)力時，涂層就容易從基材上剝離下來。反之，提高噴涂溫度，環(huán)氧樹脂固化速度快，固化后涂層的內(nèi)聚力偏低，在水煮后涂層經(jīng)歷熱脹冷縮過程所產(chǎn)生的剪切應力偏小，涂層就不容易從基材上剝離。同時，提高涂層的溫度能夠提高電子云的運動,有利于基材與涂層形成共價鍵,從而提高涂層的附著力。但是，涂層孔隙率特別是粘結(jié)面的孔隙率會隨著噴涂溫度的升高而增大，孔隙率增大將影響涂層與基材的附著力，特別是對長期水煮后涂層附著力的影響，所以當溫度升高到一定程度，反而不利于附著力的提高。

2.3 涂料配方對附著力的影響

2.3.1 環(huán)氧樹脂對涂層附著力的影響

環(huán)氧樹脂分子中含有大量的活性基團，特別是羧基中的活潑氫能夠與金屬基材表面的極性物質(zhì)形成共價鍵，使得涂層和基材形成很好的附著力。相對分子質(zhì)量低的環(huán)氧樹脂的輕基含量高，有利于提高涂層與金屬基材的附著力，但是固化后涂層的韌性偏低;反之，相對分子質(zhì)量高的環(huán)氧樹脂所含輕基含量低，形成的涂膜與基材的附著力偏低，但是涂層的韌性偏高。所以環(huán)氧樹脂種類的選擇在粉末涂料配方設計中是非常重要的。選用合適的相對分子質(zhì)量的環(huán)氧樹脂后，通過增加體系中的帶極性基團的其他助劑也可以提高涂層的附著力。但是引入的極性基團如果不能與環(huán)氧樹脂很好地結(jié)合也是起不到增加附著力的作用的。

2.3.2 填料種類及顆粒形狀的影響

粉末涂料中加入填料，不但可以提高涂層的硬度，而且由于填料的加入降低了涂層的內(nèi)應力，因此能夠提高涂層對基材的附著力。在環(huán)氧樹脂和固化劑體系一定的前提下，填料的比例越高，涂層對基材的附著力越好。這就是為什么色漆的附著力要優(yōu)于清漆的原因。填料在粉末涂料配方中的占比一般為30%~40%,所以填料的種類對涂層性能有著很重要的影響。粉末涂料中常用的填料包括硅灰石、云母、硫酸鋇和硅微粉等。本文選用了不同種類的填料制備成粉末涂料，然后將粉末噴涂在測試板上，固化后對其水煮附著力進行測試。圖4是涂層在95℃的純水中水煮30℃的結(jié)果。從圖4的結(jié)果顯示,硫酸鋇對制得的涂層附著力最差，硅灰石的效果最好，云母和硅微粉的效果接近。在顯微鏡下觀察以上4種填料的顆粒形狀，如圖5所示。

從圖5可以看出，硅灰石的顆粒形狀為針狀或棒狀，硫酸鋇的顆粒形狀為粒狀，云母的顆粒形狀為片狀,硅微粉的顆粒形狀介于片狀與粒狀之間。從這4種填料的形狀來看，針狀硅灰石對提高涂層附著力最好，這是因為針狀硅灰石在堆積過程中容易形成相互交叉的立體結(jié)構，與環(huán)氧樹脂在交聯(lián)固化過程中形成三維立體網(wǎng)狀結(jié)構相呼應，能夠形成更加緊密的涂層。片狀云母和介于片狀與粒狀之間的硅微粉的附著力僅次于硅灰石，這是由于顆粒的片狀結(jié)構在環(huán)氧樹脂熔融成液態(tài)過程中由于液體流動。片狀結(jié)構容易平鋪于涂層之中，形成鱗片狀態(tài)，阻止或者延緩水分子進入涂層內(nèi)部，水分子如果滲透到基材與涂層的粘結(jié)面處，會不利于涂層在基材上的附著，所以阻止或延緩水分子進入有利于提高涂層附著力。而硫酸鋇是顆粒狀，而且顆粒也比較均勻，在環(huán)氧涂層內(nèi)部堆積形成的孔隙比較多，從而不利于提高涂層與基材之間的附著力。

2.3.3 硅烷偶聯(lián)劑對附著力的影響

硅烷偶聯(lián)劑是一種雙親化合物，即分子兩端一端親有機物另一端親無機物，硅烷氧基對無機物具有反應性，有機官能基對有機物具有反應性或相容性。因此，當硅烷偶聯(lián)劑介于無機和有機界面之間，可形成有機基體-硅烷偶聯(lián)劑-無機基體的結(jié)合層。使得無機填料與有機物結(jié)合緊密，提高涂層性能。一般用于環(huán)氧樹脂體系的硅烷偶聯(lián)劑為γ-(2,3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，國產(chǎn)的KH-560、美國邁圖的A-187和道康寧的Z-6040、日本信越的KBM-403都是該類偶聯(lián)劑。為了研究偶聯(lián)劑對涂層附著力的影響，分別用加入偶聯(lián)劑和未加入偶聯(lián)劑的粉末涂料噴涂樣板，然后將樣板放入95℃的熱水中水煮48h,用撬剝法測試涂層附著力、實驗結(jié)果如圖6所示。

從圖6結(jié)果可以看出，沒有加入偶聯(lián)劑的1號涂層容易被剝離，而加入硅烷偶聯(lián)劑的2號涂層很難被剝離，說明硅烷偶聯(lián)劑對涂層的附著力的改善效果是非常明顯的。

三、結(jié)語

(1)涂層對基材的附著力受各種因素的影響，包括對基材的預處理、涂裝工藝以及涂料配方等。

(2)基材預處理中，噴砂或者拋丸后的錨紋粗糙度應該適當粗糙一些。

(3)涂裝過程中選擇適合的噴涂溫度和固化溫度是提高涂層附著力的有利因素。

(4)在配方設計過程中，選擇合適的環(huán)氧樹脂、填料以及適當?shù)闹鷦┦翘岣咄繉痈街Φ年P鍵因素。

四、夢能服務與支持

1、免費樣品

如果您對我公司的工業(yè)重防腐油漆產(chǎn)品有需要或者申請樣品試用，請與我們的客服人員取得聯(lián)系。400-878-0506

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用于日常修補：提供少量樣品用于修補破損處。

申請用量：在1KG以內(nèi)免費送貨上門。

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夢能對技術服務團隊始終進行一系列的標準化管理，從專業(yè)培訓到日常報告的管理都有一整套完善的體系。夢能公司每年都會對技術服務人員進行定期的技術培訓和能力審計，以使每一位技術服務人員保持高水準的專業(yè)素質(zhì)，每一位技術服務人員都配備先進的涂裝檢驗儀器，儀器設備均按規(guī)定的時間期限進行定期校驗，以保證每套儀器設備工作狀況良好。

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