漆膜导静电性能的影响因素研究

漆膜导静电性能的影响因素研究

李炳1 , 李艳红2
( 1. 西安工业大学材料与化工学院, 西安710032; 2. 西安利澳科技股份有限公司, 西安710077)

随着石油化工行业的快速发展, 石油贮罐安全问题日益受到人们的重视。成品油在输送过程中容易产生静电荷, 这些静电荷如果得不到及时有效的释放, 将会在油品表面聚积, 产生电火花, 造成爆炸事故。因此, 为了改善石油产品的储存条件, 保证贮油罐的安全使用[ 1- 5] , 抑制静电荷的产生和促进电荷的泄漏, 排除静电荷的积累, 杜绝石油火灾爆炸事故, 油罐内壁必须使用导静电涂料[ 6- 9] 。
漆膜导静电性是导静电涂料最主要的性能, 通常用表面电阻率来表征。漆膜导静电性不但与涂料组成、配方有关[ 10] , 而且也与固化时间、浸油时间、漆膜厚度、底部材质等客观因素有关, 这些影响因素会对漆膜导静电性能起决定性的作用。因此, 研究漆膜导静电性能的影响因素具有重要意义。

1 – 实验
1. 1 – 主要原料
环氧树脂E-20, 钛白粉, 胶体石墨, 沉淀硫酸钡,硅烷偶联剂, 分散剂, 二甲苯, 正丁醇, 聚酰胺固化剂等。
1. 2 – 环氧导静电涂料制备
1) 制备环氧导静电涂料的具体工艺路线, 见图1。

2) 涂料甲组分的制备。首先将环氧树脂E-20 及混合溶剂按照1 -1 的质量比混合加热、搅拌, 使环氧树脂E-20 完全溶解得到树脂液; 然后再加入颜料、助剂, 搅拌均匀, 经研磨机研磨到规定细度, 即制得涂料甲组分。
3) 涂料乙组分的制备。将固化剂溶于混合溶剂中, 搅拌均匀, 即制得涂料乙组分。
1. 3 – 漆膜的制备
根据GB 1727- 79-漆膜制备法-制备环氧导静电漆膜, 将底材( 铝板、马口铁片、钢板) 打磨、除锈、表面处理干净后, 用无水乙醇擦净, 晾干。将甲、乙组分按一定的比例混合, 在底材上均匀涂刷环氧导静电涂料,待室温干燥后测试其表面电阻率。

2 – 结果与讨论
2. 1 – 固化时间对漆膜导静电性能的影响
涂层的干燥固化程度对环氧导静电涂料导电性有影响。环氧导静电涂料只有充分干燥固化才能体现导电性能, 环氧导电涂料每干燥固化一天, 测量一次漆膜表面电阻率, 不同固化时间对涂料表面电阻率的影响如图2 所示。

图2 – 固化时间对漆膜导静电性能的影响
从图2 中可知, 漆膜在固化过程中, 涂膜的表面电阻率先是迅速下降, 而后逐渐减缓并基本保持不变。出现这种现象主要是由溶剂的挥发造成的, 漆膜固化过程其实就是溶剂不断挥发, 基体树脂收缩使导电粒子接近、接触的过程, 导电涂料的导电性主要是导电粒子联接成链并构成三维空间网络而导电。导电涂料干燥固化之前, 树脂基料和导电填料处于独立状态, 树脂和溶剂填充在各导电填料之间, 漆膜处于绝缘状态, 几乎没有电流通过, 因此, 涂料在刚涂覆于基体表面时漆膜表面电阻率较大, 导电性能比较差, 如图3a 所示; 当漆膜固化1 d 时, 表面电阻率为6 – 108 -, 这是由于溶剂挥发, 基体树脂和填料混合固化, 导电填料相互接触连接成网链结构, 从而涂层才具有导电性能, 如图3b所示。随着固化时间的延长, 涂层干燥、固化, 漆膜表面电阻率不断减小, 这是由于随着固化时间的推移, 树脂基料和固化剂的完全反应, 增大了相对分子质量及其分布范围, 导电填料之间的距离、接触状态发生变化, 即与树脂基料作用的溶剂会不断地从涂膜中挥发出来, 溶剂的挥发由- 湿-阶段进入- 干-阶段, 挥发速度会很慢, 由于溶剂的挥发, 基体树脂收缩, 这使得导电填料粒子之间的距离接近, 相互接触几率增加, 漆膜表面电阻率急剧下降, 导电性能提高; 当漆膜经过5 d 固化后, 溶剂蒸发完毕, 形成导电网络结构, 呈现良好的导电性, 漆膜表面电阻率趋于稳定, 达到优良的导电性能。

图3- 干燥固化前、后填料状态
2. 2 – 浸油时间对漆膜导静电性能的影响
对漆膜时效性能进行测试, 考察环氧导静电涂料在汽油中维持其导静电性的能力。将完全固化的环氧导静电漆膜试板浸泡在汽油中, 每隔若干时间取出测量一次表面电阻率, 每次测量需在表面溶剂完全挥发后进行, 测试结果见图4 所示。

图4 – 浸油时间对漆膜导静电性能的影响
由图4 可见, 涂层的表面电阻率随浸泡时间增加而变大, 浸泡初期表面电阻率增加较大, 随着时间的延长, 表面电阻率变化速度逐渐缓慢, 最终趋于一个稳定值, 而且浸泡前后表面电阻率的变化没有超出一个数量级范围。这是由于浸泡初始阶段, 汽油扩散速率较大, 汽油的扩散使得涂层中石墨粒子之间的距离增大, 而且由于汽油渗入, 增大了石墨颗粒之间的导电障碍, 使得载流子没有足够的能量由一个填料粒子运动到另一个填料粒子形成导电通路, 表面电阻率增加较大。浸泡后期, 汽油的扩散速率和油与涂层的反应都较慢, 石墨粒子之间的距离和石墨网链结构几乎不受影响, 因此涂层表面电阻率趋于稳定。研究结果表明, 研制的环氧导静电涂料在汽油储罐中具有稳定的导静电能力, 可长期安全使用。
2. 3 – 漆膜厚度对漆膜导静电性能的影响
根据GB/ T 16906- 1997 的规定, 将环氧导静电涂料涂刷于聚酯薄膜, 涂刷的厚度不同, 漆膜的导电性能也不同, 漆膜厚度对漆膜导电性能的影响如图5 所示。

图5 – 漆膜厚度对漆膜导静电性能的影响
由图5 可知, 开始时随着漆膜厚度的不断增加, 漆膜表面电阻率下降很快, 当漆膜厚度增大到一定程度时, 漆膜表面电阻率的变化趋于平缓。这是因为: 根据涂层导电理论, 涂层导电网络是立体网络, 当涂层较薄( 10 -m) 时, 导电粒子仅仅在二维平面上形成导电网络,网络导电能力有限, 涂层表面电阻率较高; 当涂层厚度由20 -m 增加到30 -m 时, 形成了贯穿整体的立体网络, 涂层表面电阻率突然下降很快, 导电能力突然大大提高; 漆膜厚度继续增加, 当超过60 -m 时, 尽管漆膜的表面电阻率还在一定程度上降低, 但趋于稳定, 这是由于立体网络已经形成, 故降低漆膜表面电阻率效果不显著, 漆膜导电性提高较缓慢。随着涂膜厚度的增加, 漆膜的导电性能相应提高, 但是如果涂膜过厚, 就会对涂层的机械性能产生负面影响, 其附着力、柔韧性和抗冲击强度等指标都会降低; 由于涂膜厚度过大, 导电填料易沉降, 涂膜实干的时间也会受影响; 另外, 随着漆膜厚度的增加, 涂料的用量增大, 生产成本提高。因此, 为了使漆膜具备良好的导电性能及力学性能, 漆膜厚度控制在60~ 80 -m 较为合适。
2. 4 – 底材对漆膜导静电性能的影响
底材对环氧导静电涂料导电性能的影响见表1。
表1  底材对漆膜导静电性能的影响

由表1 可知, 漆膜表面电阻率的大小与基底材料有关, 涂刷于马口铁片和钢板的环氧导静电漆膜的表面电阻率较低, 且表面电阻率相近, 因为马口铁片和钢板的材质基本相同, 涂覆于这两种底材的漆膜电阻率也就相差不大; 而涂刷于铝板的漆膜表面电阻率最大,这主要是由于铝板在室温环境下容易被氧化, 形成具有高电阻、非常稳定的表面氧化物, 表面氧化物的存在阻碍了导电填料粒子间的直接接触, 从而导致涂敷于铝板的漆膜表面电阻率也增大。

3 – 结论
1) 固化时间对漆膜导电性能的影响: 随着固化时间的延长, 漆膜表面电阻率不断减小, 漆膜固化5 d后, 其表面电阻率趋于稳定, 呈现良好的导电性。
2) 浸油时间对漆膜导电性能的影响: 涂层的表面电阻率随浸泡时间增加而变大, 浸泡初期电阻率增加较大, 随着时间的延长, 表面电阻率变化速度逐渐缓慢, 最终趋于一个稳定值, 而且浸泡前后表面电阻率的变化没有超出一个数量级范围。
3) 漆膜厚度对漆膜导电性能的影响: 随着漆膜厚度的增加, 漆膜表面电阻率不断减小, 当漆膜厚度增加到一定程度后, 漆膜表面电阻率趋于稳定。漆膜厚度控制在60~ 80 -m 较为合适。
4) 底材对漆膜导电性能的影响: 涂刷于马口铁片和钢板上的漆膜表面电阻率相差不大, 表面电阻率较低, 而涂刷于铝板的漆膜表面电阻率最大, 故环氧导静电涂料涂刷在铝板上的导电性能不及涂刷在马口铁片和钢板上。

发表评论

您的电子邮箱地址不会被公开。 必填项已用 * 标注