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环氧树脂的防腐蚀与耐磨损性能强化研究
2020-07-07  来源:高分子科技

  金属腐蚀和磨损造成的损失十分惊人,我国钢铁腐蚀经济损失高达2800亿元人民币,全国因摩擦磨损导致的资金消耗达9500亿元,占国内生产总值(GDP)的4.5%。环氧树脂涂料因具有力学强度高、化学稳定性好、金属附着力好、收缩率低、吸水率低和绝缘性等最基本的特性而受到现代工业、交通、能源、海洋工程等的青睐,但普通的环氧涂料存在着空间结构孔隙率高、硬度低、裂纹扩展阻力差,且氧气、水和氯离子容易通过孔隙扩散到金属/涂料界面,降低涂料的屏障性能和附着力,加速涂料气泡。基于此,二维纳米材料因小尺寸效应、比表面积大等优点可作为环氧涂料的填料来降低孔隙率、改善防腐耐磨性能。


  西南交通大学材料服役行为研究团队围绕无处不在的磨损与腐蚀问题(特别是轨道交通领域的广域多环境、复杂性和特殊性,解决其全寿命服役周期内腐蚀与磨损问题对保障六更目标尤为关键),并针对现有环氧涂料存在的系列问题,依据复合材料设计理念、纳米强化理论,凭借二维纳米材料结构与性能的优势,发展出防腐耐磨性优良、耐候性强、防护寿命长、涂装性能好、适应于广域多环境用的环境友好型环氧涂料体系,为解决重大装备长期服役过程中的腐蚀和磨损问题提供了一定的材料设计与理论支持。


图 1. 防腐耐磨环氧涂层体系构筑及强化机理


  其中,通过有机改性与纳米分散技术结合,不但实现了二维纳米材料的性能调控,而且解决纳米材料在溶剂和环氧涂料中易团聚、难分散和不稳定的瓶颈问题,为环境友好型的功能填料在涂料体系的应用提供了契机;系统对比分析了所研制环氧涂料体系的理化性能、耐腐蚀性、耐磨损性能、耐候性能,揭示了环氧涂料防腐蚀和耐磨损的协同强化机理,并建立防腐蚀和抗损伤模型;同时,根据应用工况条件,通过不断优化配方及固化工艺,可提供系列防腐耐磨环氧涂料方案。


  以上成果发表在国际著名期刊:Corrosion Science, 2020, 174, 108813;Journal of Materials Science & Technology, 2020, 54 144-159;Carbon 2020, 157, 217-233;Progress in Organic Coatings, 2019, 135, 156-167等,并获国家发明专利授权2项。围绕工程领域磨损、腐蚀和疲劳等失效问题,材料服役行为团队一直致力于从关键科学与技术问题入手,解决实际应用中的问题,相关研究工作仍在进行中,期待专家、同仁多提宝贵意见、多指导交流!


  论文的第一作者为西南交通大学材料科学与工程专业博士生严涵,通讯作者为樊小强副教授。特别感谢国家自然科学基金会、四川省科技厅省院省校重点项目和山东省腐蚀科学重点实验室开放基金的支持。


  原文连接:

  https://doi.org/10.1016/j.corsci.2020.108813;

  https://doi.org/10.1016/j.jmst.2020.05.002;

  https://doi.org/10.1016/j.carbon.2019.10.034;

  https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2019.06.013


通讯作者简介


  樊小强,工学博士,副教授,四川省特聘专家、四川省专家服务团专家。主要从事润滑与防腐材料及材料使役行为等方面的研究,以第一作者和通讯作者已在ACS Applied Materials and Interfaces、Nanoscale、Carbon、ACS Sustainable Chemistry & Engineering、Corrosion Science、Journal of Materials Science & Technology、Applied Surface Science、Journal of Colloid Interface Science、Tribology International和Friction等国际权威期刊发表SCI文章40余篇,授权国家发明专利6件,主持国家自然科学基金、四川省科技厅重点项目等10项。兼任中国机械工程学会表面工程分会青年工作委员会委员;中国机械工程学会材料分会委员会委员;中国腐蚀与防护学会铁道设施专业委员会第一届委员会委员;四川省腐蚀与防护学会理事会理事等。


  课题组网站:https://faculty.swjtu.edu.cn/fanxiaoqiang/zh_CN/index/136633/list/index.htm

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