Estudi de la influència de l'estructura de la resina epoxi en el rendiment dels recobriments marins

1. Introducció

  La Xina té una àmplia zona marina i rics recursos marins. Sobretot en els últims anys, el país ha prestat més atenció al desenvolupament marí. Amb el ràpid desenvolupament de l'economia marina, la indústria de la construcció naval també ha augmentat. La perspectiva del mercat dels recobriments de vaixells marins és molt optimista i els requisits són cada cop més alts. Entre ells, epoxy El recobriment de resina té una forta adherència, una excel·lent prevenció de l'òxid i resistència a l'aigua, una bona resistència mecànica i resistència química, i té un paper important en la protecció del vaixell, especialment al casc, la línia de flotació, la coberta i altres parts. Es considera un dels productes pilars de la indústria del recobriment de vaixells marins.

  Tanmateix, amb la millora contínua dels estàndards de rendiment dels recobriments marins en els darrers anys, es requereix que la resina epoxi utilitzada millori la resistència a la calor, l'alta tenacitat, la resistència a la humitat i altres aspectes per aconseguir un alt rendiment. Tanmateix, a causa de la gran força intermolecular de la resina epoxi, l'agregat és rígid. A més, les cadenes moleculars es poden disposar ordenadament, formant-se altament cristal·lines, trencadisses a temperatura ambient i amb un baix rendiment d'impacte. Per tant, és urgent comprendre i dominar les característiques de la resina epoxi amb diferents estructures, especialment el rendiment d'impacte, que és de gran importància per al disseny i desenvolupament de recobriments de resina epoxi per als vaixells marins.

  En aquest article, s'investiga la duresa, l'adhesió i les propietats d'impacte dels recobriments seleccionant resines epoxi amb diferents estructures, com ara bisfenol A, bisfenol A hidrogenat, bisfenol F i resines epoxi mixtes, i utilitzant polièter amina flexible com a agent de curat, de manera que per obtenir la relació entre diferents estructures de resina epoxi i propietats de recobriment, proporcionant així una base teòrica per al desenvolupament i aplicació de recobriments epoxi per a vaixells marins.

2. Experimentar

a) Matèries primeres

  Fenol A resina epoxi E51: valor epoxi 0.51; Resina epoxi bisfenol A hidrogenada ST3000: valor epoxi 0.43; Resina epoxi bisfenol F CYDF170: valor epoxi 0.60; Resina epoxi mixta TDE85: valor epoxi 0.85; D230: amina hidrogen actiu equivalent 60 g/eq; Acetona.

b) Mètodes experimentals

i. Preparació del recobriment

  D'acord amb la fórmula que es mostra a la taula 1, peseu una certa quantitat de resina i agent de curat, remeneu-los mecànicament a temperatura ambient fins que el sistema sigui uniforme, desescuma al buit i, a continuació, utilitzeu un aplicador de pel·lícula de pintura de 100 μ M aplica una capa de pel·lícula de pintura. la placa d'acer (polita i netejada amb acetona) per a la prova d'adhesió; El recobriment restant s'aboca al motlle (uns 8 mm) amb placa d'acer a la part inferior (polit i netejat amb acetona) per a proves de duresa i resistència a l'impacte. Les propietats es van provar després de curar-se a temperatura ambient durant 7 dies.

  Taula 1 La influència de l'estructura de la resina epoxi en el rendiment del recobriment

  Nota: tota la dosi de resina epoxi és de 100 g i H actiu: base epoxi = 1.2: 1

  ii. Prova de rendiment

  A la taula 2 es mostren els equips de prova i els mètodes de prova per a diverses característiques del recobriment de resina curada.

  Taula 2 Prova de rendiment del recobriment

3. Resultats i discussió

a) Temps d'assecat

  El temps d'assecat de la resina afecta directament el rendiment de construcció del recobriment. En aquest article, es va investigar el temps d'assecat de quatre resines epoxi diferents amb D230 com a agent de curat, tal com es mostra a la taula 3. Els resultats van mostrar que la velocitat de curat de la resina epoxi mixta era molt ràpida perquè contenia tres grups epoxi, i podria s'asseca en tres hores; El curat de la resina epoxi de bisfenol A hidrogenat és molt lent i encara no es pot assecar a la superfície després de 24 h.

Taula 3 Efecte de diferents resines epoxi sobre el temps d'assecat

b) Duresa

  La duresa de la pel·lícula és un dels indicadors de rendiment més preocupats dels usuaris i fabricants de recobriments, i també una de les propietats físiques més importants dels recobriments de vaixells marins. Reflecteix la capacitat d'un material per resistir el sagnat, el rascat, el rascat i la penetració d'un altre material. Per a les quatre resines epoxi investigades en aquest article, la duresa de la resina curada es mostra a la figura 2. La duresa d'E51, CYDF-170 i ST-3000 és d'uns 80 Shore D. Això és perquè totes són resines epoxi bisfenol. El grup hidroxil de la cadena molecular pot millorar molt la força intermolecular, i l'energia cohesiva corresponent també és gran, de manera que la duresa de la resina curada també és alta. Tanmateix, quan la resina epoxi és TDE-85, com que no hi ha cap grup estructural rígid d'anell de benzè a la cadena molecular i la força intermolecular és relativament petita, la duresa és inferior a la de la resina epoxi bisfenol, només 43 Shore D.

  Fig. 2 Duresa de la resina curada obtinguda per reacció de l'agent de curat D230 amb diferents resines epoxi

c) Adhesió

  Per als recobriments marins, el rendiment anticorrosió és un indicador important, i l'adhesió entre els recobriments de polímers i els metalls és un requisit previ per al joc complet de la funció anticorrosiva. Per tant, en aquest article, s'estudia l'adhesió del recobriment de resines epoxi curades amb quatre estructures diferents, i els resultats es mostren a la figura 3. L'adhesió màxima de la resina epoxi de bisfenol A hidrogenat ST3000 és de 4.7 MPa, seguida de la resina epoxi de bisfenol A E51 i la resina epoxi bisfenol F CYDF170, uns 4MPa, mentre que l'adhesió de la resina epoxi mixta TDE85 és de només 2.5MPa. Quan el recobriment s'uneix al substrat metàl·lic, es requereix un centre de fixació químicament actiu. Els grups polars, especialment els grups hidroxil i carboxil, poden formar aquests centres d'unió químicament actius [10]. A la figura 1 es pot veure que tant la resina epoxi bisfenol com la resina epoxi mixta tenen una certa quantitat de grups polars, però el TDE85 té una velocitat de curat molt ràpida. Amb el progrés de la curació i la reacció de reticulació, el moviment de la cadena molecular es fa cada cop més difícil i no es pot difondre a la superfície de la placa d'acer. Els grups polars no poden interactuar amb la superfície de la placa d'acer. Hi ha pocs grups polars units eficaçment, de manera que l'adhesió és molt baixa. La velocitat de curació de la resina epoxi de bisfenol A hidrogenat és la més lenta, la cadena molecular té el temps suficient per moure's a la superfície de la placa d'acer i s'uneixen els grups polars més efectius, amb la major adhesió.

  Fig. 3 Adhesió de la resina de curat obtinguda per l'agent de curat D230 que reacciona amb diferents resines epoxi

  d) Resistència a l'impacte

  El major desavantatge de la resina epoxi és la seva fragilitat i poca duresa, la qual cosa limita la seva aplicació a les peces que requereixen una gran resistència a l'impacte i resistència a la fractura als vaixells. En aquest article, es va deixar caure un martell pesat de 2 kg sobre el panell de prova per investigar el rendiment d'impacte dels recobriments epoxi curats amb diferents estructures. Els resultats es mostren a la figura 4. L'alçada màxima d'impacte representa l'alçada màxima que no causa danys al recobriment després de l'impacte del martell pesat. Per a la resina epoxi bisfenol A E51, a causa de l'existència del grup rígid d'anell de benzè i grup hidroxil a la seva cadena molecular, l'energia de cohesió és gran. Fins i tot si l'agent de curació és una amina de polièter flexible D230, la seva cadena molecular és curta i té poc paper. Per tant, el rendiment d'impacte del recobriment obtingut després de la reacció i curació dels dos és el pitjor, amb l'alçada màxima d'impacte de només 60 cm. En comparació amb E51, el grup que connecta dos anells de benzè a la cadena molecular de la resina epoxi bisfenol F CYDF170 canvia del grup isopropil al grup metilè, cosa que millora l'activitat de la cadena molecular i millora lleugerament la propietat d'impacte en comparació amb E51. La resina epoxi de bisfenol A hidrogenat ST3000 només té un anell alicíclic a la cadena principal, que té una rigidesa petita, un bon rendiment d'impacte i una alçada d'impacte de 100 cm. Després de la curació, la resina epoxi mixta TDE85 té una baixa energia de cohesió i el grup alicíclic pot millorar eficaçment la duresa del producte curat. Per tant, el rendiment d'impacte és òptim i l'alçada d'impacte és de 110 cm.

  Fig. 4 Propietats d'impacte de la resina curada obtinguda per l'agent de curat D230 que reacciona amb diferents resines epoxi

4. conclusió

  (1) Amb D230 com a agent de curat, la duresa del bisfenol resina epoxi E51, ST3000 i CYDF170 poden arribar als 80 Shore D després de la curació a causa de la gran energia cohesiva; La resina epoxi mixta TDE85 només té 43 Shore D després de la curació.

  (2) Per a les quatre resines epoxi estudiades en aquest document, la relació de mida d'adhesió és ST3000>CYDF170>E51>TDE85, i l'adhesió de ST3000 i D230 a la placa d'acer polida després de la curació pot arribar a 4.7 MPa.

  (3) Quan s'utilitza D230 com a agent de curat, TDE85 té la millor propietat d'impacte i E51 té la pitjor propietat d'impacte.