常温固化FEVE氟碳涂料力学性能研究

    摘要：研究了6种FEVE氟碳涂料的拉伸应力-应变行为以及氟碳涂料与环氧底漆的相容性，结果表明：氟碳涂料具有良好的力学性能，并且与环氧底涂层匹配性良好。
　　
　　关键词：FEVE；拉伸应力-应变；附着力；相容性
　　
　　0.引言
　　
　　常温固化FEVE氟碳树脂是三氟氯乙烯或四氟乙烯和乙烯基醚或乙烯基酯的交替共聚物，为提高颜料的润湿分散性共聚了少量的带—COOH官能团的乙烯基单体，为 可交联基团共聚了适量的带—OH功能基团的乙烯基单体。FEVE树脂交替共聚的化学结构，使氟单体对共聚单体 了有效的保护，从而赋予其优异的耐候性能[1-3]，因此被广泛地用作长寿命防腐涂层体系的耐候面漆[4-6]。涂料的力学性能以及涂层之间的附着力和匹配性，是涂层体系适应使用环境、发挥长效防腐的基础。涂料的成膜物对涂料的力学性能起决定作用。涂料的成膜物是一种高分子材料，其力学性能由高分子链的化学组成、共聚单元的序列结构、分子链的大小和形态以及它们的聚集态结构决定。各种类型的FEVE由于其结构不同在力学性能上有差异。本文研究了市场常见类型FEVE氟碳涂料的力学性能以及和环氧底涂层的附着力。
　　
　　1.实验部分
　　
　　1.1主要原料
　　
　　1#FEVE氟碳树脂：CC-03，常熟三爱富中昊化工新材料有限公司；2#FEVE氟碳树脂：GK-570，大金氟涂料(上海)有限公司；3#FEVE氟碳树脂：GK-510，大金株式会社；4#FEVE氟碳树脂：ZH-04，常熟三爱富中昊化工新材料有限公司；5#FEVE氟碳树脂：LF-200，旭销子株式会社；6#FEVE氟碳树脂：JF-2X，常熟三爱富中昊化工新材料有限公司。固化剂22A-75PX：旭化成株式会社；二氧化钛R960：美国杜邦公司；助剂：BYK公司。
　　
　　1.2涂料制备
　　
　　研磨PVC值相近的白色涂料作为涂料力学性能比较基础。颜料均选用二氧化钛R960，助剂为与不同FEVE相适应的助剂，PVC值为15%。
　　
　　1.3涂膜制备
　　
　　按照n(—NCO)∶n(—OH)=1.1∶1的比例将基料和固化剂混合搅拌均匀，熟化0.5h后用刷涂法制备漆膜。拉伸性能漆膜制备：在表面含脱膜剂的聚酯膜上刷涂两道涂料，间隔时间为1h，漆膜总厚度为250～300μm。涂层附着力漆膜制备：环氧涂料刷涂24h后，刷涂氟碳涂料。
　　
　　1.4性能测试
　　
　　采用电子拉力试验机测试应力-应变性能，试验温度(25±2)℃，拉伸速率25mm/min。涂层附着力试验：拉开法按照GB/T5210—1985《色漆和清漆拉开法附着力试验》的规定进行；划格法按照GB/T9286—1998《色漆和清漆漆膜的划格试验》的规定进行。
　　
　　2.结果与讨论
　　
　　2.1FEVE氟碳涂料拉伸应力-应变曲线
　　
　　将制备的6种氟碳涂料涂膜在温度为(25±2)℃，相对湿度为30%～60%条件下，养护30天后，测试拉伸应力-应变曲线，如图1所示。

图16种FEVE氟碳涂料拉伸强度与拉伸应变曲线

　　从图1可以看出，1#试样呈现玻璃态高聚物的拉伸曲线特征，在低伸长率下(<2%)，应力随应变快速增加，这主要是分子键长、键角的变化引起的，属于虎克弹性形变，当形变达到屈服点后，高分子链开始滑移，拉伸强度随伸长率缓慢增加，当伸长率增加到一定程度后(>20%)，高分子链发生了在拉伸方向上的取向，随着伸长率的增加拉伸强度迅速增加，直到断裂。5#和6#试样呈现橡胶态高聚物的拉伸曲线特征，低伸长率下的弹性形变很不明显，在伸长率低于30%时，强度明显低于1#试样，且拉伸强度随伸长率缓慢上升，当伸长率大于40%时，拉伸强度随伸长率变化明显增大。2#、3#、4#的拉伸曲线形态位于1#和5#、6#试样之间，4#试样在低伸长率下有一定的弹性形变，随后的变化规律与6#相近；2#与3#试样弹性形变区和缓慢增长区不明显，拉伸强度随伸长率增加速率大于其他试样。高聚物的拉伸应力-应变曲线依赖于分子结构内因，也显著地依赖于试样形变时所处的外部条件。由于高聚物分子链运动具有明显的松弛效应，体现为显著的时间依赖性和温度依赖性。在较高温度、较低拉伸速率下，高聚物更容易出现橡胶态的拉伸曲线特征；在较低温度、较高拉伸速率下，高聚物更易出现玻璃态的拉伸曲线特征。图1中显示的拉伸曲线体现了特定FEVE氟碳涂膜在规定拉伸条件下，分子运动受外力的响应情况。影响这6种FEVE氟碳涂膜拉伸曲线形态的内因主要包括：分子链的化学组成、Tg、分子链的大小和形态、交联点密度。5#为三氟氯乙烯-乙烯基醚的共聚物，6#为三氟氯乙烯-醋酸乙烯酯的共聚物，可看出它们拉伸曲线形态的相似性，由于6#羟基含量高，交联点密度高，拉伸强度高于5#。4#与6#一样，也为三氟氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，但比6#具有更高的Tg和交联密度，因此5#具有低伸长率下的较明显的弹性形变，且在同样的拉伸倍率下具有更高的拉伸强度。2#为四氟乙烯-(乙烯基醚与乙烯基酯)共聚物，3#为四氟乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，并且两者具有相近的相对分子质量和交联密度，可看出二者拉伸曲线的相似性。1#为三氟氯乙烯-乙烯基酯大单体，共聚的大单体使分子链的内旋转受到限制，使得共聚物具有较高的Tg，拉伸曲线明显地体现了高聚物处于玻璃态时的特征，在低伸长率下，明显地呈现虎克弹性形变。

来源:北京航空材料研究院 作者：李运德，李春，徐永祥