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超疏水和超双疏涂层表面覆冰剪切强度及剥离强度对比

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高电压技术 2022年第12期48卷 4809-4816页

作者：王晟伍李黎陈劲宇陈俊武邹乔戈谢毅华中科技大学电气与电子工程学院武汉430074 武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室武汉430070

室外电气设备覆冰问题威胁着我国电力系统的运行安全。近年来,具有自清洁性能的超疏水涂层及超双疏涂层在降低覆冰粘结强度问题上得到了大量研究,但目前有关二者降低覆冰粘结强度性能的对比研究较少,尚未明确影响二者降低覆冰粘结强度... 详细信息

室外电气设备覆冰问题威胁着我国电力系统的运行安全。近年来,具有自清洁性能的超疏水涂层及超双疏涂层在降低覆冰粘结强度问题上得到了大量研究,但目前有关二者降低覆冰粘结强度性能的对比研究较少,尚未明确影响二者降低覆冰粘结强度性能的具体因素及影响机理。针对上述问题,建立了覆冰剥离强度及剪切强度的理论计算模型,基于实验测试结果验证了上述模型的准确性,并在此基础上分析了超疏水涂层、超双疏涂层覆冰剥离强度及剪切强度的影响因素及机理。结果表明,无论是超疏水涂层还是超双疏涂层,覆冰剥离强度及剪切强度不仅受涂层疏水性的影响,还与涂层表面微观结构的几何尺寸相关;相同条件下,覆冰剥离强度明显大于剪切强度;从降低覆冰剥离强度及剪切强度的角度来说,超双疏涂层比超疏水涂层性能更优。

关键词：超疏水涂层超双疏涂层覆冰剪切强度剥离强度

船舶仿生聚合物基超双疏涂层的构建及防污性能研究

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船舶仿生聚合物基超双疏涂层的构建及防污性能研究

作者：亓小双山东交通学院

学位级别：硕士

随着航运业的快速发展,海洋生物污损成为人们越来越关注的问题。污损生物黏附在船体底部会增大船舶行驶阻力,增加燃油消耗,因而在经济方面造成巨大的浪费,同时大大制约了我国海洋行业的发展。传统船舶防污涂料因对海洋生态造成极大破坏... 详细信息

随着航运业的快速发展,海洋生物污损成为人们越来越关注的问题。污损生物黏附在船体底部会增大船舶行驶阻力,增加燃油消耗,因而在经济方面造成巨大的浪费,同时大大制约了我国海洋行业的发展。传统船舶防污涂料因对海洋生态造成极大破坏已逐渐被淘汰,新型环保高效的防污涂料的研发已迫在眉睫。本研究受自然界生物防污表面的启发,以环氧树脂(EP)和低表面能材料聚二甲基硅氧烷(PDMS)为涂层基体,添加纳米颗粒,将低表面能与表面微纳米结构结合制备了仿生微纳米结构超双疏涂层,并研究其防污性能。通过合成锆基金属有机框架(MOF)作为防污剂的缓释载体并与仿生微纳米结构防污涂层结合制备多机制协同的仿生聚合物基超双疏涂层,探究MOF封装防污剂对涂层防污性能的影响。基于EDEM-FLUENT耦合计算,研究了细菌颗粒在涂层壁面的黏附行为。(1)以PDMS和EP为涂层基体,利用PFDTMS和APTES分别对SiO和ZnO两种纳米颗粒进行疏水改性后,填充到涂层基体中,构建了仿生微纳米结构超双疏涂层。通过涂层基本力学性能实验,润湿性测试,SEM测试以及动、静态防污性能测试,研究了涂层的各项表观性能以及防污性能。结果表明:EP和纳米颗粒的加入明显提升了涂层的基本力学性能。纳米颗粒在经疏水改性后添加到涂层中,使涂层接触角升高,表面能降低,添加纳米SiO制备的涂层微纳米凸起结构更加均匀。涂层防污性能受表面能影响,涂层表面能越低,涂层防污性能越好,其中添加15 wt%纳米SiO的涂层防污性能最优,静态抗菌黏附率为76%,抗硅藻黏附率为73.44%,动态环境下的抗菌黏附率为85.5%,抗硅藻黏附率为81.6%,涂层在动态环境下的防污性能优于涂层静态环境下的防污性能。(2)通过合成锆基金属有机框架(MOF)作为4,5-二氯-N-辛基-4-异噻唑啉-3-酮(DCOIT)和辣椒素(Cap)两种高效环保防污剂的释放载体,将MOF封装防污剂与仿生微纳米结构超双疏涂层结合制备多机制协同的仿生聚合物基超双疏涂层。通过防污剂体外释放试验和涂层防污性能测试,探究MOF对两种防污剂的缓释作用以及防污剂对涂层静态防污性能的影响。结果表明:MOF对两种防污剂进行封装结合后明显降低了防污剂的释放速率,MOF对DCOIT的缓释作用优于对Cap的缓释作用。涂层在添加防污剂后,防污性能得到明显提升,随着防污剂添加质量分数的提高,涂层防污性能随之提高,其中添加10 wt%DCOIT-MOF防污剂的涂层防污性能最优,抗菌黏附率为98.3%,抗硅藻黏附率为97.08%。(3)基于EDEM和FLUENT软件的耦合,对细菌颗粒在涂覆涂层壁面与刚性壁面、不同弹性模量壁面的黏附结果以及不同形状细菌颗粒在涂层壁面的黏附结果进行了模拟仿真,结果表明:相较于纯刚性壁面,细菌颗粒在表面能较低的涂覆涂层壁面不易黏附;在水流的冲刷作用下,细菌颗粒更易从表面能较低的涂覆涂层的壁面脱附;纯刚性壁面细菌黏附数量随时间呈线性增长,涂覆涂层壁面细菌黏附数随时间首先呈线性增长,一段时间后速度渐缓然后趋于稳定;在一定的仿真试验范围内,随着涂层壁面弹性模量的增大,细菌颗粒对涂层壁面的黏附力随之增大,壁面所黏附的细菌数目也随之增多;涂层壁面抑制球形细菌颗粒黏附的效果最好,抑制杆状细菌颗粒黏附的效果相对较差,但整体对各种形态的细菌黏附都有一定的抑制作用。

关键词：低表面能仿生微纳米结构纳米颗粒金属有机框架超双疏涂层

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氨水对溶胶-凝胶法制备超双疏涂层的影响

材料保护 2019年第12期52卷 96-102页

作者：张希刘栋王冬梅刘凤东白锡庆天津市建筑材料科学研究院有限公司天津300381 天津市贰拾壹站检测技术有限公司天津300381

用溶胶-凝胶法制备双超疏涂覆液进而制备金属表面改性层的研究不多。采用溶胶-凝胶法(sol-gel),以正硅酸乙酯(TEOS)和甲基三甲氧基硅烷(MTMS)为共前驱体,结合氟硅烷改性制备了一种可灵活应用的超双疏涂覆液,喷涂于钢板上形成了超双疏涂... 详细信息

用溶胶-凝胶法制备双超疏涂覆液进而制备金属表面改性层的研究不多。采用溶胶-凝胶法(sol-gel),以正硅酸乙酯(TEOS)和甲基三甲氧基硅烷(MTMS)为共前驱体,结合氟硅烷改性制备了一种可灵活应用的超双疏涂覆液,喷涂于钢板上形成了超双疏涂层,并对其表面润湿性进行测试;为进一步研究氨水对合成过程的影响,利用FT-IR及XPS考察了不同氨水添加量下SiO2链段上有效官能团的接枝情况,并对其微观结构进行了观测;同时对改性钢板表面的耐中性盐雾特性和热稳定性进行了探讨。结果表明:当未添加氨水时,涂层表面水、正十六烷接触角分别为120.0°和88.8°,表面粗糙度Ra为92 nm。当NH4OH/TEOS摩尔比为4.5时,水、正十六烷接触角最大,分别为152.4°和122.4°,涂层表面达到超双疏,其表面粗糙度Ra为914 nm,SiO2粒子呈带状分布。经过超双疏处理后的钢板耐中性盐雾试验达到25个周期,并且在200℃以内可保持良好的超双疏特性。

关键词：超双疏涂层溶胶-凝胶法纳米SiO2 氨水接枝率钢板

纳米氧化锌-氧化石墨烯-水性含氟聚氨酯超双疏涂层的制备及其海洋防腐防污性能研究

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纳米氧化锌-氧化石墨烯-水性含氟聚氨酯超双疏涂层的制备及其海洋...

作者：唐陈云南昌航空大学

学位级别：硕士

海洋装备和海洋工程设施长期服役于海洋环境中,面临严重的腐蚀损伤和生物污损等问题。因此,开展海洋防腐防污涂层技术对提高海洋工程材料的服役安全性具有重要意义。具有“荷叶效应”的超双疏涂层可以有效地延缓腐蚀发生和降低生物附着... 详细信息

海洋装备和海洋工程设施长期服役于海洋环境中,面临严重的腐蚀损伤和生物污损等问题。因此,开展海洋防腐防污涂层技术对提高海洋工程材料的服役安全性具有重要意义。具有“荷叶效应”的超双疏涂层可以有效地延缓腐蚀发生和降低生物附着污损。本论文将低表面能水性含氟聚氨酯与纳米氧化锌/氧化石墨烯复合制备超双疏涂层,利用超双疏表面对水及对海洋有机物质低粘附的特性,结合纳米氧化锌/氧化石墨烯的抗菌防腐作用,获得防腐防污功能涂层。对复合物和超双疏涂层结构进行了表征,并研究了纳米ZnO-GO/PU超双疏涂层的海洋防腐蚀性能和防生物黏附性能,主要研究内容如下:(1)采用全氟辛基三乙氧基硅烷(PFOTS)对纳米ZnO进行改性,利用水热复合法制备低表面能纳米ZnO-GO复合物,采用两步喷涂法制备得到纳米ZnO-GO/PU超双疏涂层。对涂层的结构、表面润湿性、电化学腐蚀性进行了研究。结果表明,PFOTS改性剂的最佳使用量为15wt%,改性后的纳米ZnO表面连接了大量的CF和CF基团,与GO负载得到低表面能纳米ZnO-GO复合物。纳米ZnO-GO/PU超双疏涂层的厚度为119μm,表面具有微/纳米粗糙度结构。涂层具有优异的机械稳定性、化学稳定性、耐盐水腐蚀性和耐盐雾腐蚀性能。纳米ZnO-GO/PU超双疏涂层能够有效阻止腐蚀介质与基底的接触,延缓腐蚀过程的发生。(2)采用PFOTS和KH-550两种改性剂对纳米ZnO进行表面改性,然后与氧化石墨烯(GO)复合。采用两步喷涂法在铝基板表面制备得到纳米ZnO-GO@PU超双疏涂层,对涂层的结构、表面润湿性、机械稳定性和抗生物污损性能进行了研究。结果表明,当KH-550和PFOTS以质量比1:3加入30wt%时,纳米ZnO的改性效果最佳。纳米ZnO-GO@PU超双疏涂层的厚度约为100μm,涂层表面具有微纳粗糙结构。纳米ZnO-GO@PU超双疏涂层表现出优异的抗小球藻黏附性能,对微生物的黏附与生长具有强的抑制作用,表现出明显的抗生物黏附效果。(3)采用快速沉淀法制备GO-ZnO复合物,用PFOTS对复合物进行表面修饰,采用共混喷涂法在铁基板表面制备得到GO-ZnO@PU超双疏涂层。对涂层的结构、表面润湿性、力学稳定性和抗生物污损性能进行了研究。结果表明,GO-ZnO@PU超双疏涂层厚度约为60μm,涂层的抗弯曲和抗冲击性能较好,涂层的附着力达到5 B级。GO-ZnO@PU超双疏涂层具有较好的抗小球藻黏附性能,对微生物的黏附和生长具有强的抑制作用,具有较好的抗生物黏附效果。

关键词：纳米氧化锌氧化石墨烯水性含氟聚氨酯超双疏涂层防海洋腐蚀性能防海洋生物污损性能

X80钢表面PPS-SiO2超双疏涂层制备及其耐蚀行为研究

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X80钢表面PPS-SiO2超双疏涂层制备及其耐蚀行为研究

作者：郝友菖西安理工大学

学位级别：硕士

X80钢作为当前主流管道用钢在油气运输行业具有重要地位,但随着服役年限的增加,其腐蚀问题也日益严峻。超双疏材料由于其优异的疏水疏油性、耐腐蚀性、减阻性能有着广阔的应用前景。本文以X80钢为主要实验材料,研究了其电化学腐蚀行为,... 详细信息

X80钢作为当前主流管道用钢在油气运输行业具有重要地位,但随着服役年限的增加,其腐蚀问题也日益严峻。超双疏材料由于其优异的疏水疏油性、耐腐蚀性、减阻性能有着广阔的应用前景。本文以X80钢为主要实验材料,研究了其电化学腐蚀行为,并在其表面制备了PPS-SiO2超双疏涂层。首先采用电化学方法对X80钢在三种腐蚀介质中的电化学行为进行了研究,获得了其电化学阻抗谱及极化曲线等内容,并对其腐蚀产物进行了分析。结果表明:3.5%氯化钠溶液对试样的腐蚀性最大。通过EDS、XRD等表征行为发现电化学主要腐蚀产物为FeOOH、Fe2O3、Fe3O4等。然后采用基材处理(A:打磨;B:打磨、电解;C:打磨、酸蚀三种方式)、涂层沉积-烧结的方法在X80钢表面制备了PPS-SiO2超双疏涂层,测定了其水、乙一醇接触角,并对涂层后的试样电化学腐蚀行为进行了对比。结果表明:通过对X80钢基体进行三种处理方式处理后在其表面沉积-烧结获得的涂层均具有一定的超疏水、超疏油性能,其中,经方式A处理的涂层试样效果最好。通过对比涂层前后的电化学行为,得出试样经过涂层后电化学阻抗、极化阻抗均有显著提高,其中方式C获得的涂层试样耐腐蚀性改善最显著。分析认为试样表面的SiO2涂层降低了试样的导电性,抑制了试样在电化字腐蚀过程中电子的逸出;电解和酸蚀形成了表面保护层,进一步延缓了腐蚀的发生,从而显著提升了试样的耐腐蚀性能。最后对涂层在800#砂纸上的耐磨损及在3.5%NaCl溶液中的耐久性进行了实验。结果发现:在滑动磨损实验中,未处理试样在相对滑动20cm时,水、乙二醇接触角均显著下降,而经过三种处理方式后相对滑动距离可达60cm,也即三种处理方式可显著提高试样涂层耐磨损性。涂层在3.5%NaC1溶液的浸泡实验中,三种处理方式获得的涂层试样浸泡在3 5%NaCl溶液的超双疏保持能力均超过了70分钟,而未经处理的涂层试样在浸泡时间超过20分钟后,水、乙二醇接触角均下降至150。以下,并且下降的加速度有增大的趋势。本文研究了X80钢的电化学腐蚀行为并制备了PPS-SiO2涂层,对三种基材处理方式进行了评价,对其后续研究做了些许基础工作,具有一定的实际应用价值。

关键词： X80钢电化学腐蚀超双疏涂层耐腐蚀

X80钢表面聚苯硫醚/二氧化硅耐蚀超双疏涂层制备研究

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山东化工 2019年第11期48卷 20-23页

作者：郝友菖黄颖为曾群锋李鸿蒙西安理工大学印刷包装与数字媒体学院陕西西安710048 西安交通大学现代设计与轴承转子系统教育部重点实验室陕西西安710049

以X80为代表的高强度管道钢随着服役年限的增长带来的腐蚀问题日益突显,而超双疏涂层有着优异的减阻、防垢等性能。本文介绍一种制备简单、耐蚀的超双疏涂层构筑方法。以二氧化硅和聚苯硫醚为主要涂层材料,通过三种基材处理方式制备了... 详细信息

以X80为代表的高强度管道钢随着服役年限的增长带来的腐蚀问题日益突显,而超双疏涂层有着优异的减阻、防垢等性能。本文介绍一种制备简单、耐蚀的超双疏涂层构筑方法。以二氧化硅和聚苯硫醚为主要涂层材料,通过三种基材处理方式制备了超双疏涂层,以接触角测量仪、电化学工作站等为主要测试工具对涂层的超疏、耐电化学腐蚀性能进行了评价。结果表明,该涂层具有超双疏特性,耐电化学腐蚀性能明显改善。本研究对管道钢防腐蚀涂层制备具有实际应用参考价值。

关键词： X80钢超双疏涂层二氧化硅电化学腐蚀