氣相防銹材料實驗室評價及應用意義分析

孟素媚，徐欣軼，劉然

（沈陽防銹包裝材料有限責任公司，沈陽 110033）

氣相防銹材料是將VCI(Volatile Corrosion Inhibition)氣相緩蝕劑分散在載體材料如聚乙烯薄膜、防銹原紙等材料中制成的防銹材料。氣相緩蝕劑在常溫下能夠持續、緩慢地氣化、揮發，揮發出來的緩蝕劑蒸氣能夠吸附在裸露的金屬表面，從而形成一個到兩個分子厚的穩定保護膜，該保護膜能夠有效地防止氧氣、濕氣等環境氣氛對金屬的腐蝕，從而產生優良的防銹作用[1]。與傳統的防銹方法相比，氣相防銹材料具有使用方便、清潔、低成本、高效率等特點，因此在冶金、機電、汽車及電子電器等行業得到了非常廣泛的應用。

氣相防銹材料包括氣相防銹紙、氣相防銹膜、氣相防銹劑、氣相防銹液、氣相防銹油等。為了保證氣相防銹材料在使用中能夠對金屬進行良好的保護，需要在實驗室對材料進行科學、客觀的評價。考慮到材料在應用中接觸到的環境條件、對金屬的保護期限及可能受到的外力損害等因素，對氣相防銹材料進行防銹性能評價和物理性能評價，降低使用時的腐蝕風險。

1 防銹性能評價

防銹性能的評價主要通過加速腐蝕試驗來完成。加速腐蝕試驗是在比實用狀態苛刻的條件下進行的腐蝕試驗，目的是在更短的時間內得出相對比較結果。經常用于評價氣相防銹材料的加速腐蝕試驗包括氣相緩蝕能力試驗、接觸腐蝕、相容性、濕熱試驗、鹽霧試驗和交變濕熱試驗等。

1.1 氣相緩蝕能力試驗

氣相緩蝕能力試驗和暴露后的氣相緩蝕能力是國際上通用的評價氣相防銹材料的方法，檢測標準方法主要有MIL-STD-3010、NACE TM0208、JIS Z 1535、GB/T 16267、JB/T 4051、JB/T 6067、QB/T 1319等。其原理是在一定試驗溫度下通過加入20℃溫差的水，使金屬表面快速產生凝露來加速腐蝕。國內比較通用的方法為GB/T 16267[2]和QB/T 1319[3]，兩個標準檢測條件對比見表1。

表1 GB/T 16267和QB/T 1319標準檢測條件對比表

GB/T 16267和QB/T 1319標準相比較，GB/T 16267適用范圍更廣，試驗溫度更接近室溫，結果對氣相緩蝕能力進行分級評定；而QB/T 1319僅適用于氣相防銹紙，試驗溫度較高，結果僅評定是否合格。因此GB/T 16267試驗適用于一般環境下使用的氣相防銹紙、氣相防銹塑料薄膜和氣相防銹劑，對這些材料氣相緩蝕能力水平進行評價。而QB/T 1319試驗更適合在高溫環境下使用的氣相防銹紙，對其是否滿足要求的驗收評價。

氣相緩蝕能力試驗時間一般不超過24小時，可快速評價材料的氣相防銹性能，常用于氣相防銹材料的出廠檢測和入廠驗收。如果材料氣相緩蝕能力試驗結果不合格，在使用中將直接導致對金屬的防護能力不足，從而造成金屬材料腐蝕，給用戶帶來經濟和信譽損失。如果采用的氣相防銹材料氣相緩蝕能力達不到要求，在實際使用中應與其它氣相防銹材料配合使用以達到足夠的氣相防銹性。

消耗后的氣相緩蝕能力試驗，是將材料中的氣相緩蝕劑進行加速消耗后，進行的氣相緩蝕能力試驗，以檢驗材料使用時在空氣中暴露存放過和在使用過程中氣相緩蝕劑部分消耗的情況下對金屬的防護性能。

1.2 接觸腐蝕

接觸腐蝕試驗是評價材料與其緊密接觸的金屬表面腐蝕性的試驗方法，適用于與鋼和鋁表面緊密接觸的材料。檢測標準方法主要有MIL-STD-3010、JIS Z 1519、GB/T 16266，國內主要使用GB/T 16266標準方法。

在實際應用中，氣相防銹包裝材料與金屬直接接觸是不可避免的，在包裝材料緊密接觸金屬時，材料中如果存在腐蝕性成分，會直接對金屬產生加速腐蝕的影響。對于鋼用氣相防銹材料這個指標合格率較高，但對于多種金屬用氣相防銹材料，如果研發時設計不夠合理，材料可能對某些金屬品種產生接觸腐蝕影響。在客戶使用時，如果不進行該項試驗驗證，可能造成氣相防銹包裝材料對被包裝金屬的接觸腐蝕。為了避免此類情況發生，首先要嚴格控制氣相防銹材料中的腐蝕性成分，比如對防銹原紙中的水溶性硫酸鹽和氯化物進行監控；其次在多金屬用氣相防銹材料研發時進行充分的實驗室驗證，以保證對多金屬材料的適用性；再次污染物和灰塵也是導致材料接觸腐蝕的重要因素，因此要保證氣相防銹包裝材料的表面清潔；最后，如果在應用時需要使用會產生接觸腐蝕的材料，應將材料和金屬進行有效隔離，避免直接接觸金屬。

1.3 相容性及適應性試驗

相容性試驗及適應性試驗通常用于評價氣相防銹材料對被包裝的金屬是否有不良影響，適用于氣相防銹包裝材料。檢測標準方法主要有MIL-STD-3010、GB/T 16265、QB/T 1319、GB/T 14188等，國內主要使用GB/T 16265、QB/T 1319標準方法。

隨著科技的發展，越來越多合金材料應用到實際中，設備中共存的金屬種類也日益增加，而氣相防銹材料對這些新材料和多種金屬的保護效果或負面影響，可通過相容性試驗或適應性試驗來驗證。為了降低相容性不佳造成的腐蝕損失，在氣相防銹材料應用于未驗證過的金屬材料之前，均應進行相容性試驗。

1.4 濕熱試驗、鹽霧試驗及交變濕熱試驗

濕熱、鹽霧及交變濕熱試驗是對包裝材料和緩蝕劑綜合性能的加速腐蝕評價方法。高溫高濕、海洋性氣候及高低溫交變的大氣環境是氣相防銹材料在應用時經常接觸的環境條件，為了驗證材料在這些環境下對金屬的防護性能，在實驗室使用環境試驗箱對氣相防銹材料進行評價。

高溫高濕是比較常見的自然環境，在這樣的條件下金屬非常容易腐蝕。濕熱試驗就是評價防銹材料在高溫高濕環境下對金屬的防腐蝕效果，適用于氣相防銹紙、氣相防銹油。檢測標準方法主要有GB/T 2361、QB/T 1319、GB/T 2423.3。對于在高溫高濕環境下使用的氣相防銹材料，使用濕熱試驗進行材料的篩選是最為適宜的。

海洋大氣中富含大量的海鹽粒子，相對濕度也較高，對金屬有很強的腐蝕作用。鹽霧試驗就是通過人工模擬鹽霧環境條件來考核產品或金屬材料耐鹽霧腐蝕性能的環境試驗。鹽霧試驗包括中性鹽霧試驗、醋酸鹽霧試驗、銅鹽加速醋酸鹽霧試驗、交變鹽霧試驗。通常采用中性鹽霧試驗方法來評價氣相防銹材料的耐鹽霧性能，適用于氣相防銹紙、氣相防銹膜，使用的檢測標準方法主要有SH/T 0081、GB/T 10125、ASTM B117、GB/T 2423.17等。

交變濕熱是一種濕度與溫度循環變化，容易在試驗樣品表面產生凝露的試驗條件。這種試驗條件，與自然環境下晝夜變化引起的溫濕度變化相似，與海洋運輸時集裝箱內的溫濕度變化規律非常接近，因此常用于整體防銹包裝方案的驗證。

2 物理性能評價

作為氣相緩蝕劑載體的紙、膜等材料，其物理性能也對應用效果有直接影響。對于氣相防銹包裝材料，如果包裝破損，氣相緩蝕劑快速揮發將降低防銹效果，因此必須進行充分評價以保證包裝的完整性。而不同的應用行業、大小不一的被包裝部件、不一樣的儲運方式，應選用不同的氣相防銹包裝材料，對材料的物理強度也有不同的要求。例如精密零部件，對包裝材料的表面清潔度和柔軟度要求較高，在使用氣相防銹包裝材料后一般裝入外包裝箱，受到外力損傷的風險較小，使用單覆膜或無覆膜的防銹紙、氣相防銹膜進行包裝即可，在實驗室主要評價防銹紙的抗張強度、撕裂強度和耐破度，防銹膜的拉伸性能、撕裂性能和耐沖擊性能。用于冶金行業的防銹包裝，很容易被鋼板劃傷，運輸過程經常承受較大外力，因此通常使用編織布復合防銹紙或編織布復合防銹膜，在實驗室對防銹紙的抗張強度、撕裂度、耐破度和戳穿強度進行評價，對防銹膜的斷裂強力、撕破強力和戳穿強度進行評價。對于機械設備，應結合被包裝設備的外觀形貌、儲運條件、防銹期等條件選擇氣相防銹材料，一般采用組合包裝的方式，對尖銳容易劃傷包裝的部位應用緩沖材料局部包裝來避免包裝破損，在實驗室根據材料主要承擔的防護作用及可能受到的外力沖擊等條件進行材料物理性能評價。

阻隔性良好的氣相防銹紙、氣相防銹膜等氣相防銹包裝材料，既能降低包裝內部氣相緩蝕劑的消耗，又能夠阻隔包裝外部水蒸氣、氧氣等腐蝕性介質進入包裝內部，增強防銹效果。因此對用于長期防銹的氣相防銹包裝材料，應進行水蒸氣透過量、氧氣透過量等阻隔性能評價，以保證包裝的防銹效果。

對于多功能防銹材料例如抗靜電防銹膜、熱收縮防銹膜，還要進行抗靜電性能、熱收縮性能等評價。

3 結束語

對氣相防銹材料進行實驗室評價，是控制腐蝕風險的一種必要手段。通過評價，可以為客戶選擇符合要求的防銹材料提供數據支持。為了保證氣相防銹材料的正確使用和良好的防銹效果，對氣相防銹材料應進行氣相緩蝕能力、接觸腐蝕、相容性等氣相防銹性能和鹽霧、濕熱、交變濕熱等綜合應用性能檢測；對氣相防銹包裝材料應進行拉伸、撕裂、沖擊等物理性能和水蒸氣透過率、氧氣透過率等阻隔性能檢測。

進行氣相緩蝕能力試驗，可快速了解材料對鋼的氣相防銹性能；使用氣相防銹材料保護未驗證過的金屬材質，應先進行相容性或適應性試驗；對于解決濕熱或鹽霧環境下的銹蝕問題，可通過濕熱試驗或鹽霧試驗來進行材料篩選。因此，結合產品實際應用情況選擇適合的評價方法，可幫助客戶選擇更適用的氣相防銹材料。