基于增強碳素纖維的溶劑型可剝性涂料研究

吳 師

（中國艦船研究設計中心，湖北武漢 430060）

本文在薄膜制備中，主成分選取了乙基纖維素作為主要膜材料。同時，為了增強薄膜的性能，引入了季戊四醇松香樹脂和甘油三松香脂作為輔助成膜劑。在此基礎上，為了進一步提升材料的強度和剛度，還適量添加了碳素纖維作為增強材料。這樣的復合配方有助于優化薄膜的綜合性能。制成一種抗拉強度好和具有耐蝕性能的溶劑型可剝性涂料，作為金屬產品新的包裝涂料，只需刷涂在金屬產品的表面，通過預先設置開啟封線，并在常溫下進行晾干，能夠在金屬產品表面形成一層保護性涂層。當需要啟封時，只需輕輕拉開預置的開啟封線，即可輕松將涂層與被保護主體分離開來，完成金屬產品的啟封，具有抗拉強度高，防潮、密封、防銹等功能。

1 涂料的配方

1.1 配方

具體配方組成，如表1所示。

表1 可剝性導電塑料的配方

1.2 配方分析

1.2.1 主成膜劑

主成膜劑是可剝性涂料的主體，決定了可剝性涂料成膜后的延伸率大小，密封性、可剝性好壞。研究確定乙基纖維素、過氯乙烯、聚苯乙烯、醋酸丁酸纖維素、聚氯乙烯五種材料進行實驗遴選，通過分別測定其延伸率、抗張強度和可剝性，加權評分確定其好壞，選用確定主成膜劑，加權評分如表2所示[1]。

表2 主成膜劑各指標的加權評分情況

主成膜劑綜合評分按下式計算：

式中，k1為抗張強度；k2為延伸率；k3為可剝性。

在對主成膜劑進行綜合評分時，考慮了3個關鍵指標：抗張強度、延伸率以及可剝性。通過對這些指標進行綜合計算與評估，得出了5種材料的綜合評分，詳細數據如表3所示。這樣的綜合評分方法能夠更全面、準確地反映主成膜劑的性能。

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表3 五種主成膜劑綜合評分

1.2.2 輔助成膜劑

輔助成膜劑在可剝性涂料中具有不可或缺的地位。作為涂料的重要組成部分，它不僅作為附加的成膜物質，更對涂料的整體性能產生了顯著的影響。具體而言，輔助成膜劑可以有效地改善膜層的柔韌性，使得涂層更加均勻且不易開裂。此外，它還能夠優化涂料的流布性，確保涂料在施工過程中能夠順暢地展開，提高施工效率。最后，通過增強涂料的混溶性，輔助成膜劑有助于涂料中各成分的均勻混合，從而進一步保證了涂層質量的穩定。在研究中，選擇了聚苯乙烯樹脂以及季戊四醇松香樹脂甘油三松香脂作為輔助成膜劑。這兩種材料具有獨特的優勢，它們能夠快速干燥且展現出良好的耐水性，從而增強了可剝性涂料的整體性能。這樣的選擇有助于提升涂料的質量和應用效果。

1.2.3 增強添加材料

增強添加材料主要是提高膜層的抗拉性能，增強膜層的可剝離性。研究以碳素纖維作為可剝性涂料的增強添加材料，其性能如表4所示。

表4 碳素纖維的性能

碳素纖維抗張強度高、密度低、均勻性好，不易形成沉淀，柔韌性好容易涂敷。碳素纖維是一種優異的可剝性涂料增強添加材料。其出色的抗氧化性能使得金屬產品的防護期得以有效延長。因此，在可剝性涂料的配方中，碳素纖維的加入能夠顯著提升涂層的耐久性和保護效果。

2 涂層的制備和實驗

2.1 涂層的制備

2.1.1 配制

（1）在一個容器中混合季戊四醇松香樹脂甘油三松香脂、硬脂酸鈣、蓖麻油以及變壓器油是這次配方中的核心成分。季戊四醇松香樹脂甘油三松香脂，作為一種具有優異成膜性的物質，為涂層提供了良好的柔韌性和耐候性。硬脂酸鈣的加入，增強了涂層的硬度和耐磨性能。蓖麻油則作為一種天然植物油，不僅有助于涂料的穩定性和流動性，還為涂層帶來了優秀的防水性能。而變壓器油，在這個配方中起到了絕緣和增強涂層附著力的作用。

（2）利用加熱器對這些物質進行加熱，使其溶解混合，從而得到配劑A。在另一個工藝流程中，我們采用了二甲苯作為溶劑，用于有效溶解無水羊毛脂和環氧樹脂。這種溶解過程能夠確保無水羊毛脂和環氧樹脂充分融合，為后續工藝步驟提供穩定且均勻的材料基礎。

（3）在精確控制的條件下，依次將乙基纖維素、氯乙烯樹脂、碳素纖維以及其他溶劑逐步加入混合物中。這一步驟確保了各成分能夠均勻混合，為最終產品的性能提供了有力保證。將這些物質充分混合以得到配劑B。得到兩種配劑后，將它們混合在一個容器中，并進行加熱。使用攪拌器持續攪拌，確保兩種配劑均勻混合。然后，將混合物在室溫下靜置，進行自然冷卻。在這個過程中，持續觀察，直到混合液中的氣泡徹底消失，這時得到了配劑C。

（4）將聚苯乙烯樹脂與配劑C 進行精細混合，確保兩者的充分融合。靜置一段時間，確保兩者充分融合。之后，加入鄰苯二甲酸二丁酯和對硝基氯苯，利用攪拌器進行攪拌，直到物質均勻混合。再次靜置一段時間，直到氣泡完全消失，這時配劑就可以使用了。

2.1.2 涂封

實驗試樣規格為40#鋼，200 mm×100 mm×5 mm，涂封前對產品金屬認真進行除塵，用丙酮擦洗干凈晾干。采用刷涂，刷2 ～4層，每層厚為0.02 ～0.04 mm，在室溫下干燥。

2.2 實驗結果與討論

2.2.1 拉伸性能試驗

采取膜片試樣的厚度為0.2 mm，窄部分寬度12 mm，夾具間的初始距離為20 mm。結果如圖1所示。

圖1 拉伸性能試驗

由圖l 可以看出，隨著位移增大，拉力也不斷地增加，當力的大小在40 N 時，膜片試樣受力不再隨著位移的增大而改變，膜片試樣在這點發生了斷裂，斷裂點縱坐標就是該膜片試樣最大拉應力。計算得知，該產品試件的抗拉強度為16.67 MPa，該抗拉強度已超過了國標3.6 MPa 標準，說明該膜層具有很高的抗拉性能[2]。

2.2.2 鹽霧性試驗

鹽霧性試驗參照鹽霧箱試驗的條件依據 GB/T 10125—2021 進行。將有涂層和無涂層兩種試樣選，并分別進行稱重，試樣按照GB/T 1771—2007標準進行放置，持續時間為20 d。在完成試驗后，將試片取出并進行除銹處理、清洗操作，然后進行稱重。根據稱得的重量，計算出試片的失重率和緩蝕率。詳細的試驗結果數據，如表5所示。

表5 鹽霧箱防銹試驗結果

由表5可以看出，含有涂層試樣明顯地比沒有涂層的試樣失重率要低得多，含有涂層試樣的防銹性能很好,這說明涂層能有效提高金屬的防銹能力，對金屬產品有很好的防護作用。

2.2.3 與其他涂料的比較

與傳統的金屬表面處理方法相比，如電鍍和噴漆，基于增強碳素纖維的溶劑型可剝性涂料具有更優異的性能。電鍍雖然具有較好的耐腐蝕性和耐磨性，但存在嚴重的環境污染問題，且處理過程中能源消耗大。雖然噴漆的環保性相對較好，但附著力和耐磨性較差，難以滿足高端表面的處理需求。而基于增強碳素纖維的溶劑型可剝性涂料不僅具有良好的附著力和耐磨性，還具有優異的耐化學腐蝕性和環保的特點，可廣泛應用于金屬表面保護等領域。

3 應用前景

基于增強碳素纖維的溶劑型可剝性涂料在金屬表面保護等領域具有廣闊的應用前景。例如，可用于汽車、航空航天、電子電器等領域的金屬零部件的表面處理，提高零部件的耐磨性、耐腐蝕性和壽命。同時，涂層的可剝性使得基材在涂層磨損或損壞后可以方便地進行修復和再利用，降低了維護成本和資源浪費。此外，該涂料還可應用于建筑、橋梁等領域的鋼結構防腐處理，提高鋼結構的使用壽命和安全性。

4 結束語

一種采用乙基纖維素作為主膜材料，并結合季戊四醇松香樹脂甘油三松香脂作為輔助成膜劑的復合涂料配方[3]。這種配方通過優化組合，提升了涂層的多項性能指標。通過添加適量的碳素纖維作為增強材料，并輔助以其他材料配制而成。該涂料在常溫下能夠迅速成膜，形成的涂層具有良好的柔韌性和可剝離性，同時展現出一定的耐高低溫性能和耐鹽霧性能。其涂層拉伸強度達到了16.67 MPa，超過了國標標準，表現出強大的抗拉伸能力。使用時，只需簡單地將涂料覆涂在金屬產品表面，設定啟封線，并晾干，即可在金屬表面形成一層優異的防護層。這層防護層具有出色的膜層抗拉強度，涂刷工藝簡便，能夠為金屬產品提供長時間的防護，且啟封迅速。因此，這種溶劑型可剝性涂料非常適用于各種金屬產品的防護包裝。