Etude sur l'influence de la structure des résines époxy sur les performances des revêtements marins

2022-11-07

1. Introduction


  La Chine possède une vaste zone maritime et de riches ressources marines. Ces dernières années, le pays a accordé davantage d’attention au développement marin. Avec le développement rapide de l’économie maritime, l’industrie de la construction navale s’est également développée. Les perspectives du marché des revêtements pour navires marins sont très optimistes et les exigences sont de plus en plus élevées. Parmi eux, époxy le revêtement de résine a une forte adhérence, une excellente prévention de la rouille et une excellente résistance à l'eau, une bonne résistance mécanique et chimique, et joue un rôle important dans la protection du navire, en particulier dans la coque, la ligne de flottaison, le pont et d'autres pièces. Il est considéré comme l’un des produits piliers de l’industrie du revêtement des navires.


  Cependant, avec l'amélioration continue des normes de performance des revêtements marins ces dernières années, il est nécessaire que la résine époxy utilisée soit améliorée en termes de résistance à la chaleur, de ténacité élevée, de résistance à l'humidité et d'autres aspects pour atteindre des performances élevées. Cependant, en raison de la force intermoléculaire importante de la résine époxy, l’agrégat est rigide. De plus, les chaînes moléculaires peuvent être disposées de manière ordonnée, formant des éléments hautement cristallins, cassants à température ambiante et présentant de mauvaises performances aux chocs. Par conséquent, il est urgent de comprendre et de maîtriser les caractéristiques des résines époxy avec différentes structures, en particulier les performances aux chocs, qui revêtent une grande importance pour la conception et le développement de revêtements en résine époxy pour les navires marins.



  Dans cet article, les propriétés de dureté, d'adhérence et d'impact des revêtements sont étudiées en sélectionnant des résines époxy de différentes structures, notamment le bisphénol A, le bisphénol A hydrogéné, le bisphénol F et des résines époxy mixtes, et en utilisant une polyéther amine flexible comme agent de durcissement. afin d'obtenir la relation entre les différentes structures de résine époxy et les propriétés du revêtement, fournissant ainsi une base théorique pour le développement et l'application de revêtements époxy pour les navires.

RÉSINE ÉPOXY E51

résine époxy transparente

2. Expérience


a) Matière première


  Phénol A résine époxy E51: valeur époxy 0.51 ; Résine époxy bisphénol A hydrogénée ST3000 : indice époxy 0.43 ; Résine époxy bisphénol F CYDF170 : valeur époxy 0.60 ; Résine époxy mixte TDE85 : valeur époxy 0.85 ; D230 : amine équivalente à l'hydrogène actif 60 g/éq ; Acétone.


b) Méthodes expérimentales


je. Préparation du revêtement


  Selon la formule indiquée dans le tableau 1, pesez une certaine quantité de résine et d'agent de durcissement, remuez-les mécaniquement à température ambiante jusqu'à ce que le système soit uniforme, démoussez sous vide, puis utilisez un applicateur de film de peinture de 100 µM pour appliquer une couche de film de peinture sur la plaque d'acier (polie et nettoyée à l'acétone) pour le test d'adhérence ; Le revêtement restant est versé dans le moule (environ 8 mm) avec une plaque d'acier au fond (polie et nettoyée à l'acétone) pour des tests de dureté et de résistance aux chocs. Les propriétés ont été testées après durcissement à température ambiante pendant 7 jours.


  Tableau 1 L'influence de la structure de la résine époxy sur les performances du revêtement

Une résine époxy

Dosage du durcisseur / g

E51

ST3000

CYDF170

TDE85

D230

36.7

31.0

43.2

61.2


  Remarque : tout le dosage de résine époxy est de 100 g et H actif : base époxy = 1.2 : 1.


  ii. Test de performance


  L'équipement de test et les méthodes de test pour diverses caractéristiques du revêtement de résine durcie sont présentés dans le tableau 2.


  Tableau 2 Test de performance du revêtement

Articles de test

Instruments et équipement

Méthode d'essai

Epaisseur du film

Jauge d'épaisseur de revêtement métallique Qnix4200


Temps de séchage

Enregistreur de temps de séchage GZT-1

ASTM D-5895 2003

Dureté

Testeur de dureté Shore

GB2411-1980 (1989)

Adhésion

Test d'adhésion PosiTest AT


Flexibilité

Testeur de flexibilité de film QTX

GB / T 1731-1993

Performance d'impact

Impacteur de film de peinture QCJ

GB-T1732-1993


3. Résultats et discussion


a) Temps de séchage


  Le temps de séchage de la résine affecte directement les performances de construction du revêtement. Dans cet article, le temps de séchage de quatre résines époxy différentes a été étudié avec le D230 comme agent de durcissement, comme indiqué dans le tableau 3. Les résultats ont montré que le taux de durcissement de la résine époxy mélangée était très rapide car elle contenait trois groupes époxy, et elle pouvait être séché en trois heures ; Le durcissement de la résine époxy bisphénol A hydrogénée est très lent et elle ne peut toujours pas être séchée en surface après 24 heures.


Tableau 3 Effet de différentes résines époxy sur le temps de séchage

Agent de cure

Temps de séchage superficiel/h

Temps de séchage/h

E51

7

12

ST3000

≥ 24

> 24

CYDF170

8.5

15

TDE85

1.5

3


b) Dureté

  

  La dureté du film est l'un des indicateurs de performance les plus importants pour les utilisateurs et les fabricants de revêtements, ainsi que l'une des propriétés physiques les plus importantes des revêtements pour navires. Il reflète la capacité d’un matériau à résister à l’indentation, aux rayures, aux rayures et à la pénétration d’un autre matériau. Pour les quatre résines époxy étudiées dans cet article, la dureté de la résine durcie est illustrée à la figure 2. La dureté des E51, CYDF-170 et ST-3000 est d'environ 80 Shore D. En effet, ce sont toutes des résines époxy bisphénol. Le groupe hydroxyle sur la chaîne moléculaire peut grandement améliorer la force intermoléculaire, et l'énergie de cohésion correspondante est également importante, de sorte que la dureté de la résine durcie est également élevée. Cependant, lorsque la résine époxy est du TDE-85, parce qu'il n'y a pas de groupe structurel rigide de cycle benzénique sur la chaîne moléculaire et que la force intermoléculaire est relativement faible, la dureté est inférieure à celle de la résine époxy bisphénol, seulement 43 Shore D.

résine époxy liquide

  Fig. 2 Dureté de la résine durcie obtenue par réaction du durcisseur D230 avec différentes résines époxy


c) Adhérence


  Pour les revêtements marins, les performances anticorrosion sont un indicateur important, et l'adhérence entre les revêtements polymères et les métaux est une condition préalable au plein jeu de la fonction anticorrosion. Par conséquent, dans cet article, l'adhérence du revêtement de résines époxy durcies avec quatre structures différentes est étudiée et les résultats sont présentés dans la figure 3. L'adhérence maximale de la résine époxy de bisphénol A hydrogéné ST3000 est de 4.7 MPa, suivie de la résine époxy de bisphénol A hydrogéné E51. et la résine époxy bisphénol F CYDF170, environ 4MPa, tandis que l'adhérence de la résine époxy mixte TDE85 n'est que de 2.5MPa. Lorsque le revêtement est fixé au substrat métallique, un centre de fixation chimiquement actif est requis. Les groupes polaires, en particulier les groupes hydroxyle et carboxyle, peuvent former de tels centres d'attachement chimiquement actifs [10]. On peut voir sur la figure 1 que la résine époxy bisphénol et la résine époxy mixte contiennent une certaine quantité de groupes polaires, mais le TDE85 a une vitesse de durcissement très rapide. Avec la progression de la réaction de durcissement et de réticulation, le mouvement de la chaîne moléculaire devient de plus en plus difficile et ne peut pas se diffuser à la surface de la plaque d'acier. Les groupes polaires ne peuvent pas interagir avec la surface de la plaque d'acier. Il y a peu de groupes polaires efficacement attachés, donc l’adhésion est très faible. La vitesse de durcissement de la résine époxy bisphénol A hydrogénée est la plus lente, la chaîne moléculaire a suffisamment de temps pour se déplacer vers la surface de la plaque d'acier et les groupes polaires les plus efficaces sont attachés, avec la plus grande adhérence.

résine époxy e44


  Fig. 3 Adhérence de la résine de durcissement obtenue par le durcisseur D230 réagissant avec différentes résines époxy


  d) Résistance aux chocs


  Le plus gros inconvénient de la résine époxy est sa fragilité et sa faible ténacité, ce qui limite son application dans les pièces nécessitant une résistance élevée aux chocs et à la rupture sur les navires. Dans cet article, un marteau lourd de 2 kg a été lâché sur le panneau de test pour étudier les performances aux chocs de revêtements époxy durcis avec différentes structures. Les résultats sont présentés sur la figure 4. La hauteur d'impact maximale représente la hauteur maximale qui ne provoque pas de dommages au revêtement après l'impact du marteau lourd. Pour la résine époxy bisphénol A E51, en raison de l’existence du groupe rigide du cycle benzénique et du groupe hydroxyle sur sa chaîne moléculaire, l’énergie de cohésion est grande. Même si le durcisseur est une polyéther amine flexible D230, sa chaîne moléculaire est courte et joue peu de rôle. Par conséquent, les performances d'impact du revêtement obtenu après la réaction et le durcissement des deux sont les pires, avec une hauteur d'impact maximale de seulement 60 cm. Par rapport au E51, le groupe reliant deux cycles benzéniques dans la chaîne moléculaire de la résine époxy bisphénol F CYDF170 passe du groupe isopropyle au groupe méthylène, ce qui améliore l'activité de la chaîne moléculaire et améliore légèrement la propriété d'impact par rapport au E51. La résine époxy bisphénol A hydrogénée ST3000 n'a qu'un anneau alicyclique dans la chaîne principale, qui présente une faible rigidité, de bonnes performances d'impact et une hauteur d'impact de 100 cm. Après durcissement, la résine époxy mixte TDE85 a une faible énergie de cohésion et le groupe alicyclique peut améliorer efficacement la ténacité du produit durci. Par conséquent, les performances d'impact sont optimales et la hauteur d'impact est de 110 cm.


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  Fig. 4 Propriétés d'impact de la résine durcie obtenue par le durcisseur D230 réagissant avec différentes résines époxy


4. Conclusion


  (1) Avec le D230 comme durcisseur, la dureté du bisphénol résine époxy E51, ST3000 et CYDF170 peuvent atteindre 80 Shore D après durcissement en raison de la grande énergie de cohésion ; La résine époxy mixte TDE85 n'a qu'un Shore D de 43 après durcissement.


  (2) Pour les quatre résines époxy étudiées dans cet article, la relation de taille d'adhésion est ST3000>CYDF170>E51>TDE85, et l'adhésion du ST3000 et du D230 à la plaque d'acier polie après durcissement peut atteindre 4.7 MPa.


  (3) Lorsque le D230 est utilisé comme agent de durcissement, le TDE85 a la meilleure propriété d'impact et le E51 a la pire propriété d'impact.


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