一种聚氨酯弹性体涂料干湿交替海洋环境腐蚀快速评价方法
阅读：964发布：2023-02-25
专利汇可以提供一种聚氨酯弹性体涂料干湿交替海洋环境腐蚀快速评价方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种聚 氨 酯弹性体涂料干湿交替海洋环境 腐蚀 快速评价方法， 加速 试验由湿热试验、盐 水 浸渍试验和氙弧灯光老化试验三个试验模 块 组成。采用当量折 算法 将海洋环境的年均 气候 因素折算成各试验模块的试验时间，将各试验模块按试验先后顺序进行6种不同排列并分别进行循环周期试验，用 剥离强度 表征试验结果。以自然环境试验结果为母系列，实验室加速试验结果为子系列，采用灰色关联分析法进行相关性分析，确定其中关联度最高的试验为实验室快速评价方法。本方法能够再现聚氨酯弹性体涂料在服役过程中的腐蚀环境因素，评价结果可靠，与自然老化试验相比试验周期大幅度缩短。，下面是一种聚氨酯弹性体涂料干湿交替海洋环境腐蚀快速评价方法专利的具体信息内容。
1.一种聚氨酯弹性体涂料干湿交替海洋环境腐蚀快速评价方法，由温度为40℃ 60℃、~
湿度为75%RH 85%RH的湿热试验，氯化钠水溶液浓度为3.5wt%、试验温度为40℃ 60℃的盐~ ~
水浸渍试验和辐照强度为0.51W/m2（340nm）的氙弧灯光老化试验三个加速试验模块组成，其评价步骤为：
1）根据海洋环境试验地区的年均气候因素、试验模块试验条件和试验循环周期数，采用当量折算法，确定各加速试验模块的试验时间；
2）确定适用于聚氨酯弹性体涂料的湿热试验、盐水浸渍试验和氙弧灯光老化试验三个加速试验模块的最佳排列顺序：将三个加速试验模块按先后顺序进行全排列组合，与自然环境试验，共得到7组试验方案；按照7组试验方案和试验循环周期数，分别针对聚氨酯弹性体涂料试样，进行以剥离强度为表征结果的试验；以自然环境试验结果为母系列，实验室加速试验结果为子系列，采用灰色关联分析法进行相关性分析，则关联度最高的实验室加速试验结果所对应的，即为三个加速试验模块的最佳排列顺序；
3）根据确定的三个加速试验模块排列顺序和各模块的试验时间，对聚氨酯弹性体涂料进行快速评价。
2.根据权利要求1所述聚氨酯弹性体涂料干湿交替海洋环境腐蚀快速评价方法，其特征在于：所述试验周期数为8-24周期。
3.根据权利要求2所述聚氨酯弹性体涂料干湿交替海洋环境腐蚀快速评价方法，其特征在于：所述试验周期数为12周期。
4.根据权利要求1至3任一项所述的聚氨酯弹性体涂料干湿交替海洋环境腐蚀快速评价方法，其特征在于：采用灰色关联分析法进行相关性分析时，取四组以剥离强度为表征的试验结果。
5.根据权利要求4所述的聚氨酯弹性体涂料干湿交替海洋环境腐蚀快速评价方法，其特征在于：所述的四组以剥离强度为表征的试验结果，包括最后一个试验周期的试验结果。
一种聚氨酯弹性体涂料干湿交替海洋环境腐蚀快速评价方法
一、技术领域
[0001] 本发明属于涂料测试评价技术领域，涉及环境效应评价技术，特别涉及一种聚氨酯弹性 体涂料干湿交替海洋环境腐蚀快速评价方法。二、背景技术
[0002] 聚氨酯弹性体涂料在高湿、高盐雾的海洋环境中使用时，受湿热、海水和紫外线的影响 会发生复杂不可逆的化学和物理变化，导致涂层性能下降或劣化，特别是海上、陆上干湿循 环交替，极易造成防护涂层的损坏。当有海水存在于聚氨酯涂层表面时，随着时间的推移， 水及氯离子通过材料的微孔进入涂层内和涂层下，从而破坏聚氨酯弹性体涂料的防护性能。 在不断的干湿循环过程中，水进入聚氨酯涂层或者涂层失去水，结果使涂层体积膨胀或者表 面收缩，涂层内部产生应力，当应力值累积达到涂层和基底结合强度临界值时，涂层就会从 基体金属上剥落，致使基体金属腐蚀，影响到装备的使用寿命。
[0003] 目前国内外对聚氨酯弹性体涂料的环境效应评价方法主要分为自然环境试验和实验室环 境试验两大类，自然环境试验评价结果可靠，但试验周期长，费用高，稳定性不好。实验室 环境试验主要集中在单因素加速试验，重现性好，试验周期短，费用较低，但是只能考核在 单一环境因素条件下的环境效应，不能对多因素耦合的综合环境适应性作出评价。三、发明内容
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种聚氨酯弹性体涂料干湿交替海洋环境腐蚀快速评 价方法。
[0005] 本发明的目的是这样实现的，首先确定实验室加速模拟试验的试验模块及相应试验条件； 然后采用当量折算法并根据试验循环周期数将海洋环境的年均气候因素折算成各试验模块的 试验时间，将各试验模块按试验先后顺序进行不同排列并分别进行循环周期试验，用剥离强 度表征试验结果；最后采用灰色关联分析法对实验室试验与自然环境试验结果进行相关性分 析，确定其中关联度最高的试验为实验室快速评价方法。
[0006] 本发明涉及的聚氨酯弹性体涂料干湿交替海洋环境腐蚀快速评价方法，由温度为 40℃～60℃、湿度为75％RH～85％RH的湿热试验，氯化钠水溶液浓度为3.5wt％、试验温度为 40℃～60℃的盐水浸渍试验和辐照强度为0.51W/m2(340nm)的氙弧灯光老化试验三个加速试 验模块组成，其评价步骤为：
[0007] 1)根据海洋环境试验地区的年均气候因素、试验模块试验条件和试验循环周期数，采用 当量折算法，确定各加速试验模块的试验时间；
[0008] 2)确定适用于聚氨酯弹性体涂料的湿热试验、盐水浸渍试验和氙弧灯光老化试验三个加 速试验模块的最佳排列顺序：将三个加速试验模块按先后顺序进行全排列组合，与自 然环境试验，共得到7组试验方案；按照7组试验方案和试验循环周期数，分别进行 以剥离强度为表征结果的试验；以自然环境试验结果为母系列，实验室加速试验结果 为子系列，采用灰色关联分析法进行相关性分析，则关联度最高的实验室加速试验结 果所对应的，即为三个加速试验模块的最佳排列顺序；
[0009] 3)根据确定的三个加速试验模块排列顺序和各模块的试验时间，对聚氨酯弹性体涂料 进行快速评价。
[0010] 本发明涉及的聚氨酯弹性体涂料干湿交替海洋环境腐蚀快速评价方法，其特征在于：所 述试验周期数为8-24周期。
[0011] 本发明涉及的聚氨酯弹性体涂料干湿交替海洋环境腐蚀快速评价方法，其特征在于：所 述试验周期数为12周期。
[0012] 本发明涉及的聚氨酯弹性体涂料干湿交替海洋环境腐蚀快速评价方法，其特征在于：采 用灰色关联分析法进行相关性分析时，取四组以剥离强度为表征的试验结果。
[0013] 本发明涉及的聚氨酯弹性体涂料干湿交替海洋环境腐蚀快速评价方法，其特征在于：所 述的四组以剥离强度为表征的试验结果，包括最后一个试验周期的试验结果。
[0014] 本发明涉及的聚氨酯弹性体涂料干湿交替海洋环境腐蚀快速评价方法，能够再现聚氨酯 弹性体涂料在服役过程中的腐蚀环境因素，评价结果准确、可靠，与自然老化试验相比试验 周期大幅度缩短。四、具体实施方式
[0015] 下面结合具体实施例对本发明所涉及的技术方案进行详细说明，但不作为对本发明涉及 技术方案的限制。任何基于本发明涉及技术方案设计的评价方法均构成本发明的一部分。
[0016] 实施例一
[0017] 以厦门地区为例，湿热试验模块试验条件为60℃/85％RH；盐水浸渍试验模块的试验介质 为3.5wt％氯化钠水溶液，试验温度为60℃；氙弧灯光老化模块中辐照强度为0.51W/m2(340nm)。
[0018] 通过查阅厦门地区五年内的气象资料，厦门地区年均温度18.7℃，年均湿度73％。根据下 式计算得到湿热试验的当量折算系数为0.084，则自然环境中一年对应的实验室湿热老化时间 约为720h，以进行12个试验周期数计，每个试验周期内的湿热时间为60h。
[0019]
[0020] 上式中：K为时间折算系数；θ2π2为实际暴露的温度和湿度，θ1π1为加速试验的温度 和湿度，θ1≤60℃时，C＝46.1。
[0022] t＝(E×60％×0.67)/(550J/s·m2×3600s)
[0023] 上式中：E为自然环境中太阳年辐照量(MJ/m2)，t为模拟一年太阳辐照量的实验室光老 化时间(h)。
[0024] 根据下式计算得到盐水浸渍试验的折算系数为0.032，自然环境中一年对应的实验室盐水 浸渍试验时间为280h，则每个试验周期内的盐水浸渍时间约为24h。
[0025] AAF＝1/2.3[(TAA-TRT)/10]
[0026] 上式中：AAF为浸渍试验折算系数，TAA为加速老化温度(℃)，TRT为自然环境温度(℃)。
[0027] 将符合GB/T 15254要求的聚氨酯弹性体涂料试样，按照湿热—盐水浸渍—光老化、湿热— 光老化—盐水浸渍、盐水浸渍—湿热—光老化、盐水浸渍—光老化—湿热、光老化—湿热— 盐水浸渍和光老化—盐水浸渍—湿热共开展6种排列试验，分别进行12个循环周期试验，在第 3、6、9和12个周期试验结束后测定剥离强度，试验结果见表1。
[0028] 表1不同周期循环后聚氨酯弹性体涂料的剥离强度I
[0029]
[0030] 按照“求极差-灰色关联系数-灰色关联度”的次序，以自然环境3个月、6个月、9个月 和12个月试验结果为母系列，其剥离强度分别为133KPa、141KPa、130KPa、126KPa；实验 室加速试验结果为子系列，对厦门地区-各循环试验条件下，聚氨酯弹性体涂料的剥离强度进 行灰色关联度计算，计算方法如下：
[0031] 经无量纲化处理后的母系列和子系列分别为：
[0032] x0＝{x0(k)/k＝1，2，...，10}
[0033] xi＝{xi(k)/k＝1，2，...，10}i＝1，2，...，m
[0034] 求两级的最大差与最小差：
[0035]
[0036]
[0037] 计算关联系数：
[0038]
[0039] 其中ρ∈(0,+∞)，称分辨系数，常取ρ＝0.5。
[0040] 计算关联度：
[0041]
[0042] 根据ri的大小来确定模拟加速试验与自然环境试验的相关程度，ri值越大，表明相关程度 越大，模拟性越好。
[0043] 按照该方法计算各循环试验与厦门地区自然环境试验的灰色关联度，结果见表2。
[0044] 表2各循环试验与厦门地区自然环境试验的灰色关联度I
[0045]
[0046] 从表2中可以看出，在上述试验条件下，光-湿热-浸渍循环试验的相关性最好。利用光- 湿热-浸渍循环试验方法，对聚氨酯弹性体涂料进行12周期的加速模拟试验，每个周期的具 体实验方法为：对聚氨酯弹性体涂料进行84h的光老化实验，辐照强度0.51W/m2(340nm)； 再进行60h的湿热老化实验，温湿度为60℃/85％RH；最后进行24h的盐水浸渍实验，试验温 度60℃。
[0047] 实施例二
[0048] 以厦门地区为例，湿热试验模块试验条件为40℃/80％RH；盐水浸渍试验模块的试验介质 为3.5wt％氯化钠水溶液，试验温度为50℃；氙弧灯光老化模块中辐照强度为0.51W/m2(340nm)。
[0049] 通过查阅厦门地区五年内的气象资料，厦门地区年均温度18.7℃，年均湿度73％。按照实 施例一的方法，计算得到湿热试验的当量折算系数为0.132，则自然环境中一年对应的实验室 湿热老化时间约为1160h，以进行8个试验周期数计，则每个试验周期内的湿热时间为145h。
[0050] 厦门地区年太阳辐射能约为5000MJ/m2，计算得到模拟一年太阳辐照量的实验室光老化时 间为1010h，则每个试验周期内的光老化时间约为126h。
[0051] 计算得计算得到盐水浸渍试验的折算系数为0.074，自然环境中一年对应的实验室盐水浸 渍试验时间为646h，则每个试验周期内的盐水浸渍时间约为81h。
[0052] 将符合GB/T 15254要求的聚氨酯弹性体涂料试样，按照湿热—盐水浸渍—光老化、湿热— 光老化—盐水浸渍、盐水浸渍—湿热—光老化、盐水浸渍—光老化—湿热、光老化—湿热— 盐水浸渍和光老化—盐水浸渍—湿热共开展6种排列试验，分别进行8个循环周期试验，在第2、 4、6和8个周期试验结束后测定剥离强度，试验结果见表3。
[0053] 表3不同周期循环后聚氨酯弹性体涂料的剥离强度II
[0054]
[0055] 按照“求极差-灰色关联系数-灰色关联度”的次序，以自然环境3个月、6个月、9个月 和12个月试验结果为母系列，其剥离强度分别为133KPa、141KPa、130KPa、126KPa；实验 室加速试验结果为子系列，对厦门地区-各循环试验条件下，聚氨酯弹性体涂料的剥离强度进 行灰色关联度计算，各循环试验与厦门地区自然环境试验的灰色关联度，结果见表4。
[0056] 表4各循环试验与厦门地区自然环境试验的灰色关联度II
[0057]
[0058] 从表4中可以看出，在上述试验条件下，光-浸渍-湿热循环试验的相关性最好。利用光- 浸渍-湿热循环试验方法，对聚氨酯弹性体涂料进行8周期的加速模拟试验，每个周期的具体 实验方法为：对聚氨酯弹性体涂料进行126h的光老化实验，辐照强度0.51W/m2(340nm)； 再进行81h的盐水浸渍实验，试验温度50℃；最后进行145h的湿热老化实验，温湿度为40℃ /80％RH。
[0059] 实施例三
[0060] 以厦门地区为例，湿热试验模块试验条件为50℃/75％RH；盐水浸渍试验模块的试验介质 为3.5wt％氯化钠水溶液，试验温度为40℃；氙弧灯光老化模块中辐照强度为0.51W/m2(340nm)。
[0061] 通过查阅厦门地区五年内的气象资料，厦门地区年均温度18.7℃，年均湿度73％。按照实 施例一的方法，计算得到湿热试验的当量折算系数为0.117，自然环境中一年对应的实验室湿 热老化时间约为1022h，以进行24个试验周期数计，则每个试验周期内的湿热时间为43h。
[0062] 厦门地区年太阳辐射能约为5000MJ/m2，根据下式计算得到模拟一年太阳辐照量的实验室 光老化时间为1010h，则每个试验周期内的光老化时间约为42h。
[0063] 计算得到盐水浸渍试验的折算系数为0.170，自然环境中一年对应的实验室盐水浸渍试验 时间为1486h，则每个试验周期内的盐水浸渍时间约为62h。
[0064] 将符合GB/T 15254要求的聚氨酯弹性体涂料试样，按照湿热—盐水浸渍—光老化、湿热— 光老化—盐水浸渍、盐水浸渍—湿热—光老化、盐水浸渍—光老化—湿热、光老化—湿热— 盐水浸渍和光老化—盐水浸渍—湿热共开展6种排列试验，分别进行24个循环周期试验，在第 6、12、18和24个周期试验结束后测定剥离强度，试验结果见表5。
[0065] 表5不同周期循环后聚氨酯弹性体涂料的剥离强度III
[0066]
[0067] 按照“求极差-灰色关联系数-灰色关联度”的次序，以自然环境3个月、6个月、9个月 和12个月试验结果为母系列，其剥离强度分别为133KPa、141KPa、130KPa、126KPa；实验 室加速试验结果为子系列，对厦门地区-各循环试验条件下，聚氨酯弹性体涂料的剥离强度进 行灰色关联度计算，得到各循环试验与厦门地区自然环境试验的灰色关联度，结果见表6。
[0068] 表6各循环试验与厦门地区自然环境试验的灰色关联度III
[0069]
[0070] 从表6中可以看出，在上述试验条件下，湿热-光-浸渍循环试验的相关性最好。利用湿 热-光-浸渍循环试验方法，对聚氨酯弹性体涂料进行24周期的加速模拟试验，每个周期的具 体实验方法为：对聚氨酯弹性体涂料进行43h的湿热老化实验，温湿度为50℃/75％2
RH；再进 行42h的光老化实验，辐照强度0.51W/m (340nm)；最后进行62h的盐水浸渍实验，试验温 度40℃。
RH；再进 行42h的光老化实验，辐照强度0.51W/m (340nm)；最后进行62h的盐水浸渍实验，试验温 度40℃。
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