换热器导热自清洁抗冲蚀涂层的制备及其性能研究

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换热器是工矿、电力、化工、航天等行业中的关键装备,但是其腐蚀问题非常严峻。换热器腐蚀不仅会降低换热器的使用寿命,影响正常的生产,还会造成每年经济损失约三千亿美元。传统防腐技术包括:添加化学药剂、牺牲阳极的阴极保护法、使用耐腐蚀金属材料等。防腐涂层技术是将涂层喷涂在换热器表面,可以有效隔绝金属材料与环境介质中的腐蚀性液体和颗粒物等的接触,防止了金属材料表面化学反应和冲刷腐蚀的形成,减少了换热器的腐蚀,从而保护设备,在换热器防腐方面得到了广泛应用。目前商用防腐涂层有丙烯酸、改性有机硅、环氧呋喃、环氧酚醛、改性酚醛树脂、环氧氨基和氟碳涂料等。但这些防腐涂料的制备和性能也存在缺陷,如溶剂使用量大且易挥发、固化温度高且耗时长、硬度低、易被污染、抗冲刷性能低、制备成本高等。因而急需开发一种自清洁、耐腐蚀、导热性能好、成本低、易于现场应用的防腐涂层。本文为了降低换热器的防腐成本和便于现场施工等,选择氧化铝、石墨、双酚A环氧树脂和593固化剂作为制备复合涂层的材料。本文通过共混的方式,将不同粒径、类型和负载量的导热填料与环氧树脂共混制备了导热复合涂层,并通过低表面能氟化物对复合涂层表面进行疏水改性,考察了填料的粒径、类型和负载量对环氧树脂复合涂层表面粗糙度、导热性能、疏水性能和抗冲刷性能等的影响。主要研究结果如下:(1)通过共混的方式,在相同负载量下,将不同粒径氧化铝(Al2O3)导热填料与环氧树脂(Epoxy)所制备的Epoxy/Al2O3导热复合材料涂覆和喷涂于铝片上,并对所制备复合涂层表面进行疏水改性。研究Al2O3颗粒的粒径对复合涂层的导热系数,发现,填充30 nm、1~3μm、20μm的Al2O3所制备复合涂层的导热性能相近,其中填充30 nm Al2O3的复合涂层热分布均匀,具有最好的导热性能,为2.52 W/m·k,填充74μm复合涂层的导热性能最差,为1.6 W/m·k;不同粒径Al2O3所制备复合涂层的抗冲刷性能不同,Epoxy/A74的失重率重大,为0.6143 mg/g。(2)填料的分散行为对提高聚合物复合材料的导热系数具有重要影响,不同粒径的Al2O3颗粒在环氧树脂中表现出不同的分散行为。随着粒径的增大,聚集体逐渐明显,当粒径大于20μm时,形成微乳突。填料粒径越小,分散越均匀,形成的传导路径越连续。(3)通过共混的方法将石墨(graphite)添加到Epoxy中制备了Epoxy/graphite复合涂层,复合涂层的导热系数随着graphite负载量的增加而提高,在70 wt%的负载量下,Epoxy/graphite的导热性能大于Epoxy/Al2O3,分别为2.85 W/m·k和2.52W/m·k。为了增加复合涂层的耐磨性能向Epoxy/graphite复合涂层中以共混和接枝的方式添加了1.5 wt%的氧化镧(La2O3),结果表明,Epoxy/graphite@La2O3复合涂层的抗冲刷性能最好,当填料负载量为65 wt%时,Epoxy/graphite、Epoxy/graphite/La2O3、Epoxy/graphite@La2O3的失重率分别为0.1195 mg/g、0.0558 mg/g、0.0398 mg/g。La2O3的添加不仅提高了复合涂层耐磨、抗裂的性能,还改变了复合涂层的结构,使得复合涂层更加致密,且使得复合涂层的亲水性能发生了改变,当石墨添加量较大时,由超亲水变为亲水性。
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