蔡嘉辉， 孙晓峰， 邱 骥， 宋 巍， 马世宁

(装甲兵工程学院装备维修与再制造工程系， 北京 100072)

感应加热对甲板防滑底漆粘接性能的影响

蔡嘉辉， 孙晓峰， 邱 骥， 宋 巍， 马世宁

(装甲兵工程学院装备维修与再制造工程系， 北京 100072)

为研究感应加热方法对甲板防滑底漆粘接性能的影响，利用傅里叶变换红外光谱(Fourier Transform Infrared Spectroscopy, FT-IR)分析仪表征界面处底漆改性效果，借助同步热分析仪研究底漆热稳定性，通过电子万能试验机测试不同温度下试样的剪切强度。结果表明: 电磁感应使钢板表面温度升高，导致底漆失重分解并发生玻璃化转变，粒子热运动振幅增大，界面处极性官能团减少，配价键力减小，防滑底漆与钢表面之间的粘接力减小；剪切强度随温度升高呈先快后慢的下降趋势，在25～100 ℃范围内下降了87.6%，而在100～175 ℃范围内只下降了7.5%。

防滑底漆；粘接性能；感应加热；红外光谱；剪切强度

甲板防滑涂层是保护甲板免遭腐蚀、满足车辆防滑以及舰载机起降作业等所需高摩擦因数、耐高温、耐冲击等特殊要求的有效措施之一[1]。但由于长时间暴露在海上恶劣的自然环境中，加之使用过程中一些人为因素的影响，舰用甲板涂层容易老化磨损，导致其无法满足使用要求。相关技术资料显示:美国海军自2008年起采用电磁感应除漆技术，用于潜艇表面消声瓦的去除修理及飞机跑道环氧金刚砂涂层的去除。

相比于传统的除漆方法[2-5]，电磁感应除漆时在钢板表面产生热量，利用高温破坏涂层与基体结合，使涂层翘起和剥落，具有安静、快速、清洁和安全的特点。笔者以甲板通用防滑底漆为试验对象，研究感应加热对底漆粘接性能和化学成分的影响，以期为电磁感应除漆技术的机理研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料及制备

甲板钢10CrNi3MoV化学成分如表1所示。甲板防滑通用底漆为双组分环氧树脂(AFDC-D，海洋化工研究院)，其主要成分为双酚A环氧树脂，其中环氧树脂与固化剂的质量比为4∶1。

根据GJB 444—1988胶粘剂高温拉伸剪切强度试验方法(金属对金属)的规定，首先，将甲板钢线切割成100 mm×25 mm×2 mm的片状试样，试样两端各打一个直径为7 mm的孔，试样形状与规格如图1所示[6]；其次，用150#水磨砂纸打磨，并用丙酮清洗，以去除表面的污染物，用热风吹干；最后，取一定量的环氧树脂到胶碟中，再将对应质量比的固化剂加入胶碟搅拌，使其混合均匀，而后将搅拌均匀的甲板防滑底漆涂敷在表面经处理的钢片表面，使二者粘在一起。胶接缝长度为12.5 mm，常温下固化24 h[7]。

表1 甲板钢10CrNi3MoV化学成分

图1 试样形状与规格

1.2 表征手段与性能测试

红外光谱由美国Thermo Fisher Scientific公司的Nicolet IS50傅里叶变换红外光谱(Fourier Transform Infrared Spectroscopy, FT-IR)分析仪测定，波长范围为350～7 800 cm-1，光谱分辨率优于0.09 cm-1，波数精度优于0.01 cm-1。为获得底漆表层有机成分信息，采用衰减全反射(Attenuated Total Reflection，ATR)法。

采用德国NETZSCH公司的NETZSCH STA 409 PC/PG同步热分析仪进行热重分析(Thermal Gravimetric Analysis, TG)和差示扫描量热(Differential Scanning Calorimetry，DSC)分析。工艺参数为：空气气氛，气体流量为20 mL/min，升温速率为10 ℃/min；甲板通用防滑底漆用量为7 mg，温度范围为40～300 ℃，升温速率为10 ℃/min。

按照GJB444—1988的要求，利用美国MTS公司MTS Exceed 40高温电子万能试验机(如图2所示)，测试25、50、75、100、125、150、175 ℃时剪切强度，设定万能试验机的拉伸速率为5 mm/min，每个温度点平行测试5组，取平均值[6]。

2 结果与分析

2.1 FT-IR分析

图2 电子万能试验机

图3 感应加热处理前后防滑底漆FT-IR图谱

2.2 热稳定性

防滑底漆的TG曲线和DTG(Differential Thermal Gravity)曲线如图4所示。由TG曲线可以看出：当温度低于80 ℃时，TG曲线并无下降的趋势，这是因为样品外表面对气体的物理和化学吸附作用与样品挥发作用相抵消；当温度高于80 ℃时，TG曲线呈现下降趋势，这是因为样品中水分、易挥发的有机物及吸附的小分子物的挥发速度大于样品对气体的吸附速度。由DTG曲线可以看出：温度在80～140 ℃之间时，失重速率增加，表明样品中挥发成分加速析出；140 ℃后失重速率下降，主要是因为样品中易挥发物质含量降低；205 ℃后失重速率再次回升，在该失重区内除发生端基消除外，还含有较多未参与固化的低分子质量的组分[10]。

图4 防滑底漆的TG曲线和DTG曲线

防滑底漆的DSC曲线如图5所示，可以看出：防滑底漆的玻璃化转变温度Tg=120.1 ℃。当温度超过Tg时，分子热运动的能量已经足以克服旋转的能垒，这时链段运动被激发，甚至部分链段发生滑移；高分子链段的运动会破坏已形成的配价键，进一步降低剪切强度[11]。

图5 防滑底漆的DSC曲线

2.3 温度对剪切强度的影响

剪切强度随温度的变化如图6所示。可以看出：25 ℃时剪切强度为12.6 MPa，100 ℃时仅为1.71 MPa，下降了87.6%；温度大于100 ℃后，剪切强度下降缓慢，175 ℃时剪切强度为0.64 MPa，较100 ℃时下降了7.5%。剪切强度随温度的这种变化趋势，其原因主要有以下2点：1)在25～100 ℃范围内，每个粒子的热能随着温度的升高而增大，导致振幅也随之增大，大量粒子的间距超过配价键力和范德华力的作用范围，结合强度迅速下降；2)温度超过100 ℃后，因粒子振幅进一步增大，大部分配价键力和范德华力消失，伴随着构成粘接力来源的羟基等极性基团的端基消除反应，剪切强度缓慢下降[12-14]。

图6 剪切强度随温度的变化

3 结论

利用FT-IR分析仪表征了界面处底漆改性效果，借助同步热分析仪研究了底漆热稳定性，并通过电子万能试验机测试了不同温度下试样的剪切强度。结果表明：极性基团的含量对粘接强度起主要作用，电磁感应引起钢板表面温度迅速升高，粒子热运动振幅超过范德华力和配价键力作用范围，粘接强度下降；同时界面处极性官能团减少，底漆失重分解并发生玻璃化转变。下一步,可根据这一机理指导电磁感应除漆相关工艺参数的优化，在最合适的功率下达到最佳的除漆效果。

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(责任编辑: 尚菲菲)

Effect of Electromagnetic Induction on the Bonding Property of Nonskid Primer on Deck

CAI Jia-hui, SUN Xiao-feng, QIU Ji, SONG Wei, MA Shi-ning

(Department of Equipment Remanufacture Engineering, Academy of Armored Force Engineering, Beijing 100072, China)

To study the effect of induction heating on the bonding property of nonskid primer on deck, the Fourier Transform Infrared Spectroscopy(FT-IR)analyzer is used to indicate the modification effect of interface primer, the thermal stability of nonskid primer is measured by synchronous thermal analyzer, and the shear strength between nonskid primer and steel plate is tested with a universal electronic testing machine under different temperatures. Results show that the high temperature caused by induction heating leads to weight loss of steel plate surface and decomposition of nonskid primer, increase of thermal motion amplitude of particles, decrease of coordinate force and reduction of polar functional groups at the interface and decrease of bonding force between nonskid primer and steel surface. The shear strength decreases rapidly and then slower as temperature increases. It decreases by 87.6% in the temperature range of 25-100 ℃ while only 7.5% in the range of 100-175 ℃.

nonskid primer; bonding property; induction heating; infrared spectroscopy; shear strength

1672-1497(2016)05-0091-04

2016-05-31

军队科研计划项目

蔡嘉辉(1991-)，男，硕士研究生。

TQ637.2

A

10.3969/j.issn.1672-1497.2016.05.019