用于修复金属表面损伤的防护涂层、制备方法及复合材料技术

本发明专利技术提供了一种用于修复金属表面损伤的防护涂层、制备方法及复合材料。所述防护涂层设置于金属材料基体损伤区域表面，包括由内而外依次设置于所述金属材料基体损伤区域表面的树脂材料层、纤维布层及快速固化树脂层，其中所述纤维布层包括经过表面修饰的纤维布，所述快速固化树脂层包括光敏剂或光引发剂，所述快速固化树脂层还包括光固化树脂和经共价键或非共价键改性的功能性纳米材料。本发明专利技术的防护涂层具有较高的抗冲蚀磨损和抗腐蚀效果，通过在快速固化树脂中添加改性的功能性纳米材料以及对纤维布进行修饰处理，改善了防护涂层各层之间的界面性能，使得防护涂层能够抵抗海洋苛刻环境下对金属材料基体表面进行的腐蚀、外力撞击和冲蚀等损害。外力撞击和冲蚀等损害。外力撞击和冲蚀等损害。

【技术实现步骤摘要】
用于修复金属表面损伤的防护涂层、制备方法及复合材料


[0001]本专利技术涉及复合材料
，具体而言，涉及一种用于修复金属表面损伤的防护涂层、制备方法及复合材料。

技术介绍

[0002]海洋苛刻环境下，各种海洋工程材料长期处于高温、高湿、高盐雾的海洋环境中，尤其是在持续的浪花冲蚀、潮差区海水及泥沙的冲蚀磨损及腐蚀作用下，易造成金属材料的加速损伤失效。此外，钢管桩等表面一旦出现腐蚀损伤情况，在上述苛刻环境条件的交变耦合作用下将造成更加严重的腐蚀损伤，从而大大降低桥梁的服役寿命，对人民的生命安全造成重大隐患，也将造成严重的经济损失。

技术实现思路

[0003]本专利技术解决的问题是海水中钢管桩等易受海洋苛刻环境影响造成腐蚀损伤，存在安全隐患，降低其服役寿命。
[0004]为解决上述问题，本专利技术提供用于修复金属表面损伤的防护涂层，设置于金属材料基体损伤区域表面，包括由内而外依次设置于所述金属材料基体损伤区域表面的树脂材料层、纤维布层及快速固化树脂层，其中，所述纤维布层包括经过表面修饰的纤维布，所述快速固化树脂层包括光敏剂或光引发剂，所述快速固化树脂层还包括光固化树脂和经共价键或非共价键改性的功能性纳米材料。
[0005]较佳地，所述经共价键或非共价键改性的功能性纳米材料的添加量为0.5wt％
‑
5wt％，所述光敏剂或所述光引发剂的含量为6wt％
‑
10wt％。
[0006]较佳地，所述纤维布包括超高分子量聚醚醚酮纤维、纳米纤维素纤维、碳纳米管纤维、碳化钛纳米纤维及氟碳纤维中的至少一种。
[0007]较佳地，所述功能性纳米材料包括二维片层材料、纳米颗粒和棒状纳米材料中的一种。
[0008]较佳地，所述功能性纳米材料包括碳化钛、石墨相氮化碳、氟化石墨烯颗粒、球形氮化硼颗粒、碳化铌和片状超高分子量聚乙烯中的一种。
[0009]本专利技术还提供一种防护涂层的制备方法，用于制备如上所述的用于修复金属表面损伤的防护涂层，包括：
[0010]将树脂材料涂覆至所述金属材料基体损伤区域，在所述金属材料基体损伤区域表面制得树脂材料层；
[0011]将纤维布进行表面修饰后粘贴到所述树脂材料层，在所述树脂材料层表面形成纤维布层；
[0012]将光敏剂或光引发剂加入光固化树脂中混合均匀，对功能性纳米材料进行改性处理，得到经共价键或非共价键改性的功能性纳米材料，并将所述经共价键或非共价键改性的功能性纳米材料加入所述光固化树脂中，得到光固化复合树脂，并将所述光固化复合树
脂涂覆至所述纤维布层，在所述纤维布层表面形成快速固化树脂层；
[0013]采用太阳光或紫外波段光线照射所述快速固化树脂层设定时间，制得用于修复金属表面损伤的防护涂层。
[0014]较佳地，所述纤维布的表面修饰方法为：将所述纤维布先进行表面官能团化处理，再将官能团化处理后的纤维布表面接枝功能化高分子。
[0015]较佳地，所述功能性纳米材料的改性处理过程包括：首先将所述功能性纳米材料进行多表面改性，再进行多尺度界面调控处理。
[0016]较佳地，当采用太阳光照射所述用于修复金属表面损伤的防护涂层时，所述设定时间为1h
‑
2h；
[0017]当采用紫外波段光线照射所述用于修复金属表面损伤的防护涂层时，所述紫外波段光线的波长范围为330nm
‑
405nm，所述设定时间小于或等于10min。
[0018]本专利技术还提供一种复合材料，包括金属材料基体和如上所述的用于修复金属表面损伤的防护涂层，或者如上所述的防护涂层的制备方法制得的用于修复金属表面损伤的防护涂层。
[0019]本专利技术提供的用于修复金属表面损伤的防护涂层及涂层制备方法相较于现有技术的有益效果分别如下：
[0020]本专利技术的防护涂层，通过底层树脂涂覆于金属材料基体的受损表面，中间纤维布层经表面改性提高纤维布层与底层和表层两树脂之间的界面性能，表层树脂为纳米材料增强的快速固化树脂，且纳米材料经改性后大幅提高了纳米材料与快速固化树脂之间的界面性能，由此制得纳米材料和纤维增强的复合材料。该复合材料具有较高的抗冲击性能和韧性，可以快速修复钢管桩表面的损伤，并在钢管桩后期服役过程中抵抗高湿高热高盐雾的海洋环境造成的腐蚀损伤，以及抵抗浪花飞溅区由于海浪的拍打和泥沙的冲蚀带来的冲击损伤。
[0021]采用本专利技术方法制得的防护涂层具有较高的抗冲蚀磨损效果和抗腐蚀防护效果。通过在快速固化树脂中添加改性的功能性纳米材料以及对纤维布进行修饰处理，改善了防护涂层各层之间的界面性能(界面相容性和界面剪切强度)，使得防护涂层能够抵抗海洋苛刻环境下对金属材料基体表面进行的腐蚀、击打和冲蚀等损害。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例中防护涂层的制备方法流程图；
[0023]图2为本专利技术实施例1制得的防护涂层的表面光学照片；
[0024]图3为本专利技术实施例1制得的防护涂层冲蚀磨损后的表面形貌图；
[0025]图4为本专利技术实施例1制得的防护涂层的电化学阻抗曲线图。
具体实施方式
[0026]海洋苛刻环境下，金属材料极易受损，包括海洋高湿高热高盐雾环境下造成的局部腐蚀点蚀坑、腐蚀穿孔、均匀腐蚀等造成的金属材料厚度减薄，以及金属表面由于刮伤、划擦等造成的质量损失，以及海浪拍打及泥沙冲蚀等造成的冲蚀磨损等损伤，现有技术中通常采用纤维预浸料的形式来修复金属材料的损伤，如钢管桩等材料长时间受冲刷腐蚀，
这种修复方式无法满足海洋苛刻环境下尤其是浪花飞溅区材料的长寿命安全服役要求。由此，本专利技术提供用于修复金属表面损伤的防护涂层以及该防护涂层的制备方法，为修复金属材料腐蚀损伤的涂层制备提供了新的思路。
[0027]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明。
[0028]本专利技术实施例提供用于修复金属表面损伤的防护涂层(以下简称为防护涂层)，设置于金属材料基体损伤区域表面，包括由内而外依次设置于金属材料基体损伤区域表面的树脂材料层(也称为内层树脂或底层树脂)、纤维布层及快速固化树脂层(也称为外层树脂或表层树脂)，其中，纤维布层包括经过表面修饰的纤维布，快速固化树脂层包括光敏剂或光引发剂，快速固化树脂层还包括光固化树脂和经共价键或非共价键改性的功能性纳米材料。
[0029]其中，树脂材料层作为内层树脂，主要用于将由外层树脂和纤维布构成的复合涂层粘接至金属基体表面，纤维布层作为中间层，为经过表面修饰后的纤维布，通过表面修饰可以提高其与内外层树脂之间的界面相容性和界面剪切强度，从而使得纤维布与树脂材料层及快速固化树脂层之间具有优异的界面性能，提高防护涂层整体的抗腐蚀和抗冲击性能。
[0030]本实施例在钢管桩等金属材料基体的腐蚀损伤区域表面设置防护涂层，利用纤维布的强韧性获得具有支撑结构的复合涂层，并在快速固化树脂中加入功能性纳米材料，且功能性纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于修复金属表面损伤的防护涂层，其特征在于，设置于金属材料基体损伤区域表面，包括由内而外依次设置于所述金属材料基体损伤区域表面的树脂材料层、纤维布层及快速固化树脂层，其中，所述纤维布层包括经过表面修饰的纤维布，所述快速固化树脂层包括光敏剂或光引发剂，所述快速固化树脂层还包括光固化树脂和经共价键或非共价键改性的功能性纳米材料。2.根据权利要求1所述的用于修复金属表面损伤的防护涂层，其特征在于，所述经共价键或非共价键改性的功能性纳米材料的添加量为0.5wt％
‑
5wt％，所述光敏剂或所述光引发剂的含量为6wt％
‑
10wt％。3.根据权利要求1所述的用于修复金属表面损伤的防护涂层，其特征在于，所述纤维布包括超高分子量聚醚醚酮纤维、纳米纤维素纤维、碳纳米管纤维、碳化钛纳米纤维及氟碳纤维中的至少一种。4.根据权利要求1所述的用于修复金属表面损伤的防护涂层，其特征在于，所述功能性纳米材料包括二维片层材料、纳米颗粒和棒状纳米材料中的一种。5.根据权利要求4所述的用于修复金属表面损伤的防护涂层，其特征在于，所述功能性纳米材料包括碳化钛、石墨相氮化碳、氟化石墨烯颗粒、球形氮化硼颗粒、碳化铌和片状超高分子量聚乙烯中的一种。6.一种防护涂层的制备方法，其特征在于，用于制备如权利要求1
‑
5任一项所述的用于修复金属表面损伤的防护涂层，包括：将树脂材料涂覆至所述金属材料基体损伤区域，在所述金属材料基体损伤区域表面制得树脂材料层；将纤维布进行表面修饰后粘贴到所述树脂材料层，在...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵文杰，吴英豪，吴杨敏，赵清源，王立平，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：