A análise do desempenho da resistência à baixa temperatura das superfícies sólidas acrílicas deve ser realizada a partir de três dimensões: estrutura do material, resposta mecânica e interação ambiental, e uma avaliação abrangente deve ser realizada em combinação com testes de laboratório e cenários de aplicação reais. A análise a seguir é realizada a partir de três aspectos: indicadores -chave de desempenho, métodos de teste e mecanismos de falha:
Primeiro, mudanças nas propriedades físicas em ambientes de baixa temperatura
A influência da temperatura de transição vítrea (TG)
O TG da resina acrílica é geralmente entre 0 ℃ e 50 ℃. Quando a temperatura ambiente é menor que o TG, o revestimento muda de um estado altamente elástico para um estado vítreo, e a capacidade de movimento da cadeia molecular diminui significativamente. Por exemplo, um revestimento com um TG de 10 ℃ pode ter sua flexibilidade reduzida em mais de 50% em um ambiente de -10 ℃, resultando em um declínio na resistência ao impacto.
Fenômeno de fragilização de baixa temperatura
Brittle fracture may occur in the coating within the range of -30℃ to -50℃. It can be observed through the notch impact test that the coating with ductile fracture at room temperature transforms into brittle fracture at low temperature, and the cross-section shows a mirror-like feature, indicating that the crack propagation energy is significantly reduced.
Accumulation of contraction stress
Low temperature causes the volume of the coating to shrink. If the thermal expansion coefficient does not match that of the substrate, it may trigger interfacial stress. For example, the shrinkage rate difference between the coating and the metal substrate may reach 0.5% at -20℃, resulting in a decrease in adhesion or coating cracking.
Segundo, o método de teste para desempenho de baixa temperatura
Teste de temperatura de fragilização de baixa temperatura
De acordo com o padrão GB/T 5470-2008, as amostras de revestimento foram colocadas no equipamento resfriado por nitrogênio líquido e resfriadas a uma taxa de 2 ℃/min. A temperatura na qual o revestimento quebrou foi registrado. A temperatura de fragilização dos revestimentos típicos de acrílico está entre -40 ℃ e -60 ℃. Abaixo desta temperatura, o revestimento é propenso a danos catastróficos.
Teste de flexão de baixa temperatura
Depois de manter a amostra revestida em -20 ℃, -40 ℃ e -60 ℃ por 2 horas, conduza imediatamente um teste de flexão de 180 °. Observe se há rachaduras ou descascamento na superfície do revestimento. Por exemplo, quando o raio de flexão é inferior a 5 mm a -40 ℃, o revestimento pode desenvolver micro -trações no nível de 0,1 mm.
Teste de adesão de baixa temperatura
Depois de ser mantido na temperatura definida por 30 minutos, a adesão foi avaliada pelo método da grade. Por exemplo, um revestimento com o grau 0 de adesão à temperatura ambiente pode cair para o grau 2 em -30 ℃, indicando que a baixa temperatura leva ao enfraquecimento da força de ligação interfacial.
Teste de ciclagem de baixa temperatura
To simulate the temperature difference between day and night, the coating sample was subjected to 100 cold and hot cycles within the range of -40℃ to 20℃, with each cycle lasting for 2 hours. Observe whether the coating shows powdering, bubbling or peeling, and evaluate its long-term weather resistance.
Third, failure mechanisms in low-temperature environments
Cracking caused by internal stress
Low-temperature shrinkage causes tensile stress within the coating. When the stress exceeds the tensile strength of the coating, it may trigger cracks perpendicular to the surface. For example, a coating with a thickness of 100μm may produce radial cracks 0.2mm wide at -50℃.
Interface debonding
If the adhesion between the coating and the substrate is insufficient, low-temperature shrinkage may cause interface peeling. It can be observed through SEM that the cross-section of the coating treated at -30℃ shows obvious interlayer separation, and the residue at the interface is reduced.
Microphase separation intensifies
At low temperatures, the compatibility between the soft and hard segments in acrylic resin decreases, which may lead to microphase separation. For instance, copolymers with significant differences in Tg may exhibit phase separation structures at the 5-10μm level at -20 ° C, which affects the uniformity of the coating.
Fourth, verification of actual application scenarios
The exterior walls of buildings in extremely cold regions
In an environment of -40℃, the coating’s resistance to freeze-thaw cycles needs to be verified. For example, soak the coated sample in water and freeze it at -40℃, then transfer it to 20℃ for melting. Repeat this 50 times and observe whether the coating peels off.
Cold chain transportation equipment
For cold storage environments ranging from -25℃ to -18℃, it is necessary to test the corrosion resistance of the coating under low-temperature and high-humidity conditions. For example, after the coating is maintained at -20℃ and 90%RH for 72 hours, whether white frost or rust appears on the surface.
Coating of polar equipment
Sob condições extremamente frias de -60 ℃, a resistência ao impacto do revestimento precisa ser avaliada. Por exemplo, foi adotado um teste de impacto do martelo. O revestimento foi impactado em -60 ℃ com uma energia de 1J e foi registrado se ocorreram rachaduras visíveis.
Quinto, direção de otimização de desempenho
Projeto de estrutura molecular
A introdução de segmentos flexíveis (como acrilato de butil) pode reduzir a TG e melhorar a tenacidade de baixa temperatura. Por exemplo, copolimerizar acrilato de etila com acrilato de butil pode reduzir o TG de 20 ℃ para -10 ℃, melhorando significativamente o desempenho de baixa temperatura.
Regulação da densidade de reticulação
A reticulação moderada pode aumentar a força do revestimento, mas a reticulação excessiva reduzirá sua flexibilidade. Por exemplo, ao ajustar a dosagem do agente de reticulação, a temperatura de fragilização de baixa temperatura pode ser reduzida em 10 ℃, mantendo a dureza.
Modificação de preenchimento
A adição de preenchimentos em nanoescala (como sílica fumada) pode inibir a propagação da trinca. Por exemplo, a adição de 5% de nano -filas pode aumentar o alongamento no intervalo do revestimento em 20% em -40 ℃.
