The analysis of the low-temperature resistance performance of acrylic solid surfaces should be carried out from three dimensions: material structure, mechanical response and environmental interaction, and a comprehensive assessment should be conducted in combination with laboratory tests and actual application scenarios. The following analysis is carried out from three aspects: key performance indicators, test methods and failure mechanisms:
First, changes in physical properties in low-temperature environments
The influence of glass transition temperature (Tg)
TG ของอะคริลิคเรซินมักจะอยู่ระหว่าง 0 ℃ถึง 50 ℃ เมื่ออุณหภูมิแวดล้อมต่ำกว่า TG การเคลือบจะเปลี่ยนจากสถานะที่ยืดหยุ่นสูงเป็นสถานะแก้วและความสามารถในการเคลื่อนไหวของโซ่โมเลกุลจะลดลงอย่างมีนัยสำคัญ ตัวอย่างเช่นการเคลือบที่มี TG 10 ℃อาจมีความยืดหยุ่นลดลงมากกว่า 50% ในสภาพแวดล้อม -10 ℃ส่งผลให้ความต้านทานต่อแรงกระแทกลดลง
ปรากฏการณ์ embrittlement อุณหภูมิต่ำ
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.
Second, the testing method for low-temperature performance
Low-temperature embrittlement temperature test
In accordance with the GB/T 5470-2008 standard, the coating samples were placed in the fixture cooled by liquid nitrogen and cooled at a rate of 2℃/min. The temperature at which the coating broke was recorded. The embrittlement temperature of typical acrylic coatings is between -40℃ and -60℃. Below this temperature, the coating is prone to catastrophic damage.
Low-temperature bending test
หลังจากเก็บตัวอย่างที่เคลือบไว้ที่ -20 ℃, -40 ℃และ -60 ℃เป็นเวลา 2 ชั่วโมงให้ทำการทดสอบการดัด 180 °ทันที สังเกตว่ามีรอยแตกหรือลอกบนพื้นผิวของการเคลือบ ตัวอย่างเช่นเมื่อรัศมีการดัดงอน้อยกว่า 5 มม. ที่ -40 ℃การเคลือบอาจพัฒนา microcracks ในระดับ 0.1 มม.
การทดสอบการยึดเกาะอุณหภูมิต่ำ
หลังจากได้รับการบำรุงรักษาที่อุณหภูมิที่ตั้งไว้เป็นเวลา 30 นาทีการยึดเกาะจะถูกประเมินโดยวิธีกริด ตัวอย่างเช่นการเคลือบที่มีการยึดเกาะเกรด 0 ที่อุณหภูมิห้องอาจลดลงถึงเกรด 2 ที่ -30 ℃ซึ่งบ่งชี้ว่าอุณหภูมิต่ำนำไปสู่การลดลงของแรงพันธะอินเตอร์เซียล
การทดสอบการขี่จักรยานอุณหภูมิต่ำ
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
หากการยึดเกาะระหว่างการเคลือบและสารตั้งต้นนั้นไม่เพียงพอการหดตัวอุณหภูมิต่ำอาจทำให้เกิดการลอกส่วนต่อประสาน สามารถสังเกตได้ผ่าน SEM ว่าส่วนตัดของการเคลือบที่ได้รับการรักษาที่ -30 ℃แสดงการแยก interlayer ที่ชัดเจนและสารตกค้างที่ส่วนต่อประสานจะลดลง
การแยกไมโครโฟนทวีความรุนแรงมากขึ้น
ที่อุณหภูมิต่ำความเข้ากันได้ระหว่างส่วนที่อ่อนนุ่มและแข็งในอะคริลิคเรซินลดลงซึ่งอาจนำไปสู่การแยกไมโครเฟส ตัวอย่างเช่นโคพอลิเมอร์ที่มีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญใน TG อาจแสดงโครงสร้างการแยกเฟสที่ระดับ5-10μmที่ -20 ° C ซึ่งมีผลต่อความสม่ำเสมอของการเคลือบ
ประการที่สี่การตรวจสอบสถานการณ์แอปพลิเคชันจริง
ผนังด้านนอกของอาคารในภูมิภาคที่หนาวเย็นมาก
ในสภาพแวดล้อมที่ -40 ℃ความต้านทานของการเคลือบจะต้องตรวจสอบวัฏจักรการแช่แข็ง ตัวอย่างเช่นแช่ตัวอย่างเคลือบในน้ำและแช่แข็งที่ -40 ℃จากนั้นโอนไปที่ 20 ℃สำหรับการละลาย ทำซ้ำ 50 ครั้งและสังเกตว่าการเคลือบปิดหรือไม่
อุปกรณ์ขนส่งโซ่เย็น
สำหรับสภาพแวดล้อมการจัดเก็บเย็นตั้งแต่ -25 ℃ถึง -18 ℃จำเป็นต้องทดสอบความต้านทานการกัดกร่อนของการเคลือบภายใต้สภาพอุณหภูมิต่ำและความร้อนสูง ตัวอย่างเช่นหลังจากการเคลือบได้รับการบำรุงรักษาที่ -20 ℃และ 90%RH เป็นเวลา 72 ชั่วโมงไม่ว่าจะเป็นน้ำค้างแข็งสีขาวหรือสนิมปรากฏบนพื้นผิว
การเคลือบอุปกรณ์ขั้วโลก
Under extremely cold conditions of -60℃, the impact resistance of the coating needs to be evaluated. For example, a drop hammer impact test was adopted. The coating was impacted at -60℃ with an energy of 1J, and it was recorded whether visible cracks occurred.
Fifth, performance optimization direction
Molecular structure design
The introduction of flexible segments (such as butyl acrylate) can reduce Tg and improve low-temperature toughness. For instance, copolymerizing ethyl acrylate with butyl acrylate can reduce the Tg from 20℃ to -10℃, significantly improving the low-temperature performance.
Crosslinking density regulation
การเชื่อมขวางในระดับปานกลางสามารถเพิ่มความแข็งแรงของการเคลือบได้ แต่การเชื่อมขวางที่มากเกินไปจะช่วยลดความยืดหยุ่น ตัวอย่างเช่นโดยการปรับปริมาณของสารเชื่อมขวางอุณหภูมิ embrittlement อุณหภูมิต่ำสามารถลดลงได้ 10 ℃ในขณะที่รักษาความแข็ง
การปรับเปลี่ยนฟิลเลอร์
การเพิ่มฟิลเลอร์ระดับนาโน (เช่นซิลิกาควัน) สามารถยับยั้งการแพร่กระจายของรอยแตก ตัวอย่างเช่นการเพิ่ม 5% นาโนฟิลเลอร์สามารถเพิ่มการยืดตัวเมื่อหยุดการเคลือบ 20% ที่ -40 ℃
