Việc phân tích hiệu suất kháng nhiệt độ thấp của các bề mặt rắn acrylic nên được thực hiện từ ba chiều: cấu trúc vật liệu, phản ứng cơ học và tương tác môi trường, và nên đánh giá toàn diện nên được thực hiện kết hợp với các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm và kịch bản ứng dụng thực tế. Phân tích sau đây được thực hiện từ ba khía cạnh: các chỉ số hiệu suất chính, phương pháp kiểm tra và cơ chế thất bại:
Đầu tiên, những thay đổi về tính chất vật lý trong môi trường nhiệt độ thấp
Ảnh hưởng của nhiệt độ chuyển đổi thủy tinh (TG)
Tg của nhựa acrylic thường nằm trong khoảng từ 0 ℃ đến 50. Khi nhiệt độ môi trường thấp hơn TG, lớp phủ thay đổi từ trạng thái đàn hồi cao sang trạng thái thủy tinh và khả năng chuyển động chuỗi phân tử giảm đáng kể. Ví dụ, một lớp phủ với TG là 10 ℃ có thể có độ linh hoạt của nó giảm hơn 50% trong môi trường -10, dẫn đến giảm khả năng chống va đập.
Hiện tượng ôm nhiệt độ thấp
Gãy giòn có thể xảy ra trong lớp phủ trong phạm vi từ -30 đến -50. Có thể quan sát thấy thông qua thử nghiệm tác động của Notch rằng lớp phủ bị gãy dễ uốn ở nhiệt độ phòng biến thành gãy giòn ở nhiệt độ thấp và mặt cắt ngang cho thấy một đặc điểm giống như gương, cho thấy năng lượng lan truyền vết nứt giảm đáng kể.
Tích lũy căng thẳng co thắt
Nhiệt độ thấp làm cho thể tích của lớp phủ co lại. Nếu hệ số giãn nở nhiệt không phù hợp với chất nền, nó có thể kích hoạt ứng suất giao thoa. Ví dụ, chênh lệch tốc độ co ngót giữa lớp phủ và đế kim loại có thể đạt 0,5% ở mức -20, dẫn đến giảm độ bám dính hoặc nứt lớp phủ.
Thứ hai, phương pháp thử nghiệm cho hiệu suất nhiệt độ thấp
Kiểm tra nhiệt độ lấy nhiệt độ thấp
Theo tiêu chuẩn GB/T 5470-2008, các mẫu phủ được đặt trong vật cố được làm mát bằng nitơ lỏng và được làm mát với tốc độ 2 ℃/phút. Nhiệt độ mà lớp phủ bị vỡ được ghi lại. Nhiệt độ ôm ấp của lớp phủ acrylic điển hình là trong khoảng -40 đến -60. Dưới nhiệt độ này, lớp phủ dễ bị tổn thương thảm khốc.
Kiểm tra uốn nhiệt độ thấp
Sau khi giữ mẫu được phủ ở -20, -40 và -60 trong 2 giờ, ngay lập tức tiến hành thử nghiệm uốn 180 °. Quan sát xem có vết nứt hay bong tróc trên bề mặt của lớp phủ hay không. Ví dụ, khi bán kính uốn nhỏ hơn 5 mm ở -40, lớp phủ có thể phát triển các vicrocracks ở mức 0,1mm.
Kiểm tra độ bám dính nhiệt độ thấp
Sau khi được duy trì ở nhiệt độ đặt trong 30 phút, độ bám dính được đánh giá bằng phương pháp lưới. Ví dụ, một lớp phủ có độ bám dính độ 0 ở nhiệt độ phòng có thể giảm xuống cấp 2 ở -30, cho thấy nhiệt độ thấp dẫn đến sự suy yếu của lực liên kết giao thoa.
Kiểm tra đạp xe nhiệt độ thấp
Để mô phỏng chênh lệch nhiệt độ giữa ngày và đêm, mẫu lớp phủ đã chịu 100 chu kỳ lạnh và nóng trong phạm vi -40 đến 20, với mỗi chu kỳ kéo dài trong 2 giờ. Quan sát xem lớp phủ cho thấy bột, sủi bọt hay bong tróc, và đánh giá khả năng chống thời tiết dài hạn của nó.
Thứ ba, các cơ chế thất bại trong môi trường nhiệt độ thấp
Vết nứt do căng thẳng bên trong
Sự co ngót nhiệt độ thấp gây ra ứng suất kéo trong lớp phủ. Khi ứng suất vượt quá cường độ kéo của lớp phủ, nó có thể kích hoạt các vết nứt vuông góc với bề mặt. Ví dụ, một lớp phủ có độ dày 100μm có thể tạo ra các vết nứt xuyên tâm rộng 0,2mm ở mức -50.
Giao diện Debonding
Nếu độ bám dính giữa lớp phủ và chất nền là không đủ, co ngót nhiệt độ thấp có thể gây ra sự bong tróc giao diện. Có thể quan sát thấy thông qua SEM rằng mặt cắt ngang của lớp phủ được xử lý ở -30 cho thấy sự phân tách xen kẽ rõ ràng và dư lượng tại giao diện bị giảm.
Tách Microphase tăng cường
Ở nhiệt độ thấp, khả năng tương thích giữa các phân đoạn mềm và cứng trong nhựa acrylic giảm, có thể dẫn đến sự phân tách microphase. Ví dụ, các copolyme có sự khác biệt đáng kể về TG có thể thể hiện các cấu trúc tách pha ở mức 5-10μm ở -20 ° C, ảnh hưởng đến tính đồng nhất của lớp phủ.
Thứ tư, xác minh các kịch bản ứng dụng thực tế
Các bức tường bên ngoài của các tòa nhà ở những vùng cực kỳ lạnh
Trong một môi trường -40 ℃, khả năng chống lại lớp phủ đối với các chu kỳ đóng băng cần phải được xác minh. Ví dụ, ngâm mẫu phủ trong nước và đóng băng ở mức -40, sau đó chuyển nó sang 20 để tan chảy. Lặp lại điều này 50 lần và quan sát xem lớp phủ có bong ra hay không.
Thiết bị vận chuyển chuỗi lạnh
Đối với môi trường lưu trữ lạnh từ -25 đến -18, cần phải kiểm tra khả năng chống ăn mòn của lớp phủ trong điều kiện nhiệt độ thấp và độ bền cao. Ví dụ, sau khi lớp phủ được duy trì ở mức -20 và 90%RH trong 72 giờ, cho dù sương giá trắng hay rỉ sét xuất hiện trên bề mặt.
Lớp phủ của thiết bị cực
Trong điều kiện cực lạnh của -60, điện trở va chạm của lớp phủ cần được đánh giá. Ví dụ, một bài kiểm tra tác động của Hammer đã được thông qua. Lớp phủ bị ảnh hưởng ở -60 ℃ với năng lượng 1J và nó đã được ghi lại liệu có thể xảy ra các vết nứt có thể nhìn thấy hay không.
Thứ năm, hướng tối ưu hóa hiệu suất
Thiết kế cấu trúc phân tử
Việc giới thiệu các phân đoạn linh hoạt (như butyl acrylate) có thể làm giảm TG và cải thiện độ bền nhiệt độ thấp. Ví dụ, copolyme hóa ethyl acrylate với butyl acrylate có thể làm giảm TG từ 20 ℃ xuống -10, cải thiện đáng kể hiệu suất nhiệt độ thấp.
Quy định mật độ liên kết ngang
Liên kết ngang vừa phải có thể tăng cường sức mạnh của lớp phủ, nhưng liên kết chéo quá mức sẽ làm giảm tính linh hoạt của nó. Ví dụ, bằng cách điều chỉnh liều lượng của tác nhân liên kết chéo, nhiệt độ lấy nhiệt độ thấp có thể giảm 10 ℃ trong khi vẫn duy trì độ cứng.
Sửa đổi chất phụ
Thêm chất độn nano (như silica bốc khói) có thể ức chế lan truyền vết nứt. Ví dụ, thêm 5% nano nano có thể làm tăng độ giãn dài khi vỡ lớp phủ 20% ở mức -40.
