專利名稱：一種涂膜離子滲透及水蒸氣透過性能的實驗測量裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于有機材料涂層的防護性能測量領域，涉及一種用于涂膜離子滲 透以及水蒸氣透過性能的實驗測量裝置。
背景技術：
有機涂層的防護性能主要取決于其對水和腐蝕性離子的阻擋屏蔽作用，鹽霧試 驗、交流阻抗試驗等均是間接評價涂層抗滲透性能，而涂膜的離子滲透以及水蒸氣 透過性能是直接評價涂層抗滲透性能，因此研究水及腐蝕離子在涂膜中的擴散傳輸 行為對于弄清楚涂層下金屬腐蝕的機制至關重要。
文獻l (Walter G W. Corros. Sci. ,1991 ，32 (10) :1085)報道了腐蝕離子 在涂膜中的滲透起始階段呈一定值,達到某一臨界點后(漆膜結構發生變化)，透過涂 膜的離子量突然呈線性增加，由斜率可求得離子在涂膜中的擴散系數。涂膜的水蒸氣 透過性能是通過涂層重量的增加(吸水量)或減少(滲水量)來判斷。文獻2 (Funke W. J. Oil Colour Chem. Assoc. [J]. 1979， 62: 63)把水蒸氣的透過分為3個階段， 第一階段是微觀分子滲透，既Fick擴散過程，第二階段是擴散平衡階段；第三階段 宏觀滲透。自早期滲透至宏觀滲透存在一過渡期，根據過渡期的長短可對涂層的耐 蝕性能進行考核。
離子滲透試驗是評價涂膜對腐蝕性離子的阻擋屏蔽作用，水蒸氣透過性能是評 價涂膜對水的阻擋屏蔽作用，而在涂膜的使用過程中，水和腐蝕性離子是同時對涂 膜作用的，單一的涂膜的離子滲透或者水蒸氣透過性能試驗不能很好的評價涂層抗 滲透性能。以往試驗中涂膜的離子滲透以及水蒸氣透過性能是2個不同的測量裝置， 造成了試驗成本的增高。并且試驗大都局限于對新鮮涂膜的離子滲透以及水蒸氣透 過性能的測量，但是在實際應用過程中，涂層有一個老化的過程，因此研究新鮮涂 膜和老化涂膜的離子滲透以及水蒸氣透過性能都十分有必要。
實用新型內容
本實用新型目的是針對老化后涂膜的滲透試驗，涂膜柔韌性極差，從老化箱中取 出時極易造成人為破損問題，設計一種既能對涂膜的離子滲透進行測定，改裝后也 能對涂膜的水蒸氣透過性能進行測定的裝置，將涂膜固定在一個玻璃纖維透過網上， 放入老化箱老化，老化完成后直接取出做滲透試驗。一種涂膜離子滲透及水蒸氣透過性能的實驗測量裝置，由有機玻璃滲透杯、密封
墊片、法蘭盤三部分組成。有機玻璃滲透杯包括平衡支架，有機玻璃筒，進液口，
法蘭盤托。法蘭盤托在有機玻璃筒的頂部、進液口在有機玻璃筒中部，平衡支架在
有機玻璃筒的底部。
密封墊片為圓環狀耐油橡膠片，在密封墊片圓環上開有墊片孔。 法蘭盤為圓環狀有機玻璃板，在法蘭盤圓環上開有螺紋孔。
當實驗測量裝置用于涂膜離子滲透性能的測量時，實驗測量裝置由兩個有機玻璃
滲透杯和密封墊片組裝而成。其中一個有機玻璃滲透杯的進液口的作用就成了取液
口，涂膜離子滲透試驗是將制備好的涂膜和密封墊片用不銹鋼螺栓嚴密固定在裝置
中間。裝置左邊盛3. 5%NaCl溶液,右邊盛蒸餾水。實驗裝置置于放入25'C生化培養
箱，調節滲透杯內外濕度差為80朋。用分光光度計通過定期測試蒸餾水中氯離子濃
度的變化，定量研究氯離子在涂膜中的擴散傳輸行為。
當實驗測量裝置用于涂膜水蒸氣透過性能測量時，實驗測量裝置由有機玻璃滲
透杯、密封墊片和法蘭盤組裝而成。實驗時量取50ml的去離子水放入有機玻璃滲透
杯中，將篩選好的涂膜放在盛水的滲透杯的杯口上，放上密封墊片和法蘭盤，用不
銹鋼螺栓擰緊密封。將裝置放入25'C生化培養箱，調節滲透杯內外濕度差為80RH，
每隔24小時稱重一次，直至失重達到恒定，用公式計算涂層的滲水率滲水率=平
衡滲水量/ (面積X時間X膜厚)。
本實用新型優點是結構簡單、使用方便，既能對涂膜的離子滲透進行測定，改
裝后也能對涂膜的水蒸氣透過性能進行測定，解決現有技術當中老化后涂膜的滲透
試驗，涂膜柔韌性差，從老化箱中取出時極易造成的人為破損問題。
圖1是涂膜水蒸氣透過性能的實驗測量裝置剖面圖，
圖2涂膜的離子滲透實驗測量裝置剖面圖。圖中l.平衡支架2.有機玻璃筒3.
進液口 4.法蘭盤托5.密封墊片6.墊片孔7.法蘭盤8.螺紋孔9.取液口 。 圖3是B/BH涂膜體系氯離子透過量與時間關系曲線
圖4是不同厚度BH涂膜水蒸氣透過量與時間關系曲線
圖5是不同厚度FH涂膜水蒸氣透過量與時間關系曲線 圖6是不同老化周期BH涂膜水蒸氣透過量與時間關系曲線 圖7是不同老化周期FH涂膜水蒸氣透過量與時間關系曲線具體實施方式
一種涂膜離子滲透及水蒸氣透過性能的實驗測量裝置，由有機玻璃滲透杯、密封 墊片6、法蘭盤8三部分組成。
有機玻璃滲透杯包括平衡支架2，有機玻璃筒3，進液口4，法蘭盤托5。有機玻 璃筒3為公稱內徑D=60mm，公稱外徑D=70mm，高度H=40mm;有機玻璃筒3的頂部為 法蘭盤8;有機玻璃筒的底部為平衡支架l，平衡支架為邊長為100mm的正方形有機 玻璃板；在距離平衡支架25mm處是一個公稱內徑D=10mm，公稱外徑D=14mm長度為 20mm的有機玻璃管進液口 4。
密封墊片6為公稱內徑為0=62誦，公稱外徑D=96mm，厚度為1.5鵬的圓環狀耐 油橡膠片，在密封墊片6圓環上直徑為80mm的圓周上等分6個點處分別制取直徑4mm 的墊片孔7。
法蘭盤8為公稱內徑為D=60mm，公稱外徑》100咖，厚度為10mm的圓環狀有機 玻璃板，在法蘭盤8圓環上直徑為80mm的圓周上等分6個點處分別鉆取直徑3mm的 螺紋孔。
采用上述裝置，對丙烯酸聚氨酯面漆環氧底漆涂膜體系和氟碳面漆環氧底漆涂 膜體系進行離子滲透試驗和水蒸氣透過試驗。
丙烯酸聚氨酯面漆環氧底漆涂膜體系標記為BH，丙烯酸聚氨酯面漆涂膜體系標 記為B，將篩選好的兩種體系的涂膜進行離子滲透試驗，圖3為朋/B涂膜體系氯離 子滲過量隨時間的變化關系曲線，B為180um， BH為210iim，由圖可見，膜厚為180 y m的丙烯酸聚氨酯單層面漆在48 h滲氯離子濃度達到早期動態平衡，之后至120 h 溶液中氯離子濃度基本沒有發生變化，至144h溶液中氯離子的濃度突然呈線性增加 趨勢；膜厚為210 u m的丙烯酸聚氨酯雙層涂膜在96h滲氯離子濃度達到早期動態平 衡,之后至168h溶液中氯離子濃度基本沒有發生變化，至192h溶液中氯離子的濃度 突然呈線性增加趨勢。
由此可見，滲透初期，氯離子主要在漆膜兩側濃差作用下，沿著涂層中的毛細微 孔透過涂層，并迅速達到動態平衡階段；在該階段，涂層的物理孔隙結構、化學分 子結構均沒有發生變化，達到某一臨界點后，透過涂層的氯離子濃度呈線性增加趨 勢，在該階段，涂層性能發生劣化，導致涂層內的孔隙率增加、孔隙結構增大，氯 離子在涂層中的傳輸速度明顯加快，涂層耐腐蝕性離子滲透性能顯著降低。雙層涂 膜與單層面漆比較，涂層中毛細微孔連續貫通的機率降低，溶液中氯離子濃度保持平衡的時間相對延長，涂層的平衡透氯離子濃度降低。
丙烯酸聚氨酯面漆環氧底漆涂膜體系標記為BH，氟碳面漆環氧底漆涂膜體系標 記為FH，將篩選好的兩種體系的涂膜進行水蒸氣透過試驗，圖4為不同厚度的朋涂膜 體系的水蒸氣透過量隨時間的變化關系曲線，BHl為180um， BH2為200um，由圖可 見，BH1較薄，其水蒸氣透過量比BH2的大。圖5為不同厚度的FH涂膜體系的水蒸氣透 過量隨時間的變化關系曲線，FHl為190iim, FH2為210iim，由圖可見，FH1較薄，其 水蒸氣透過量比FH2的大，這個與圖2的試驗結果一致。即較厚的涂膜的水蒸氣透過 量比較薄涂層的小，涂層滲水量達到飽和時，飽和滲水量隨膜厚的增加而減少。
由此可見涂膜越厚，水蒸氣滲入的路徑就越長，相同時間間隔內涂層的滲水量
減少，涂層內毛細通道完全拓寬的時間增加，從而涂層達到飽和滲水量的過渡期相
對延長；另外膜厚的增加使得涂層中的缺陷小孔減少，導通路徑減少，阻礙了水蒸
氣的滲入，降低了涂層的飽和滲水量，所以涂層的抗滲透性能隨膜厚的增加而增加。 圖6為BH涂膜體系的新鮮涂層與紫外老化1天、2天以及4天后涂層的水蒸氣
透過量的變化規律曲線，由圖可見，老化后涂層的水蒸氣透過量明顯增大，隨老化
時間的延長涂膜的水蒸氣透過量也在逐漸增大。圖7為FH涂膜體系的新鮮涂層與紫
外老化1天、2天以及4天后涂層的水蒸氣透過量的變化規律曲線，與圖6的試驗結
果一致，即涂膜隨老化時間的延長水蒸氣透過量也在逐漸增大，達到飽和滲水量也
在增大。
權利要求1.一種涂膜離子滲透及水蒸氣透過性能的實驗測量裝置，其特征是由有機玻璃滲透杯、密封墊片(5)、法蘭盤(7)三部分組成；有機玻璃滲透杯包括平衡支架(1)、有機玻璃筒(2)、進液口(3)和法蘭盤托(4)；法蘭盤托(4)在有機玻璃筒(2)的頂部、進液口(3)在有機玻璃筒中部，平衡支架(1)在有機玻璃筒的底部；密封墊片(5)為圓環狀耐油橡膠片，在密封墊片圓環上開有墊片孔(6)；法蘭盤(7)為圓環狀有機玻璃板，在法蘭盤圓環上開有螺紋孔(8)。
2. 如權利要求1所述一種涂膜離子滲透及水蒸氣透過性能的實驗測量裝置，其特征是當實驗測量裝置用于涂膜離子滲透性能的測量時，實驗測量裝置由兩個有機玻璃滲透杯和密封墊片組裝而成。
3.如權利要求1所述一種涂膜離子滲透及水蒸氣透過性能的實驗測量裝置，其特征是當實驗測量裝置用于涂膜水蒸氣透過性能測量時，實驗測量裝置由有機玻璃滲透杯、密封墊片和法蘭盤組裝而成。
專利摘要本實用新型屬于有機材料涂層的防護性能測量領域，涉及一種用于涂膜離子滲透以及水蒸氣透過性能的實驗測量裝置。其特征是由有機玻璃滲透杯、密封墊片(5)、法蘭盤(7)三部分組成；有機玻璃滲透杯包括平衡支架(1)，有機玻璃筒(2)，進液口(3)，法蘭盤托(4)；法蘭盤(7)在有機玻璃筒(2)的頂部、進液口(3)在有機玻璃筒中部，平衡支架(1)在有機玻璃筒的底部；密封墊片(5)為圓環狀耐油橡膠片，在密封墊片圓環上開有墊片孔(6)；法蘭盤(7)為圓環狀有機玻璃板，在法蘭盤圓環上開有螺紋孔(8)。優點是結構簡單、使用方便，既能對涂膜的離子滲透進行測定，改裝后也能對涂膜的水蒸氣透過性能進行測定。
文檔編號G01N15/08GK201378138SQ200820124519
公開日2010年1月6日 申請日期2008年12月19日 優先權日2008年12月19日
發明者李曉剛, 李迎超, 杜翠女, 彤 程, 潔 董, 瑾 高 申請人:北京科技大學