引言 我國石墨資源豐富,分布廣泛,其中東部地區石墨資源較為集中。近年來,為將我國石墨資源優勢轉化為產業優勢和經濟優勢,工業和信息化部、自然資源部等部門采取了多項措施促進石墨產業發展,建立了包括石墨在內的重點非金屬礦產品行業統計制度,實施石墨行業準入管理,支持石墨資源富集地加快技術創新,加速推進石墨產業轉型發展。 01 石墨烯在防腐涂層中的作用機制 1 阻隔效應 2 迷宮效應 3 陰極保護協同效應
研究表明,環氧富鋅底漆中只有25%~30%的鋅粉在陰極保護中起作用,大部分鋅粉僅作為導電介質,高導電性的石墨烯增強了鋅顆粒與鋼材間的電連接,提高鋅粉利用率,降低鋅粉用量,延長了陰極保護時間。
02 石墨烯涂料防腐技術可靠性 1 執行標準 2 涂層性能
3 技術成熟
目前,國內外研究機構、企業相繼成功開發石墨烯重防腐涂料,成功應用于多種海洋極端環境重防御案例中。
03 石墨烯新材料在防腐領域的應用 1 跨海橋鋼梁
2021年,中鐵勘察第四設計院在世界首座跨海高鐵大橋——設計行車速度為350 km/h的福廈高鐵泉州灣跨海大橋中,創新采用了石墨烯防腐涂裝體系(石墨烯納米材料改性鱗片型醇溶無機富鋅底漆和超耐候氟碳面漆),預計將實現30年超長防腐壽命。
2 印尼鐵路橋梁支座 3 燃料電站燃料罐體及鋼結構 4 輸電塔 5 海上風電塔架 04 風險與挑戰 1 海洋環境應用驗證
國內石墨烯防腐涂料在實驗室階段驗證了良好的腐蝕防護效果,但鹽霧試驗、加速老化試驗未必能反映出材料真實的性能,海洋環境下材料腐蝕試驗需要連續做10年以上。目前,國內石墨烯防腐涂料在海洋大氣環境暴露試驗仍在進行中,相關工程應用案例歷時較短,是否能真實承受嚴苛海洋環境的考驗,尚未形成定論。
2 石墨烯中間漆、面漆標準暫缺 3 技術難點 晶格完整性
由于石墨烯具有獨特的微納米結構,石墨烯已成為某些高端涂層體系中的重要添加劑。然而,石墨烯對腐蝕介質的阻擋能力主要取決于晶格完整性及晶格缺陷(晶界、空位、空隙、裂紋)數量,腐蝕介質易通過缺陷位置到達金屬表面,引起腐蝕。
同時,石墨烯晶格結構會受到其制備工藝影響,目前國內主要以插層剝離法批量制備石墨烯材料,與未改進的氧化-還原制備法相比,插層剝離法制備的石墨烯產品晶格缺陷少,產品厚度1~10 nm,片層大小5~50 μm。
涂料分散體系穩定性
應對措施包括:選擇表面氧化程度較低的石墨烯作為原料,石墨烯表面無損改性或者直接購買已分散的石墨烯漿料。
金屬電偶腐蝕
應對措施包括:如何在涂料中發揮石墨烯-鋅協同作用,通常需優化石墨烯-鋅粉-樹脂配比,才能最大限度發揮協同效應;采取石墨烯表面包覆方式,將石墨烯的導電性控制在合理范圍;盡量避免使用全套石墨烯涂層體系,防止存在涂層缺陷時直接形成腐蝕電路。
05 結語 與常規涂料相比,石墨烯涂料技術含量較高,技術難度較大,涉及許多方面先進技術應用。然而,石墨烯可作為一種高性能填料,極具防腐涂料應用潛力,大力發展石墨烯產業,對于推動我國重工制造業轉型升級具有重要意義。
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