引言 我国石墨资源丰富,分布广泛,其中东部地区石墨资源较为集中。近年来,为将我国石墨资源优势转化为产业优势和经济优势,工业和信息化部、自然资源部等部门采取了多项措施促进石墨产业发展,建立了包括石墨在内的重点非金属矿产品行业统计制度,实施石墨行业准入管理,支持石墨资源富集地加快技术创新,加速推进石墨产业转型发展。 01 石墨烯在防腐涂层中的作用机制 1 阻隔效应 2 迷宫效应 3 阴极保护协同效应
研究表明,环氧富锌底漆中只有25%~30%的锌粉在阴极保护中起作用,大部分锌粉仅作为导电介质,高导电性的石墨烯增强了锌颗粒与钢材间的电连接,提高锌粉利用率,降低锌粉用量,延长了阴极保护时间。
02 石墨烯涂料防腐技术可靠性 1 执行标准 2 涂层性能
3 技术成熟
目前,国内外研究机构、企业相继成功开发石墨烯重防腐涂料,成功应用于多种海洋极端环境重防御案例中。
03 石墨烯新材料在防腐领域的应用 1 跨海桥钢梁
2021年,中铁勘察第四设计院在世界首座跨海高铁大桥——设计行车速度为350 km/h的福厦高铁泉州湾跨海大桥中,创新采用了石墨烯防腐涂装体系(石墨烯纳米材料改性鳞片型醇溶无机富锌底漆和超耐候氟碳面漆),预计将实现30年超长防腐寿命。
2 印尼铁路桥梁支座 3 燃料电站燃料罐体及钢结构 4 输电塔 5 海上风电塔架 04 风险与挑战 1 海洋环境应用验证
国内石墨烯防腐涂料在实验室阶段验证了良好的腐蚀防护效果,但盐雾试验、加速老化试验未必能反映出材料真实的性能,海洋环境下材料腐蚀试验需要连续做10年以上。目前,国内石墨烯防腐涂料在海洋大气环境暴露试验仍在进行中,相关工程应用案例历时较短,是否能真实承受严苛海洋环境的考验,尚未形成定论。
2 石墨烯中间漆、面漆标准暂缺 3 技术难点 晶格完整性
由于石墨烯具有独特的微纳米结构,石墨烯已成为某些高端涂层体系中的重要添加剂。然而,石墨烯对腐蚀介质的阻挡能力主要取决于晶格完整性及晶格缺陷(晶界、空位、空隙、裂纹)数量,腐蚀介质易通过缺陷位置到达金属表面,引起腐蚀。
同时,石墨烯晶格结构会受到其制备工艺影响,目前国内主要以插层剥离法批量制备石墨烯材料,与未改进的氧化-还原制备法相比,插层剥离法制备的石墨烯产品晶格缺陷少,产品厚度1~10 nm,片层大小5~50 μm。
涂料分散体系稳定性
应对措施包括:选择表面氧化程度较低的石墨烯作为原料,石墨烯表面无损改性或者直接购买已分散的石墨烯浆料。
金属电偶腐蚀
应对措施包括:如何在涂料中发挥石墨烯-锌协同作用,通常需优化石墨烯-锌粉-树脂配比,才能最大限度发挥协同效应;采取石墨烯表面包覆方式,将石墨烯的导电性控制在合理范围;尽量避免使用全套石墨烯涂层体系,防止存在涂层缺陷时直接形成腐蚀电路。
05 结语 与常规涂料相比,石墨烯涂料技术含量较高,技术难度较大,涉及许多方面先进技术应用。然而,石墨烯可作为一种高性能填料,极具防腐涂料应用潜力,大力发展石墨烯产业,对于推动我国重工制造业转型升级具有重要意义。
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