本發(fā)明屬于有機涂層性能檢測技術領域，具體涉及一種有機涂層擴散系數(shù)測試裝置，本發(fā)明還涉及一種基于有機涂層擴散系數(shù)測試裝置的測試方法。

背景技術：

有機涂層因材料來源廣、制備工藝簡單、成本低廉等優(yōu)點被廣泛用于表面防護、表面裝飾等領域。由于材料使用的環(huán)境復雜，有機涂層的性能差異較大，常常會出現(xiàn)有機涂層鼓泡、脫落、龜裂等問題，嚴重影響著有機涂層的使用。為此在有機涂層使用前，在模擬介質中進行性能檢測，選出性能優(yōu)異的有機涂層材料是十分重要的。有機涂層出現(xiàn)鼓泡、脫落的主要原因是有機涂層在使用介質中，涂層與介質發(fā)生了化學反應，使涂層破壞。例如環(huán)氧涂層在強酸介質中，酸腐蝕了環(huán)氧樹脂中的環(huán)氧鍵，使環(huán)氧樹脂發(fā)生斷鍵，出現(xiàn)龜裂。氯磺化涂料耐海水腐蝕性較強，但涂層中的微孔可使海水滲入。涂層中滲入的海水可使涂層發(fā)脹，發(fā)脹后涂層的耐蝕性降低，特別是滲入的Cl^-一旦接觸到涂層下的金屬，會使金屬發(fā)生腐蝕。發(fā)生腐蝕后產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物會將涂層頂起，這時涂層會發(fā)生鼓泡甚至脫落。因此，介質在有機涂層中擴散系數(shù)、涂層孔隙率、吸收介質的能力是判斷涂層使用壽命的主要參數(shù)。

現(xiàn)有的介質在有機涂層中擴散系數(shù)、滲透性等測試方法是將涂層浸泡于使用的介質中。通過稱量浸泡前后試樣的重量來判斷有機涂層的吸收率，然后計算其擴散系數(shù)。有機涂層吸收介質后重量會發(fā)生變化，一般重量會增重。通過增重和浸泡時間可以判斷吸收量、滲透速度。這種方法的缺點是以吸收率間接的判斷擴散系數(shù)。由于吸水率高，不一定擴散系數(shù)大。其二是測試數(shù)據(jù)不真實，擴散系數(shù)指涂層的頂部垂直滲透到涂層的底部的滲透速率，而重量法測試時，試樣放入介質中，六個面同時進行吸收，重量法將六個面的吸水量計算為單個面的吸收質量或滲透速率，造成較大的誤差。其三，有機涂層的滲透性較小，吸水率較低，涂層的微孔較小，利用現(xiàn)有的重量法進行測試的誤差較大。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種有機涂層擴散系數(shù)測試裝置，解決了現(xiàn)有技術中存在的測試裝置測試誤差大、測試不準確的問題。

本發(fā)明的另一目的是提供一種基于有機涂層擴散系數(shù)測試裝置的測試方法。

本發(fā)明所采用的第一技術方案是，一種有機涂層擴散系數(shù)測試裝置，包括高分子盒，高分子盒兩側上部均對稱開有一對小孔，每兩個相對的小孔中分別插入有電極A、電極B，電極A、電極B通過導線連接至高阻儀。

本發(fā)明第一技術方案的特點還在于，

電極A、電極B垂直方向相互平行，電極A、電極B之間的間距為1.17mm～1.23mm。

小孔直徑為0.99mm～1.01mm。

本發(fā)明所采用的第二技術方案是，一種基于有機涂層擴散系數(shù)測試裝置的測試方法，基于有機涂層擴散系數(shù)測試裝置，具體結構包括高分子盒，高分子盒兩側上部均對稱開有一對小孔，每兩個相對的小孔中分別插入有電極A、電極B，電極A、電極B通過導線連接至高阻儀，具體按照以下步驟實施：

步驟1、首先將待測試的有機涂料加入高分子盒中至小孔位置處，然后平行插入電極A和電極B后繼續(xù)補充待測試的有機涂料直至填滿高分子盒，然后按待測試的有機涂料使用要求將待測試的有機涂料固化成有機涂層；

步驟2、將步驟1裝有有機涂層的高分子盒放入待測量介質中，每12小時用高阻儀測量電極A和電極B之間的電阻，當電阻不變時測試結束；

步驟3、記錄步驟2中測量的電極A和電極B之間的電阻數(shù)據(jù)，進而計算介質吸水量；

步驟4、通過步驟3求得的介質吸水量進而計算有機涂層在測試介質中的擴散系數(shù)D。

本發(fā)明第二技術方案的特點還在于，

電極A、電極B水平方向相互平行，電極A、電極B之間的間距為1.17mm～1.23mm。

小孔直徑為0.99mm～1.01mm。

步驟3具體為：

步驟(3.1)、將電極A、電極B之間的電阻值沒有變化之前的時間記為t₀，電阻記為R₀，當電阻開始變化時，時間記為t₁，電阻記為R₁，從時刻t₁開始的12小時時間為t₂，電阻為R₂，每隔12小時記錄一次，以此類推，當時間為t_n時，電阻不再變化，則記錄此后的所有時間依次為t_n+1，t_n+2……，電阻均為R_n；

步驟(3.2)、計算介質吸水量：

……

步驟(3.3)、將步驟(3.2)中的m值與作圖，從圖中能夠看出任意時間t對應的吸水量m_t的值，其中t為與m值對應電阻的時間。

步驟4具體為：

將步驟3中得到的時間t和吸水量m_t的值代入以下公式：

其中，D為有機涂層在測試介質中的擴散系數(shù)，單位為mm²/s，m_t為介質吸水量，m_n為飽和吸水量，

擴散速率ν＝Dρ，單位為g/s·mm，其中ρ為介質的密度。

本發(fā)明的有益效果是，一種有機涂層擴散系數(shù)測試裝置，借助擴散于涂層中介質越多，涂層電阻越小的方法，檢測涂層的滲透性，使得檢測的過程與實際涂層的使用環(huán)境相近，測量數(shù)據(jù)真實可靠，測量設備簡單，基于有機涂層擴散系數(shù)測試裝置的測試方法不僅可以測量有機涂層的擴散系數(shù)，還可以測試涂層的擴散速率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種有機涂層擴散系數(shù)測試裝置的結構示意圖；

圖2是本發(fā)明一種有機涂層擴散系數(shù)測試裝置的側視圖；

圖3是本發(fā)明基于有機涂層擴散系數(shù)測試裝置的測試方法中測量的電阻—時間曲線圖；

圖4是本發(fā)明基于有機涂層擴散系數(shù)測試裝置的測試方法中曲線圖；

圖5是本發(fā)明基于有機涂層擴散系數(shù)測試裝置的測試方法中介質為水，有機涂料為環(huán)氧樹脂時測量的電阻—時間曲線圖；

圖6是本發(fā)明基于有機涂層擴散系數(shù)測試裝置的測試方法中介質為水，有機涂料為環(huán)氧樹脂時曲線圖；

圖7是本發(fā)明基于有機涂層擴散系數(shù)測試裝置的測試方法中介質為5％HCl溶液，有機涂料為聚氨酯時測量的電阻—時間曲線圖；

圖8是本發(fā)明基于有機涂層擴散系數(shù)測試裝置的測試方法中介質為5％HCl溶液，有機涂料為聚氨酯時曲線圖；

圖9是本發(fā)明基于有機涂層擴散系數(shù)測試裝置的測試方法中介質為3％鹽水，有機涂料為酚醛樹脂時測量的電阻—時間曲線圖；

圖10是本發(fā)明基于有機涂層擴散系數(shù)測試裝置的測試方法中介質為3％鹽水，有機涂料為酚醛樹脂時曲線圖。

圖中，1.電極A，2.電極B，3.高阻儀，4.高分子盒。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進行詳細說明。

本發(fā)明一種有機涂層擴散系數(shù)測試裝置，如圖1、圖2所示，包括高分子盒4，高分子盒4的材料可選聚乙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯等，盒體厚度為3～5mm，長50mm，寬25mm，高分子盒4兩側上部均對稱開有一對小孔，每兩個相對的小孔中分別插入有電極A1、電極B2，電極A1、電極B2為直徑為1mm的鈦絲，長60mm，電極A1、電極B2通過導線連接至高阻儀3。其中，電極A1、電極B2垂直方向相互平行，電極A1、電極B2之間的間距為1.17mm～1.23mm，小孔直徑為0.99mm～1.01mm。

基于有機涂層擴散系數(shù)測試裝置的測試方法，基于有機涂層擴散系數(shù)測試裝置，具體結構包括高分子盒4，高分子盒4兩側上部均對稱開有一對小孔，每兩個相對的小孔中分別插入有電極A1、電極B2，電極A1、電極B2通過導線連接至高阻儀3，具體按照以下步驟實施：

步驟1、首先將待測試的有機涂料加入高分子盒中至小孔位置處，然后平行插入電極A1和電極B2后繼續(xù)補充待測試的有機涂料直至填滿高分子盒，然后按待測試的有機涂料使用要求將待測試的有機涂料固化成有機涂層；

步驟2、將步驟1裝有有機涂層的高分子盒4放入待測量介質中，測量的介質可以是水、鹽、酸、堿等，每12小時用高阻儀3測量電極A1和電極B2之間的電阻，當電阻不變時測試結束；

步驟3、記錄步驟2中測量的電極A1和電極B2之間的電阻數(shù)據(jù)，進而計算介質吸水量，具體為：

步驟(3.1)、將電極A1、電極B2之間的電阻值沒有變化之前的時間記為t₀，電阻記為R₀，當電阻開始變化時，時間記為t₁，電阻記為R₁，從時刻t₁開始的12小時時間為t₂，電阻為R₂，每隔12小時記錄一次，以此類推，當時間為t_n時，電阻不再變化，則記錄此后的所有時間依次為t_n+1，t_n+2……，電阻均為R_n，如下表所示：

表1 電極A1和電極B2之間電阻隨時間變化時介質吸水量關系表

步驟(3.2)、計算介質吸水量：

……

步驟(3.3)、將步驟(3.2)中的m值與作圖，從圖3、圖4中能夠看出任意時間t對應的吸水量m_t的值，其中t為與m值對應電阻的時間；

步驟4、通過步驟3求得的介質吸水量進而計算有機涂層在測試介質中的擴散系數(shù)D，具體為：

將步驟3中得到的時間t和吸水量m_t的值代入以下公式：

其中，D為有機涂層在測試介質中的擴散系數(shù)，單位為mm²/s，m_t為介質吸水量，m_n為飽和吸水量。

擴散速率ν＝Dρ，單位為g/s·mm，其中ρ為介質的密度。

本發(fā)明中高分子盒4較厚，即使高分子盒材料也對介質擴散，當擴散到測量的有機涂層時，測量已結束，從而減少了已有的重量法測量時六個面同時吸收介質帶來的誤差，高分子盒較大，即25mm×50mm，面積遠遠大于測量涂層的厚度，一方面防止涂層邊緣效應，另一方面提高了擴散質量，提高了高阻儀的測量精度，測量的涂層厚度實際上是兩電極間涂層的厚度，涂層厚度均勻，便于控制，減少了重量法由于涂層厚度不均勻帶來的實驗誤差，并減少了測量周期，電極A1和電極B2在被測試涂層的中間，擴散了電阻測量時邊界效應，防止了表面有機涂層在干燥、固化時產(chǎn)生溶劑揮發(fā)帶來微孔的干擾，本方法適用范圍廣，可以測量不同介質在各種有機涂層中的擴散系數(shù)或擴散速率，以鈦絲為測量電極，防止了涂層介質對電極的腐蝕。

實施例1

本發(fā)明一種有機涂層擴散系數(shù)測試裝置，如圖1、圖2所示，包括高分子盒4，高分子盒4的材料選聚乙烯，盒體厚度為3mm，長50mm，寬25mm，高分子盒4兩側上部均對稱開有一對小孔，每兩個相對的小孔中分別插入有電極A1、電極B2，電極A1、電極B2為直徑為1mm的鈦絲，長60mm，電極A1、電極B2通過導線連接至高阻儀3。其中，電極A1、電極B2水平方向相互平行，電極A1、電極B2之間的間距為1.17mm，小孔直徑為0.99mm。

基于有機涂層擴散系數(shù)測試裝置的測試方法，基于有機涂層擴散系數(shù)測試裝置，具體結構包括高分子盒4，高分子盒4兩側上部均對稱開有一對小孔，每兩個相對的小孔中分別插入有電極A1、電極B2，電極A1、電極B2通過導線連接至高阻儀3，具體按照以下步驟實施：

步驟1、首先將待測試的環(huán)氧樹脂有機涂料加入聚乙烯高分子盒4中至小孔位置處，然后平行插入電極A1和電極B2后繼續(xù)補充環(huán)氧樹脂有機涂料直至填滿聚乙烯高分子盒，然后按環(huán)氧樹脂固化要求在40℃固化48小時，將環(huán)氧樹脂有機涂料固化成環(huán)氧樹脂有機涂層；

步驟2、將步驟1裝有環(huán)氧樹脂有機涂層的高分子盒4放入水中，每12小時用高阻儀3測量電極A1和電極B2之間的電阻，當電阻不變時測試結束；

步驟3、記錄步驟2中測量的電極A1和電極B2之間的電阻數(shù)據(jù)，進而計算介質吸水量，如下表所示：

表2 電極A1和電極B2之間電阻隨時間變化時水中吸水量關系表

步驟(3.1)、從表2可以看出，在電阻沒有變化前，介質的滲透主要在表層，因此不影響電阻變化。這部分數(shù)據(jù)計時間為0，電阻為9.80×10⁶Ω。12小時后，電阻減低為9.70×10⁶Ω，相應的，浸泡24小時后，電阻降低到9.66×10⁶Ω，……，時間到144小時后，時間變化電阻不變，則時間到156，168……，電阻也為9.45×10⁶Ω；

步驟(3.2)、計算介質吸水量：

……

步驟(3.3)、將步驟(3.2)中的m值與作圖，從圖5、圖6中能夠看出任意時間t對應的吸水量m_t的值，其中t為與m值對應電阻的時間；

步驟4、通過步驟3求得的介質吸水量進而計算有機涂層在測試介質中的擴散系數(shù)D，具體為：

將步驟3中得到的時間t和吸水量m_t的值代入以下公式：

其中，D為環(huán)氧樹脂有機涂層在水中的擴散系數(shù)，單位為mm²/s，m_t為介質吸水量，m_n為飽和吸水量，

擴散速率ν＝Dρ，單位為g/s·mm，

水的密度為1.00g/mm³，擴散速率ν＝Dρ＝7.58×10^-8(g/s·mm)。

實施例2

本發(fā)明一種有機涂層擴散系數(shù)測試裝置，如圖1、圖2所示，包括高分子盒4，高分子盒4的材料選聚四氟乙烯，盒體厚度為5mm，長50mm，寬25mm，高分子盒4兩側上部均對稱開有一對小孔，每兩個相對的小孔中分別插入有電極A1、電極B2，電極A1、電極B2為直徑為1mm的鈦絲，長60mm，電極A1、電極B2通過導線連接至高阻儀3。其中，電極A1、電極B2水平方向相互平行，電極A1、電極B2之間的間距為1.23mm，小孔直徑為1.01mm。

基于有機涂層擴散系數(shù)測試裝置的測試方法，基于有機涂層擴散系數(shù)測試裝置，具體結構包括高分子盒4，高分子盒4兩側上部均對稱開有一對小孔，每兩個相對的小孔中分別插入有電極A1、電極B2，電極A1、電極B2通過導線連接至高阻儀3，具體按照以下步驟實施：

步驟1、首先將待測試的聚氨酯有機涂料加入聚四氟乙烯高分子盒4中至小孔位置處，然后平行插入電極A1和電極B2后繼續(xù)補充聚氨酯有機涂料直至填滿聚四氟乙烯高分子盒，然后按聚氨酯固化要求在150℃固化4小時將聚氨酯有機涂料固化成有機涂層；

步驟2、將步驟1裝有聚氨酯有機涂層的高分子盒4放入5％HCl測試溶液中，每12小時用高阻儀3測量電極A1和電極B2之間的電阻，當電阻不變時測試結束；

步驟3、記錄步驟2中測量的電極A1和電極B2之間的電阻數(shù)據(jù)，進而計算介質吸水量，如下表所示：

表3 電極A1和電極B2之間電阻隨時間變化時5％HCl測試溶液吸水量關系表

從表3可以看出，在電阻沒有變化前，介質的滲透主要在表層，因此不影響電阻變化。這部分數(shù)據(jù)計時間為0，電阻為12.00×10⁷Ω。12小時后，電阻減低為11.86×10⁷Ω，相應的，浸泡24小時后，電阻降低到11.81×10⁷Ω，……。時間到168小時后，時間變化電阻不變，則時間到180，192……,電阻也為11.56×10⁷Ω，

表3中，

……

步驟(3.3)、將步驟(3.2)中的m值與作圖，從圖7、圖8中能夠看出任意時間t對應的吸水量m_t的值，其中t為與m值對應電阻的時間；

步驟4、通過步驟3求得的5％HCl溶液吸水量進而計算有機涂層在測試介質中的擴散系數(shù)D，具體為：

將步驟3中得到的時間t和吸水量m_t的值代入以下公式：

其中，D為聚氨酯有機涂層在5％HCl溶液中的擴散系數(shù)，單位為mm²/s，m_t為介質吸水量，m_n為飽和吸水量，

擴散速率ν＝Dρ，單位為g/s·mm，

5％HCl溶液的密度為1.08g/mm³,擴散速率ν＝Dρ＝9.54×10^-8(g/s·mm)。

實施例3

本發(fā)明一種有機涂層擴散系數(shù)測試裝置，如圖1、圖2所示，包括高分子盒4，高分子盒4的材料選聚氯乙烯，盒體厚度為4mm，長50mm，寬25mm，高分子盒4兩側上部均對稱開有一對小孔，每兩個相對的小孔中分別插入有電極A1、電極B2，電極A1、電極B2為直徑為1mm的鈦絲，長60mm，電極A1、電極B2通過導線連接至高阻儀3。其中，電極A1、電極B2水平方向相互平行，電極A1、電極B2之間的間距為1.2mm，小孔直徑為1mm。

基于有機涂層擴散系數(shù)測試裝置的測試方法，基于有機涂層擴散系數(shù)測試裝置，具體結構包括高分子盒4，高分子盒4兩側上部均對稱開有一對小孔，每兩個相對的小孔中分別插入有電極A1、電極B2，電極A1、電極B2通過導線連接至高阻儀3，具體按照以下步驟實施：

步驟1、首先將酚醛樹脂有機涂料加入聚氯乙烯高分子盒4中至小孔位置處，然后平行插入電極A1和電極B2后繼續(xù)補充酚醛樹脂有機涂料直至填滿聚氯乙烯高分子盒，然后按酚醛樹脂固化要求在80℃固化2小時，100℃固化2小時，將酚醛樹脂有機涂料固化成酚醛樹脂有機涂層；

步驟2、將步驟1裝有酚醛樹脂有機涂層的高分子盒4放入3％鹽水中，每12小時用高阻儀3測量電極A1和電極B2之間的電阻，當電阻不變時測試結束；

步驟3、記錄步驟2中測量的電極A1和電極B2之間的電阻數(shù)據(jù)，進而計算3％鹽水吸水量，如下表所示：

表4 電極A1和電極B2之間電阻隨時間變化時3％鹽水吸水量關系表

從表4中可以看出：在電阻沒有變化前，介質的滲透主要在表層，因此不影響電阻變化。這部分數(shù)據(jù)計時間為0，電阻為11.97×10⁶Ω。12小時后，電阻減低為11.89×10⁶Ω，相應的，浸泡24小時后，電阻降低到11.85×10⁶Ω，……。時間到156小時后，時間變化電阻不變，則時間到168，180……,電阻也為11.63×10⁶Ω，表中，

……

將上表中的m值與作圖，從圖9、圖10中能夠看出任意時間t對應的吸水量m_t的值，其中t為與m值對應電阻的時間；

步驟4、通過步驟3求得的3％鹽水吸水量進而計算酚醛樹脂有機涂層在3％鹽水中的擴散系數(shù)D，具體為：

將步驟3中得到的時間t和吸水量m_t的值代入以下公式：

其中，D為酚醛樹脂有機涂層在3％鹽水中的擴散系數(shù)，單位為mm²/s，m_t為介質吸水量，m_n為飽和吸水量，

擴散速率ν＝Dρ，單位為g/s·mm，

3％鹽水的密度為1.05g/mm³，擴散速率ν＝Dρ＝7.73×10^-8(g/s·mm)。