氣相防銹材料實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)及應(yīng)用意義分析

孟素媚，徐欣軼，劉然

（沈陽防銹包裝材料有限責(zé)任公司，沈陽 110033）

氣相防銹材料是將VCI(Volatile Corrosion Inhibition)氣相緩蝕劑分散在載體材料如聚乙烯薄膜、防銹原紙等材料中制成的防銹材料。氣相緩蝕劑在常溫下能夠持續(xù)、緩慢地氣化、揮發(fā)，揮發(fā)出來的緩蝕劑蒸氣能夠吸附在裸露的金屬表面，從而形成一個(gè)到兩個(gè)分子厚的穩(wěn)定保護(hù)膜，該保護(hù)膜能夠有效地防止氧氣、濕氣等環(huán)境氣氛對(duì)金屬的腐蝕，從而產(chǎn)生優(yōu)良的防銹作用[1]。與傳統(tǒng)的防銹方法相比，氣相防銹材料具有使用方便、清潔、低成本、高效率等特點(diǎn)，因此在冶金、機(jī)電、汽車及電子電器等行業(yè)得到了非常廣泛的應(yīng)用。

氣相防銹材料包括氣相防銹紙、氣相防銹膜、氣相防銹劑、氣相防銹液、氣相防銹油等。為了保證氣相防銹材料在使用中能夠?qū)饘龠M(jìn)行良好的保護(hù)，需要在實(shí)驗(yàn)室對(duì)材料進(jìn)行科學(xué)、客觀的評(píng)價(jià)?？紤]到材料在應(yīng)用中接觸到的環(huán)境條件、對(duì)金屬的保護(hù)期限及可能受到的外力損害等因素，對(duì)氣相防銹材料進(jìn)行防銹性能評(píng)價(jià)和物理性能評(píng)價(jià)，降低使用時(shí)的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。

1 防銹性能評(píng)價(jià)

防銹性能的評(píng)價(jià)主要通過加速腐蝕試驗(yàn)來完成。加速腐蝕試驗(yàn)是在比實(shí)用狀態(tài)苛刻的條件下進(jìn)行的腐蝕試驗(yàn)，目的是在更短的時(shí)間內(nèi)得出相對(duì)比較結(jié)果。經(jīng)常用于評(píng)價(jià)氣相防銹材料的加速腐蝕試驗(yàn)包括氣相緩蝕能力試驗(yàn)、接觸腐蝕、相容性、濕熱試驗(yàn)、鹽霧試驗(yàn)和交變濕熱試驗(yàn)等。

1.1 氣相緩蝕能力試驗(yàn)

氣相緩蝕能力試驗(yàn)和暴露后的氣相緩蝕能力是國際上通用的評(píng)價(jià)氣相防銹材料的方法，檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)方法主要有MIL-STD-3010、NACE TM0208、JIS Z 1535、GB/T 16267、JB/T 4051、JB/T 6067、QB/T 1319等。其原理是在一定試驗(yàn)溫度下通過加入20℃溫差的水，使金屬表面快速產(chǎn)生凝露來加速腐蝕。國內(nèi)比較通用的方法為GB/T 16267[2]和QB/T 1319[3]，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)條件對(duì)比見表1。

表1 GB/T 16267和QB/T 1319標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)條件對(duì)比表

GB/T 16267和QB/T 1319標(biāo)準(zhǔn)相比較，GB/T 16267適用范圍更廣，試驗(yàn)溫度更接近室溫，結(jié)果對(duì)氣相緩蝕能力進(jìn)行分級(jí)評(píng)定；而QB/T 1319僅適用于氣相防銹紙，試驗(yàn)溫度較高，結(jié)果僅評(píng)定是否合格。因此GB/T 16267試驗(yàn)適用于一般環(huán)境下使用的氣相防銹紙、氣相防銹塑料薄膜和氣相防銹劑，對(duì)這些材料氣相緩蝕能力水平進(jìn)行評(píng)價(jià)。而QB/T 1319試驗(yàn)更適合在高溫環(huán)境下使用的氣相防銹紙，對(duì)其是否滿足要求的驗(yàn)收評(píng)價(jià)。

氣相緩蝕能力試驗(yàn)時(shí)間一般不超過24小時(shí)，可快速評(píng)價(jià)材料的氣相防銹性能，常用于氣相防銹材料的出廠檢測(cè)和入廠驗(yàn)收。如果材料氣相緩蝕能力試驗(yàn)結(jié)果不合格，在使用中將直接導(dǎo)致對(duì)金屬的防護(hù)能力不足，從而造成金屬材料腐蝕，給用戶帶來經(jīng)濟(jì)和信譽(yù)損失。如果采用的氣相防銹材料氣相緩蝕能力達(dá)不到要求，在實(shí)際使用中應(yīng)與其它氣相防銹材料配合使用以達(dá)到足夠的氣相防銹性。

消耗后的氣相緩蝕能力試驗(yàn)，是將材料中的氣相緩蝕劑進(jìn)行加速消耗后，進(jìn)行的氣相緩蝕能力試驗(yàn)，以檢驗(yàn)材料使用時(shí)在空氣中暴露存放過和在使用過程中氣相緩蝕劑部分消耗的情況下對(duì)金屬的防護(hù)性能。

1.2 接觸腐蝕

接觸腐蝕試驗(yàn)是評(píng)價(jià)材料與其緊密接觸的金屬表面腐蝕性的試驗(yàn)方法，適用于與鋼和鋁表面緊密接觸的材料。檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)方法主要有MIL-STD-3010、JIS Z 1519、GB/T 16266，國內(nèi)主要使用GB/T 16266標(biāo)準(zhǔn)方法。

在實(shí)際應(yīng)用中，氣相防銹包裝材料與金屬直接接觸是不可避免的，在包裝材料緊密接觸金屬時(shí)，材料中如果存在腐蝕性成分，會(huì)直接對(duì)金屬產(chǎn)生加速腐蝕的影響。對(duì)于鋼用氣相防銹材料這個(gè)指標(biāo)合格率較高，但對(duì)于多種金屬用氣相防銹材料，如果研發(fā)時(shí)設(shè)計(jì)不夠合理，材料可能對(duì)某些金屬品種產(chǎn)生接觸腐蝕影響。在客戶使用時(shí)，如果不進(jìn)行該項(xiàng)試驗(yàn)驗(yàn)證，可能造成氣相防銹包裝材料對(duì)被包裝金屬的接觸腐蝕。為了避免此類情況發(fā)生，首先要嚴(yán)格控制氣相防銹材料中的腐蝕性成分，比如對(duì)防銹原紙中的水溶性硫酸鹽和氯化物進(jìn)行監(jiān)控；其次在多金屬用氣相防銹材料研發(fā)時(shí)進(jìn)行充分的實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證，以保證對(duì)多金屬材料的適用性；再次污染物和灰塵也是導(dǎo)致材料接觸腐蝕的重要因素，因此要保證氣相防銹包裝材料的表面清潔；最后，如果在應(yīng)用時(shí)需要使用會(huì)產(chǎn)生接觸腐蝕的材料，應(yīng)將材料和金屬進(jìn)行有效隔離，避免直接接觸金屬。

1.3 相容性及適應(yīng)性試驗(yàn)

相容性試驗(yàn)及適應(yīng)性試驗(yàn)通常用于評(píng)價(jià)氣相防銹材料對(duì)被包裝的金屬是否有不良影響，適用于氣相防銹包裝材料。檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)方法主要有MIL-STD-3010、GB/T 16265、QB/T 1319、GB/T 14188等，國內(nèi)主要使用GB/T 16265、QB/T 1319標(biāo)準(zhǔn)方法。

隨著科技的發(fā)展，越來越多合金材料應(yīng)用到實(shí)際中，設(shè)備中共存的金屬種類也日益增加，而氣相防銹材料對(duì)這些新材料和多種金屬的保護(hù)效果或負(fù)面影響，可通過相容性試驗(yàn)或適應(yīng)性試驗(yàn)來驗(yàn)證。為了降低相容性不佳造成的腐蝕損失，在氣相防銹材料應(yīng)用于未驗(yàn)證過的金屬材料之前，均應(yīng)進(jìn)行相容性試驗(yàn)。

1.4 濕熱試驗(yàn)、鹽霧試驗(yàn)及交變濕熱試驗(yàn)

濕熱、鹽霧及交變濕熱試驗(yàn)是對(duì)包裝材料和緩蝕劑綜合性能的加速腐蝕評(píng)價(jià)方法。高溫高濕、海洋性氣候及高低溫交變的大氣環(huán)境是氣相防銹材料在應(yīng)用時(shí)經(jīng)常接觸的環(huán)境條件，為了驗(yàn)證材料在這些環(huán)境下對(duì)金屬的防護(hù)性能，在實(shí)驗(yàn)室使用環(huán)境試驗(yàn)箱對(duì)氣相防銹材料進(jìn)行評(píng)價(jià)。

高溫高濕是比較常見的自然環(huán)境，在這樣的條件下金屬非常容易腐蝕。濕熱試驗(yàn)就是評(píng)價(jià)防銹材料在高溫高濕環(huán)境下對(duì)金屬的防腐蝕效果，適用于氣相防銹紙、氣相防銹油。檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)方法主要有GB/T 2361、QB/T 1319、GB/T 2423.3。對(duì)于在高溫高濕環(huán)境下使用的氣相防銹材料，使用濕熱試驗(yàn)進(jìn)行材料的篩選是最為適宜的。

海洋大氣中富含大量的海鹽粒子，相對(duì)濕度也較高，對(duì)金屬有很強(qiáng)的腐蝕作用。鹽霧試驗(yàn)就是通過人工模擬鹽霧環(huán)境條件來考核產(chǎn)品或金屬材料耐鹽霧腐蝕性能的環(huán)境試驗(yàn)。鹽霧試驗(yàn)包括中性鹽霧試驗(yàn)、醋酸鹽霧試驗(yàn)、銅鹽加速醋酸鹽霧試驗(yàn)、交變鹽霧試驗(yàn)。通常采用中性鹽霧試驗(yàn)方法來評(píng)價(jià)氣相防銹材料的耐鹽霧性能，適用于氣相防銹紙、氣相防銹膜，使用的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)方法主要有SH/T 0081、GB/T 10125、ASTM B117、GB/T 2423.17等。

交變濕熱是一種濕度與溫度循環(huán)變化，容易在試驗(yàn)樣品表面產(chǎn)生凝露的試驗(yàn)條件。這種試驗(yàn)條件，與自然環(huán)境下晝夜變化引起的溫濕度變化相似，與海洋運(yùn)輸時(shí)集裝箱內(nèi)的溫濕度變化規(guī)律非常接近，因此常用于整體防銹包裝方案的驗(yàn)證。

2 物理性能評(píng)價(jià)

作為氣相緩蝕劑載體的紙、膜等材料，其物理性能也對(duì)應(yīng)用效果有直接影響。對(duì)于氣相防銹包裝材料，如果包裝破損，氣相緩蝕劑快速揮發(fā)將降低防銹效果，因此必須進(jìn)行充分評(píng)價(jià)以保證包裝的完整性。而不同的應(yīng)用行業(yè)、大小不一的被包裝部件、不一樣的儲(chǔ)運(yùn)方式，應(yīng)選用不同的氣相防銹包裝材料，對(duì)材料的物理強(qiáng)度也有不同的要求。例如精密零部件，對(duì)包裝材料的表面清潔度和柔軟度要求較高，在使用氣相防銹包裝材料后一般裝入外包裝箱，受到外力損傷的風(fēng)險(xiǎn)較小，使用單覆膜或無覆膜的防銹紙、氣相防銹膜進(jìn)行包裝即可，在實(shí)驗(yàn)室主要評(píng)價(jià)防銹紙的抗張強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度和耐破度，防銹膜的拉伸性能、撕裂性能和耐沖擊性能。用于冶金行業(yè)的防銹包裝，很容易被鋼板劃傷，運(yùn)輸過程經(jīng)常承受較大外力，因此通常使用編織布復(fù)合防銹紙或編織布復(fù)合防銹膜，在實(shí)驗(yàn)室對(duì)防銹紙的抗張強(qiáng)度、撕裂度、耐破度和戳穿強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)防銹膜的斷裂強(qiáng)力、撕破強(qiáng)力和戳穿強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)價(jià)。對(duì)于機(jī)械設(shè)備，應(yīng)結(jié)合被包裝設(shè)備的外觀形貌、儲(chǔ)運(yùn)條件、防銹期等條件選擇氣相防銹材料，一般采用組合包裝的方式，對(duì)尖銳容易劃傷包裝的部位應(yīng)用緩沖材料局部包裝來避免包裝破損，在實(shí)驗(yàn)室根據(jù)材料主要承擔(dān)的防護(hù)作用及可能受到的外力沖擊等條件進(jìn)行材料物理性能評(píng)價(jià)。

阻隔性良好的氣相防銹紙、氣相防銹膜等氣相防銹包裝材料，既能降低包裝內(nèi)部氣相緩蝕劑的消耗，又能夠阻隔包裝外部水蒸氣、氧氣等腐蝕性介質(zhì)進(jìn)入包裝內(nèi)部，增強(qiáng)防銹效果。因此對(duì)用于長期防銹的氣相防銹包裝材料，應(yīng)進(jìn)行水蒸氣透過量、氧氣透過量等阻隔性能評(píng)價(jià)，以保證包裝的防銹效果。

對(duì)于多功能防銹材料例如抗靜電防銹膜、熱收縮防銹膜，還要進(jìn)行抗靜電性能、熱收縮性能等評(píng)價(jià)。

3 結(jié)束語

對(duì)氣相防銹材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)，是控制腐蝕風(fēng)險(xiǎn)的一種必要手段。通過評(píng)價(jià)，可以為客戶選擇符合要求的防銹材料提供數(shù)據(jù)支持。為了保證氣相防銹材料的正確使用和良好的防銹效果，對(duì)氣相防銹材料應(yīng)進(jìn)行氣相緩蝕能力、接觸腐蝕、相容性等氣相防銹性能和鹽霧、濕熱、交變濕熱等綜合應(yīng)用性能檢測(cè)；對(duì)氣相防銹包裝材料應(yīng)進(jìn)行拉伸、撕裂、沖擊等物理性能和水蒸氣透過率、氧氣透過率等阻隔性能檢測(cè)。

進(jìn)行氣相緩蝕能力試驗(yàn)，可快速了解材料對(duì)鋼的氣相防銹性能；使用氣相防銹材料保護(hù)未驗(yàn)證過的金屬材質(zhì)，應(yīng)先進(jìn)行相容性或適應(yīng)性試驗(yàn)；對(duì)于解決濕熱或鹽霧環(huán)境下的銹蝕問題，可通過濕熱試驗(yàn)或鹽霧試驗(yàn)來進(jìn)行材料篩選。因此，結(jié)合產(chǎn)品實(shí)際應(yīng)用情況選擇適合的評(píng)價(jià)方法，可幫助客戶選擇更適用的氣相防銹材料。