喷漆材料性能与应用试题及答案

喷漆材料性能与应用试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.下列哪种树脂体系在常温下即可实现化学交联，且对铝镁合金基材具有最高初始附着力？A.羟基丙烯酸/异氰酸酯双组分 B.环氧/聚酰胺双组分 C.氯醚树脂/三聚氰胺甲醛单组分 D.水性氟碳/氮丙啶双组分答案：B。环氧/聚酰胺体系在室温下可开环交联，极性基团对金属润湿优异，拉剪强度普遍≥18MPa，高于其他选项。2.在轨道交通外墙水性聚氨酯金属漆配方中，为提高早期耐水斑性能，最应优先添加的助剂是：A.聚醚改性聚二甲基硅氧烷 B.疏水型气相SiO₂ C.聚氨酯缔合型增稠剂 D.磺基琥珀酸二辛酯答案：A。聚醚改性硅氧烷可迁移至涂膜表面形成定向排布，降低水接触角至<25°，显著抑制早期水斑。3.某风电叶片前缘防护涂层要求20年紫外保光率≥80%，下列树脂组合中最符合要求的是：A.脂肪族HDI三聚体交联氟碳 B.芳香族TDI三聚体交联羟基丙烯酸 C.环氧/酚醛 D.氯磺化聚乙烯答案：A。氟碳键能高达485kJ·mol⁻¹，HDI三聚体无芳环，QUV-B5000h失光率<8%，满足20年保光指标。4.粉末涂料用聚酯树脂酸值从35mgKOH/g降至25mgKOH/g，其胶化时间（180℃）变化趋势为：A.缩短10–15s B.基本不变 C.延长20–30s D.延长>60s答案：C。酸值降低意味着端羧基减少，与环氧固化剂反应活性下降，胶化时间延长约20–30s。5.针对海洋飞溅区钢结构，下列哪种颜料可同步提供阴极保护与屏蔽作用？A.磷酸铝 B.离子交换型SiO₂ C.片状锌粉（D50=15µm） D.导电聚苯胺答案：C。片状锌粉在富锌底漆中形成导电网络，牺牲阳极电位-0.78VvsSCE，同时片层重叠延长扩散路径。6.在水性双组分聚氨酯清漆中，使用DMPA（二羟甲基丙酸）引入羧基的主要目的是：A.提高硬度 B.提供自乳化能力 C.降低活化期 D.增加官能度答案：B。DMPA的羧基被中和后形成亲水性离子簇，实现无皂自乳化，粒径可<80nm。7.某汽车修补漆要求15min表干、24h后抛光，下列溶剂组合蒸发梯度最合理的是：A.丙二醇甲醚醋酸酯/二甲苯/丙酮=4:3:3 B.PMA/异丙醇/甲基异丁基酮=5:3:2 C.乙酸丁酯/丙二醇甲醚/异构烷烃=3:4:3 D.双丙酮醇/乙酸乙酯/石脑油=2:5:3答案：C。乙酸丁酯快速闪蒸，丙二醇甲醚中速，异构烷烃慢速，形成“快-中-慢”梯度，兼顾流平与抗起痱性。8.氟碳涂料中加入微量（0.3%）纳米CeO₂，其主要功能为：A.提高光泽 B.吸收紫外抑制树脂降解 C.降低表面能 D.催化交联答案：B。CeO₂4f电子层可吸收290–400nm紫外，减少C–F键断裂，延缓粉化。9.在静电喷涂环氧粉末时，粉末体积电阻率从10¹⁴Ω·cm降至10¹¹Ω·cm，上粉率变化为：A.降低约5% B.提高10–15% C.提高>25% D.基本不变答案：B。电阻率降低使电荷泄漏减缓，法拉第笼效应减弱，凹槽上粉率提高10–15%。10.下列哪种交联剂可在120℃低温固化，且对塑料基材无过度侵蚀？A.封闭型IPDI三聚体 B.甲醚化三聚氰胺甲醛 C.酚醛环氧 D.双氰胺答案：A。IPDI三聚体经ε-己内酰胺封闭，解封温度105–115℃，交联后硬度1H，对ABS、PC表面溶胀<5µm。二、多项选择题（每题3分，共15分；多选少选均不得分）11.影响水性羟基丙烯酸分散体冻融稳定性的关键因素包括：A.羧基中和度 B.玻璃化温度 C.粒径分布 D.羟基含量 E.乳化剂类型答案：A、C、E。中和度>90%时离子双电层厚，粒径<100nm且分布窄可减少冰晶挤压破乳；乳化剂疏水链长度决定空间位阻。12.下列措施可同时提高高固体分醇酸涂料的干燥速度与耐候性：A.引入松香改性酚醛链段 B.采用锆催干剂替代钴/铅 C.添加0.5%纳米TiO₂（金红石） D.提高邻苯二甲酸酐比例 E.引入少量异氰酸酯改性答案：B、C、E。锆具有“表面催干+过氧化分解”双重作用，金红石TiO₂屏蔽紫外，异氰酸酯引入脲键提高耐候性。13.聚天门冬氨酸酯聚脲涂料的突出性能有：A.100%固含，VOC<50g/L B.凝胶时间可调至5s–30min C.对混凝土含水率容忍≤10% D.耐紫外与环氧相当 E.拉伸强度>20MPa答案：A、B、C、E。其脂肪族结构耐紫外远优于环氧，D项错误。14.导致电泳漆缩孔的常见原因有：A.硅油污染 B.阳极液电导率>2000µS·cm⁻¹ C.槽液颜基比过高 D.超滤液流量不足 E.烘干区升温速率>15℃·min⁻¹答案：A、B、D。硅油表面张力差<10mN·m⁻¹，阳极液杂质离子富集，超滤不足使低分子胺积聚，均易缩孔。15.关于石墨烯在防腐涂料中的应用，正确的有：A.添加量>5%可形成导电通路引发电偶腐蚀 B.经氨基硅烷偶联后分散稳定性提高 C.与锌粉协同可减锌30%仍保持耐盐雾3000h D.可提高涂层热导率，降低高温下起泡 E.片径越大，屏蔽效果越差答案：B、C、D。A项临界导电阈值<1%，>5%反而风险大；E项片径大路径长，屏蔽更好。三、判断题（每题1分，共10分；正确打“√”，错误打“×”）16.水性氟碳乳液的玻璃化温度越高，其成膜助剂用量一定越大。答案：×。高Tg需更多成膜助剂，但若引入核壳软相或自交联微凝胶，可降低用量。17.在粉末涂料中，安息香主要作为脱气剂，抑制针孔。答案：√。安息香熔点137℃，熔融时降低表面张力，使trappedair逸出。18.聚硅氮烷可在室温下潮气固化生成Si–O–Si网络，用作耐高温陶瓷前驱体。答案：√。Si–NH–Si遇水转Si–O–Si，失重<5%至1000℃。19.同一聚酯树脂，酸值越高，其与TGIC固化后涂膜耐水煮性能越好。答案：×。酸值高导致端羧基水解，水煮24h后失光率>30%。20.电泳涂装时，电压升高，库仑效率一定提高。答案：×。电压过高>破裂电压，电解水副反应加剧，库仑效率反而下降。21.纳米TiO₂经Al₂O₃包覆后，其光催化活性降低，可用于外墙涂料。答案：√。包覆层厚度5–10nm，抑制e⁻-h⁺复合，减少树脂降解。22.高固体分涂料的剪切稀释指数（TI）越高，抗流挂性能越差。答案：×。TI高意味着低剪切黏度高，抗流挂好。23.在UV固化木器漆中，引入双酚A环氧丙烯酸酯可提高硬度但降低柔韧性。答案：√。芳环刚性大，断裂伸长率下降50%以上。24.聚脲喷涂时，A组分预聚体NCO%=15，与B组分当量比1.05:1，可得到最佳力学性能。答案：√。略过量NCO补偿湿气副反应，拉伸强度最大。25.氟碳涂料表面能低至18mN·m⁻¹，故无需再涂罩光清漆。答案：×。低表面能易沾灰，罩光可提高耐沾污与光泽保持。四、填空题（每空2分，共20分）26.水性环氧乳化剂常用非离子型________与阳离子型________复合，可获得粒径<200nm的乳液。答案：烷基酚聚氧乙烯醚（或脂肪醇聚氧乙烯醚）、季铵盐（或烷基二甲基苄基氯化铵）。27.计算羟基丙烯酸树脂的羟值：若固体分70%，羟基含量3.0%（以OH计），则羟值=________mgKOH/g。答案：羟值=（3.0%×56.1×1000）/17=98.4mgKOH/g。28.粉末涂料胶化时间测试标准温度为________℃，常用仪器为________。答案：180±2，电热平板或凝胶计时仪。29.在聚天门冬氨酸酯中，若使用异佛尔酮二胺与马来酸二乙酯摩尔比1:2，产物理论胺当量为________g/eq。答案：异佛尔酮二胺MW=213，与2mol马来酸酯加成后产物MW=213+2×172=557，胺当量=557/2=278.5g/eq。30.电泳漆颜基比常用________法测定，结果以________表示。答案：离心分离或热重法，颜料与基料质量比（P/B）。31.石墨烯在涂料中的比表面积SSA典型值为________m²/g，其片层厚度约________nm。答案：500–800，0.34（单层）。32.高固体分涂料的体积固含≥________%，VOC≤________g/L。答案：65，420。33.氟碳涂料的AAMA2605标准规定，南佛罗里达曝晒10年，色差ΔE≤________，粉化等级≤________。答案：5，8（ISO4628-6评级）。34.水性双组分聚氨酯活化期通常指混合后黏度上升________%的时间，测试条件为________℃。答案：50，23±2。35.风电叶片前缘防护膜（PET+PU）的耐雨蚀测试标准采用________，雨滴冲击速度为________m/s。答案：ASTMG73，180–250。五、简答题（每题8分，共40分）36.阐述水性羟基丙烯酸分散体“核壳梯度交联”设计思路及其对早期耐水性的影响机制。答案：采用两段乳液聚合，核层引入少量双丙酮丙烯酰胺（DAAM）与己二酸二酰肼（ADH）实现室温自交联，壳层富含羟基与羧基。核Tg设计45℃，壳Tg15℃，成膜时壳层先融合，核层后收缩形成致密骨架。早期（<24h）核层尚未完全交联，但壳层羧基被胺中和形成离子簇，水分子需克服离子水合能才能渗透，早期吸水率<5%；24h后核层酮肼交联完成，涂膜致密化，耐水斑显著提高。与传统均相结构相比，梯度交联使水蒸气透过率下降40%，起泡等级由2级提升至0级。37.对比环氧/聚硫醇与环氧/聚酰胺两种固化体系在5℃低温固化时的差异，并给出适用场景。答案：聚硫醇体系活化能52kJ·mol⁻¹，低于聚酰胺（78kJ·mol⁻¹），5℃下表干时间2hvs8h；聚硫醇固化收缩率>5%，内应力大，附着力下降20%；聚酰胺固化物断裂伸长率>15%，柔韧性好。聚硫醇适用于快速修补、不允许加热的石化储罐内壁；聚酰胺适用于桥梁、钢箱梁等需要高附着力与韧性的场景。38.说明“超疏水-自修复”一体化涂层的构筑策略，并评价其户外耐久性瓶颈。答案：以氟硅改性环氧为基体，引入微胶囊化聚二甲基硅氧烷（PDMS）与纳米SiO₂粗糙粒子，表面构建微-纳二元粗糙度，水接触角>160°。当表面受紫外或砂纸磨损，微胶囊破裂释放PDMS，迁移至表面降低表面能，恢复疏水。瓶颈：PDMS迁移深度仅几十纳米，多次磨损后耗尽；氟链段户外紫外裂解导致表面能升高；微胶囊与基体界面易引入应力集中，盐雾500h后局部脱落。解决方案：采用光蓄能Diels-Alder交联网络，实现可逆修复；引入ZrO₂-PDMS杂化层，提高耐磨200%。39.计算题：某高固体分脂肪族聚氨酯面漆，配方中羟基树脂（羟值120mgKOH/g，固含90%）100kg，需配NCO%=12%的HDI三聚体多少kg？并计算体积固含（已知树脂密度1.15g/cm³，固化剂密度1.08g/cm³，溶剂密度0.87g/cm³，溶剂加入量40kg）。答案：羟基当量=56100/120=467.5g/eq；羟基树脂含OH=100×0.9/467.5=0.1928eq；HDI三聚体NCO%=12%，NCO当量=42/0.12=350g/eq；设固化剂质量x，则x/350=0.1928，x=67.5kg；体积：树脂=90/1.15=78.26L；固化剂=67.5/1.08=62.50L；溶剂=40/0.87=45.98L；总体积=78.26+62.50+45.98=186.74L；体积固含=（78.26+62.50）/186.74=75.3%。40.综述石墨烯锌粉协同防腐机理，并给出实验室验证方案。答案：机理：1.石墨烯片径大（5–20µm），在涂膜中形成“迷宫效应”，延长腐蚀介质扩散路径>10倍；2.导电石墨烯与锌粉形成微电偶，锌牺牲阳极优先溶解，石墨烯作为电子传输通道，使锌利用率由40%提升至70%；3.石墨烯高模量（1TPa）抑制腐蚀产物膨胀应力，减少鼓泡。验证：采用Q235钢，涂装体系为石墨烯/环氧富锌（Zn60%，石墨烯0.3%），干膜80µm，对比传统富锌。盐雾试验ISO9227，1000h后划线扩蚀<1mmvs3mm；电化学阻抗EIS，|Z|0.01Hz从1×10⁸Ω·cm²降至5×10⁷Ω·cm²的时间延长一倍；SEM-EDS显示腐蚀产物致密，Zn²⁺分布均匀，无局部堆积。六、综合应用题（共45分）41.某跨海大桥设计寿命120年，浪溅区C5-M环境，原方案采用环氧富锌+环氧云铁+聚氨酯面漆，总干膜280µm。业主要求减少维修次数，提出“120年免大修”目标。请重新设计涂装体系，说明选材依据、预期寿命计算、施工窗口及质量监控要点。（25分）答案：体系设计：1.喷砂Sa2.5，粗糙度50–75µm；2.冷涂锌（96%Zn，环氧改性）80µm，提供初始阴极保护；3.石墨烯环氧云铁中间漆120µm，石墨烯0.2%，提高屏蔽与抗渗透；4.氟碳聚硅氧烷面漆（FEVE+聚硅氧烷杂化）60µm，紫外保光率>80%30年；5.总干膜260µm，减少20µm但功能增强。寿命计算：依据ISO12944-9，C5-M下氟碳体系预期寿命>25年，石墨烯迷宫效应使扩散系数D降至1×10⁻¹³m²/s，按Fick第二定律估算，氯离子到达基体时间t=d²/6D=(120×10⁻⁶)²/(6×1×10⁻¹³)=2.4×10⁷s≈0.76年，但石墨烯+锌粉协同，锌层耗尽时间tZn=（ρZn×dZn×η）/（MZn×i×365×24×3600），其中η=0.7，i=1µA/cm²，计算得tZn≈35年；面漆失光老化按Arrhenius方程，活化能E=55kJ·mol⁻¹，南佛罗里达曝晒能等效加速，30年ΔE<5，满足。综合评估：35年锌层耗尽，面漆30年重涂，中间漆屏蔽延长至40年，叠加冗余，120年内只需2次局部维修，实现“免大修”。施工窗口：冷涂锌固化温度≥5℃，RH<85%，露点>3℃；氟碳面漆固化5–40℃，避免>65%RH喷涂，防止发白。质量监控：采用漏涂检测仪（90V