SEBF涂料用于木材干燥温度传感器的防腐研究
邵维进1 ,王拥军2 ,邵华3
11中国科学院广州能源研究所,广州510640; 21佛山市越盛特种防腐工程有限公司,佛山528000;31广州市潮讯贸易有限公司,广州510000
在木材干燥过程中,需要温度仪表测量干燥室的温度和湿球温度. 测量精度与温度传感器有直接关系. 传感器的使命寿命与传感器外套的材料、芯片有密切关系. 目前,温度传感器外套通用的是铜和不锈钢两种. 它们在木材干燥使用过程中,测量湿球温度的传感器长期接触高潮湿的介质. 介质中含有木材防腐漂白染色所加的磷酸、盐酸、硫酸等各类配方化学混合物. 这些混合物的堆集腐蚀了传感器,使水渗入管内损坏温度芯片,导致温度测量不准. 我所20多年来,探究用铜镀镍、铜镀鉻都有被腐蚀的情况. 为了解决温度传感器使用周期短的问题. 需要寻找一种在木材干燥使用过程中,能够耐酸、碱、盐化学成分的材料,制成耐腐蚀的温度传感器. 笔者进行了这个项目的研制.
1 腐蚀原因与解决方法
1 腐蚀原因与解决方法
111 腐蚀原因
分析认为木材干燥温度传感器的腐蚀主要来自于:
11新砍伐的木材断面. 为了阻碍微生物的渗透,保持木材的自然颜色. 根据木材的自然颜色,配制各类盐酸、磷酸、硝酸、硼酸、草酸等混合液涂在木材断面[ 1 ] .
21进口原木. 大部分进口原木都是在江河或海水中储藏,海水中有氯化钠盐的成分.
11新砍伐的木材断面. 为了阻碍微生物的渗透,保持木材的自然颜色. 根据木材的自然颜色,配制各类盐酸、磷酸、硝酸、硼酸、草酸等混合液涂在木材断面[ 1 ] .
21进口原木. 大部分进口原木都是在江河或海水中储藏,海水中有氯化钠盐的成分.
31漂白木材. 漂白木材使用次氯酸纳、亚氯酸纳、二氧化氯、过氧化钠、过氧化氢、磷酸等.
41染色木材. 染色木材使用酸性染料24种、碱性染料10种. 化学药品着色剂:盐酸、硝酸、硝酸银、醋酸铁、氢氧化钠、碳酸钠、硫酸铜、硫酸亚铁、硫酸钾铝、单宁酸、铁盐、氨、高锰酸钾、重鉻酸钾等[ 2 ] .
51木材的组成. 木材由纤维素、半纤维素和木质素组成. 半纤维素是木材呈现弱酸性的主要原因之一. 在湿度高的木材干燥环境中,半纤维素分子上的乙酰基易发生水解而生成醋酸[ 3 ] ,使木材的酸性增强. 木材干燥时,窑内的水蒸汽含有木材排出来的有机酸如:醋酸、蚁酸、草酸. 对金属腐蚀性较大[ 4 ] .
51木材的组成. 木材由纤维素、半纤维素和木质素组成. 半纤维素是木材呈现弱酸性的主要原因之一. 在湿度高的木材干燥环境中,半纤维素分子上的乙酰基易发生水解而生成醋酸[ 3 ] ,使木材的酸性增强. 木材干燥时,窑内的水蒸汽含有木材排出来的有机酸如:醋酸、蚁酸、草酸. 对金属腐蚀性较大[ 4 ] .
61传感器材料. 通用是铜和不锈钢传感器两种材料,其在木材中的化学元素的特性: 1)铜在高潮湿的木材干燥环境下容易生成铜锈. 2)不锈钢1Cr18Ni9Ti的化学元素: C、Si、Mn、Cr、Ni、Ti、S、P. 其中Ti能被漂白木材中的磷酸侵蚀,溶于热盐酸;Ni能与木材化学着色剂中的硫酸硝酸反应生成硫酸镍; Cr能与防木材色变的盐酸反应.由此可见,在木材干燥中各类酸、碱、盐的化学成分都会存在,铜和不锈钢外壳的温度传感器被腐蚀是不可避免的.所以传感器必须进行防护技术的处理才能解决温度传感器耐腐蚀的问题. 图1为不锈钢传感器使用前、后的表面形貌.
112 解决方法
11211 耐腐蚀材料 经调研采用中国科学院金属研究所沈阳中科腐蚀控制工程技术中心研制的防腐涂料SEBF (超强熔融结合环氧) ,将其喷涂在金属工件表面可使工件的使用寿命在30年以上. 该工件能够耐氯化钠、氢氧化钠、硫酸钠、碳酸钠、次氯酸钠、盐酸、醋酸、硼酸、磷酸、氢氯酸等. 具体耐蚀实验结果如表1所示. 喷SEBF涂料的工件的温度使用范围:水的温度0～100℃:空气温度- 40～150℃.根据表1 涂料SEBF耐盐酸、醋酸、磷酸、氯化钠等性能,将其涂在铜或不锈钢的表面可以阻碍腐蚀物的侵蚀,从而达到防护传感器不被腐蚀的效果.
11212 封胶 通常,耐腐蚀传感器外套可重复利用,封装工艺关系到当传感器芯片损坏后,传感器外套是否能重复利用. 选择防水性能好,耐温、耐湿的胶是很重要的. 经20多年的使用结果表明,选择南京大学704胶效果显著. 容易买到,容易封装,干后是软性固体. 当传感器芯片损坏后. 传感器外套还可重新利用.
11213 温度芯片 A1温度芯片产地为德国;温度芯片为Pt100铂电阻,芯片等级为B级,温度精度为(100 ±018) ℃,温度测量范围为室温～150℃; B1温度芯片:AD590JH.
2 工艺流程
2 工艺流程
211 喷涂
喷涂流程共分六个步骤. 步骤一表面清洁预处理:将不锈钢传感器套进行除油洗干净,表面喷沙;步骤二预热处理:将该工件放入温控箱,温度控制在240～270℃之间,时间30分钟;步骤三喷涂:将工件移送到保温喷涂房,温度控制在250℃. 自动均匀喷涂;步骤四固化处理:将喷好的工件移送到180～240℃的固化室,时间约40分钟;步骤五冷却:将固化好的工件移送到自然冷却的地方;步骤六检验:不合格的
工件送到喷涂房重新再喷.
212 封装
以PTIOO铂电阻为例,它有2 个焊接脚. 需要三条线,两条同一色,用热缩管套好,焊接在一个脚上. 另一种颜色的线焊接在剩下的一个脚上. 再用热缩管把焊接好的三条线套好,防止焊接好的芯片在焊接点断裂. 用数字万用表200Ω挡检测,防止焊接脱落. 在传感器内的底部放点导热硅脂,把焊接好的芯片轻轻放入管内. 用泡沫软材料做填充料,将三条线固定好,填一半深度,灌入704胶,等凝固后用热缩管套在传感器上,防止传感器在使用过程中人不注意拉断线. 如图2简称SEBF传感器. AD590JH 芯片用2 种颜色的两条线. 焊接相同. SEBF传感器的尺寸: Ф8 mm ×45 mm,导线3(根) ×Φ013mm ×250 mm
213 热处理
将封装好的传感器放入温控箱,温度设定在80℃. 进行4小时热处理,将704胶烘干. 自然冷却后进行检测. 将数字万用表放在200Ω挡.
3 结果与讨论
311 实验结果
封装好的喷有SEBF涂料的传感器分别安装在广东中山红木家具生产基地,广州钢琴木材干燥基地,福建德清竹木工艺生产基地等100多个木材干燥厂和多家肉制品厂的温度仪表中使用. 使用结果表明,当传感器测量湿球温度时,因长期接触高潮湿的介质. 介质中的腐蚀物没有侵蚀喷SEBF的传感器见图3. 其它4种的传感器都有被腐蚀的现象. 不锈钢外壳传感器被腐蚀现象见图1的右边. 五种测量湿球温度传感器使用寿命见表2. 图3是使用了5年的新研制的SEBF2PT100传感器. 前面的这条是测量湿球温度的传感器,为了看清楚是否有腐蚀现象,把套在传感器上的纱布退掉. 后面的那条是测量温度的传感器.从表2中可以看出,喷SEBF涂料的传感器在木材干燥中使用时间较长. 从图3看出传感器也没有被腐蚀的现象.
312 讨论
312 讨论
