石墨烯重防腐涂料用于最高电塔 项目结题验收会在宁波召开

这座比法国艾菲尔铁塔还高出50米的输电塔位于舟山金塘岛,高度380米,跨距2656米,面临热带海洋环境下高盐雾、高湿热、强日照、台风等侵袭。为减缓电力设施的锈蚀,保证电力设备内部结构不受破坏,延长输电铁塔寿命,这座高塔特别使用了石墨烯改性重防腐涂料。

石墨烯重防腐涂料用于最高电塔 项目结题验收会在宁波召开
石墨烯重防腐涂料用于最高电塔 项目结题验收会在宁波召开
10月17日,国家973计划“海洋工程装备材料腐蚀与防护关键技术基础研究”项目课题结题验收会在中国科学院宁波技术与工程研究所召开。该项目为宁波首次牵头承担的国家973项目,其研究目的是揭示海洋材料腐蚀和防护机制,提出特色鲜明的海洋环境耐蚀和防护材料的设计理论和制备方法,满足我国实施海洋战略对高性能海洋环境防护材料的需要。上海交通大学丁文江院士、大连理工大学蹇锡高院士和中科院宁波材料所薛群基院士等十余位专家组成的验收组对该项目所属六个课题进行了审查验收,并对该项目其中一项重要应用成果——舟山基地380米世界最高输电塔防腐工程进行了实地观摩。

这座比法国艾菲尔铁塔还高出50米的输电塔位于舟山金塘岛,高度380米,跨距2656米,面临热带海洋环境下高盐雾、高湿热、强日照、台风等侵袭。为减缓电力设施的锈蚀,保证电力设备内部结构不受破坏,延长输电铁塔寿命,这座高塔特别使用了石墨烯改性重防腐涂料。

腐蚀的危害

国际公认腐蚀对每一国家造成的损失高达国内生产总值(GDP)的3%~5%。据美国腐蚀工程师协会(NACE)统计,全球腐蚀成本估算为2.5万亿美元。

近20年来,我国国民经济生产总值高速增长,经济结构和管理模式巨变,各行业的腐蚀事故明显增加。2014年,我国各行业腐蚀总成本约占国内生产总值(GDP)的3.34%,总额超过21000亿元。

在工程上,腐蚀导致的直接后果就是缩短工程材料的使用寿命和灾难性的事故,不但造成严重的人员伤亡,而且带来巨大的经济损失;在环境安全方面,腐蚀产物或由腐蚀引发的化学物质的泄漏可能严重污染水资源、大气和土壤资源;在日常生活中,腐蚀问题时有发生,不仅影响物质的美观和使用,同时也会对人体健康和出行安全等造成严重威胁。尤其对于新兴海洋工程、海岛工程等领域而言,腐蚀更是装备、设施安全性和服役寿命的重要影响因素之一,严重影响了我国重大工程和装备的可持续发展。此外,南海开发和“一带一路”基础设施建设也面临着更为严峻的腐蚀危机。

石墨烯改性重防腐涂料的特性

腐蚀造成的危害如此之大,人们当然也一直在探索控制腐蚀的方法,其中一种就是使用重防腐涂料。重防腐涂料是减小腐蚀破坏,保障苛刻腐蚀环境下装备和设施可靠性和服役寿命的关键材料,其发展水平是一个国家涂料科技水平的重要标志。在国家973计划“海洋工程装备材料腐蚀与防护关键技术基础研究”项目推动下,中科院宁波材料所薛群基院士和王立平研究员团队研制了石墨烯改性重防腐涂料,并用于此次380米世界第一高输电铁塔的防腐工程之中。

石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化连接形成六角型呈蜂巢晶格的平面二维材料,近年来一直受到科研界、企业界甚至各国政府的重视。由于碳原子之间化学键的特性,石墨烯极为坚韧,可塑性良好,可以弯曲到很大角度而不断裂,其杨氏模量约为1100GPa,断裂强度为130GPa,比最好的钢还要高100倍。

并且,石墨烯在可见光下透明但不透气,具有很好的阻隔性能,化学性质稳定。通过引入石墨烯能够增强涂层的附着力、耐冲击等力学性能和对介质的屏蔽阻隔性能,尤其是能够显著提高热带海洋大气环境中服役涂层的抗腐蚀介质(水,氯离子,氧气等)的渗透能力,在大幅降低涂膜厚度的同时,提高涂层的防腐寿命。

“石墨烯阻隔性能优异。有了石墨烯涂层后,水渗透速率下降10万倍以上,铜的腐蚀速率下降4倍,镍的腐蚀速率下降20倍。”中科院宁波材料技术与工程研究所蒲吉斌研究员介绍说。

蒲吉斌表示,石墨烯重防腐涂料的使用寿命比传统涂料高2-3倍,因而特别适合在对安全性要求高、再喷涂难度又大的高塔上使用。

据了解,该防腐工程使用的石墨烯改性重防腐涂料已通过中国腐蚀与防护学会组织的成果鉴定,关键技术指标耐盐雾寿命超过9000小时,处于国际领先水平(传统重防腐涂层的盐雾寿命普遍在2000小时左右,且存在资源浪费和环境污染问题,远无法满足“一带一路”沿线,特别是远海、深海以及高湿热南海环境下装备和设施长期防腐耐候的安全服役要求),而这也是全球首次完成石墨烯改性重防腐涂料工程化全链条,囊括材料开发、自然环境考核、工程示范乃至大规模生产和应用。

更可喜的是,目前此成果已经联合银亿集团实现了成果产业化,相关定型产品除了在输电铁塔上获得了规模应用以外,还在储油罐、配电网设施、桥梁工程、船舶、南海海洋设施等领域实现了规模应用。这对贯彻“全面实施海洋战略,发展海洋经济”以及“一带一路”倡议具有积极意义。

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