噴漆材料性能與應用試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪種樹脂體系在常溫下即可實現(xiàn)化學交聯(lián)，且對鋁鎂合金基材具有最高初始附著力？A.羥基丙烯酸/異氰酸酯雙組分?B.環(huán)氧/聚酰胺雙組分?C.氯醚樹脂/三聚氰胺甲醛單組分?D.水性氟碳/氮丙啶雙組分答案：B。環(huán)氧/聚酰胺體系在室溫下可開環(huán)交聯(lián)，極性基團對金屬潤濕優(yōu)異，拉剪強度普遍≥18MPa，高于其他選項。2.在軌道交通外墻水性聚氨酯金屬漆配方中，為提高早期耐水斑性能，最應優(yōu)先添加的助劑是：A.聚醚改性聚二甲基硅氧烷?B.疏水型氣相SiO??C.聚氨酯締合型增稠劑?D.磺基琥珀酸二辛酯答案：A。聚醚改性硅氧烷可遷移至涂膜表面形成定向排布，降低水接觸角至<25°，顯著抑制早期水斑。3.某風電葉片前緣防護涂層要求20年紫外保光率≥80%，下列樹脂組合中最符合要求的是：A.脂肪族HDI三聚體交聯(lián)氟碳?B.芳香族TDI三聚體交聯(lián)羥基丙烯酸?C.環(huán)氧/酚醛?D.氯磺化聚乙烯答案：A。氟碳鍵能高達485kJ·mol?1，HDI三聚體無芳環(huán)，QUV-B5000h失光率<8%，滿足20年保光指標。4.粉末涂料用聚酯樹脂酸值從35mgKOH/g降至25mgKOH/g，其膠化時間（180℃）變化趨勢為：A.縮短10–15s?B.基本不變?C.延長20–30s?D.延長>60s答案：C。酸值降低意味著端羧基減少，與環(huán)氧固化劑反應活性下降，膠化時間延長約20–30s。5.針對海洋飛濺區(qū)鋼結構，下列哪種顏料可同步提供陰極保護與屏蔽作用？A.磷酸鋁?B.離子交換型SiO??C.片狀鋅粉（D50=15μm）?D.導電聚苯胺答案：C。片狀鋅粉在富鋅底漆中形成導電網(wǎng)絡，犧牲陽極電位-0.78VvsSCE，同時片層重疊延長擴散路徑。6.在水性雙組分聚氨酯清漆中，使用DMPA（二羥甲基丙酸）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親水性離子簇，實現(xiàn)無皂自乳化，粒徑可<80nm。7.某汽車修補漆要求15min表干、24h后拋光，下列溶劑組合蒸發(fā)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/異丙醇/甲基異丁基酮=5:3:2?C.乙酸丁酯/丙二醇甲醚/異構烷烴=3:4:3?D.雙丙酮醇/乙酸乙酯/石腦油=2:5:3答案：C。乙酸丁酯快速閃蒸，丙二醇甲醚中速，異構烷烴慢速，形成“快-中-慢”梯度，兼顧流平與抗起痱性。8.氟碳涂料中加入微量（0.3%）納米CeO?，其主要功能為：A.提高光澤?B.吸收紫外抑制樹脂降解?C.降低表面能?D.催化交聯(lián)答案：B。CeO?4f電子層可吸收290–400nm紫外，減少C–F鍵斷裂，延緩粉化。9.在靜電噴涂環(huán)氧粉末時，粉末體積電阻率從101?Ω·cm降至1011Ω·cm，上粉率變化為：A.降低約5%?B.提高10–15%?C.提高>25%?D.基本不變答案：B。電阻率降低使電荷泄漏減緩，法拉第籠效應減弱，凹槽上粉率提高10–15%。10.下列哪種交聯(lián)劑可在120℃低溫固化，且對塑料基材無過度侵蝕？A.封閉型IPDI三聚體?B.甲醚化三聚氰胺甲醛?C.酚醛環(huán)氧?D.雙氰胺答案：A。IPDI三聚體經(jīng)ε-己內(nèi)酰胺封閉，解封溫度105–115℃，交聯(lián)后硬度1H，對ABS、PC表面溶脹<5μm。二、多項選擇題（每題3分，共15分；多選少選均不得分）11.影響水性羥基丙烯酸分散體凍融穩(wěn)定性的關鍵因素包括：A.羧基中和度?B.玻璃化溫度?C.粒徑分布?D.羥基含量?E.乳化劑類型答案：A、C、E。中和度>90%時離子雙電層厚，粒徑<100nm且分布窄可減少冰晶擠壓破乳；乳化劑疏水鏈長度決定空間位阻。12.下列措施可同時提高高固體分醇酸涂料的干燥速度與耐候性：A.引入松香改性酚醛鏈段?B.采用鋯催干劑替代鈷/鉛?C.添加0.5%納米TiO?（金紅石）?D.提高鄰苯二甲酸酐比例?E.引入少量異氰酸酯改性答案：B、C、E。鋯具有“表面催干+過氧化分解”雙重作用，金紅石TiO?屏蔽紫外，異氰酸酯引入脲鍵提高耐候性。13.聚天門冬氨酸酯聚脲涂料的突出性能有：A.100%固含，VOC<50g/L?B.凝膠時間可調(diào)至5s–30min?C.對混凝土含水率容忍≤10%?D.耐紫外與環(huán)氧相當?E.拉伸強度>20MPa答案：A、B、C、E。其脂肪族結構耐紫外遠優(yōu)于環(huán)氧，D項錯誤。14.導致電泳漆縮孔的常見原因有：A.硅油污染?B.陽極液電導率>2000μS·cm?1?C.槽液顏基比過高?D.超濾液流量不足?E.烘干區(qū)升溫速率>15℃·min?1答案：A、B、D。硅油表面張力差<10mN·m?1，陽極液雜質(zhì)離子富集，超濾不足使低分子胺積聚，均易縮孔。15.關于石墨烯在防腐涂料中的應用，正確的有：A.添加量>5%可形成導電通路引發(fā)電偶腐蝕?B.經(jīng)氨基硅烷偶聯(lián)后分散穩(wěn)定性提高?C.與鋅粉協(xié)同可減鋅30%仍保持耐鹽霧3000h?D.可提高涂層熱導率，降低高溫下起泡?E.片徑越大，屏蔽效果越差答案：B、C、D。A項臨界導電閾值<1%，>5%反而風險大；E項片徑大路徑長，屏蔽更好。三、判斷題（每題1分，共10分；正確打“√”，錯誤打“×”）16.水性氟碳乳液的玻璃化溫度越高，其成膜助劑用量一定越大。答案：×。高Tg需更多成膜助劑，但若引入核殼軟相或自交聯(lián)微凝膠，可降低用量。17.在粉末涂料中，安息香主要作為脫氣劑，抑制針孔。答案：√。安息香熔點137℃，熔融時降低表面張力，使trappedair逸出。18.聚硅氮烷可在室溫下潮氣固化生成Si–O–Si網(wǎng)絡，用作耐高溫陶瓷前驅(qū)體。答案：√。Si–NH–Si遇水轉(zhuǎn)Si–O–Si，失重<5%至1000℃。19.同一聚酯樹脂，酸值越高，其與TGIC固化后涂膜耐水煮性能越好。答案：×。酸值高導致端羧基水解，水煮24h后失光率>30%。20.電泳涂裝時，電壓升高，庫侖效率一定提高。答案：×。電壓過高>破裂電壓，電解水副反應加劇，庫侖效率反而下降。21.納米TiO?經(jīng)Al?O?包覆后，其光催化活性降低，可用于外墻涂料。答案：√。包覆層厚度5–10nm，抑制e?-h?復合，減少樹脂降解。22.高固體分涂料的剪切稀釋指數(shù)（TI）越高，抗流掛性能越差。答案：×。TI高意味著低剪切黏度高，抗流掛好。23.在UV固化木器漆中，引入雙酚A環(huán)氧丙烯酸酯可提高硬度但降低柔韌性。答案：√。芳環(huán)剛性大，斷裂伸長率下降50%以上。24.聚脲噴涂時，A組分預聚體NCO%=15，與B組分當量比1.05:1，可得到最佳力學性能。答案：√。略過量NCO補償濕氣副反應，拉伸強度最大。25.氟碳涂料表面能低至18mN·m?1，故無需再涂罩光清漆。答案：×。低表面能易沾灰，罩光可提高耐沾污與光澤保持。四、填空題（每空2分，共20分）26.水性環(huán)氧乳化劑常用非離子型________與陽離子型________復合，可獲得粒徑<200nm的乳液。答案：烷基酚聚氧乙烯醚（或脂肪醇聚氧乙烯醚）、季銨鹽（或烷基二甲基芐基氯化銨）。27.計算羥基丙烯酸樹脂的羥值：若固體分70%，羥基含量3.0%（以OH計），則羥值=________mgKOH/g。答案：羥值=（3.0%×56.1×1000）/17=98.4mgKOH/g。28.粉末涂料膠化時間測試標準溫度為________℃，常用儀器為________。答案：180±2，電熱平板或凝膠計時儀。29.在聚天門冬氨酸酯中，若使用異佛爾酮二胺與馬來酸二乙酯摩爾比1:2，產(chǎn)物理論胺當量為________g/eq。答案：異佛爾酮二胺MW=213，與2mol馬來酸酯加成后產(chǎn)物MW=213+2×172=557，胺當量=557/2=278.5g/eq。30.電泳漆顏基比常用________法測定，結果以________表示。答案：離心分離或熱重法，顏料與基料質(zhì)量比（P/B）。31.石墨烯在涂料中的比表面積SSA典型值為________m2/g，其片層厚度約________nm。答案：500–800，0.34（單層）。32.高固體分涂料的體積固含≥________%，VOC≤________g/L。答案：65，420。33.氟碳涂料的AAMA2605標準規(guī)定，南佛羅里達曝曬10年，色差ΔE≤________，粉化等級≤________。答案：5，8（ISO4628-6評級）。34.水性雙組分聚氨酯活化期通常指混合后黏度上升________%的時間，測試條件為________℃。答案：50，23±2。35.風電葉片前緣防護膜（PET+PU）的耐雨蝕測試標準采用________，雨滴沖擊速度為________m/s。答案：ASTMG73，180–250。五、簡答題（每題8分，共40分）36.闡述水性羥基丙烯酸分散體“核殼梯度交聯(lián)”設計思路及其對早期耐水性的影響機制。答案：采用兩段乳液聚合，核層引入少量雙丙酮丙烯酰胺（DAAM）與己二酸二酰肼（ADH）實現(xiàn)室溫自交聯(lián)，殼層富含羥基與羧基。核Tg設計45℃，殼Tg15℃，成膜時殼層先融合，核層后收縮形成致密骨架。早期（<24h）核層尚未完全交聯(lián)，但殼層羧基被胺中和形成離子簇，水分子需克服離子水合能才能滲透，早期吸水率<5%；24h后核層酮肼交聯(lián)完成，涂膜致密化，耐水斑顯著提高。與傳統(tǒng)均相結構相比，梯度交聯(lián)使水蒸氣透過率下降40%，起泡等級由2級提升至0級。37.對比環(huán)氧/聚硫醇與環(huán)氧/聚酰胺兩種固化體系在5℃低溫固化時的差異，并給出適用場景。答案：聚硫醇體系活化能52kJ·mol?1，低于聚酰胺（78kJ·mol?1），5℃下表干時間2hvs8h；聚硫醇固化收縮率>5%，內(nèi)應力大，附著力下降20%；聚酰胺固化物斷裂伸長率>15%，柔韌性好。聚硫醇適用于快速修補、不允許加熱的石化儲罐內(nèi)壁；聚酰胺適用于橋梁、鋼箱梁等需要高附著力與韌性的場景。38.說明“超疏水-自修復”一體化涂層的構筑策略，并評價其戶外耐久性瓶頸。答案：以氟硅改性環(huán)氧為基體，引入微膠囊化聚二甲基硅氧烷（PDMS）與納米SiO?粗糙粒子，表面構建微-納二元粗糙度，水接觸角>160°。當表面受紫外或砂紙磨損，微膠囊破裂釋放PDMS，遷移至表面降低表面能，恢復疏水。瓶頸：PDMS遷移深度僅幾十納米，多次磨損后耗盡；氟鏈段戶外紫外裂解導致表面能升高；微膠囊與基體界面易引入應力集中，鹽霧500h后局部脫落。解決方案：采用光蓄能Diels-Alder交聯(lián)網(wǎng)絡，實現(xiàn)可逆修復；引入ZrO?-PDMS雜化層，提高耐磨200%。39.計算題：某高固體分脂肪族聚氨酯面漆，配方中羥基樹脂（羥值120mgKOH/g，固含90%）100kg，需配NCO%=12%的HDI三聚體多少kg？并計算體積固含（已知樹脂密度1.15g/cm3，固化劑密度1.08g/cm3，溶劑密度0.87g/cm3，溶劑加入量40kg）。答案：羥基當量=56100/120=467.5g/eq；羥基樹脂含OH=100×0.9/467.5=0.1928eq；HDI三聚體NCO%=12%，NCO當量=42/0.12=350g/eq；設固化劑質(zhì)量x，則x/350=0.1928，x=67.5kg；體積：樹脂=90/1.15=78.26L；固化劑=67.5/1.08=62.50L；溶劑=40/0.87=45.98L；總體積=78.26+62.50+45.98=186.74L；體積固含=（78.26+62.50）/186.74=75.3%。40.綜述石墨烯鋅粉協(xié)同防腐機理，并給出實驗室驗證方案。答案：機理：1.石墨烯片徑大（5–20μm），在涂膜中形成“迷宮效應”，延長腐蝕介質(zhì)擴散路徑>10倍；2.導電石墨烯與鋅粉形成微電偶，鋅犧牲陽極優(yōu)先溶解，石墨烯作為電子傳輸通道，使鋅利用率由40%提升至70%；3.石墨烯高模量（1TPa）抑制腐蝕產(chǎn)物膨脹應力，減少鼓泡。驗證：采用Q235鋼，涂裝體系為石墨烯/環(huán)氧富鋅（Zn60%，石墨烯0.3%），干膜80μm，對比傳統(tǒng)富鋅。鹽霧試驗ISO9227，1000h后劃線擴蝕<1mmvs3mm；電化學阻抗EIS，|Z|0.01Hz從1×10?Ω·cm2降至5×10?Ω·cm2的時間延長一倍；SEM-EDS顯示腐蝕產(chǎn)物致密，Zn2?分布均勻，無局部堆積。六、綜合應用題（共45分）41.某跨海大橋設計壽命120年，浪濺區(qū)C5-M環(huán)境，原方案采用環(huán)氧富鋅+環(huán)氧云鐵+聚氨酯面漆，總干膜280μm。業(yè)主要求減少維修次數(shù)，提出“120年免大修”目標。請重新設計涂裝體系，說明選材依據(jù)、預期壽命計算、施工窗口及質(zhì)量監(jiān)控要點。（25分）答案：體系設計：1.噴砂Sa2.5，粗糙度50–75μm；2.冷涂鋅（96%Zn，環(huán)氧改性）80μm，提供初始陰極保護；3.石墨烯環(huán)氧云鐵中間漆120μm，石墨烯0.2%，提高屏蔽與抗?jié)B透；4.氟碳聚硅氧烷面漆（FEVE+聚硅氧烷雜化）60μm，紫外保光率>80%30年；5.總干膜260μm，減少20μm但功能增強。壽命計算：依據(jù)ISO12944-9，C5-M下氟碳體系預期壽命>25年，石墨烯迷宮效應使擴散系數(shù)D降至1×10?13m2/s，按Fick第二定律估算，氯離子到達基體時間t=d2/6D=(120×10??)2/(6×1×10?13)=2.4×10?s≈0.76年，但石墨烯+鋅粉協(xié)同，鋅層耗盡時間tZn=（ρZn×dZn×η）/（MZn×i×365×24×3600），其中η=0.7，i=1μA/cm2，計算得tZn≈35年；面漆失光老化按Arrhenius方程，活化能E=55kJ·mol?1，南佛羅里達曝曬能等效加速，30年ΔE<5，滿足。綜合評估：35年鋅層耗盡，面漆30年重涂，中間漆屏蔽延長至40年，疊加冗余，120年內(nèi)只需2次局部維修，實現(xiàn)“免大修”。施工窗口：冷涂鋅固化溫度≥5℃，RH<85%，露點>3℃；氟碳面漆固化5–40℃，避免>65%RH噴涂，防止發(fā)白。質(zhì)量監(jiān)控：采用漏涂檢測儀（90V