基于PSPC的涂裝工藝優(yōu)化方案的研究

嚴(yán) 勇，徐榮遠(yuǎn)，趙 麗

(南通明德重工有限公司，江蘇 南通 226361)

0 引言

自2008年7月1日起，《船舶專(zhuān)用海水壓載艙和散貨船雙舷側(cè)處保護(hù)涂層性能標(biāo)準(zhǔn)》(簡(jiǎn)稱(chēng)PSPC)正式實(shí)施，國(guó)內(nèi)造船界對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)制實(shí)施給予了高度重視［1］。PSPC適用于不小于500總t的所有類(lèi)型船舶專(zhuān)用海水壓載艙以及船長(zhǎng)不小于150 m的散貨船雙舷側(cè)處所，其強(qiáng)制實(shí)行時(shí)間為2008年7月1日及以后簽訂建造合同的;或無(wú)建造合同，則為2009年1月1日鋪龍骨或處于類(lèi)似建造階段;或在2012年7月1日以后交船的船舶。

目前國(guó)內(nèi)對(duì)涂裝工藝優(yōu)化的相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)量不多，絕大部分研究集中在涂料方面且在實(shí)驗(yàn)室完成。作為企業(yè)更注重的是施工效率和成本，因此本文旨在使用國(guó)際先進(jìn)性涂料前提下充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，在符合PSPC的規(guī)范下以實(shí)際的船體結(jié)構(gòu)分段研究最佳工藝，以提高涂裝效率，降低施工成本。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備

本次試驗(yàn)使用立邦公司提供的NOA 60 HS的視可測(cè)涂料作為噴涂材料?；w內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，材質(zhì)為碳鋼。各噴涂區(qū)域面積見(jiàn)表1。

表1 基體內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的涂裝面積

圖1 基體內(nèi)部結(jié)構(gòu)

涂裝前表面處理:涂裝前將結(jié)構(gòu)表面沖砂至ISO Sa2.5級(jí)，表面清潔度達(dá)到PSPC規(guī)范要求。所有孔洞采用薄膜從外側(cè)進(jìn)行封堵，以防止造成不必要的污染。為更切合實(shí)際，噴涂后將薄膜去除以保障良好的通風(fēng)，保障涂料正常固化。

1.2 試驗(yàn)方案

根據(jù)立邦視可測(cè)涂料的特點(diǎn)以及PSPC現(xiàn)行規(guī)范，本次試驗(yàn)方案見(jiàn)表2。

表2 實(shí)驗(yàn)方案

1.3 噴涂設(shè)備

本次試驗(yàn)使用美國(guó)固瑞克噴漆設(shè)備，其型號(hào)為X60DH3，壓力比 60:1。

1.4 干膜厚度測(cè)量方法

根據(jù) PSPC的90/10原則，采用日本生產(chǎn)的KEET的LZ990系列磁性測(cè)膜儀對(duì)規(guī)定艙室內(nèi)涂料膜厚進(jìn)行測(cè)量。設(shè)備量程為0～1500 μm，精度為(50±2)μm。

1.5 涂料用量統(tǒng)計(jì)

圖2為涂料用量測(cè)量示意圖。

圖2 涂料用量測(cè)量示意圖

(1)根據(jù)圖2，使用卷尺在涂料桶的頂部沿直徑方向，取3個(gè)不同區(qū)域測(cè)量其內(nèi)部長(zhǎng)度，以其平均值作為內(nèi)徑D。

(2)在各方案施工之前，使用卷尺在液面和涂料桶的頂部之間，取3個(gè)不同區(qū)域測(cè)量其垂直距離，以其平均值作為施工前的液面高度H0。

(3)在各方案施工結(jié)束之后，使用卷尺測(cè)量在液面和涂料桶的頂部之間，取3個(gè)不同區(qū)域測(cè)量其垂直距離，以其平均值作為施工后的液面高度H1。

(4)各方案涂料使用量和單位面積的涂料使用量的計(jì)算公式分別如下:

式(1)～(2)中:V為涂料實(shí)際用量，L;V1為單位面積涂料用量，L;S為各方案對(duì)應(yīng)基材的表面積，m2。

1.6 單位面積的施工時(shí)間計(jì)算方法

單位面積施工時(shí)間為:

式中:t為單位面積施工時(shí)間，h;T為涂裝時(shí)使用秒表記錄方案施工所需要的總時(shí)間，h。

1.7 涂料消耗系數(shù)

根據(jù)此前獲得的涂料實(shí)際使用量V，基材表面積S，涂料的固體含量 v，可獲得以下公式:

式中:k為涂料消耗系數(shù);DFT為涂料額定干膜厚度，μm;v=79%。

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 涂層外觀

外觀檢查后發(fā)現(xiàn)，方案3和方案2的球扁鋼結(jié)構(gòu)反面出現(xiàn)不同程度的針孔見(jiàn)表3?？赡茉蚴且暱蓽y(cè)涂料的固體含量較高。因預(yù)涂的膜厚較大，隨后噴涂的涂料在此處堆積，致使涂料中的溶劑無(wú)法在干燥前克服涂層阻力進(jìn)行逃逸。當(dāng)涂層表面干燥后，隨溫度升高，溶劑蒸發(fā)成氣體同時(shí)體積膨脹。當(dāng)氣體壓力大于外界壓力時(shí)，氣體沖破涂層表面，并在表面留下大小不同的針孔［3，4］。

表3 不同方案下涂層表觀特征

2.2 3種方案的膜厚分布情況

圖3為不同方案下涂料膜層分布比例。由圖3可知，采用方案1獲得的膜層厚度變化比較大，其中低于270 μm及高于600 μm的膜厚百分比分別為1%和10%;而采用方案2進(jìn)行施工，大于600 μm的膜厚百分比約占11%，無(wú)低于270 μm的膜厚;相比較而言，方案3幾乎無(wú)高于600 μm以上的膜厚，不足290 μm的膜厚百分比僅占0.3%，絕大部分膜厚集中在300～480 μm之間，該部分百分比約占83.4%。造成這樣的原因是由于所使用的是視可測(cè)涂料，其特點(diǎn)是當(dāng)涂層厚度達(dá)到規(guī)定值時(shí)，其顏色達(dá)到亮黃色，而小于此膜層下，膜層顏色為淡色。方案1施工時(shí)因無(wú)法正確判斷濕膜厚，致使膜厚變化幅度較大。而方案3之所以膜厚度變化幅度較小，主要是第一度膜層顏色較接近亮黃色，故施工人員容易判定其膜厚變化情況，致使第一度膜厚較為均勻。噴涂第二度涂料時(shí)可通過(guò)觀察膜層顏色進(jìn)而控制其膜厚。方案2變化幅度較大的原因是使用該方案膜層在280 μm以上顏色變化不大，致使膜層過(guò)厚或過(guò)薄。

2.3 涂料消耗量及涂料消耗系數(shù)

根據(jù)式(1)獲得圖4中不同方案下涂料實(shí)際消耗量和額定消耗量。其中額定消耗量是根據(jù)對(duì)比涂料的實(shí)際消耗系數(shù)，通過(guò)式(5)計(jì)算獲得。從圖4可以看出，在各方案下實(shí)際消耗量均低于額定用量，其中方案3的涂料消耗量與額定用量之間相差較大。其原因是施工時(shí)涂料損失和后期涂料修補(bǔ)用量較少，以致最終的實(shí)際使用量與額定用量差別較大。

圖3 不同方案下膜層厚度分布比例

圖4 不同方案下涂料實(shí)際使用消耗量與額定消耗量

圖5 不同方案涂料對(duì)應(yīng)的實(shí)際消耗系數(shù)

根據(jù)式(5)獲得圖5的不同方案下方案涂料對(duì)應(yīng)的消耗系數(shù)。其中方案3對(duì)應(yīng)的涂料消耗系數(shù)為1.8;方案2對(duì)應(yīng)的涂料消耗系數(shù)為1.85;方案1對(duì)應(yīng)的涂料消耗系數(shù)約1.95。而目前公司使用的對(duì)比的涂料消耗系數(shù)為2.1。相比之下，方案3的消耗系數(shù)最小，且遠(yuǎn)小于對(duì)比涂料消耗系數(shù);方案1與對(duì)比涂料之間也有一定的差別，但差別不大。引起方案3與對(duì)比涂料之間差距較大的主要原因是該噴涂的工藝使涂料使用量降低較大，致使最終的涂料消耗系數(shù)減少。

2.4 單位面積的施工時(shí)間

施工時(shí)間包括施工時(shí)噴涂時(shí)間、膜厚檢查時(shí)間、涂層修補(bǔ)時(shí)間和報(bào)檢時(shí)間，其中報(bào)檢時(shí)間是指每道涂層完工后報(bào)請(qǐng)船東和涂料商進(jìn)行檢查所消耗的平均時(shí)間。本次試驗(yàn)各方案下施工時(shí)間和單位面積消耗時(shí)間見(jiàn)表4。

可以看出，方案1、方案2、方案3單位面積的施工時(shí)間均比對(duì)比涂料的少，其原因是該涂料為視可測(cè)涂料，涂層膜厚測(cè)量所消耗的時(shí)間較低。不同地方在于，方案1與對(duì)比涂料的施工效率差別不大，方案3與對(duì)比涂料的單位面積施工 時(shí)間相差較大，主要是因?yàn)橥垦b工藝不同所致。采用后者方式施工，其檢查和修補(bǔ)時(shí)間較短，進(jìn)而節(jié)省了單位面積總的施工時(shí)間，因此方案3的涂裝效率相對(duì)較高。

表4 各方案的施工時(shí)間及單位面積施工時(shí)間

2.5 單位面積涂料的實(shí)際用量

根據(jù)式(1)和式(2)獲得單位面積涂料的實(shí)際用量V1見(jiàn)表5。

表5 各方案單位面積涂料的實(shí)際用量

從表5可以看出，方案3的單位面積涂料消耗量最低，方案1與對(duì)比涂料的用量相當(dāng)。與對(duì)比涂料相比，采用方案3可大大降低涂料的使用量，從而降低涂裝的涂料成本。

3 現(xiàn)場(chǎng)反饋的施工難易程度

各方案之間差別明顯，主要體現(xiàn):在施工方面，方案2和對(duì)比涂料較容易施工;方案1因顏色較淺，噴涂在作業(yè)時(shí)涂層濕膜分別不明顯，故難以把握噴涂尺度;方案3介于方案1和方案2之間。在涂層修補(bǔ)方面，方案3相對(duì)較容易，而方案2和對(duì)比涂料不容易修補(bǔ)，拐角處和邊角處修補(bǔ)量較大，需要多次檢查和修補(bǔ)才能達(dá)到要求的膜厚。

4 結(jié)語(yǔ)

綜合以上實(shí)驗(yàn)比較結(jié)果可以看出:最佳涂裝工藝的方案為方案3。按照方案3施工，可充分發(fā)揮NOA 60 HS涂料的性能，并獲得較均勻的涂層表面;單位面積涂料用量和消耗系數(shù)均比其他方案低;與對(duì)比涂料相比，采用方案3的涂裝工藝，單位面積可節(jié)約32%左右的施工時(shí)間，也少于傳統(tǒng)的施工方式(方案1)以及1度成膜的施工方式(方案2)。因此采用方案3，既降低了涂料成本，又大大提高了涂裝施工效率。

［1］趙任張.PSPC技術(shù)要求現(xiàn)狀分析［J］.船舶工程，2010，32(S1):18－21.

［2］汪國(guó)平.船舶涂料與涂裝技術(shù)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

［3］洪嘯吟，馮漢保.涂料化學(xué)(第二版)［M］.北京:科學(xué)出版社，2010.