膠黏劑和密封膠在船舶修造中的應用

孟凡明，龐天照，張森森,李瑞,劉連河,胡松霞

（1．海軍裝備部駐沈陽地區(qū)軍事代表局，遼寧沈陽 110031；2.哈爾濱工程大學，黑龍江哈爾濱 150001）

膠黏劑和密封膠在船舶修造中的應用

孟凡明1，龐天照1，張森森1,李瑞2*,劉連河2,胡松霞2

（1．海軍裝備部駐沈陽地區(qū)軍事代表局，遼寧沈陽 110031；2.哈爾濱工程大學，黑龍江哈爾濱 150001）

隨著現(xiàn)代船舶工業(yè)的發(fā)展，膠黏劑和密封膠在船舶修造中的意義日益突顯，其對提升船舶可靠性，縮短建造工期，降低維修成本，有重要作用。依據(jù)膠黏劑和密封膠在船體結(jié)構(gòu)、外殼、舾裝設備、設備零件安裝和修復以及船體修復中的應用，對船舶用膠黏劑進行分類介紹。

船舶；膠黏劑；密封膠；粘接；修復

前言

在傳統(tǒng)船舶修造行業(yè)中，多采用鉚接、螺接、焊接等固定方式，這些固定方式受材料材質(zhì)、形狀、厚度、大小、硬度等方面的制約，如一些較薄材料的連接和固定，無法得到令人滿意的連接和固定效果，而且影響材料的美觀性。傳統(tǒng)鉚接、螺接、焊接等方式，在連接承重結(jié)構(gòu)時易產(chǎn)生應力集中，造成船舶主體結(jié)構(gòu)損壞，降低了船舶使用的可靠性，增加了船舶維護成本。隨著膠黏劑技術(shù)的發(fā)展成熟，膠黏劑逐漸取代傳統(tǒng)鉚接、螺接、焊接等固定方式。由于船舶長期航行于江、河、湖、海等復雜惡劣環(huán)境中，氣候多變，突發(fā)事故常見，因此對膠黏劑提出了特殊要求，如必須耐海水、耐大氣老化、耐油、耐高低溫交變、阻燃、耐振動，一些艙內(nèi)粘接要求膠黏劑無毒、無味、美觀，船舶修造一般要求現(xiàn)場作業(yè)，工藝要求簡單快捷。

1 膠黏劑在船舶船體上的應用

1.1在船體復合材料中的應用

船用玻璃鋼，即玻璃纖維增強塑料，之于傳統(tǒng)材料有以下特點：質(zhì)輕、高強，耐腐蝕、抗化學附著，介電性和微波穿透性好，沖擊韌性好，外觀美觀，可設計性優(yōu)良，成本低廉，工藝簡單[1]，已經(jīng)廣泛應用于漁船、游輪、賽艇、潛艇、掃雷艇的制造。玻璃鋼在船體裝配中一般采用膠接和機械連接并用，既利用膠接的優(yōu)越性，又保證了接頭的足夠強度和可靠性。連接的步驟是先膠接后機械連接[2]，以下主要介紹幾種常見應用于船舶工業(yè)中玻璃鋼粘接的膠黏劑。

山東非金屬材料研究所開發(fā)的“69-01膠黏劑”，主要成分為：環(huán)氧樹脂、聚硫橡膠等，25℃下2h固化，適用于鋼、鋁等金屬材料與玻璃鋼、木材、陶瓷等非金屬材料的膠接，在膠接不同材料性能參數(shù)如下表1所示：

表1 “69-01膠黏劑”抗剪切性能Table 1shear properties of“69-01 adhesive”

從表1中可以看出，玻璃鋼通過“69-01膠黏劑”膠接不同材質(zhì)時，無論是常溫還是低溫剪切強度均在17MPa以上，具有優(yōu)良的粘接性能。

此外天津市合成工業(yè)研究所開發(fā)的“HY-912超級低溫膠黏劑”，上海新光化工廠生產(chǎn)的“鐵錨101膠黏劑”，上海合成樹脂研究所生產(chǎn)的“E-4膠黏劑”、“E-10膠黏劑”、“E-11膠黏劑”、“SA-100型快速固化膠黏劑”、“ZW-1”、“ZW-3膠黏劑”，四川晨光化工研究院生產(chǎn)的“CJ-93膠黏劑”，中科院北京化學所開發(fā)的“KH506膠黏劑”均可應用于船舶玻璃鋼的膠接。

1.2 在船體金屬結(jié)構(gòu)中應用

船舶的船體金屬結(jié)構(gòu)中，大量使用了如碳鋼、高強度鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、鑄鋼、鑄鐵以及鋁合金、鎂鋁合金、鈦合金等金屬合金材料。這些金屬主體結(jié)構(gòu)，一般采用焊接方式進行連接，但是為了降低應力集中，提高不同金屬材料耐化學腐蝕性，可采用膠接方式進行連接。以下主要介紹幾種可應用于船舶工業(yè)中結(jié)構(gòu)性金屬材料粘接的膠黏劑。

黑龍江省科學院石油化學研究院開發(fā)的“J-03結(jié)構(gòu)膠黏劑”，主要成分為:酚醛樹脂、丁腈橡膠和配合劑等，在壓力0.3MPa～0.5MPa，165℃固化2h，該產(chǎn)品膠接強度高，韌性好、耐介質(zhì)、耐老化。鋁合金膠接件在不同條件下粘接性能如表2、3、4所示：

表2 “J-03結(jié)構(gòu)膠黏劑”剪切強度和不均勻扯離強度性能Table 2Shear strength and non-uniform tearing strength of structure adhesive J-03

表3 “J-03結(jié)構(gòu)膠黏劑”耐介質(zhì)性能Table3Medium-resistance performance of structure adhesive J-03

表4 “J-03結(jié)構(gòu)膠黏劑”耐老化和負荷性能測試Table 4Anti-aging permanence and load performance of structure adhesive J-03

從表2、3、4中可以看出，“J-03結(jié)構(gòu)膠黏劑”在不同介質(zhì)中剪切強度下降率在10%以內(nèi)，在100℃耐老化1400h后，以及在負荷9.6MPa下持久650h后，剪切強度仍能保持在25.1MPa以上，此膠黏劑具有良好的耐介質(zhì)、抗老化、抗負荷性。

此外，黑龍江省科學院石油化學研究院研制的“J-19高強度結(jié)構(gòu)膠黏劑”、“J-10結(jié)構(gòu)膠黏劑”，“J-32高強度膠黏劑”、“J-135室溫固化結(jié)構(gòu)膠”，北京橡膠十二廠生產(chǎn)的“XY-507膠黏劑”，遼寧大連第二有機化工廠“農(nóng)機2號膠黏劑”，洛陽黎明化工研究院研制的“RTP-801膠黏劑”，均可應用于船體金屬結(jié)構(gòu)膠接。

1.3 在潛艇消聲瓦安裝中的應用

消聲瓦是隨現(xiàn)代吸聲材料的發(fā)展而逐漸成熟起來的一種新型潛艇隱身裝備。消聲瓦技術(shù)作為一種有效的抑制噪聲振動、降低本艇聲目標強度、提高潛艇隱蔽性的手段，已被世界各海軍強國廣泛采用[3]。消聲瓦一般是由合成橡膠等高分子聚合物組成的，如前蘇聯(lián)主要采用丁苯橡膠為基材，英國主要采用聚氨酯材料，美國將聚氨酯與玻璃纖維制成消聲瓦復合材料，法國消聲瓦采用使用聚硫橡膠為基材[4]，這些消聲瓦均獲得了很好的消聲降噪效果。消聲瓦一般采用“工裝”或膠粘兩種方式安裝，“工裝”容易使?jié)撏С霈F(xiàn)漏聲通道和回聲反射面，降低消聲瓦的使用效果，最好的安裝方式為膠接，英美俄大都采用這種方式，但是膠接強度和耐久度一直困擾著各國海軍。據(jù)報道，美國最新型“弗吉尼亞”號核潛艇以及其它潛艇均出現(xiàn)大面積消聲瓦脫落現(xiàn)象。因此開發(fā)一種能滿足消聲瓦粘接的膠黏劑成為海軍裝備研究的重點。這種膠黏劑需要具有粘接強度高、抗沖擊、耐久性好、耐鹽霧、耐海水、耐振動甚至需要具有一定的阻尼降噪性能。因為罕有消聲瓦膠黏劑相關(guān)報道，所以下選取幾種現(xiàn)有膠黏劑，作為消聲瓦膠黏劑性能指標參考。

上海橡膠制品研究所研制的“JX-18-1膠黏劑”，主要成分為氯丁橡膠，室溫固化2～3天可使用，低毒，具有良好初接能力，不需加壓即可實現(xiàn)硫化，使用方便，工藝性良好，并具有一定耐熱、耐水性。性能參數(shù)如表5所示：

表5 “JX-18-1膠黏劑”剝離性能Table 5Peeling resistance of adhesive JX-18-1

從表5中可以看出，“JX-18-1膠黏劑”在室溫固化2～3d時，對不同材料的粘接效果良好，剝離強度均超過20N/cm，其中陶瓷-橡膠墊圈、帆布-帆布和1154天然橡膠-1154天然橡膠剝離強度分別為40N/cm，48N/cm，40N/cm以上。

2 膠黏劑在船舶舾裝系統(tǒng)中的應用

2.1在船艙泡沫材料中的應用

船舶艙室的夾層結(jié)構(gòu)一般使用蜂窩結(jié)構(gòu)和泡沫材料填充，如聚氨酯泡沫塑料、酚醛泡沫塑料等，蜂窩結(jié)構(gòu)和泡沫材料的使用一方面可以增強艙室的機械性能，如減輕結(jié)構(gòu)重量，提高了結(jié)構(gòu)強度，另一方面泡沫材料具有良好的隔熱、隔音、抗沖擊性，并簡便施工工藝。選擇正確的膠黏劑對夾層結(jié)構(gòu)的強度也有非常重要的意義，通常在選擇膠黏劑時除了強度以外，還需要考慮使用溫度、煙霧條件及其與芯材和面板材料的兼容性。如果選擇與面板材料共固化，則膠黏劑或膠膜的固化條件需要與面板的共固化條件相一致[5]。以下介紹幾種用于船舶蜂窩結(jié)構(gòu)和泡沫材料的膠黏劑。

黑龍江省科學院石油化學研究院研制的“J-69民用蜂窩夾層結(jié)構(gòu)膠黏劑”，主要成分為環(huán)氧樹脂、丁腈橡膠、改性雙氰胺催化劑，125℃固化2.5h，或140℃固化1h，主要用于準高速、高速火車、豪華游艇及艦船的門、隔板、鋁合金蜂窩夾層結(jié)構(gòu)裝飾外幕墻等蜂窩夾層結(jié)構(gòu)膠接，性能參數(shù)如表6所示：

表6 “J-69民用蜂窩夾層結(jié)構(gòu)膠黏劑”性能Table 6The performanences of civil honeycomb sandwich structure adhesive J-69

由表6可知，“J-69民用蜂窩夾層結(jié)構(gòu)膠黏劑”在室溫下抗剪切能力在25MPa以上和剝離強度在50N/cm以上，蜂窩剝離強度在30N/cm以上，具有良好性能。

此外，天津合成材料工業(yè)研究所研制的“YY-921膠黏劑”，江蘇太倉化工廠生產(chǎn)的“683船舶隔熱材料膠黏劑”，上海橡膠制品研究所研制的“JX-18膠黏劑”、“SLP-1泡沫膠黏劑”，廣東化學所研制的“3號膠黏劑”，上海新光化工廠生產(chǎn)的“鐵錨104膠黏劑”，黑龍江省科學院研制的“J-123蜂窩夾層結(jié)構(gòu)膠黏劑”均可應用于船艙泡沫材料的膠接。2.2在船艙地板粘接中的應用

船艙地板材料一般為：聚氯乙烯人造革地板、聚氯乙烯硬質(zhì)地板、聚氯乙烯軟質(zhì)地板和橡膠地板。地板一般通過膠接方式固定到鋼板或鋁合金板上。艙室地板用膠黏劑要求無毒、無味、阻燃、耐油、耐水耐酸堿腐蝕。

上海橡膠制品研究所研制的“JY-7膠黏劑”，主要成分為再生酚醛樹脂等，室溫固化，具有優(yōu)良的耐高低溫交變性、耐熱老化和耐水性。

表7 “JY-7膠黏劑”粘接不同材料剪切性能Table 7The different materials shear performance of adhesive JY-7 bonding

由表7中可以看出，“JY-7膠黏劑”在粘接聚氯乙烯硬質(zhì)地板時，具有良好的耐海水性，在浸入海水7h后，剪切強度為0.5～0.8MPa，在經(jīng)-40℃～70℃交變10次后，剪切強度為0.5～0.8MPa，此膠黏劑具有良好耐水性和耐溫度交變性。

此外，大連第二有機化工廠生產(chǎn)的“DXS瓷磚膠”，青島海洋化工研究院研制的“HS-66水性環(huán)氧PVC地板膠”，北京橡膠十二廠生產(chǎn)的“XY-403”，均可應用于船艙地板的粘接。

2.3 在船艙內(nèi)飾中應用

船艙內(nèi)部裝飾首選的固定方式就是膠接，如儀器、儀表、管路附件、塑料管、塑料面板、壁紙等均使用膠黏劑進行固定。為了保證船員身體健康和舒適性，在船艙內(nèi)部膠黏劑最重要的特性就是無毒、無味、阻燃。

黑龍江省科學院石油化學研究院研制的“室溫固化阻燃膠黏劑”，主要成分為：阻燃環(huán)氧樹脂、復合阻燃劑、固化劑。具有良好的阻燃性，不產(chǎn)生有害氣體，不流淌。

表8 “室溫固化阻燃膠黏劑”綜合性能Table 8The comprehensive properties of room temperature curing fire-resistant adhesive

“室溫固化阻燃膠黏劑”已經(jīng)應用于飛機、汽車、船舶裝飾工藝。

此外，上海造船工藝研究所研制的“銅醛聚氨酯膠黏劑”，晨光化工研究院“DS-1聚氯乙烯塑料膠黏劑”，天津市合成材料工業(yè)研究所研制的“HY-914”，均用于船艙內(nèi)部各種裝飾及儀器、儀表等的粘接。

2.4 在不易著火甲板基層敷料粘接中的應用

為了防止船舶機艙或貨倉著火后，火勢蔓延至起居室、控制室，需要在起居室、控制室、走廊、梯道內(nèi)敷設不易著火甲板基層敷料。不易著火甲板基層敷料具有良好的耐高溫性、和阻燃性，可以有效防止火勢從下層甲板蔓延至上層甲板。對于不易著火甲板基層敷料的粘接，需使用阻燃性膠黏劑。上海滬東造船廠使用的甲板敷料膠黏劑，組分為：水玻璃、氟硅酸鈉、氧化鎂瓷粉，具有無毒、無味耐高溫等優(yōu)點，適用于復合阻燃劑甲板敷料與鋼板之間的膠接。

3 在船舶機械系統(tǒng)中的應用

3.1 在船舶尾軸與螺旋槳連接中的應用

船舶螺旋槳和尾軸過去一直采用“鍵”連接，這種連接方法對軸孔的連接面要求很高，不但需要很多加工工時，而且還要進行繁重的人工拂括。“無鍵膠接”新工藝既省去鍵和鍵槽的加工、又省去繁重的手工拂括程序，大大減輕了勞動強度，縮短造船周期，同時提高了產(chǎn)品質(zhì)量，也不會產(chǎn)生因海水腐蝕而使螺旋槳難拆的現(xiàn)象[6]。

上海修造船廠生產(chǎn)的船舶尾軸與螺旋槳膠黏劑主要成分為：E-44環(huán)氧樹脂、聚硫橡膠、多乙烯多胺和促進劑DMP-30，室溫固化，具有耐海水、耐水、耐油等特性，具有良好的韌性和膠接強度，鋼-鋼膠接剪切強度為26～28MPa，實船應用性能良好。

3.2 在船舶主機導板中心校正中的應用

傳統(tǒng)船舶主機導板中心校正采用拉線法，工藝復雜，可靠性低，現(xiàn)在采用膠黏劑填滿導板縫隙，固化后一次性定出導板中心，省時、省力，降低了工人勞動強度，可靠性高。

上海修造船廠生產(chǎn)的船舶主機導板中心校正用膠黏劑，主要成分為：E-44或E-22環(huán)氧樹脂、鄰苯二甲酸二丁酯、多乙烯多胺和石棉線，室溫固化，已成功應用于船舶主機導板中心的校正。

3.3 在船舶主機、輔機墊片固定中的應用

船舶主機、輔機通常采用鋼制或鑄鐵墊塊與船體結(jié)構(gòu)基座連接，對金屬墊塊要求特別嚴格，接觸面積不小于75%，25×25mm2范圍內(nèi)要有3～4個觸點，所以拂括主機墊塊是一項復雜的工作?，F(xiàn)在環(huán)氧樹脂的使用代替了金屬墊塊，縮短了造船周期，提高了經(jīng)濟效益[7]。

上海修造船廠生產(chǎn)的主機、輔機墊片用膠黏劑，主要成分為：E-42或E-44環(huán)氧樹脂、苯乙烯或丁二酯、650聚酰胺、三乙烯四胺、鐵粉，將膠黏劑涂滿主機與墊片之間的縫隙，無需拂括，工藝簡單，性能穩(wěn)定。

3.4 在尾軸與銅套固定中的應用[8]

船舶尾軸作為動力傳出部件與螺旋槳直接相連，本身為鋼制材料，容易受到海水的腐蝕而影響使用壽命，因此采用銅套保護尾軸免受海水侵蝕。傳統(tǒng)方法采用過盈方式進行安裝，即加熱銅套后套入尾軸，但是這種方法工藝不易掌握，加熱溫度過高容易使銅套破裂，溫度過低則會使銅套進退兩難，致使銅套破裂。而使用膠黏劑則大大簡化安裝工藝，降低造船成本，提升造船效率。

除尾軸與銅套固定需要使用膠黏劑，船體內(nèi)部各種閥座的固定也可使用膠黏劑，可簡化工藝，提高效率。

4 在船舶修復中的應用

船舶船體與螺旋槳長期與河水、海水接觸，發(fā)生腐蝕后，表面出現(xiàn)裂紋、斷裂、穿孔等現(xiàn)象。船舶設備，如動力裝置，長期受到振動、磨損、腐蝕等影響，導致零件產(chǎn)生裂紋，形狀尺寸發(fā)生改變，影響使用性能。船舶機械零件在加工以后，會發(fā)現(xiàn)有砂眼、裂紋、氣孔等缺陷，這些缺陷會影響零件的使用壽命和可靠性。使用膠黏劑修補各種腐蝕、磨損、老化產(chǎn)生的砂眼、氣孔、裂紋等缺陷，可以提高工作效率、簡化修復工藝、降低成本。特別是一些無法使用焊接技術(shù)的區(qū)域，如水下修補、運輸船的油倉、天然氣倉，膠黏劑的使用顯得更加必要。

4.1 在船舶設備零件砂眼、裂紋、穿孔修復中的應用

船舶許多大型機件，如主機機座、機架、氣缸、汽缸蓋進氣閥等，長期耐受巨大負荷，容易產(chǎn)生裂紋，并且多為鑄鐵材料，使用焊接技術(shù)進行修復難度較大，使用粘接-扣合法，既可以解決問題，保證機件的可靠性，又美觀，且工藝簡單，成本較低。以下列舉幾種船用設備零件修復用膠黏劑。

中科院廣州化學研究所研制的“尺寸恢復膠”，主要成分為：環(huán)氧樹脂、聚酰胺、間苯二胺、無機填料，接觸壓力，室溫需2～4d或150℃則2h，用于機械零件裂縫、氣孔、砂眼的封堵，或者是機械零件的尺寸恢復。

表9 “尺寸恢復膠”性能參數(shù)Table 9The performance parameters of size-renewing adhesive

北京天山新材料有限公司開發(fā)的“TS518緊急修補劑”，主要用于船舶“跑、冒、漏、滲”的快速堵漏，北京天工表面材料技術(shù)有限公司開發(fā)的“TG-400系列耐腐蝕修補劑”用于船舶機械設備和零部件的修復。

4.2 在船舶動力傳輸裝置修復中的應用

船舶動力傳輸裝置的修復不同于其他設備的修復，對于強度要求特別高，焊接技術(shù)無法消除內(nèi)應力，對機械的可靠性產(chǎn)生不良影響，單純膠粘技術(shù)無法承受長時間高負荷運作[9]，因此多采用粘接-扣合法進行修復。

5 密封膠在船舶修造中的應用

密封膠是一種可隨密封面變化而變形，對密封面浸潤性良好，不易流淌浸潤性良好，具有一定粘接強度，可防水、防塵、隔熱，耐機械振動的密封材料。密封膠與一般膠黏劑相比，對膠接強度要求較低，對浸潤性、粘附性、對介質(zhì)穩(wěn)定，不對密封面腐蝕等性能要求較高。

船舶長期航行于江河湖海潮濕環(huán)境中，為了保護船舶船體和設備免受腐蝕，需大量使用密封膠，除此之外船舶內(nèi)部有大量管路、電纜也需要進行密封。

5.1 在電纜密封中的應用

為滿足艦船抗沉性要求，電纜穿過水密隔板時，為保證艙室和甲板的水密性完好，使用密封膠進行密封[10]。

上海橡膠制品研究所研制的“GT-4有機硅灌封料”，主要成分為：硅橡膠等，具有優(yōu)良的電絕緣性能。適用于電纜、電器插頭的絕緣密封，使用溫度：-70～200℃。

5.2 在船舶管路系統(tǒng)中的使用

船舶具有非常復雜的管路系統(tǒng)，自身管道如排水管、蒸汽管、燃油管、潤滑油管、冷凍液管、海水管等，配套設施管路還包括石油管道、液化石油天然氣管道等，這些管道工作條件各不相同，從零下幾十度至上百度，所承受壓強也不同，最高耐受壓強可達8MPa，單純膠黏劑無法達到要求，多配合膠黏劑和密封膠同時使用，并且可以降低拆卸難度。

5.3 在船舶門窗、甲板、墻面等中的使用

船舶門窗多由鋁合金材料制成，為避免船體鋼材與門窗鋁合金產(chǎn)生電化學腐蝕，多使用粘接型密封膠，為橡膠類密封膠。當船舶甲板使用膠黏劑鋪設以后，需使用密封膠填縫（捻縫），密封膠的使用可以大大提高甲板的使用壽命，降低維護成本。

5.4 在船舶精密設備中的使用

船舶雷達罩，長期在室外耐受惡劣天氣侵蝕，對密封性有很高要求。雷達罩一般選擇使用壽命較長的彈性密封膠，如聚氨酯密封膠，硅酮密封膠，使用壽命普遍可以達到15年以上?！按昂诤凶印迸c“飛機黑匣子”類似，是記錄船舶航行的裝置，特別是記錄發(fā)生沉船事故時船體的狀況，對于事故分析有重要作用[11]。由于海洋的特殊環(huán)境，一般要求密封材料能耐1100℃高溫、60MPa高壓，我國對于此項研究還屬于空白狀態(tài)。

6 結(jié)束語

膠黏劑和密封膠在船舶修造中有非常廣泛的應用，不僅可以提高船舶可靠性，簡化工藝，提高生產(chǎn)效率，還取得了巨大的經(jīng)濟效益，已成為船舶修造中必不可少的材料。

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The Application of Adhesives and Sealants to Repair and Produce Marine

MENG Fan-Ming1,PANG Tian-Zhao1,ZHANG Sen-sen1,LI Rui2,LIU Lian-he2and HU Song-xia2

(1.Navy Representative to BoHai Shipyard,Shenyang 110031 China;2.Harbin Engineering University,Harbin 150001,China)

With the development of modern shipbuilding industry，adhesives and sealants highlights increasingly in ship building and repairing, which play an important role in dependability of ships,shortening the construction period,reducing maintenance costs.Adhesives and sealants were introduced in classification by the application in ship structure，shell，outfit，installation and repair of equipment parts,hull repair in this paper.

Marine；adhesives；sealants；bonding；repair

TQ437.4

A

1001-0017（2013）04-0075-05

2013-01-09

孟凡明（1971～）男，遼寧盤錦人，工程師，主要從事艦船總體與結(jié)構(gòu)研究。

*通訊聯(lián)系人：E-mail：chuanbocailiao@163.com