低表面處理涂料性能測(cè)試

(上海外高橋造船有限公司，上海 200137)

普通的船舶環(huán)氧涂料在涂裝時(shí)為了達(dá)到高性能的防護(hù)效果，船體和鋼件表面必須采取噴砂、打磨等處理手段來除去鐵銹，以增強(qiáng)涂料與鋼材表面的結(jié)合力，噴砂及打磨過程中的粉塵和噪聲還會(huì)嚴(yán)重危害施工人員身體健康，對(duì)于某些復(fù)雜結(jié)構(gòu)的作業(yè)面難以做到完全清除干凈。大型船舶建造過程，由于船體分段結(jié)構(gòu)尺寸較大，總組后約1/3涂裝施工需在室外進(jìn)行。

為實(shí)現(xiàn)在普通環(huán)氧涂料涂裝過程中能將復(fù)雜工藝應(yīng)用于手工或動(dòng)力工具，使其能打磨到St2表面和高壓水噴射除銹表面以及在潮濕環(huán)境下或含有水膜表面的帶水帶銹[1]涂裝的低表面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者給予了相當(dāng)?shù)年P(guān)注。低表面處理涂料[2-3]，又稱表面容忍性涂料，與帶銹涂料不同[4]。在實(shí)際的涂裝施工中，不可能對(duì)鋼材進(jìn)行完全、徹底的噴砂處理，即使打磨處理后，鋼材表面仍帶有不同程度的銹蝕物，而且經(jīng)常處于高度潮濕狀態(tài)。對(duì)于某些橋梁維修工程[5]，噴砂會(huì)影響公眾環(huán)境、污染水源等。這就需要一種能在低處理表面上直接進(jìn)行涂裝的高性能涂料。

本文針對(duì)英國(guó)CHEMCO公司的三款低表面涂料產(chǎn)品，選擇臨港海工公司作為試驗(yàn)場(chǎng)地，驗(yàn)證該類型涂料適合施工在銹、油、水等惡劣環(huán)境下的性能。

1 低表面處理涂料實(shí)驗(yàn)方案

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備

RA 500M、RS 500P、RL 500PF三種類型的涂料，噴漆泵(長(zhǎng)江GPQ6C型無氣噴涂機(jī))、噴嘴、涂裝刷子、涂裝滾筒、濕膜卡、磁性干膜測(cè)厚儀、美工刀、圓筒式搖表、鋼板溫度計(jì)、鹽分檢測(cè)儀、表面粗糙度比較樣塊、粗糙度儀、低壓海綿針孔檢測(cè)儀、拉力實(shí)驗(yàn)儀、黑色MARK筆、實(shí)驗(yàn)樣板等。

試板材料：碳鋼、鍍鋅板、不銹鋼，試板尺寸300 mm×300 mm×10 mm。

試板編號(hào)見表1。

表1 試板編號(hào)

各編號(hào)試板做3塊，例如，A13塊可編碼為A1-1、A1-2、A1-3。

1.2 涂料技術(shù)數(shù)據(jù)

涂料技術(shù)數(shù)據(jù)見表2。

1.3 表面處理及涂裝要求

環(huán)氧類涂料表面處理至少達(dá)到St3級(jí)或Sa2.5級(jí)。涂料不能在雨、霧、雪等天氣狀況下露天施工；也不能在能夠結(jié)露的天氣條件下施工。涂裝施工期間，環(huán)境相對(duì)濕度不大于85%，鋼板表面溫度高于露點(diǎn)3 ℃以上。

低表面處理涂料性能實(shí)驗(yàn)，與常規(guī)環(huán)氧涂料的表面處理及涂裝環(huán)境不同，如在銹蝕表面僅進(jìn)行輕微打磨或不處理、表面潮濕、表面有油污等，噴涂和固化期間不限制濕度，滿足12 h即可泡水。通過打磨后淋水放置做成銹蝕表面，通過抹油做油污表面，噴涂前潮濕環(huán)境直接淋水。例，RA500M 涂料與常規(guī)環(huán)氧涂料施工比較見表3。

表2 涂料技術(shù)參數(shù)

表3 RA 500M涂料與常規(guī)環(huán)氧涂料施工對(duì)比

1.4 實(shí)驗(yàn)過程

為了確保獲得可靠的數(shù)據(jù)，進(jìn)行3輪實(shí)驗(yàn)，過程基本相同。

1.4.1 樣板制備

對(duì)樣板表面進(jìn)行沖砂處理去除車間底漆，露天放置間斷性淋水，模擬干濕交替加快銹蝕，5 d左右銹蝕達(dá)到要求。

1.4.2 第一度涂料施工

先用布擦拭樣板表面，去掉不牢固的銹蝕，然后在包含銹的表面模擬加水或油。雙組份涂料，先充分?jǐn)嚢柚鲃?，再倒入固化劑攪拌，熟化后進(jìn)行涂裝。因?yàn)樵囼?yàn)要還原該類型涂料在海上施工的環(huán)境，考慮到海上施工條件或設(shè)備都會(huì)受到制約，所以第一度底漆選擇刷涂的方式。4種狀態(tài)的表面刷涂過程見圖1。

圖1 4種刷涂表面

1.4.3 涂裝面漆

面漆在第一度涂裝施工指觸干后進(jìn)行，噴涂面漆前模擬潮濕環(huán)境進(jìn)行淋水。

1.4.4 海水浸泡

海水浸泡的目的是驗(yàn)證涂料涂裝后，12 h后即浸泡，短的浸水周期有利于緊急項(xiàng)目工期的縮短，并且入水后涂料繼續(xù)固化不會(huì)對(duì)涂料防腐性能有影響。

2 實(shí)驗(yàn)記錄及分析

2.1 涂料固化期間環(huán)境狀態(tài)

第一輪涂料固化期間環(huán)境狀態(tài)見表4。

表4 第一輪涂料固化期間環(huán)境狀態(tài)

2.2 涂料性能指標(biāo)

性能指示見表5。

表5 性能指標(biāo)

2.2.1 起泡和銹蝕評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

參照ISO 4628-2: 2003色漆和清漆中漆膜老化的評(píng)定對(duì)缺陷的數(shù)量、大小、外觀均勻變化強(qiáng)度評(píng)定的第二部分：起泡等級(jí)的評(píng)定。

2.2.2 針孔檢測(cè)

檢測(cè)涂層中的針孔，如果發(fā)現(xiàn)有針孔存在，試板就應(yīng)該被換掉。使用低壓濕海綿針孔檢測(cè)儀，測(cè)量出涂層的針孔和漏涂是否已達(dá)到基材或涂層是否已經(jīng)導(dǎo)電。該儀器的優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)損壞涂層。

2.2.3 附著力

參照標(biāo)準(zhǔn)ISO 4624: 2002色漆和清漆-附著力的拉開法，也可參照GB/T 5210～1985《涂層附著力的測(cè)定法 拉開法》。

2.3 性能分析

2.3.1 第一輪實(shí)驗(yàn)

所有樣板涂層在外觀和厚度均勻，沒有流掛、漏涂、針孔、起皺、光澤不勻、縮孔、顆粒、干噴和起泡等現(xiàn)象，附著力在10 MPa以上。

驗(yàn)證了該類型涂料可分別施工在相應(yīng)的特殊環(huán)境，如水、油、銹等表面，附著力在10 MPa以上，存在的不典型問題是附著力數(shù)據(jù)看起來過于太好，原因可能是樣板的表面銹蝕不足、模擬的水、油量不足，所以開展第二輪實(shí)驗(yàn)。

2.3.2 第二輪實(shí)驗(yàn)

所有樣板涂層在外觀和厚度均勻，沒有流掛、漏涂、針孔、起皺、光澤不勻、縮孔、顆粒、干噴和起泡等現(xiàn)象，附著力測(cè)試不如前一次，底漆與基材不足5 MPa，底漆與面漆的層間沒有分層現(xiàn)象。存在的不典型問題可能是表面浮銹沒有擦拭、油和水的量過多，刷涂過程中，需用力刷涂趕走多余的水和油，涂料才能貼附在樣板表面。實(shí)驗(yàn)狀態(tài)已經(jīng)極端擴(kuò)大化，與實(shí)際施工狀況有差異。

2.3.3 第三輪實(shí)驗(yàn)

在前兩次實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，樣板表面沖砂后做成銹蝕狀態(tài)，模擬的水/油環(huán)境。先把液體傾倒在樣板上，然后按常規(guī)做法用布擦拭至表面有明顯的肉眼可見的殘留狀。實(shí)驗(yàn)結(jié)果是所有樣板涂層在外觀和厚度上應(yīng)是均勻的，沒有流掛、漏涂、針孔、起皺、光澤不勻、縮孔、顆粒、干噴和起泡等現(xiàn)象，附著力測(cè)試基本大于5 MPa，基本是面漆和底漆層間脫開。經(jīng)對(duì)比分析，大部分樣板底漆面漆間脫開，個(gè)別樣板出現(xiàn)低于5 MPa的問題，并且砝碼表面與底材都含有銹蝕，同樣涂料的樣板結(jié)果不同，表面銹蝕依靠擦拭并沒有去除浮銹。

2.3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

在銹、水、油表面涂裝，附著力參照ISO4624：2002，對(duì)比常規(guī)環(huán)氧涂料已經(jīng)高標(biāo)準(zhǔn)要求，浸水時(shí)間間隔盡管縮減到12 h， 15 d取出樣板后涂層表面沒有任何缺陷，附著力滿足要求，3種涂料適用惡劣環(huán)境表面見表6。

表6 3種涂料適用環(huán)境

3 結(jié)論

模擬船舶涂裝現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，低表面處理涂料適合施工在銹、油、水等惡劣環(huán)境下，并滿足防腐要求。由于海洋平臺(tái)使用過程中始終浸沒在水中或由于潮水漲落和飛濺,經(jīng)常處于潮濕狀態(tài)，一般涂料則無法施工，這就迫切需要能在濕面或水中直接進(jìn)行涂裝的低表面處理涂料[6-7]。能有效解決在海洋性氣候中鋼結(jié)構(gòu)在防腐工程中的多項(xiàng)技術(shù)問題, 使各種惡劣環(huán)境件下的防腐施工方便可行, 既能節(jié)省工時(shí)和大幅度降低防腐造價(jià), 又能確保涂層的長(zhǎng)效防腐壽命, 減少停產(chǎn)及設(shè)備維修的次數(shù), 有效保護(hù)并延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命, 具有非常顯著的成本優(yōu)勢(shì)。同時(shí)為今后船舶上層建筑等露天涂裝場(chǎng)所減少表面處理壓力、避免表面處理過程對(duì)環(huán)境造成污染提供一個(gè)新的工藝方法。對(duì)于實(shí)船應(yīng)用，還需進(jìn)行涂裝工藝改進(jìn)以及考慮綜合成本涂裝作業(yè)簡(jiǎn)易化之一是采用施工要求低的涂料品種。所謂低表面處理要求底漆，即該種底漆對(duì)涂裝前表面處理要求很低，通常涂裝前表面二次除銹要求為St3級(jí)或Sa2.5級(jí)的區(qū)域使用該類底漆只要求處理到St2級(jí)或高壓水清洗即可，可減少表面二次除銹工作量。

目前，國(guó)外的萬能型底漆和低表面處理要求涂料通常合二為一[8]，這對(duì)減少涂裝工作量起了很大作用，而國(guó)內(nèi)尚未很好應(yīng)用。隨著造船能力提高，勞動(dòng)生產(chǎn)率提高，這類涂料的應(yīng)用研究工作成為當(dāng)務(wù)之急。