王 猛 張富春 王 鑫 李 冬 秦玉良 付維民

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300452)

0 前言

隨著海洋石油進(jìn)軍深海計(jì)劃的實(shí)施，海洋石油平臺從淺海走向了深海，相應(yīng)的腐蝕環(huán)境也更加苛刻，海洋平臺鋼結(jié)構(gòu)處于嚴(yán)酷的腐蝕環(huán)境中[1]，對防護(hù)涂層的性能提出了更高的要求，涂層附著力是評價(jià)一個(gè)涂層或涂層體系最重要的一項(xiàng)指標(biāo)[2]，對其進(jìn)行研究討論是很有意義的。

1 涂層附著力的含義及影響因素

涂層的附著力是一種特殊的界面作用力，有機(jī)涂層的附著力包括兩方面：一是有機(jī)涂層與基體金屬表面的粘附力，其次是有機(jī)涂層本身的凝聚力。兩者在涂層防護(hù)的整個(gè)體系中是缺一不可的。附著力不好，再完好的涂層也起不到作用；而涂層本身凝聚力差，則漆膜容易龜裂。這兩者共同決定涂層的附著力。據(jù)研究，影響涂層附著力的基本因素主要有兩個(gè)，涂料對底材的濕潤性和底材的粗糙度。涂層對金屬底材的濕潤性越強(qiáng)，附著力越好；一定的表面粗糙度對涂層起到了咬合錨固的作用[3]。

2 涂層附著力的檢測方法

在海洋平臺鋼結(jié)構(gòu)的涂裝過程中，施工現(xiàn)場常用的涂層附著力檢測方法有用刀具劃X、劃格法、拉開法、鑿擊法，以及針對鍍鋅層的劃痕法等，各種方法介紹如下：

2.1 劃X法

海洋平臺鋼結(jié)構(gòu)涂層的干膜厚度通常為150微米-400微米，劃X法適用于干膜厚度高于125微米的涂層，所以經(jīng)常被使用，該方法的優(yōu)點(diǎn)是工具簡單、方便快捷，但是不能測出附著力的具體值，只能通過評級判斷附著力的好壞。檢測的主要工具有劃X法導(dǎo)向器、鋒利的刀片、25mm寬的半透明壓敏膠帶、橡皮擦以及照明燈源等[4]。

2.1.1 檢測步驟：

對涂層表面進(jìn)行清潔干燥，表面潮濕、油污以及高溫等會影響附著力。

按標(biāo)準(zhǔn)選定檢測區(qū)域，借助劃X法導(dǎo)向器用刀具沿直線穩(wěn)定地切割漆膜至底材，夾角為30～45°，劃線長40mm，交叉點(diǎn)在線長的中間。

通過燈光照明查看鋼質(zhì)基底的反射，觀察劃痕是否到底材，如果沒有，則在另一位置重線切割，不宜在同一位置重復(fù)劃線。

截取75mm長的膠帶，把膠帶中間處放在切割處的交叉點(diǎn)上，用手抹平，再用橡皮擦摩平，觀察透明膠帶的顏色確定與涂層接觸的狀態(tài)程度。

在90±30s內(nèi)，以180°從漆膜表面撕開膠帶，觀察涂層拉開后的狀態(tài)評定附著力級別。

2.1.2 附著力評級

標(biāo)準(zhǔn)中定義了六個(gè)級別，如圖1，通常2A級以上為可接受狀態(tài)。

5A：沒有脫落或脫皮；

4A：沿刀痕有脫皮或脫落的痕跡；

3A：刀痕兩邊都有缺口狀脫落達(dá)1.6mm；

2A：刀痕兩邊都有缺口狀脫落達(dá)3.2mm；

1A：膠帶下X區(qū)域內(nèi)大部分脫落；

0A：脫落面積超過了X區(qū)域。

圖1 附著力劃X法的涂層狀態(tài)

2.2 劃格法

劃格法適用于檢測干膜厚度小于125μm的涂層[4]，在海洋平臺鋼結(jié)構(gòu)的涂裝過程中應(yīng)用較少，主要用于檢測底漆的附著力，多用于實(shí)驗(yàn)室中。有的標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，劃格法可以檢測涂層厚度到250微米，此時(shí)劃格的間距要增大到3mm[5]，見表1。

檢測的主要工具有單刃刀具、透明壓敏膠帶、放大鏡、橡皮擦等。為了避免人為誤差，發(fā)展有電動劃格法附著力測試儀，可以自動劃格，例如德國Erichzen儀器公司生產(chǎn)的430型，可以進(jìn)行多種規(guī)格的試驗(yàn)。

2.2.1 檢測步驟：

(1)檢測涂層干膜厚度，判斷是否可用劃格法，并確定適當(dāng)?shù)那懈铋g距；

(2)以穩(wěn)定的壓力，規(guī)定的間距，勻速地切割漆膜，直透底材表面；

(3)重復(fù)以上操作，以90°角再次平行等數(shù)切割漆膜，形成井字格；

(4)劃格完畢后，用軟刷輕掃表面；

(5)截取75mm長度的壓敏膠帶，從膠帶中間與劃線呈平行放在格子上，至少留有20mm長度在格子外以用手抓著，用手指摩平膠帶，用橡皮擦壓緊；

(6)抓著膠帶一頭，在0.5～1.0s內(nèi)，以接近60°角撕開膠帶；

(7)將撕下的膠帶黏貼到白紙上保存，檢查切割部位的狀態(tài)，評定級別。

2.2.2 附著力評級

ISO2409標(biāo)準(zhǔn)中定義了六個(gè)級別，見表2，0～5級由好到壞，通常2級以上為可接受狀態(tài)。ASTM D3359標(biāo)準(zhǔn)的分級有所不同，規(guī)定5～0B級為由好到壞，兩者的測試方法和描述基本相同。在海洋石油平臺鋼結(jié)構(gòu)的涂裝過程中，對涂層附著力要求更加嚴(yán)格，通常要到達(dá)1級以上。

2.3 拉開法

在海洋石油平臺鋼結(jié)構(gòu)的涂裝過程中，

若要準(zhǔn)確測定涂層附著力，拉開法是最常用的方法，該方法可以直接測出附著力的數(shù)值(MPa或psi)，并判定涂層失效的部位[6,7]。

拉開法測試儀器有機(jī)械式Elcometer 106型，氣動式Elcometer 108型和液壓PAT M01等。機(jī)械式檢測受操作人員、環(huán)境等因素影響大，檢測數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，現(xiàn)在已經(jīng)很少使用，在海洋平臺鋼結(jié)構(gòu)的涂裝過程中，常用Elcometer 108型附著力檢測儀，見圖2。

表2 ISO 2409劃格法的附著力級別

圖2 Elcometer 108型儀器檢測涂層附著力

2.3.1 檢測步驟：

(1)測試用圓柱用240-400目細(xì)度的砂紙砂毛，使用前用溶劑擦洗除油；

(2)測試部位用溶劑除油除灰；

(3)按正確比例混合雙組份無溶劑環(huán)氧膠粘劑，涂抹上圓柱，壓在測試涂層表面，轉(zhuǎn)向360°，確保所有部位都有膠粘劑附著；

(4)用膠帶固定圓柱在涂層表面，雙組份環(huán)氧膠粘劑室溫下要固化24小時(shí)；

(5)測試前，先用刀具圍著圓柱切割涂層到底材，如果干膜厚度低于150微米時(shí)，可以不進(jìn)行切割處理；

(6)用拉力儀套上圓柱，進(jìn)行測試，記錄破壞強(qiáng)度，以及破壞狀態(tài)。用百分比表示出涂層與底材、涂層之間、涂層與膠水以及膠水與圓柱間的附著力強(qiáng)度及狀態(tài)。

2.3.2 附著力評估

破壞強(qiáng)度的數(shù)值可以直接從儀器上讀出，單位為MPa或psi。海洋平臺鋼結(jié)構(gòu)的涂裝一般要求5MPa以上，一些要求比較嚴(yán)格的項(xiàng)目會要求7MPa以上。

2.4 鑿擊法

在海洋平臺鋼結(jié)構(gòu)的涂裝中，防火漆是一種特殊的涂料，防火性能的保障除了要有足夠的膜厚外，同時(shí)還需具備良好的附著力，海洋平臺防火漆附著力的檢測一般不在工件上直接進(jìn)行(除非業(yè)主要求)，而是采取做樣板的方式用鑿擊法檢測[8]。

2.4.1 檢測步驟：

(1)按防火漆的施工工藝噴涂一塊樣板；

(2)待油漆完全固化后，劃定一個(gè)250mm×250mm的區(qū)域；

(3)用一個(gè)鋒利的鑿子(寬度不大于50mm)鑿掉選定區(qū)域的油漆，觀察記錄油漆的剝落情況(見圖3)。

圖3 防火漆涂層附著力檢測

2.4.2 附著力評估

對于防火漆附著力的評估，沒有一個(gè)統(tǒng)一行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)有所不同，例如某國際品牌油漆廠商規(guī)定，在選定的試驗(yàn)區(qū)域(250mm×250mm)，鑿掉下的油漆塊數(shù)多余4塊，則認(rèn)為該油漆附著力合格。

2.5 鍍鋅層附著力檢測

海洋石油平臺上，一些鋼結(jié)構(gòu)(欄桿、格柵、踏步等)需要鍍鋅防腐，常用的鍍鋅方式為熱浸鋅。關(guān)于附著力的檢測，標(biāo)準(zhǔn)推薦的方法為劃痕法。

施加一定的壓力清楚鋅層，通過切割或用一把結(jié)實(shí)的刀以撬的方法來確定鋅層對基體金屬的附著力。在刀尖處，如果鋅層以層的方式剝離，就可以認(rèn)為附著力不充分。不可在邊或角處(附著力較小的地方)進(jìn)行測量，不能通過使用剝或切削清楚鋅層小顆粒的方法來確定失效[9,10]。

3 總結(jié)

海洋石油平臺鋼結(jié)構(gòu)防腐過程中，涂層附著力的好壞直接影響涂料對基材的保護(hù)能力。附著力指標(biāo)對于評價(jià)涂層的好壞非常重要，根據(jù)油漆厚度、種類、性能選擇合適的附著力檢測方法，對于正確評估油漆系統(tǒng)的性能是有重要意義的。

[1]陳勝利, 蘭志剛, 宋積文. 海洋石油平臺的腐蝕監(jiān)測技術(shù)[J]. 石油與天然氣, 2010, 24(6): 22-25.

[2]許君. 涂層附著力測試方法比較及影響因素探討[J]. 現(xiàn)代涂料與涂裝, 2012,11(5): 18-20,27.

[3]宋玉蘇, 姚樹人. 涂層與基體金屬附著力的研究進(jìn)展[J].材料保護(hù), 1999,32(9): 21-23.

[4]ASTM D3359-08: Standard Test Methods for Measuring Adhesion by Tape Test.

[5]ISO2409-07: Paints and varnishes - Cross-cut test.

[6]ISO4264: Paints and varnishes - Pull-off test for adhesion.

[7]ASTM4541: Standard Test Method for Pull-Off Strength of Coatings Using Portable Adhesion Testers.

[8]孫曉明, 劉曉斌. 海洋石油平臺防火涂料施工質(zhì)量控制[J]. 2007年度海洋工程學(xué)術(shù)會議論文集，2007.

[9]ASTM A 153/A 153 M-09：Standard Specifica -tion for Zinc Coating (Hot-Dip) on Iron and Steel Hardware.

[10]ASTM A 123/A 123M-02: Standard Specif i ca -tion for Zinc (Hot-Dip Galvanized) Coatings on Iron and Steel. Products.