地球雖然有70%以上的水域面積，但對于許多內(nèi)陸國家及島嶼國家來說，人們賴以生存的淡水依然是缺乏的，中國就是25個(gè)水資源最缺乏的國家之一，海水淡化也就成為中國海洋資源開發(fā)的重要一部分。

海水淡化需要具備進(jìn)行海水淡化處理的裝置，考慮海水淡化處理所需要的巨大容積量，裝置的強(qiáng)度也成為重要考慮因素，價(jià)格適中、強(qiáng)度優(yōu)良、表面結(jié)構(gòu)處理簡便的碳鋼就成為首選材料，而采用碳鋼后接著帶來的就是防腐、防銹、防護(hù)問題；噴涂聚脲彈性體材料由于施工簡便、一次性成膜厚、防腐防水能力強(qiáng)、使用時(shí)間長久等特點(diǎn)，且涂層材料環(huán)保性好，無有機(jī)揮發(fā)物（VOC含量），達(dá)到飲用水防護(hù)材料要求等，被公認(rèn)為是海水淡化裝置最合適的防腐防護(hù)涂層材料。

噴涂聚脲彈性體材料在我國問世以來，產(chǎn)品系列和應(yīng)用技術(shù)獲得飛速發(fā)展，在國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域中不斷開發(fā)出新的應(yīng)用成果。SWD上海順締聚氨酯有限公司也與行業(yè)內(nèi)廣大同仁一樣，始終致力于新材料，新應(yīng)用技術(shù)的開拓創(chuàng)新，繼在航天工業(yè)衛(wèi)星密封系統(tǒng)應(yīng)用中取得了重大成果之后，又在國際遠(yuǎn)洋超大型海水淡化項(xiàng)目--超大型海岸沉箱裝置防腐工程的應(yīng)用中取得了重大成功，為我國噴涂聚脲彈性體材料應(yīng)用于海洋工程領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展。

1 工程概況及技術(shù)要求

一般超大型海岸沉箱系列裝置防腐工程包括了多個(gè)體積為3 000 m3的鋼結(jié)構(gòu)沉箱及其配套的管道系統(tǒng)和海水淡化操作系統(tǒng)過濾設(shè)施的內(nèi)外防腐，工程的規(guī)模和材料的耗量都相當(dāng)可觀。

海水淡化的海洋工程一般位于沿海或遠(yuǎn)海海域，除了通常的防海水腐蝕、防海水沙石沖擊要求外，還要經(jīng)受海洋熱帶風(fēng)暴的強(qiáng)烈沖擊和海底電化學(xué)腐蝕的侵襲。通常沉箱一半在海底和海水內(nèi)，一半在海面上，不同部位經(jīng)受不同的海洋風(fēng)暴、海浪、沙石沖刷的機(jī)械沖擊和化學(xué)侵蝕，因而對噴涂聚脲彈性體材料的物化性能提出了很高的要求，其中特別強(qiáng)調(diào)的是材料的附著力和耐陰極剝離強(qiáng)度。

（1）通常海水淡化裝置材料與鋼材基面的附著力要求大于8．0 MPa，耐陰極剝離強(qiáng)度要求小于9．5 mm，電火花試驗(yàn)要求耐電壓為10 kV．100%。上述技術(shù)要求均高于我國聚脲材料的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HG／T 3831—2006中規(guī)定的指標(biāo)。針對這一系列高技術(shù)要求分別提供特殊的高強(qiáng)度底漆和高強(qiáng)度的層間復(fù)噴搭接劑是解決問題的關(guān)鍵。

（2）鋼結(jié)構(gòu)裝置物件可在沿?；刂圃?，接著進(jìn)行防腐保護(hù)層的噴涂施工。往往因施工工期緊迫，對季節(jié)和氣象條件沒有選擇的余地，必須在各種氣候條件下保障施工質(zhì)量，如在低溫氣候條件，甚至雨雪天氣，氣溫低于-5℃以下的施工環(huán)境中，獲得優(yōu)質(zhì)的涂層質(zhì)量，達(dá)到附著力強(qiáng)，表面無鼓泡，無氣孔，無剝離，厚薄均勻，平整美觀的效果。這對于我國現(xiàn)有的涂層材料品質(zhì)和施工技術(shù)是一個(gè)高標(biāo)準(zhǔn)的挑戰(zhàn)和考驗(yàn)。

（3）沉箱的代表性規(guī)格為20×10×15 m單臺重量達(dá)350 t，操作系統(tǒng)孔板箱單臺也重達(dá)約200 t。均要經(jīng)歷切割，組焊，吊裝，遠(yuǎn)洋航海及安裝等工序。在運(yùn)裝過程中，不可避免的要受到機(jī)械損傷。因此要求在安裝現(xiàn)場進(jìn)行相同質(zhì)量材料的修補(bǔ)處理。同時(shí)在大面積噴涂施工過程，將難免出現(xiàn)少數(shù)涂層缺陷，對許多異形結(jié)構(gòu)點(diǎn)，難以進(jìn)行正常噴涂操作，也要求使用相同質(zhì)量的材料進(jìn)行手工施工和修補(bǔ)。該種配套材料必須是屬于同類型的聚脲材料，與噴涂聚脲有良好的相溶性，同時(shí)還既要有足夠的手工涂覆操作時(shí)間和流平性，又要在緩慢固化的過程中不流掛，不起泡。其配方技術(shù)難度是相當(dāng)高的。

2 質(zhì)量指標(biāo)的研討和選用

雖然噴涂聚脲應(yīng)用于海洋工程在國外已有不少成功應(yīng)用案例，但在我國應(yīng)用于大型海洋工程尚屬新創(chuàng)，某些技術(shù)指標(biāo)尚無先例可循。因此對涂層的各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)和檢測標(biāo)準(zhǔn)共同進(jìn)行了研討和商定，其要點(diǎn)為：

（1）根據(jù)上海順締公司噴涂純聚脲SWD900材料的性能，我方主動提出了涂層的附著力指標(biāo)為高于8．0 MPa的承諾，獲得了業(yè)主的高度滿意。

（2）裝置應(yīng)用的外方代表十分強(qiáng)調(diào)耐陰極剝離強(qiáng)度的重要性，但按美國標(biāo)準(zhǔn)ASTM G8的檢測方法，在國內(nèi)尚難進(jìn)行檢測，因此商定采用我國石油天然氣的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY／T 0315—2005對陰極剝離的指標(biāo)設(shè)置商定為由參考值“環(huán)氧燒結(jié)剛性涂層”的6 mm，調(diào)整為SWD900彈性體的9．5 mm。但仍然維持優(yōu)于我國聚脲行標(biāo)中對剛性聚氨酯涂層規(guī)定的15 mm的水平。

（3）對100%電火花滲漏檢測的電壓取值，參照我公司樣板測試的選用電壓15 kV。根據(jù)有關(guān)行標(biāo)推薦的計(jì)算方法計(jì)算結(jié)果采用V=7843=10 980 V≈10 kV ／2 mm。

3 主材生產(chǎn)的質(zhì)量管理

在主材的質(zhì)量管理體系中，我們按照ISO9001國標(biāo)質(zhì)輛認(rèn)證體系的規(guī)范，完善了從原料質(zhì)量到車間投料，工藝操作到包裝計(jì)量，成品質(zhì)檢和倉儲管理等所有程序各個(gè)環(huán)節(jié)的監(jiān)控和質(zhì)保體系，確保了大批量投料的質(zhì)量穩(wěn)定性。

4 開發(fā)輔助配套的系列產(chǎn)品

在噴涂聚脲彈性涂層的防腐防護(hù)應(yīng)用中，產(chǎn)品配套體現(xiàn)的是否完整，往往成了涂層體現(xiàn)應(yīng)用是否成功的關(guān)鍵；上海順締公司及時(shí)研發(fā)成功了環(huán)氧改性的高效聚氨酯底漆SWD959D；層間（復(fù)噴）搭接劑SWD959C和手涂型聚脲修補(bǔ)料SWD956G，可以應(yīng)對涂層施工時(shí)可能出現(xiàn)的各種現(xiàn)場的不同狀況。

（1）SWD959D系雙組分聚氨酯防銹底漆，由于引入了環(huán)氧改性功能，使涂層在滿足附著力和耐腐蝕性的基礎(chǔ)上，成功達(dá)到了耐陰極剝離強(qiáng)度的要求

表1 SWD959D改性聚氨酯防銹底漆主要技術(shù)指標(biāo)

（2）SWD959C是單組分濕固化聚氨酯/聚脲底漆，采用安全環(huán)保型的MDI異氰酸酯和非苯類溶劑達(dá)到綠色環(huán)保的效果。

（3）SWD956G手涂型修補(bǔ)料

SWD956G是雙組分手涂型聚脲涂層，它不同于通用的聚氨酯涂料，而是完全符合美國聚脲協(xié)會PDA所定義的純聚脲材料。因此它與SWD900噴涂聚脲彈性體主材有極好的兼容性，兼具高強(qiáng)物化性能和高流平性，不起泡，不流掛，操作時(shí)間長。能有效的應(yīng)用于施工修補(bǔ)和高難節(jié)點(diǎn)的補(bǔ)充涂覆。

表2 SWD959C層間（復(fù)噴）搭接劑主要性能指標(biāo)

5 施工技術(shù)要求及現(xiàn)場技術(shù)管理

表3 SWD956G手涂型修補(bǔ)料的主要技術(shù)指標(biāo)

（1）現(xiàn)場施工中，首要解決的是環(huán)境溫度，濕度，基材溫度，原料溫度的嚴(yán)格控制和管理。盡管工件長，寬，達(dá)到數(shù)十米，高達(dá)15 m，仍采取嚴(yán)格搭建保溫帳篷，吹送干燥熱風(fēng)的措施。干燥清潔的熱風(fēng)出口溫度約30～35℃，濕度＜30%。從而確保了工作環(huán)境達(dá)到以下條件

表4 工作環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)

（2）設(shè)備采用三臺GRACO H-XP3 Reactor和一臺HV20／35，噴槍采用Fusion系列AP槍為主，局部用小流量槍便于控制。

（3）嚴(yán)格控制基材處理過程

鋼結(jié)構(gòu)基材表面先噴砂處理按GB／T 9823的Sa2．5級要求，錨紋高度為40～100 μm，實(shí)測平均值為70～75 μm，并達(dá)到清潔標(biāo)準(zhǔn)，對焊縫，節(jié)點(diǎn)，死角進(jìn)行嚴(yán)格的預(yù)處理。

（4）連續(xù)進(jìn)行涂層表面質(zhì)量，涂層厚度，設(shè)備操作數(shù)據(jù)的監(jiān)控，提前預(yù)熱備用料桶，提前清槍，確保操作過程穩(wěn)定。

（5）現(xiàn)場制樣，進(jìn)行附著力監(jiān)控測試。實(shí)施100%電火花檢驗(yàn)

（6）嚴(yán)格進(jìn)行待噴區(qū)域的遮蔽保護(hù)和噴涂前的飛濺顆粒鏟除，防止續(xù)噴過程中形成搭橋，空洞等缺陷。

（7）嚴(yán)格控制操作時(shí)間段，在施工中嚴(yán)格把握正確的操作時(shí)間段，對有效的避免表面異常狀態(tài)而導(dǎo)致鼓泡和剝離缺陷，具有特別重要的意義。實(shí)踐證明，一般超出正確操作時(shí)間段的情況下，工作面受到不同程度的污染，基層底涂熟化不完全或熟化過度都造成附著力差甚至分層和鼓泡等缺陷。

（8）無論是修補(bǔ)或大面積工作面的搭接施工，正確使用SWD959C層間搭接劑能使層間粘合力達(dá)到材料本體強(qiáng)度。層間搭接劑的涂覆面積必須大于待修補(bǔ)的區(qū)域200 mm以上，復(fù)噴主材區(qū)域必須小于搭接劑邊界200 mm，否則必定造成層間剝離。

表5 SWD900系列的操作時(shí)間段控制條件

6 有效控制涂層的鼓泡，起泡和剝離等缺陷。

（1）由工程實(shí)踐證明：涂層鼓泡和氣孔等缺陷，主要由A,B料比例失衡（over ratio）和混合不勻所導(dǎo)致。當(dāng)A料過量時(shí)，過量的A料繼續(xù)與空氣中的水分發(fā)生反應(yīng)生成CO2氣體，在涂層的層間和涂層與基層之間形成氣墊，產(chǎn)生潛在起泡區(qū)；當(dāng)B料過量時(shí)，多余的B料不能充分反應(yīng)，以粘液的形式存在于涂層內(nèi)部。當(dāng)涂層收縮時(shí)，兩者均會形成空泡（或氣孔），有研究指出：噴涂聚脲彈性體的收縮并非來自于普通材料的熱脹冷縮現(xiàn)象，而是來自于熱固性高聚物的聚合反應(yīng)特性。因此盡管材料本身的彈性高達(dá)200%以上，仍會產(chǎn)生高達(dá)5%的線性收縮，從而使A，B料過剩區(qū)域形成鼓泡，通常前者（A過量）由于要完成吸水反應(yīng)而發(fā)生較慢（視潮氣程度而定），而后者（B過量）多在8～10 h就出現(xiàn)，由泡內(nèi)干濕狀態(tài)也容易判別是何種料過量而進(jìn)行及時(shí)處理。A，B料的料比錯(cuò)誤現(xiàn)象來自于料溫失控或某側(cè)通道（特別是濾網(wǎng)）堵塞，偶爾出現(xiàn)的料比失衡也很容易在每次停槍后重新起噴時(shí)發(fā)生，或在料桶原料用盡后，更換料桶時(shí)發(fā)生，這些問題都可以通過嚴(yán)密監(jiān)控設(shè)備兩側(cè)的壓力平衡和有經(jīng)驗(yàn)的精心操作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和避免。

（2）混合不均勻的現(xiàn)象可能來自于兩種料溫控制失衡，粘度相差太大或設(shè)備的壓力——流量不穩(wěn)定。已有研究對A，B料的混合機(jī)理進(jìn)行了流體力學(xué)分析，并引用雷諾準(zhǔn)數(shù)的概念進(jìn)行說明。研究者認(rèn)為噴涂聚脲反應(yīng)過程的優(yōu)劣（在料比正確的前提下）決定于料液通過噴槍混合室及噴嘴的高速撞擊，形成湍流的均勻混合程度。這一概念已為業(yè)內(nèi)普遍接受和認(rèn)同。但是雷諾數(shù)Re＞4000時(shí)液體呈湍流高效混合狀態(tài)主要用來描述流體在管道內(nèi)的流動行為。與噴槍腔內(nèi)的混合狀態(tài)并不相符。其雷諾準(zhǔn)數(shù)值也不高。對混合狀態(tài)的研究作用有限。從我們的案例和經(jīng)驗(yàn)中可做以下補(bǔ)充：

（3）根據(jù)計(jì)算，A、B料在混合室的停留時(shí)間僅僅為0．3 ms或更少，實(shí)際上，在這樣的極短的時(shí)間內(nèi)要完成物料的混合是十分困難的，真正大量的有效混合應(yīng)當(dāng)發(fā)生在料液高速沖出噴槍噴嘴之后，由于腔內(nèi)高壓突然消除，物料高速擴(kuò)散，在霧化過程中形成氣溶膠分散體系。氣溶膠是一種微小液滴懸浮于氣體分散相中的高效分散體系。此時(shí)的A，B液體顆粒分散達(dá)10 μm以下。其接觸比表面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于混合室內(nèi)的高壓液相的比表面積，其接觸時(shí)間也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在混合室內(nèi)的停留時(shí)間，從而能完成高效傳質(zhì)過程，（可視為微觀混合）。因此原料在離開槍口后的霧化狀態(tài)應(yīng)當(dāng)作為混合和傳質(zhì)過程均勻程度的主要考察指標(biāo)。深入地研究應(yīng)當(dāng)可以建立一個(gè)實(shí)用的數(shù)學(xué)模型。

7 工程應(yīng)用案例

2011年上海順締聚氨酯有限公司承接了在澳大利亞的中信西澳鐵礦海水淡化裝置噴涂聚脲彈性體防腐防護(hù)涂層項(xiàng)目，該項(xiàng)目歷時(shí)一年多，總耗用涂層材料達(dá)2 000多t，被在美國的《聚氨酯雜志》評為當(dāng)今世界單體裝置使用聚脲最多的一個(gè)項(xiàng)目，并因應(yīng)用后狀況良好而被載文介紹。

此項(xiàng)目是中國生產(chǎn)的聚脲彈性材料首次應(yīng)用于海洋海水淡化裝置工程，工程初期受到了澳方的多種懷疑，并提出最嚴(yán)苛的技術(shù)監(jiān)督檢查條件，但上海順締方面都一一滿足了他們的要求，最終獲得了澳方的認(rèn)可及贊賞，并因澳方的推介而使上海順締公司順利得到了一系列國外同類工程的施工應(yīng)用項(xiàng)目。

上海順締聚氨酯有限公司在海洋工業(yè)全新領(lǐng)域的超大型工程案例的成功再次證明了我們一貫堅(jiān)持的觀點(diǎn)——聚脲材料應(yīng)用的成功決定于材料技術(shù)和施工工藝兩個(gè)百分之百，缺一不可，聚脲產(chǎn)業(yè)今后的發(fā)展也必然依賴這兩項(xiàng)技術(shù)的創(chuàng)新和提高。

圖1 海水淡化裝置內(nèi)部噴涂

8 結(jié)論

SWD900噴涂聚脲彈性體系列產(chǎn)品成功的應(yīng)用于遠(yuǎn)洋超大型海洋海岸設(shè)施及海水淡化工業(yè)設(shè)施，是我公司產(chǎn)品配套和技術(shù)水平的一大提高，是走向國際海洋產(chǎn)業(yè)的一大突破性成果，也為今后我國的噴涂聚脲彈性體材料邁進(jìn)海洋設(shè)施這一潛力巨大的市場做出了一個(gè)成功的案例。這一成果取得首先來源于公司的質(zhì)量第一的理念和嚴(yán)格把關(guān)的措施及竭誠為顧客服務(wù)的敬業(yè)精神。在技術(shù)上主要得益于立足于美國總公司強(qiáng)大的技術(shù)背景和研發(fā)能力，成功的開發(fā)出高強(qiáng)度耐陰極剝離底漆和高效層間搭接劑和高強(qiáng)慢速聚脲涂層。三者與噴涂聚脲彈性體主材配合成為一個(gè)完整的材料技術(shù)體系，以適應(yīng)海洋工程的特別需要。其次是在技術(shù)理論基礎(chǔ)和豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)支持下的現(xiàn)場施工技術(shù)服務(wù)，有效的解決了惡劣氣候條件，復(fù)雜結(jié)構(gòu)，苛刻應(yīng)用條件和缺損修補(bǔ)等技術(shù)難題，給材料的施工應(yīng)用提供了有力的技術(shù)支持。

圖2 質(zhì)量經(jīng)得起最嚴(yán)苛的檢查

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