(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嚴(yán)重危害施工人員身體健康,對于某些復(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]。在實際的涂裝施工中,不可能對鋼材進(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)。對于某些橋梁維修工程[5],噴砂會影響公眾環(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。
本文針對英國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場地,驗證該類型涂料適合施工在銹、油、水等惡劣環(huán)境下的性能。
RA 500M、RS 500P、RL 500PF三種類型的涂料,噴漆泵(長江GPQ6C型無氣噴涂機(jī))、噴嘴、涂裝刷子、涂裝滾筒、濕膜卡、磁性干膜測厚儀、美工刀、圓筒式搖表、鋼板溫度計、鹽分檢測儀、表面粗糙度比較樣塊、粗糙度儀、低壓海綿針孔檢測儀、拉力實驗儀、黑色MARK筆、實驗樣板等。
試板材料:碳鋼、鍍鋅板、不銹鋼,試板尺寸300 mm×300 mm×10 mm。
試板編號見表1。
表1 試板編號
各編號試板做3塊,例如,A13塊可編碼為A1-1、A1-2、A1-3。
涂料技術(shù)數(shù)據(jù)見表2。
環(huán)氧類涂料表面處理至少達(dá)到St3級或Sa2.5級。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驗,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)氧涂料施工對比
為了確保獲得可靠的數(shù)據(jù),進(jìn)行3輪實驗,過程基本相同。
1.4.1 樣板制備
對樣板表面進(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)嚢柚鲃俚谷牍袒瘎嚢?,熟化后進(jìn)行涂裝。因為試驗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證涂料涂裝后,12 h后即浸泡,短的浸水周期有利于緊急項目工期的縮短,并且入水后涂料繼續(xù)固化不會對涂料防腐性能有影響。
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)
性能指示見表5。
表5 性能指標(biāo)
2.2.1 起泡和銹蝕評定標(biāo)準(zhǔn)
參照ISO 4628-2: 2003色漆和清漆中漆膜老化的評定對缺陷的數(shù)量、大小、外觀均勻變化強(qiáng)度評定的第二部分:起泡等級的評定。
2.2.2 針孔檢測
檢測涂層中的針孔,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儀,測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《涂層附著力的測定法 拉開法》。
2.3.1 第一輪實驗
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,所以開展第二輪實驗。
2.3.2 第二輪實驗
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。實驗狀態(tài)已經(jīng)極端擴(kuò)大化,與實際施工狀況有差異。
2.3.3 第三輪實驗
在前兩次實驗基礎(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。實驗結(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,附著力測試基本大于5 MPa,基本是面漆和底漆層間脫開。經(jīng)對比分析,大部分樣板底漆面漆間脫開,個別樣板出現(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 實驗結(jié)論
在銹、水、油表面涂裝,附著力參照ISO4624:2002,對比常規(guī)環(huán)氧涂料已經(jīng)高標(biāo)準(zhǔn)要求,浸水時間間隔盡管縮減到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
模擬船舶涂裝現(xiàn)場實際條件,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)省工時和大幅度降低防腐造價, 又能確保涂層的長效防腐壽命, 減少停產(chǎn)及設(shè)備維修的次數(shù), 有效保護(hù)并延長設(shè)備的使用壽命, 具有非常顯著的成本優(yōu)勢。同時為今后船舶上層建筑等露天涂裝場所減少表面處理壓力、避免表面處理過程對環(huán)境造成污染提供一個新的工藝方法。對于實船應(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級或Sa2.5級的區(qū)域使用該類底漆只要求處理到St2級或高壓水清洗即可,可減少表面二次除銹工作量。
目前,國外的萬能型底漆和低表面處理要求涂料通常合二為一[8],這對減少涂裝工作量起了很大作用,而國內(nèi)尚未很好應(yīng)用。隨著造船能力提高,勞動生產(chǎn)率提高,這類涂料的應(yīng)用研究工作成為當(dāng)務(wù)之急。