低表面處理涂料性能測試

(上海外高橋造船有限公司，上海 200137)

普通的船舶環氧涂料在涂裝時為了達到高性能的防護效果，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，以增強涂料與鋼材表面的結合力，噴砂及打磨過程中的粉塵和噪聲還會嚴重危害施工人員身體健康，對于某些復雜結構的作業面難以做到完全清除干凈。大型船舶建造過程，由于船體分段結構尺寸較大，總組后約1/3涂裝施工需在室外進行。

為實現在普通環氧涂料涂裝過程中能將復雜工藝應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境下或含有水膜表面的帶水帶銹[1]涂裝的低表面，國內外學者給予了相當的關注。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，而且經常處于高度潮濕狀態。對于某些橋梁維修工程[5]，噴砂會影響公眾環境、污染水源等。這就需要一種能在低處理表面上直接進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、水等惡劣環境下的性能。

1 低表面處理涂料實驗方案

1.1 實驗材料及設備

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)、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。

1.2 涂料技術數據

涂料技術數據見表2。

1.3 表面處理及涂裝要求

環氧類涂料表面處理至少達到St3級或Sa2.5級。涂料不能在雨、霧、雪等天氣狀況下露天施工；也不能在能夠結露的天氣條件下施工。涂裝施工期間，環境相對濕度不大于85%，鋼板表面溫度高于露點3 ℃以上。

低表面處理涂料性能實驗，與常規環氧涂料的表面處理及涂裝環境不同，如在銹蝕表面僅進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，噴涂前潮濕環境直接淋水。例，RA500M 涂料與常規環氧涂料施工比較見表3。

表2 涂料技術參數

表3 RA 500M涂料與常規環氧涂料施工對比

1.4 實驗過程

為了確保獲得可靠的數據，進行3輪實驗，過程基本相同。

1.4.1 樣板制備

對樣板表面進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，先充分攪拌主劑，再倒入固化劑攪拌，熟化后進行涂裝。因為試驗要還原該類型涂料在海上施工的環境，考慮到海上施工條件或設備都會受到制約，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行，噴涂面漆前模擬潮濕環境進行淋水。

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固化不會對涂料防腐性能有影響。

2 實驗記錄及分析

2.1 涂料固化期間環境狀態

第一輪涂料固化期間環境狀態見表4。

表4 第一輪涂料固化期間環境狀態

2.2 涂料性能指標

性能指示見表5。

表5 性能指標

2.2.1 起泡和銹蝕評定標準

參照ISO 4628-2: 2003色漆和清漆中漆膜老化的評定對缺陷的數量、大小、外觀均勻變化強度評定的第二部分：起泡等級的評定。

2.2.2 針孔檢測

檢測涂層中的針孔，如果發現有針孔存在，試板就應該被換掉。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到基材或涂層是否已經導電。該儀器的優點是不會損壞涂層。

2.2.3 附著力

參照標準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 性能分析

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的特殊環境，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據看起來過于太好，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。實驗狀態已經極端擴大化，與實際施工狀況有差異。

2.3.3 第三輪實驗

在前兩次實驗基礎上進行優化，樣板表面沖砂后做成銹蝕狀態，模擬的水/油環境。先把液體傾倒在樣板上，然后按常規做法用布擦拭至表面有明顯的肉眼可見的殘留狀。實驗結果是所有樣板涂層在外觀和厚度上應是均勻的，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。經對比分析，大部分樣板底漆面漆間脫開，個別樣板出現低于5 MPa的問題，并且砝碼表面與底材都含有銹蝕，同樣涂料的樣板結果不同，表面銹蝕依靠擦拭并沒有去除浮銹。

2.3.4 實驗結論

在銹、水、油表面涂裝，附著力參照ISO4624：2002，對比常規環氧涂料已經高標準要求，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種涂料適用惡劣環境表面見表6。

表6 3種涂料適用環境

3 結論

模擬船舶涂裝現場實際條件，低表面處理涂料適合施工在銹、油、水等惡劣環境下，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,經常處于潮濕狀態，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構在防腐工程中的多項技術問題, 使各種惡劣環境件下的防腐施工方便可行, 既能節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, 減少停產及設備維修的次數, 有效保護并延長設備的使用壽命, 具有非常顯著的成本優勢。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境造成污染提供一個新的工藝方法。對于實船應用，還需進行涂裝工藝改進以及考慮綜合成本涂裝作業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，而國內尚未很好應用。隨著造船能力提高，勞動生產率提高，這類涂料的應用研究工作成為當務之急。