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船舶涂料性能检测的试验样板制备技术

来源:未知 作者:admin 时间:2017-03-17 点击:
导读:试验样板的制备是涂层性能测试的基础,从底材材质选用、表面处理、涂装环境控制及样板保养等方面,简要介绍了车间底漆耐海洋气候试验、压载舱及原油船货油舱涂料PSPC试验、饮水舱涂料卫生试验、防污涂料磨蚀率试验、舱室涂料低播焰试验等几种重要的船舶涂料性
船舶涂料性能检测的试验样板制备技术
王华清,吴 乐,江水旺,陶乃旺(中国船舶重工业集团公司第七二五研究所厦门分部,福建厦门 361001)

0 前 言
当前,国际贸易90%以上的运力依靠海洋运输。按照ISO 12944分类,海洋环境腐蚀等级最高。《中国腐蚀调查报告》指出,我国每年由于腐蚀造成的损失约为GDP的5%,这些损失绝大多数来自海洋腐蚀。如果采取有效的防腐蚀措施,损失可减少25%~40%。在所有防腐蚀措施中,涂层防护是首要的防护手段,应用也最广泛。
涂层防护,即是在结构物表面涂装保护涂层。船舶涂料根据其应用部位可分为船壳涂料、甲板涂料、水线涂料、防污涂料、压载水舱涂料等10多种,各种涂料的作用和功能也不一样。船壳涂料要求具有良好的耐候性,甲板涂料则要求具有良好的耐磨性、防滑性及耐洗刷性。水线涂料要具有良好的耐水、耐候、耐干湿交替性,同时具有良好的机械强度和耐冲击性。在水面以下,防污涂料要求具有一定防污效果,能有效防止海洋污损生物附着在船体表面,从而减小船舶航行阻力和燃油损耗。
由于船舶涂料服役环境苛刻、服役周期长且关系海上航行安全,因此,其性能检测十分重要。国际海事组织(IMO)海上安全委员会(MSC)分别于2006年及2010年通过船舶专用海水压载舱保护涂层性能标准(PSPC-WBT)及原油油船货油舱保护涂层性能标准(PSPC-COT),要求涂层具有15 a的使用寿命,必须通过实验室性能验证。在我国,目前船舶涂料技术规范国家标准共有13份,明确了各种船舶涂料的性能要求和检测方法,也是中国船级社《钢质海船入级规范》中船舶涂料检验的主要依据。试验样板制备是涂层性能检测的第一步,也是至关重要的一步。由于不同船舶涂料使用环境不同,检验时样板制备技术也因此差异很大。本文从底材材质选用、表面处理、涂装环境控制及样板保养等,介绍了几种较特殊的船舶涂料,包括车间底漆、船舶压载舱及原油油舱货油舱保护涂层、饮水舱、防污涂料等在性能检测时的样板制备技术。
 
1 表面处理
表面处理是为了把涂装底材表面所附着的各种异物,如油污、锈蚀、灰尘、旧涂膜等除去并增加其与涂膜的附着力,以确保涂膜具有良好的防腐蚀性能、装饰性能及某些特种功能。表面处理作为所有试验样板制备的起点,极大影响了涂层的性能。高质量的表面处理可以使得涂料获得良好的性能;相反,表面处理未做好,即使质量再好的涂料也无法发挥其最基本的性能。所以,要想得到一块合格的实验样板,必须先有一块合格表面处理的底材。
1.1 表面处理标准
表面处理主要包含表面清洁度、表面粗糙度、表面盐含量及表面灰尘,均有相应的标准,如表1所示。
表面处理标准
1.2 表面处理方法及等级评定
表面处理方法共有Sa、St、F1三种,其处理方式各不相同。Sa是通过喷砂、喷射的表面处理方式,一般要求喷砂后的钢板表面等级达到Sa2.5,即在不放大的情况下观察时,表面应该看不见残油、油脂和灰尘,没有不牢固的氧化皮、铁锈、涂料和异物,任何残留污物的痕迹应该只显示为点状和条状的轻微色斑。St是使用手动和电动工具进行清理,共有St2、St3两个等级, 试验样板底材为马口铁板时常用这种处理方式。F1是经过火焰处理后,在不放大的情况下观察时,表面应该看不见氧化皮、铁锈和异物,任何残留物应仅显示为表面褪色,这种处理方式在实验室中比较不常见。
1.3 表面粗糙度
表面粗糙度是指钢板表面微小的峰谷高低程度及其间距状况,主要是为了增加钢板表面与涂层的接触面积,从而增加涂层附着力。表面粗糙度表示方式可分为Ra、Ry、Rz3种,见表2。
表面粗糙度的表示方法及含义
实验室内测试粗糙度的方法主要是触针法和比较样块法。触针法根据被测表面轮廓峰谷起伏,触针将在垂直于被测轮廓表面方向上产生上下移动,其移动距离即为该点的粗糙度。常见的仪器有数字式表面粗糙度仪,在测量前需用校准片先对仪器进行校准,校准后将仪器垂直于被测钢板表面按下仪器,即可在显示屏上显示出该点粗糙度。
比较样块法采用标准比较样块以视觉和触觉对钢板和比较样块进行对比,从而得出钢板的粗糙度等级。ISO 8503-1粗糙度比较样块分为钢砂(G)和钢丸(S)喷射处理两种。在实验室一般采用钢砂处理,其等级一般为中级。
1.4 表面盐含量
表面盐含量主要是测量钢板表面水溶性盐的含量,盐含量太高会导致涂层渗透压变大并可能导致涂层渗水起泡。IMO MSC.215(82)及MSC.288(87)决议规定,船舶压载舱及原油船货油舱涂装前,钢板表面盐含量应按ISO 8502进行测量,且必须小于50 mg/m2。ISO 8502使用的是Bresle方法,测量工具主要有Bresle胶粘贴、电导率仪、一次性针筒、50 mL烧杯以及电导率不大于0.1 mS/m的蒸馏水或去离子水。首先将胶粘贴贴到被测样板表面,往烧杯中倒入50 mL蒸馏水或去离子水,并将针筒伸入烧杯中进行反复抽水排水后测量烧杯中水的初始电导率。接着用针筒抽取烧杯中适量的水注射入胶粘贴中,再抽出注射入烧杯中,重复3~5次,最后尽可能抽空胶粘贴内的水,并注入烧杯中,测量烧杯中的电导率,即可用两次电导率差计算出最终盐含量。
1.5 表面灰尘
钢板经过喷砂后,残留的灰尘在涂装时会造成涂层附着力下降或缩孔等不良现象,可用高压空气或吸尘器进行清除。灰尘等级评定时,用胶带粘贴在钢板表面来回摩擦后,撕下放在白色背景上进行观察,其评定等级可分为0~5六个等级。船舶涂料涂装时要求灰尘等级不超过2级。
 
2 船舶涂料性能检测试验样板制备技术
船舶涂料中比较特殊的检测项目主要有车间底漆耐海洋气候试验、压载舱涂料及原油船货油舱PSPC试验、饮水舱涂料卫生试验、防污涂料磨蚀率试验、舱室涂料低播焰试验等。
2.1 车间底漆耐海洋气候试验
车间底漆又称钢材预处理底漆,主要作为钢板表面处理后的第一道防锈底漆,目前使用最为广泛为无机硅酸锌车间底漆。GB/T 6747—2008《船用车间底漆》中的主要耐性试验为耐海洋气候性。由于无机硅酸锌车间底漆固化时主要靠吸收空气中的水分,喷涂时相对湿度可以相对高一些,一般不低于50%,但不超过85%,以免样板凝露。当环境相对湿度低于50%,或喷涂时喷枪距离样板较远时,都容易造成干喷。车间底漆干膜厚度要求为15~20 μm,为避免试验样板本身的粗糙度对底漆厚度测量的影响,可同时喷涂一块马口铁板用于车间底漆厚度控制。车间底漆干燥保养后,应对固化情况进行检测。检测方法为ASTM D4752:2003,测量时取一条白色或与车间底漆颜色不同的布条,用甲乙酮沾湿后用力在涂装车间底漆的试验样板上来回擦拭50次。若布条上没有粘上或粘上少许锌粉,则表示该样板固化良好可进行下一步试验。相反,布条上有大量锌粉或样板经擦拭后露出底材,即表示该样板固化不完全,需重新进行涂装[6]。
2.2 船舶压载舱及原油船货油舱涂层PSPC试验
2006年及2010年,IMO分别通过了关于船舶海水专用压载舱及原油船货油舱《保护涂层性能标准》(PSPC),并写入SOLAS公约成为强制性标准。这两个标准作为国际强制标准,对船舶涂料行业的影响意义深远。
船舶压载舱PSPC包含模拟压载舱和冷凝舱两个试验,模拟压载舱试验每套5块样板,尺寸为200mm×400 mm×3 mm,其中2块焊上U型槽。冷凝舱试验每套3块,尺寸为150 mm×150 mm×3 mm。原油油船货油舱涂料PSPC试验每套5块100 mm×150mm×3 mm的样板,其中2块进行模拟原油浸泡,2块进行气密柜试验,1块为空白板。样板制备时,相对湿度应低于85%,并且钢板温度高于露点温度3 ℃以上,除锈等级达到Sa2.5,表面清洁度达到灰尘分布量1级、灰尘尺寸不大于2级,表面粗糙度达到Rz30~75μm,表面水溶性盐含量不大于50 mg/m2NaCl。涂装车间底漆前,需先对U型槽进行预涂,预涂时采用刷涂。车间底漆样板干燥保养后同样需要进行固化测试,户外暴露前应对样板进行封边处理,避免在进行曝晒时,样板边缘的锈水流到样板上,引起样板表面形成锈痕,影响后续环氧主涂层的涂装及试验。
车间底漆经过2个月曝晒后,取下用低压淡水进行清洗并充分干燥,测试样板表面水溶性盐含量,结果不大于50 mg/m2NaCl方可进行环氧主涂层涂装。两道环氧涂层颜色应有区分,且面层为浅色涂层。每一道涂层涂装前均需对U型槽进行预涂,两道环氧涂层在90/10规则下应达到名义总干膜厚度320 μm。
2.3 饮水舱漆卫生试验
饮水舱涂料涂装于在船舶饮水舱,要求不含铅、铬等对人体有毒有害的成分,浸泡后的水质除应符合现行《生活饮用水卫生标准》的规定,还应根据涂料成分检验水中特有溶出物。必要时,对浸泡水和涂层中溶出的有毒物质进行毒理学试验,以确保涂层对人体安全无害。涂料必须经卫生鉴定并取得卫生部认可的卫生部门颁发的许可证书方可进行饮水舱涂装。
饮水舱涂料卫生试验每套40块100 mm×100mm×(6~8) mm的玻璃板(玻璃板可打毛以增加涂层附着力),玻璃板在切割时可能存在灰尘或油污,可用无水乙醇擦拭,再用自来水清洗,最后用去离子水冲洗,洗净后充分干燥后方可进行涂装。由于该试验涉及的检测项目较多,在涂装过程中应避免样板受到污染,以免影响试验结果。样板完全干燥后,用原饮水舱涂料进行封边,禁止使用其他涂料,以避免对试验结果造成影响。
2.4 防污涂料磨蚀率试验
磨蚀率指防污涂层在一段时间内在水流冲刷等作用下溶解损耗的涂层厚度值,是自抛光防污涂料的重要指标,对判断防污涂料防污能力及防污期效具有重要意义,可为开发新涂料、涂装设计等提供数据参考。
防污涂料磨蚀率试验分为圆盘法和转鼓法两种,圆盘法样板采用硬质PVC板或其他复合材料板,应避免使用硬度较低的底材,以免在后续试验中样板变形,从而影响激光平整度检测仪的扫描。样板为直径300 mm×5 mm的圆盘,正中间开一直径40 mm的固定孔用于安装在动态转子上。试验样板在涂装前需对涂装区域进行充分打磨(100目砂纸)或喷砂,以避免后续试验时涂膜脱落。打磨或喷砂后用无水乙醇擦拭,清洗干燥方可涂装防污涂料。该试验对涂膜平整性要求较高,在施工前后应保证涂膜的平整性。涂装前可在非涂装区域上贴上美工胶,避免涂装宽带过大或过小,待涂膜充分干燥后揭掉美工胶,注意保证涂膜边缘平整,否则在圆盘转动时涂膜边缘容易被海水卷起,影响试验结果。揭掉美工胶前,可用刀子沿着美工胶两边边沿慢慢划过,减少涂膜边缘被破坏。
转鼓法样板采用环氧树脂玻璃纤维板,要求表面平整,试样尺寸为60 mm×95 mm×3 mm。样板四周各打一个孔用于将试验样板固定在底板上,涂装前对涂装区域用100目砂纸进行充分打磨,两边各预留12 mm为参照面,为避免参照面受损,可在样板打磨前预先贴上美工胶。打磨后揭去美工胶,并用无水乙醇擦拭,清洗干燥后方可涂装防污涂料。
2.5 舱壁、天花板和甲板饰面材料表面燃烧性耐火试验中的低播焰试验
IMO MSC 61(67)船舶防火测试标准中的第五部分要求,舱壁、天花板和甲板饰面材料表面燃烧性耐火试验需进行低播焰试验。
低播焰试验采用(155±5) mm×(800±5) mm、厚度在50 mm以下的材料或复合材料。试验材料为涂料时,一般采用厚度为1~2 mm的钢板,钢板喷砂除锈等级应达到Sa2.5,表面清洁度达到灰尘分布量1级、灰尘尺寸不大于2级,目视无油污。由于钢板厚度较薄,粗糙度可以相对低一些,防止钢板在喷砂时变形,最后进行涂装,涂装时仅做单面涂装。

3 样板涂装
正常施工时,要求相对湿度不大于85%、环境温度必须大于露点温度3 ℃以上,否则样板表面会凝露。部分涂料对相对湿度有特别要求,硅酸锌车间底漆固化时要求环境要有较高的湿度,水性涂料在环境温度低于0 ℃时水分无法正常挥发,普通环氧涂料在环境温度低于5 ℃固化速率将极大降低。常见的涂装方法有刷涂、辊涂、空气喷涂、高压无气喷涂等,每种涂装方法各有优缺点。刷涂适用于预涂和小面积修补,效率较低,且涂膜外观不好,但是损耗小,渗透性较好,但涂层的干膜厚度不得太厚,否则容易产生针孔。辊涂与刷涂较为相似,但渗透性较差。性能检测时,一般不使用辊涂。空气喷涂与高压无气喷涂是试验室中最常使用的涂装方法,空气喷涂一般用于黏度较低的面漆施工,效率相对刷涂与辊涂高,渗透性好,涂膜平整,但是涂料损耗也较大。高压无气喷涂相比前面3种涂装范围更广、效率更高、渗透性更好,常用于厚膜涂层喷涂,但是对涂料的损耗较大,且清洗时需要大量稀释剂。
 
4 结 语
船舶涂料因使用环境苛刻、服役时间长且维护不便等特点,在投入使用前进行涂层性能检测显得尤为重要。对大多数船舶涂料性能检测项目而言,一般试验周期长达半年,甚至几年。因此,试验样板制备作为性能检测的第一步,在性能检测时起着非常重要的作用。在整个试验样板制作过程中,应严格控制环境温湿度、样板表面清洁度、灰尘及盐含量等因素,并根据不同的船舶涂料产品特性进行性能养护后,才能开始检测试验。

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