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艦船涂料性能測試用試板制備方法
2019年01月01日    閱讀量:48902    新聞來源:傅建華, 凌小桐 , 江楓, 胡寶成(上海船舶工藝研究所,上海 200032)  |  投稿

1.前言

船舶尤其是軍用艦船,服役期中始終處于海水和海洋大氣的惡劣環境中。 因此在艦船的防腐涂裝中,對涂料的質量有很高的要求。 選擇涂料時需要通過測試來評定其性能的優劣中國涂料在線coatingol.com。 測試用試板制備的方法恰當與否,將嚴重影響測試的結果。艦船涂裝前鋼材的表面處理通常采用噴射磨料清理,噴射用磨料有金屬磨料和非金屬磨料。 不同的磨料和不同的磨料粒度,還會帶來不同的表面效果,包括表面清潔度和表面粗糙度,由此造成測試結果的不同。 為了合理地評價涂料的性能,確保艦船的涂裝質量,有必要編制一份艦船涂料性能測試用板制備方法標準。


2 表面處理質量與涂層保護性能

2.1各種因素對涂層保護壽命影響

船舶和鋼結構的涂層保護壽命與多種因素有關,如涂裝之前鋼材表面處理的質量,所采用的涂料種類、涂膜厚度、涂裝的工藝條件等。 圖1 列出了各種因素對涂層保護壽命影響的統計分析。


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2.2表面清潔度等級對涂層保護性能的影響

鋼材表面除銹質量與涂層保護性能有著密切的關系,圖2 所示即為表面清潔度等級對涂層保護性能的影響實例。


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圖2 中,性能評價從差到好分成0~10 級,涂覆涂料前鋼材表面除銹作業不徹底,鋼材表面殘留部分氧化皮、銹和其他污物,必定會影響防腐涂層的保護效果,表面清潔度等級在Sa1 時性能評價較差。 所以在噴射清理時應徹底清除氧化皮、銹和其他污物,表面清潔度等級在Sa2.5 時,防腐涂層的保護性能評價較好,Sa3 時性能評價最好。

2.3表面粗糙度對涂層保護性能的影響

表面粗糙度影響涂膜與底材之間的附著力和涂膜厚度的分布。噴砂除銹,特別是噴射具有棱角的磨料,不僅增加了鋼材表面積,還為涂層附著提供了合適的表面幾何形狀。 在這樣的表面上涂裝,涂膜與金屬表面之間除了分子引力外,還存在著機械咬合作用,這對于涂層的附著是十分有利的。隨著被涂裝表面的粗糙化,涂膜的附著性能有所提高,一定程度上提高了涂膜的保護能力。但是,如果粗糙度太大,也對涂膜保護性能不利。 為了確保涂膜的保護性能,還應對涂裝前鋼材表面粗糙度有所限制。


3 試樣板材料及尺寸、厚度選用

3.1試板材料選擇

國家標準GB/T1727-1992《漆膜一般制備法》、GB/T 1763-1979《漆膜耐化學試劑性能測定法》規定,用于漆膜一般制備的試板厚度為0.45~0.55mm。GB/T 9271-1988《色漆和清漆 標準試板》(eqv ISO1514:1984)、GB/T 1765-1979《測定耐濕熱、耐鹽霧、耐候性(人工加速)的漆膜制備法》、ASTM D609:1973《試驗色漆 清漆和有關產品用鋼板的制備》要求的試板是厚度為0.8~1.5mm 的普通碳素鋼薄鋼板或冷軋鋼板。 這類薄鋼板僅適宜手工打磨或化學處理,而實際建造艦船所用鋼板大多為厚的熱軋鋼板,為與建造船舶的實際工藝要求相一致,選用的試板為熱軋鋼板。

3.2試板尺寸選用

上述標準要求,除另有規定,通用的涂料檢測耐環境試驗所使用的試板面積尺寸為(50~ 70)mm×150mm,本研究選用試板尺寸為70mm×150mm。


3.3試板厚度選擇

研究中選用了噴射清理用金屬和非金屬磨料對不同厚度熱軋鋼板進行了大量的噴射清理處理和試驗,分析了不同測試板厚度經噴砂后所受到的影響,見表1。


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從表1 中看出,試板厚度<2.0mm 時,在用金屬和非金屬磨料噴射清理條件下(壓縮空氣壓力0.3~ 0.7MPa)都發生變形,而厚度>2.0mm 則無變形發生。 因此試驗中選用試板厚度為2.5mm。


4 表面處理質量的選擇和評定

4.1表面清潔度的評定和選擇

對船舶來說, Sa2.5 級己完全能滿足要求,分與Sa3 級相比,分所需的清理費用可大為降低。根據上述原則,本研究的試板噴砂表面清潔度等級都達到Sa2.5 級。 與實際造船工藝中涂裝前鋼材表面處理要求相當。Sa2.5 級用文字表示是,非常徹底的噴射或拋射除銹,鋼材表面應無可見的油脂、污垢、氧化皮、鐵銹和油漆涂層等附著物,任何殘留的痕跡應該僅是點狀或條紋狀的輕微色斑。試板經噴砂表面處理后,表面清潔度等級評定采用GB/T8923-1988《涂裝前鋼材表面腐蝕等級和除銹等級》。

4.2表面粗糙度的選擇和評定

通常船舶防腐涂裝,鋼材表面最大粗糙度的數值一般不超過100μm, 較為合適的范圍是40 ~75μm。 本試驗表面粗糙度控制在40~ 75μm。 與實際造船工藝中涂裝前鋼材表面處理要求相當。鋼材表面粗糙度是指經噴砂或拋丸后,形成鋼材表面微觀的不平整度。 評定鋼材表面粗糙度采用標準GB/T17850.1-2002《噴射清理后鋼材表面粗糙度分級——比較樣塊法》。


5 試驗和結果

5.1試板制備

5.1.1試板表面處理方法及簡略符號

A :試板表面經過除油、0# 砂紙打磨,去掉油污及氧化皮等雜質。

B :試板表面經過除油、10%HCl 酸洗表面處理。

C :試板表面經過除油、銅精煉渣(銅礦砂)噴砂處理,噴距15cm。

D :試板表面經過除油、鋼砂噴砂處理,噴距15cm。

5.1.2試板表面粗糙度制備用噴砂磨料及條件

①銅精煉渣(銅礦砂), 磨料粒度0.6~1.6mm;噴距15cm、噴砂壓縮空氣壓力為0.2~ 0.7MPa 進行噴砂處理。

②鋼砂,粒度0.7~1.0mm;噴距15cm、噴砂壓縮空氣壓力為0.2~ 0.7MPa 進行噴砂處理。

5.1.3試板噴涂涂料

噴涂涂料分別采用1#(鋁粉鐵紅)、2#(環氧) 、3#(氯化橡膠)、4#(水性無機富鋅)防銹防腐涂料。

5.2腐蝕試驗條件

5.2.1鹽霧試驗

試驗標準采用GB/T 1771-1991《色漆和清漆耐中性鹽霧性能的測定》。

試驗條件。 5%NaCl、35℃、連續噴霧,鹽霧沉降量1~ 2 ml / h?80cm2,時間96h。

5.2.2浸泡試驗

試驗標準采用GB/T 1763-1979《漆膜耐化學試劑性能測定法》。

試驗條件。 3%NaCl、25℃進行浸泡試驗96h。

5.3結果和討論

5.3.1不同壓縮空氣壓力下噴砂的試板表面粗糙度

表面粗糙度的大小取決于磨料的粒度、形狀、材料、壓縮空氣壓力、作用時間等工藝參數。 試驗中選用不同壓縮空氣壓力噴砂,用金屬和非金屬兩類磨料即銅精煉渣(銅礦砂)和鋼砂對試板表面進行噴砂處理,結果見圖3。


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從圖3 中看出,試板表面粗糙度隨噴砂壓力提高而增大,并隨噴砂粒度增大而增大。銅礦砂噴砂處理的試板的表面比鋼砂噴砂處理的試板表面色澤略暗。噴射鋼砂磨料時,為達到鋼材表面粗糙度在40~ 70μm 范圍,鋼砂磨料直徑以0.7~ 1.0mm 為宜。壓縮空氣壓力應大于0.3MPa,否則會影響噴射處理速度。


5.3.2不同表面處理方法對涂層耐腐蝕性能影響

表2 中A、B 試板分別噴涂1#、2# 兩種防銹涂料,涂膜厚度同為45μm,耐鹽水性(3%NaCl)試驗96h 后,A、B 板試樣表面無銹蝕、符合GB/T6748-1986 技術指標,而采用噴砂處理試板表面粗糙度在40~ 75μm。 見表2 中C 或D 試板,同樣分別噴涂1#、2# 防銹涂料、涂膜厚度同為45μm,在耐3%NaCl(鹽水性)試驗96h 后,C 或D 板試樣表面出現不同程度銹蝕,都達不到GB/T 6748-1986 規定要求,并列進行的鹽霧試驗也出現同樣結果。表3 中試板的表面采用噴砂處理,粗糙度在40~75μm,再噴涂3# 防銹涂料,漆膜的厚度為45μm。由表3 可見,涂層耐腐蝕性隨粗糙度增大而減小。


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表4、表5 數據表明了在測試防銹防腐涂料時,如試板表面粗糙度達到40~ 75μm,其制板涂膜厚度應達到80μm 左右,才能達到相應技術指標。

綜上所述,艦船涂料性能測試用板涂膜制備應與GB/T 1727–1992《漆膜一般制備》標準不同,原要求涂膜厚度45±5μm,根據試驗數據,考慮到試板經過噴砂處理后,粗糙度和涂膜厚度測量偏差影響,建議防銹防腐涂料單一漆膜的耐酸堿性及耐鹽水性測定的涂膜厚度應為二道涂膜厚度為80±10μm。船舶涂裝時,實際采用的配套涂料涂膜總厚度一般均超過200μm。 同時參照GB/T 10834-1989《船舶漆耐鹽水性的測定》要求,在做配套涂料耐腐蝕試驗時,建議配套涂料的耐鹽水性測定的涂膜厚度應為底漆二道涂膜厚度為100±15μm、面漆二道涂膜厚度為100±10μm,總涂膜厚度為200±25μm。


6 涂層膜厚測定方法

6.1涂層膜厚測定點數

鑒于涂膜厚度的局部變化和儀器重復性問題,要求對每一點進行多次測定并求取平均值,特別是對較粗糙的涂層表面進行測定時,還必須多選擇幾個點進行重復測量,如果個別讀數特別高則舍去。根據GB/T1764?1979《漆膜厚度測定法》3 點平均法、ASTM D 1186-1973《涂于磁性底材上的非磁性有機涂層干膜厚度的測定》5 點平均法和我們試驗用9 點平均法進行測量值比較,測量值及偏差見表6。從表6 看出,三種膜厚測定方法基本相近。 因而說明原有測厚標準方法GB/T1764-1979《漆膜厚度測定法》也適合噴砂板上涂膜厚度測定。


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6.2不同預處理方法的表面涂層膜厚測定值及偏差

粗糙表面會使涂膜一次測定不正確,但多次測定的平均值可以比較可靠地代表整個涂膜的厚度。粗糙表面會使某些儀器的測定結果偏高,因為儀器的探頭接觸的是涂膜上顆粒的頂部,所以測量準確度與所用測厚儀和特定使用場合有關。從表6 看出A、D,即用0# 砂紙打磨和噴砂兩種不同表面處理的試板,噴涂同樣厚度涂料,但在測量時得到結果卻有較大偏差;用噴砂處理的試板涂膜的厚度比0# 砂紙打磨涂膜的厚度測量值偏高10μm 左右。在涂膜的厚度測量時也存在著一定的偏差。涂膜的厚度<50μm 時,測量標準偏差<5μm;50μm<厚度<100μm 時,測量標準偏差<10μm。因此,對由于表面粗糙度和測量本身引起的涂膜測定結果偏差,在設計涂層膜厚時應加以考慮。


7.參考文獻

1.汪國平、洪棟煌。 船舶與鋼結構的涂裝與防蝕技術.北京:國防工業出版社,1993.

2 GB/T1727-92《漆膜一般制備法》.

3 GB/T 1763-1979《漆膜耐化學試劑性能測定法》.

4 GB/T 1765-1979《測定耐濕熱、耐鹽霧、耐候性(人工加速)的漆膜制備法》.

5 ASTM D609:1973《試驗色漆 清漆和有關產品用鋼板的制備》.

6 GB/T 9271-88《色漆和清漆標準試板》(eqv ISO 1514:1984).

7 GB/T 8923-88《涂裝前鋼材表面腐蝕等級和除銹等級》(eqv ISO8501-1).

8 GB/T 6748-86《船用防銹漆通用技術條件》.

9 GB/T 1771-1991《色漆和清漆 耐中性鹽霧性能的測定》.

1 0 ASTM D 1186 :1973《涂于磁性底材上的非磁性有機涂層干膜厚度的測定》.

1 1 ASTM D4417 B :2003《Standard Test Methods forField Measurement of Surface Profile of Blast CleanedSteel》.

12 GB/T1764-1979《漆膜厚度測定法》.

13 GB/T 10834-1989《船舶漆耐鹽水性的測定》.


標簽:工業涂料輔料與設備行業資訊涂料百科技術中心船舶涂料涂料檢測
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