舰船涂料性能测试用试板制备方法

舰船涂料性能测试用试板制备方法

傅建华, 凌小桐 , 江枫, 胡宝成(上海船舶工艺研究所,上海 200032)

1.前言
船舶尤其是军用舰船,服役期中始终处于海水和海洋大气的恶劣环境中。 因此在舰船的防腐涂装中,对涂料的质量有很高的要求。 选择涂料时需要通过测试来评定其性能的优劣。 测试用试板制备的方法恰当与否,将严重影响测试的结果。舰船涂装前钢材的表面处理通常采用喷射磨料清理,喷射用磨料有金属磨料和非金属磨料。 不同的磨料和不同的磨料粒度,还会带来不同的表面效果,包括表面清洁度和表面粗糙度,由此造成测试结果的不同。 为了合理地评价涂料的性能,确保舰船的涂装质量,有必要编制一份舰船涂料性能测试用板制备方法标准。

2 表面处理质量与涂层保护性能
2.1各种因素对涂层保护寿命影响
船舶和钢结构的涂层保护寿命与多种因素有关,如涂装之前钢材表面处理的质量,所采用的涂料种类、涂膜厚度、涂装的工艺条件等。 图1 列出了各种因素对涂层保护寿命影响的统计分析。


2.2表面清洁度等级对涂层保护性能的影响
钢材表面除锈质量与涂层保护性能有着密切的关系,图2 所示即为表面清洁度等级对涂层保护性能的影响实例。

图2 中,性能评价从差到好分成0~10 级,涂覆涂料前钢材表面除锈作业不彻底,钢材表面残留部分氧化皮、锈和其他污物,必定会影响防腐涂层的保护效果,表面清洁度等级在Sa1 时性能评价较差。 所以在喷射清理时应彻底清除氧化皮、锈和其他污物,表面清洁度等级在Sa2.5 时,防腐涂层的保护性能评价较好,Sa3 时性能评价最好。
2.3表面粗糙度对涂层保护性能的影响
表面粗糙度影响涂膜与底材之间的附着力和涂膜厚度的分布。喷砂除锈,特别是喷射具有棱角的磨料,不仅增加了钢材表面积,还为涂层附着提供了合适的表面几何形状。 在这样的表面上涂装,涂膜与金属表面之间除了分子引力外,还存在着机械咬合作用,这对于涂层的附着是十分有利的。随着被涂装表面的粗糙化,涂膜的附着性能有所提高,一定程度上提高了涂膜的保护能力。但是,如果粗糙度太大,也对涂膜保护性能不利。 为了确保涂膜的保护性能,还应对涂装前钢材表面粗糙度有所限制。

3 试样板材料及尺寸、厚度选用
3.1试板材料选择
国家标准GB/T1727-1992《漆膜一般制备法》、GB/T 1763-1979《漆膜耐化学试剂性能测定法》规定,用于漆膜一般制备的试板厚度为0.45~0.55mm。GB/T 9271-1988《色漆和清漆 标准试板》(eqv ISO1514:1984)、GB/T 1765-1979《测定耐湿热、耐盐雾、耐候性(人工加速)的漆膜制备法》、ASTM D609:1973《试验色漆 清漆和有关产品用钢板的制备》要求的试板是厚度为0.8~1.5mm 的普通碳素钢薄钢板或冷轧钢板。 这类薄钢板仅适宜手工打磨或化学处理,而实际建造舰船所用钢板大多为厚的热轧钢板,为与建造船舶的实际工艺要求相一致,选用的试板为热轧钢板。
3.2试板尺寸选用
上述标准要求,除另有规定,通用的涂料检测耐环境试验所使用的试板面积尺寸为(50~ 70)mm×150mm,本研究选用试板尺寸为70mm×150mm。
3.3试板厚度选择
研究中选用了喷射清理用金属和非金属磨料对不同厚度热轧钢板进行了大量的喷射清理处理和试验,分析了不同测试板厚度经喷砂后所受到的影响,见表1。

从表1 中看出,试板厚度<2.0mm 时,在用金属和非金属磨料喷射清理条件下(压缩空气压力0.3~ 0.7MPa)都发生变形,而厚度>2.0mm 则无变形发生。 因此试验中选用试板厚度为2.5mm。

4 表面处理质量的选择和评定
4.1表面清洁度的评定和选择
对船舶来说, Sa2.5 级己完全能满足要求,分与Sa3 级相比,分所需的清理费用可大为降低。根据上述原则,本研究的试板喷砂表面清洁度等级都达到Sa2.5 级。 与实际造船工艺中涂装前钢材表面处理要求相当。Sa2.5 级用文字表示是,非常彻底的喷射或抛射除锈,钢材表面应无可见的油脂、污垢、氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物,任何残留的痕迹应该仅是点状或条纹状的轻微色斑。试板经喷砂表面处理后,表面清洁度等级评定采用GB/T8923-1988《涂装前钢材表面腐蚀等级和除锈等级》。
4.2表面粗糙度的选择和评定
通常船舶防腐涂装,钢材表面最大粗糙度的数值一般不超过100μm, 较为合适的范围是40 ~75μm。 本试验表面粗糙度控制在40~ 75μm。 与实际造船工艺中涂装前钢材表面处理要求相当。钢材表面粗糙度是指经喷砂或抛丸后,形成钢材表面微观的不平整度。 评定钢材表面粗糙度采用标准GB/T17850.1-2002《喷射清理后钢材表面粗糙度分级——比较样块法》。

5 试验和结果
5.1试板制备
5.1.1试板表面处理方法及简略符号
A :试板表面经过除油、0# 砂纸打磨,去掉油污及氧化皮等杂质。
B :试板表面经过除油、10%HCl 酸洗表面处理。
C :试板表面经过除油、铜精炼渣(铜矿砂)喷砂处理,喷距15cm。
D :试板表面经过除油、钢砂喷砂处理,喷距15cm。
5.1.2试板表面粗糙度制备用喷砂磨料及条件
①铜精炼渣(铜矿砂), 磨料粒度0.6~1.6mm;喷距15cm、喷砂压缩空气压力为0.2~ 0.7MPa 进行喷砂处理。
②钢砂,粒度0.7~1.0mm;喷距15cm、喷砂压缩空气压力为0.2~ 0.7MPa 进行喷砂处理。
5.1.3试板喷涂涂料
喷涂涂料分别采用1#(铝粉铁红)、2#(环氧) 、3#(氯化橡胶)、4#(水性无机富锌)防锈防腐涂料。
5.2腐蚀试验条件
5.2.1盐雾试验
试验标准采用GB/T 1771-1991《色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定》。
试验条件。 5%NaCl、35℃、连续喷雾,盐雾沉降量1~ 2 ml / h•80cm2,时间96h。
5.2.2浸泡试验
试验标准采用GB/T 1763-1979《漆膜耐化学试剂性能测定法》。
试验条件。 3%NaCl、25℃进行浸泡试验96h。
5.3结果和讨论
5.3.1不同压缩空气压力下喷砂的试板表面粗糙度
表面粗糙度的大小取决于磨料的粒度、形状、材料、压缩空气压力、作用时间等工艺参数。 试验中选用不同压缩空气压力喷砂,用金属和非金属两类磨料即铜精炼渣(铜矿砂)和钢砂对试板表面进行喷砂处理,结果见图3。

从图3 中看出,试板表面粗糙度随喷砂压力提高而增大,并随喷砂粒度增大而增大。铜矿砂喷砂处理的试板的表面比钢砂喷砂处理的试板表面色泽略暗。喷射钢砂磨料时,为达到钢材表面粗糙度在40~ 70μm 范围,钢砂磨料直径以0.7~ 1.0mm 为宜。压缩空气压力应大于0.3MPa,否则会影响喷射处理速度。
5.3.2不同表面处理方法对涂层耐腐蚀性能影响
表2 中A、B 试板分别喷涂1#、2# 两种防锈涂料,涂膜厚度同为45μm,耐盐水性(3%NaCl)试验96h 后,A、B 板试样表面无锈蚀、符合GB/T6748-1986 技术指标,而采用喷砂处理试板表面粗糙度在40~ 75μm。 见表2 中C 或D 试板,同样分别喷涂1#、2# 防锈涂料、涂膜厚度同为45μm,在耐3%NaCl(盐水性)试验96h 后,C 或D 板试样表面出现不同程度锈蚀,都达不到GB/T 6748-1986 规定要求,并列进行的盐雾试验也出现同样结果。表3 中试板的表面采用喷砂处理,粗糙度在40~75μm,再喷涂3# 防锈涂料,漆膜的厚度为45μm。由表3 可见,涂层耐腐蚀性随粗糙度增大而减小。

5.3.3粗糙度对不同涂层膜厚的耐蚀性影响
试板的表面采用喷砂处理,粗糙度为65μm,再喷涂不同膜厚的3# 防锈涂料。 由表4 可见随涂层膜厚增加其耐腐蚀性也相应提高。

在喷射清理之后,涂上厚的涂膜,得以适当覆盖和保护表面轮廓峰是需要的。 因此表面轮廓的深度(粗糙度)是决定要涂膜的厚度所要考虑的因素。粗糙度越高,规定要涂的涂膜厚度应越厚,要保证利用轮廓峰来适当确定涂膜厚度,见表5。

表4、表5 数据表明了在测试防锈防腐涂料时,如试板表面粗糙度达到40~ 75μm,其制板涂膜厚度应达到80μm 左右,才能达到相应技术指标。
综上所述,舰船涂料性能测试用板涂膜制备应与GB/T 1727–1992《漆膜一般制备》标准不同,原要求涂膜厚度45±5μm,根据试验数据,考虑到试板经过喷砂处理后,粗糙度和涂膜厚度测量偏差影响,建议防锈防腐涂料单一漆膜的耐酸碱性及耐盐水性测定的涂膜厚度应为二道涂膜厚度为80±10μm。船舶涂装时,实际采用的配套涂料涂膜总厚度一般均超过200μm。 同时参照GB/T 10834-1989《船舶漆耐盐水性的测定》要求,在做配套涂料耐腐蚀试验时,建议配套涂料的耐盐水性测定的涂膜厚度应为底漆二道涂膜厚度为100±15μm、面漆二道涂膜厚度为100±10μm,总涂膜厚度为200±25μm。

6 涂层膜厚测定方法
6.1涂层膜厚测定点数
鉴于涂膜厚度的局部变化和仪器重复性问题,要求对每一点进行多次测定并求取平均值,特别是对较粗糙的涂层表面进行测定时,还必须多选择几个点进行重复测量,如果个别读数特别高则舍去。根据GB/T1764−1979《漆膜厚度测定法》3 点平均法、ASTM D 1186-1973《涂于磁性底材上的非磁性有机涂层干膜厚度的测定》5 点平均法和我们试验用9 点平均法进行测量值比较,测量值及偏差见表6。从表6 看出,三种膜厚测定方法基本相近。 因而说明原有测厚标准方法GB/T1764-1979《漆膜厚度测定法》也适合喷砂板上涂膜厚度测定。

6.2不同预处理方法的表面涂层膜厚测定值及偏差
粗糙表面会使涂膜一次测定不正确,但多次测定的平均值可以比较可靠地代表整个涂膜的厚度。粗糙表面会使某些仪器的测定结果偏高,因为仪器的探头接触的是涂膜上颗粒的顶部,所以测量准确度与所用测厚仪和特定使用场合有关。从表6 看出A、D,即用0# 砂纸打磨和喷砂两种不同表面处理的试板,喷涂同样厚度涂料,但在测量时得到结果却有较大偏差;用喷砂处理的试板涂膜的厚度比0# 砂纸打磨涂膜的厚度测量值偏高10μm 左右。在涂膜的厚度测量时也存在着一定的偏差。涂膜的厚度<50μm 时,测量标准偏差<5μm;50μm<厚度<100μm 时,测量标准偏差<10μm。因此,对由于表面粗糙度和测量本身引起的涂膜测定结果偏差,在设计涂层膜厚时应加以考虑。

7.参考文献
1.汪国平、洪栋煌。 船舶与钢结构的涂装与防蚀技术.北京:国防工业出版社,1993.
2 GB/T1727-92《漆膜一般制备法》.
3 GB/T 1763-1979《漆膜耐化学试剂性能测定法》.
4 GB/T 1765-1979《测定耐湿热、耐盐雾、耐候性(人工加速)的漆膜制备法》.
5 ASTM D609:1973《试验色漆 清漆和有关产品用钢板的制备》.
6 GB/T 9271-88《色漆和清漆标准试板》(eqv ISO 1514:1984).
7 GB/T 8923-88《涂装前钢材表面腐蚀等级和除锈等级》(eqv ISO8501-1).
8 GB/T 6748-86《船用防锈漆通用技术条件》.
9 GB/T 1771-1991《色漆和清漆 耐中性盐雾性能的测定》.
1 0 ASTM D 1186 :1973《涂于磁性底材上的非磁性有机涂层干膜厚度的测定》.
1 1 ASTM D4417 B :2003《Standard Test Methods forField Measurement of Surface Profile of Blast CleanedSteel》.
12 GB/T1764-1979《漆膜厚度测定法》.
13 GB/T 10834-1989《船舶漆耐盐水性的测定》.

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