船舶涂裝技術(shù)之一艦船涂料的應(yīng)用與發(fā)展

1、船舶涂裝技術(shù)之一：艦船涂料的應(yīng)用與發(fā)展從日常用品到國防尖端產(chǎn)品，涂料的身影無處不在。它起著重要的防銹、防腐、防污裝飾、消音、隔熱防火以及吸波吸聲反紅外等特定功能。涂料工業(yè)是一個與石油化工高新材料能源交通機械制造等眾多行業(yè)交叉相聯(lián)的技術(shù)行業(yè)體系，也歷來被視為所在國家工業(yè)發(fā)展水平的一個重要窗口。     艦船是一個由船體機電電子武備等高科技產(chǎn)品組成的復(fù)合體，艦船的綜合性能反映了一個國家的科技發(fā)展水平。作為艦船主要防護手段之一的涂料遍及艦船各個角落，所以艦船雖小，但涂料品種齊全，幾乎涉及大部分工業(yè)涂料品種，是涂料工業(yè)水平的縮影和具體表現(xiàn)。   

2、60; 我國作為一個發(fā)展中國家，艦船涂料水平與其它發(fā)達國家相比，除防銹、防腐、防污三大基本性能外，在施工性能，開罐性能，環(huán)保性能，通用性能以及特種功能涂料方面還存在較大差距。研究國內(nèi)外艦船涂料發(fā)展趨勢，找出存在的具體差距和努力方向，對于盡快縮短與國際先進水平的差距，延長艦船使用壽命保障和提高艦船戰(zhàn)斗力具有重要和深遠的現(xiàn)實意義?？傮w而言，艦船涂料也脫離不了整個世界涂料工業(yè)的發(fā)展趨勢，以五E為主導(dǎo)發(fā)展方向：即高性能，易施工，經(jīng)濟，節(jié)能，環(huán)保。     1 防污涂料向無毒低毒方向發(fā)展     一直以來，有機錫防污涂料在使用年限上達到了4-5

3、年的長效保護效果，但隨著有機錫防污涂料在2008年之前全球范圍內(nèi)禁止使用，防污涂料已經(jīng)開始走向低公害和無公害。目前得到成功應(yīng)用的是無錫自拋光涂料，年限可達3年，其中以生物避忌劑和低表面張力的防污涂料最有可能達到無毒長效的要求，是今后的發(fā)展方向。     日本研制成功了一種以脫水沸石粉和電解銅粉為防污劑的新型防污漆，而有機硅改性環(huán)氧氨基，烷基硅烷，氟多醇聚氨酯等低表面張力防污涂料研究已經(jīng)取得很大進展，美國研制的涂在環(huán)氧底漆上的有機硅彈性體防污涂料當(dāng)船速大于30節(jié)時可沖去附著海生物，已達到3年以上防污水平。該技術(shù)目前主要用于小船，如果能與水下刮船器配合使用，也可用于各

4、種船舶。此外還有導(dǎo)電防污涂料，利用電解產(chǎn)生局部酸性環(huán)境防污，但由于需要外加電流和導(dǎo)電涂層在船底使用時可能產(chǎn)生意外的加速腐蝕，目前僅用于局部固定設(shè)施如發(fā)電廠排水口等處。     2 防銹涂料向重防腐環(huán)保低表面處理要求方向發(fā)展     2.1 重防腐涂料     所謂重防腐涂料是指在嚴酷環(huán)境中比常規(guī)涂料有更長保護期的防腐涂料，具有厚膜高固體分雙組分等特征。重防腐是一個系統(tǒng)工程，涉及使用環(huán)境材料選擇配套設(shè)計施工質(zhì)量控制等各方面，且根據(jù)使用環(huán)境和維修難易程度，對不同的使用對象有不同的使用年限要求。如電視塔和大型橋

5、梁一般要求20年，輸油管線要求10-20年，船舶及酸堿溶劑等場合要求5-10年，普通鋼結(jié)構(gòu)5年以上。重防腐涂料一般通常由底漆中間漆和面漆組成，由于通常面漆的壽命遠不及防銹漆，所以底漆的性能尤其重要。無機富鋅涂料是公認的重防腐涂料通用底漆，此外熱噴涂(鋁鋅陶瓷)涂層在很多場合可以比富鋅涂料更有效。新型涂裝設(shè)備如無溶劑雙組分涂料噴涂技術(shù)為重防腐涂料的使用提供了更好的技術(shù)保障，目前重防腐涂料體系的問題是缺乏長效的實際使用數(shù)據(jù)支持，沒有有效的加速測試方法。 2.2 玻璃鱗片涂料     在涂層上通常存在微孔主要有兩大類：分子空隙產(chǎn)生的10-5cm-10-7cm孔

6、隙，溶劑揮發(fā)產(chǎn)生的10-2cm-10-4cm孔隙。溶劑揮發(fā)產(chǎn)生的孔隙是水汽鹽霧等腐蝕產(chǎn)物滲入的主要通道，在這方面鱗片涂料有很好的阻擋效果，從而成為重防腐涂料底漆的重要選擇。涂料中的鱗片材料主要有片狀的云母，云母氧化鐵，石墨鋅粉，不銹鋼和玻璃鱗片片狀云母。云母氧化鐵石墨等由于價格便宜在船舶防銹涂料中得到大量應(yīng)用，而玻璃鱗片的厚度為(2-5)m，粒徑在150m(100目)以下在一層涂層中可以同時形成幾十層阻擋層，但價格較貴在橋梁等建筑中最為常用。隨著對艦船涂料更長效的要求，玻璃鱗片類型的重防腐涂料將會得到廣泛的應(yīng)用。     2.3 成熟的船舶長效涂料  &

7、#160;  目前就船舶涂料而言，無機富鋅底漆+環(huán)氧中間層+脂肪族聚氨酯面漆性能最好，其次為無機富鋅底漆+環(huán)氧中間層+乙烯類面漆，雙組分環(huán)氧底漆+有機硅改性醇酸也可用于一般場合，在修船中由于無機富鋅涂料有嚴格的表面處理要求，所以采用有機富鋅涂料作底漆或直接使用雙組分環(huán)氧底漆可以取得很好的使用效果。     2.4 氟涂料     由于氟原子體積比氫原子大，氟碳鍵的鍵能比碳碳鍵高得多，所以含氟涂料具有比普通有機涂料更好的耐熱防腐耐候和不粘性能，面世以來得到了廣泛的應(yīng)用。最初氟涂料是用于餐具作為不粘涂層的，聚四氟乙烯(PTFE)

8、粉末需要在360-380下烘烤(15-30)分鐘，施工困難。隨后出現(xiàn)了以乙烯丙烯烷基醚和氟氯乙烯的共聚物，烘烤溫度逐漸降至250-260，但應(yīng)用范圍仍局限在小型產(chǎn)品上。隨著氟乙烯乙烯基醚(FEVE)樹脂的出現(xiàn)，用異氰酸酯固化劑實現(xiàn)了常溫(或烘烤)固化，大大拓寬了其應(yīng)用范圍。     國內(nèi)外都已經(jīng)出現(xiàn)了現(xiàn)場使用的常溫固化型氟涂料，主要作為長效防腐和耐候涂料使用，另一種常溫固化氟涂料為水溶型的，可以用水性氨基樹脂作交聯(lián)劑，當(dāng)然聚四氟乙烯改性以后性能已經(jīng)有相當(dāng)程度的下降，目前氟涂料價格較高，尚未在船舶上得到廣泛應(yīng)用，而采用高質(zhì)點復(fù)合破碎技術(shù)將顆粒狀聚四氟乙烯粉碎成納米級

9、微粒的同時，與普通溶劑形成膠狀物將其與其它樹脂混合可以制成不同含氟量的涂料。初步試驗證明該涂膜具有聚四氟乙烯光滑不粘的特性和優(yōu)良的防銹防腐和防污性能且價格相對低廉，有望成為新一代多用途氟涂料。     2.5 低表面處理要求涂料     重防腐涂料等長效防銹底漆通常要求嚴格的表面處理，而在實際使用中尤其是在修理行業(yè)面對結(jié)構(gòu)復(fù)雜空間狹小施工條件限制及不同原始表面狀況等因素，難以實施和達到所要求的表面處理標(biāo)準。所以國際上開始出現(xiàn)只需除去鐵銹油脂及污物的高性能低表面處理要求底漆：如日本中國涂料公司的BISMAX環(huán)氧瀝青底漆等。海軍裝備技術(shù)研

10、究所率先研制出了具有高性能環(huán)氧涂料特征的H2000帶濕帶銹涂裝底漆和帶油涂裝底漆，目的性明確：不但降低了表面處理要求而且防銹性能也達到了現(xiàn)有長效環(huán)氧涂料的水平。     2.6 通用防銹涂料     由于船舶各部位所處環(huán)境各異，其涂料配套各不相同，但對防銹底漆的要求可以是一致的：為了簡化配套施工和管理程序提出了防銹漆盡可能通用的要求。    目前國外或合資廠家一般都有通用底漆：如IP公司的Interturf262，而國內(nèi)廠家產(chǎn)品通用性較差。     2.7 維修中間涂料 &#

11、160;   由于長效防銹涂料的出現(xiàn)，底漆與面漆壽命不同帶來了舊底漆與新面漆的涂裝問題。為了保留底漆的作用，除了采用輕度噴砂和打磨除去面漆和打毛表面的處理外，更需要一種能與硬質(zhì)光滑不溶的涂層表面可以良好結(jié)合的中間漆。目前，國內(nèi)還沒有這種專用漆，暫時用單組分揮發(fā)型涂料如氯化橡膠防銹漆代替，特別是高性能氟涂料的出現(xiàn)，使得該類涂料的需求更加迫切。     2.8 無鉛鉻防銹涂料     紅丹鋅鉻黃是防銹性能最好的顏料和緩蝕劑，銹轉(zhuǎn)化劑目前仍大量用于船舶防銹漆中，但由于鉛鉻對人體危害極大并污染環(huán)境，某些國家已經(jīng)禁止使用。經(jīng)

12、過改進的磷酸鋅/氧化鋅聚磷酸鋁和鍶黃已基本上達到了紅丹和鋅鉻黃的作用和性能，而新一代的防銹顏料也在不斷出現(xiàn)，不含鉛鉻的防銹涂料已經(jīng)可以取代紅丹和鋅鉻黃防銹漆，所以應(yīng)該首先立法禁止該類涂料的使用。     3 液艙涂料向淺色高固體分無溶劑方向發(fā)展     3.1 淺色液艙涂料     液艙包括水艙，油艙，污水艙，壓載水艙，電瓶艙等；目前采用的涂料主要是環(huán)氧瀝青和環(huán)氧涂料，除飲水艙漆外大多是深紅暗黑的，雖然防腐性能能達到要求，但由于深顏色的涂膜在照明條件有限的艙室難以發(fā)現(xiàn)其缺陷和使用后的狀況，現(xiàn)在已經(jīng)開始使用

13、淺色涂料，原環(huán)氧瀝青涂料中含有致癌物的瀝青被石油衍生烴(如石油樹脂)取代，或直接使用淺色的環(huán)氧涂料。     3.2 高固體分和無溶劑涂料     由于艦船艙室狹小，空氣難以流通，因而對涂料的有機溶劑揮發(fā)含量和毒性限制有更高的要求：高固體分涂料應(yīng)該完全取代目前使用的溶劑型涂料，并逐漸向無溶劑涂料方向靠近。高固體分涂料指重量固體分大于80%，體積固體分大于60%的涂料，主要是采用雙組分低粘度樹脂配制。目前技術(shù)是成熟的性能相當(dāng)好而無溶劑涂料，除了要采用雙組分低粘度樹脂外，還需要采用活性或非活性稀釋劑，其結(jié)果是給涂膜帶來了相對的小分子結(jié)構(gòu)，

14、影響了涂膜的性能。此外目前無溶劑涂料粘度較大，在施工上需要采用專用噴涂設(shè)備，通常不宜手工刷涂。雖然無溶劑涂料在性能上比溶劑型涂料差一些，但因為其不含有機溶劑的環(huán)保特征，所以應(yīng)大力推進該類涂料的使用進程。     3.3 改性環(huán)氧涂料    在各種涂料中，環(huán)氧樹脂具有突出的附著力和耐蝕性能，而且通過改變顏填料和固化劑等手段可以制成多種多樣性能各異的涂料品種，是世界上使用最廣泛最為重要的防腐涂料品種。在我國涂料用樹脂的生產(chǎn)中，環(huán)氧樹脂的品種最多，性能最穩(wěn)定。約40%的環(huán)氧樹脂被用于制造涂料環(huán)氧樹脂，在紫外線下會發(fā)生粉化，一般不作為戶外面漆使用，但其

15、粉化的速度很慢，如果不考慮外觀單從保護基材的角度看，仍然可以使用，尤其是脂環(huán)族環(huán)氧樹脂具有較好的耐候性能。     此外純環(huán)氧樹脂脆性較大，一般在環(huán)氧中添加增韌劑：如鄰苯二甲酸，二丁酯鄰苯，二甲酸二辛酯，氯化石蠟等，約使用一年左右，增韌劑揮發(fā)涂膜脆性急劇增大，在機械沖擊下會發(fā)生脫層等弊病，所以目前一般用柔性樹脂對環(huán)氧進行改性，稱為改性環(huán)氧樹脂和改性環(huán)氧涂料。    目前船舶通用防銹漆應(yīng)采用改性環(huán)氧涂料取代。     4 船殼涂料向性價比更合理和多功能方向發(fā)展     現(xiàn)有船殼

16、漆中按性能和價格的高低，依次分為丙烯酸聚氨酯，丙烯酸改性高氯乙烯，氯化橡膠有機硅，改性醇酸醇酸。在上述船殼漆中，由于在生產(chǎn)氯化橡膠過程中會釋放大量有害人體和環(huán)境的氣體，一些發(fā)達國家已經(jīng)不再生產(chǎn)，該樹脂將被不污染環(huán)境的高氯乙烯和聚醚樹脂取代。在選擇上可根據(jù)性價比和維修涂漆次數(shù)的需要進行，一般不參與檢閱檢查的軍輔船可選用長壽命的高性能丙烯酸聚氨酯船殼漆，經(jīng)常接受檢閱檢查出訪的艦船采用中等壽命的單組分丙烯酸改性高氯乙烯有機硅改性醇酸船殼漆為好，以便進行經(jīng)常性的刷新，保持嶄新的艦容艦貌。而醇酸船殼漆可用于經(jīng)常進行維修的交通艇等小型艦艇，熱反射船殼漆的出現(xiàn)，為船殼漆增添了一個新的品種，尤其在南海地區(qū)使用

17、，我國八五攻關(guān)成果的該類型涂料可明顯降低船艙的溫度5-7(國外可達20)，是新一代船殼涂料。能夠使銹蝕轉(zhuǎn)化為無色的自清潔船殼漆，也將成為另一種功能性船殼涂料新品種。5 生活艙涂料向水性化方向發(fā)展     除了水性無機富鋅底漆外，其它水性防銹漆受到閃銹水分揮發(fā)附著力等一系列影響，短期內(nèi)還難以用于艦船。而水性生活艙漆作為面漆可具有環(huán)保易于重涂的特性并與生活艙半光亞光的要求吻合，隨著雙組分水性聚氨酯和環(huán)氧樹脂及高氯乙烯和改性醇酸乳液等高性能水性樹脂的出現(xiàn)，研究和使用水性生活艙涂料已成為必然。     6 甲板涂料向長效多功能方向發(fā)展

18、60;   現(xiàn)代甲板涂料要求在長效的同時具備高彈性耐磨防滑輕質(zhì)抗沖擊，近來還出現(xiàn)了熱反射甲板漆，目前使用的聚氨酯彈性甲板漆，其性能已能滿足上述各種要求，但施工較困難?？蛇M一步開發(fā)成粘貼的防滑墊用于狹窄的走道和舷梯根部等部位。      7 特種涂料將越來越多地用于艦船     艦船是一個特殊的多功能集成載體，所使用的涂料品種復(fù)雜，尤其是能起到各種特殊作用的涂料較之其它任何物體都要多得多，目前在船上使用得還不夠，但隨著國內(nèi)外形勢和科技的發(fā)展，必將使用越來越多的特種涂料。除熱反射，自清潔，防結(jié)露，防冰凍等特種

19、涂料外，還有下列涂料：     7.1 耐熱涂料     目前的耐熱涂料主要是無機富鋅類涂料，用于排煙管等部位。一般耐熱部位使用常規(guī)耐熱涂料，但缺乏用于導(dǎo)彈發(fā)射架等部位的耐高溫涂料，這些涂料通常需要特殊的施工和干燥方式，使用不便，所以其發(fā)展方向是能夠常溫固化，常規(guī)施工，耐高溫兼具防腐功能：如美國ORPAK的高溫陶瓷PYRRHOS-1600，可耐溫850，可噴涂或刷涂，由無機硅鈦等組成的BSX738，可耐1093，并可以常溫干燥。     7.2 防火涂料     用于彈藥艙等

20、部位，其發(fā)展方向是水性化透明，燃燒時無毒，防火時間長并兼具裝飾作用。如日本研制出的一種防火涂膜僅(1-2)mm，起火時可發(fā)泡膨脹(25-50)倍，耐火時間長達1小時。     7.3 熒光涂料     主要用于在黑暗條件下作指示，其發(fā)光材料已經(jīng)從放射性物質(zhì)到無機鹽類，要求具有水性高輝度長時間低公害的特性。目前船舶通用防銹漆應(yīng)采用改性環(huán)氧涂料取代。    4 船殼涂料向性價比更合理和多功能方向發(fā)展     現(xiàn)有船殼漆中按性能和價格的高低，依次分為丙烯酸聚氨酯，丙烯酸改性高氯乙烯，氯化橡膠

21、有機硅，改性醇酸醇酸。在上述船殼漆中，由于在生產(chǎn)氯化橡膠過程中會釋放大量有害人體和環(huán)境的氣體，一些發(fā)達國家已經(jīng)不再生產(chǎn)，該樹脂將被不污染環(huán)境的高氯乙烯和聚醚樹脂取代。在選擇上可根據(jù)性價比和維修涂漆次數(shù)的需要進行，一般不參與檢閱檢查的軍輔船可選用長壽命的高性能丙烯酸聚氨酯船殼漆，經(jīng)常接受檢閱檢查出訪的艦船采用中等壽命的單組分丙烯酸改性高氯乙烯有機硅改性醇酸船殼漆為好，以便進行經(jīng)常性的刷新，保持嶄新的艦容艦貌。而醇酸船殼漆可用于經(jīng)常進行維修的交通艇等小型艦艇，熱反射船殼漆的出現(xiàn)，為船殼漆增添了一個新的品種，尤其在南海地區(qū)使用，我國八五攻關(guān)成果的該類型涂料可明顯降低船艙的溫度5-7(國外可達20)，

22、是新一代船殼涂料。能夠使銹蝕轉(zhuǎn)化為無色的自清潔船殼漆，也將成為另一種功能性船殼涂料新品種。     5 生活艙涂料向水性化方向發(fā)展     除了水性無機富鋅底漆外，其它水性防銹漆受到閃銹水分揮發(fā)附著力等一系列影響，短期內(nèi)還難以用于艦船。而水性生活艙漆作為面漆可具有環(huán)保易于重涂的特性并與生活艙半光亞光的要求吻合，隨著雙組分水性聚氨酯和環(huán)氧樹脂及高氯乙烯和改性醇酸乳液等高性能水性樹脂的出現(xiàn)，研究和使用水性生活艙涂料已成為必然。     6 甲板涂料向長效多功能方向發(fā)展    現(xiàn)代甲板涂料要

23、求在長效的同時具備高彈性耐磨防滑輕質(zhì)抗沖擊，近來還出現(xiàn)了熱反射甲板漆，目前使用的聚氨酯彈性甲板漆，其性能已能滿足上述各種要求，但施工較困難。可進一步開發(fā)成粘貼的防滑墊用于狹窄的走道和舷梯根部等部位。      7 特種涂料將越來越多地用于艦船     艦船是一個特殊的多功能集成載體，所使用的涂料品種復(fù)雜，尤其是能起到各種特殊作用的涂料較之其它任何物體都要多得多，目前在船上使用得還不夠，但隨著國內(nèi)外形勢和科技的發(fā)展，必將使用越來越多的特種涂料。除熱反射，自清潔，防結(jié)露，防冰凍等特種涂料外，還有下列涂料：   

24、;  7.1 耐熱涂料     目前的耐熱涂料主要是無機富鋅類涂料，用于排煙管等部位。一般耐熱部位使用常規(guī)耐熱涂料，但缺乏用于導(dǎo)彈發(fā)射架等部位的耐高溫涂料，這些涂料通常需要特殊的施工和干燥方式，使用不便，所以其發(fā)展方向是能夠常溫固化，常規(guī)施工，耐高溫兼具防腐功能：如美國ORPAK的高溫陶瓷PYRRHOS-1600，可耐溫850，可噴涂或刷涂，由無機硅鈦等組成的BSX738，可耐1093，并可以常溫干燥。     7.2 防火涂料     用于彈藥艙等部位，其發(fā)展方向是水性化透明，燃燒時無毒，防火

25、時間長并兼具裝飾作用。如日本研制出的一種防火涂膜僅(1-2)mm，起火時可發(fā)泡膨脹(25-50)倍，耐火時間長達1小時。     7.3 熒光涂料     主要用于在黑暗條件下作指示，其發(fā)光材料已經(jīng)從放射性物質(zhì)到無機鹽類，要求具有水性高輝度長時間低公害的特性。如大連發(fā)光科技股份公司利用稀土元素激活的堿土鋁酸鹽和硅酸鹽制成的蓄能型發(fā)光材料，蓄光(10-20)分鐘，可發(fā)光(8-12)小時，亮度和時間是傳統(tǒng)發(fā)光材料的(30-50)倍，曾被用于包括美國世貿(mào)大廈在內(nèi)的許多建筑中作為指路標(biāo)志，無毒無害無放射性。     7.4 變色涂料     主要用于監(jiān)測裝備運行狀況，其發(fā)展方向是水性廣譜，目前較成功的民用產(chǎn)品有(20-30)之間的溫度計等，而艦船裝備要求的顯示溫度則寬得多。     7.5 吸聲和阻尼涂料     一種降低噪音和防聲納探測的涂料，消聲瓦利用空腔將聲轉(zhuǎn)