韩忠智，崔灿灿，王磊，郭晓军，丁超，李石，段绍明
(中国石油集团工程技术研究院，天津，300451)
摘要：船舶与海洋工程防污涂料是船舶涂料中最重要的体系之一，防污涂料体系的现场应用研究尤为重要。介绍了AF-01防污漆体系的实船应用，通过在中油海222船上的应用，设计了涂层体系方案，制定了施工工艺，研究了防污漆体系底漆、中间漆和面漆的现场施工适应性。涂料低温固化快、表观好，整体效果良好。
关键词：船舶；海洋工程；防污；涂料
0 引言
在海水中船舶与海洋工程钢结构表面易附着海洋微生物，造成船舶的燃油量增大，航速降低。而且，钢结构表面微生物的附着使钢材发生微生物腐蚀，破坏金属表面的涂层，从而加速金属腐蚀和老化，船舶与海洋工程钢结构的寿命明显缩短，迫使船舶非常频繁地进入船坞整修，浪费大量的时间和资源。为了降低海洋生物对海洋钢结构的附着危害，防止海洋生物对船舶的污损腐蚀，防污漆是船舶漆中必不可少的产品，它在船舶涂料中占据50%左右的材料费用。
中国石油集团工程技术研究院开发的AF-01防污漆体系，经过19个月的挂片试验，试板无污损生物面积在85%以上，涂层具有良好的防污性能。而且，经过厦门船舶涂料检验站（CCS认证）1年的浅海浸泡测试，防污性能评分达到92分，远超过国家标准GB/T 6822—2014 《船体防污防锈漆体系》要求大于85分。同时，还在厦门船舶涂料检验站进行了3个周期（9个月）的动态模拟试验，防污性能评分为100分（国标要求≥85分）。AF-01防污漆体系具有优良的防锈与防污效果，可充分满足实船应用。因此，对AF-01防污漆体系进行实船应用研究，以便于进行进一步推广应用。
1 试验部分
涂料：防污漆体系的底漆为EP-12环氧树脂防腐蚀涂料，中间漆为EP-87改性环氧中间漆，面漆为AF-01防污漆。涂层结构：为2道底漆（250 μm）+ 1道中间漆（50 μm）+ 2道防污漆（150 μm）。
喷涂设备：长江牌无气喷涂机，喷嘴压力15 MPa，喷嘴孔径 0.46 ~ 0.69 mm，喷幅40°～ 80°。
船舶：实船测试在中油海222多用工作船上进行，中油海222多用工作船为浅吃水三用途工作船，基本参数如下：总长58.77 m，型宽12.2 m，型深3.85 m，总载重量400 t，主机功率1 000 kW×2，最大航速13 kn，设计吃水2.2 m。
2 结果与讨论
2.1 防污漆体系的现场配套性研究
首先对防污漆体系底漆、中间漆和面漆进行基本性能测试，测试性能依据的标准为国家标准GB/T 6822—2014《船体防污防锈漆体系》。防污漆体系涂料及涂层的性能测试结果见表1 ~ 2。
表1 防污漆体系涂料及涂层的性能
试验项目 |
底漆 |
中间漆 |
面漆 |
检测标准 |
颜色 |
灰色 |
灰色 |
铁红色 |
GB/T 9761 |
不挥发物含量/% |
85.4 |
71.6 |
76.1 |
GB/T 1725 |
VOC含量/（g·L-1） |
239 |
239 |
380 |
GB/T 23985 |
密度/（g·mL-1） |
1.46 |
1.40 |
1.59 |
GB/T 6750 |
黏度/s |
120 |
130 |
110 |
GB/T 1723 |
细度/μm |
80 |
70 |
80 |
GB/T 1724 |
表干时间/min |
30 |
15 |
20 |
GB/T 1728 |
实干时间/h |
6 |
5 |
6 |
GB/T 1728 |
柔韧性/mm |
1 |
1 |
1 |
GB/T 1731 |
耐冲击性/cm |
50 |
50 |
50 |
GB/T 1732 |
表2防污漆复合涂料的性能
试验项目 |
性能结果 |
检测标准 |
附着力/MPa |
2.5 |
GB/T 5210 |
耐盐水性（3%NaCl，21 d） |
涂层完好 |
GB/T 10834 |
抗起泡性 |
无起泡 |
GB/T 6822 |
从表1和表2的试验结果中可以看出，AF-01防污漆体系底漆、中间漆和面漆的基本性能都能满足国标GB/T 6822—2014的要求。
防污涂层体系的施工一般在冬季，气温低（0 ℃），溶剂挥发缓慢，这就需要涂料能够低温、快速固化，底漆、中间漆和面漆具有良好的配套性。因此，需要对防污涂层体系现场配套性进行分析研究。
根据EP-12底漆、EP-87中间漆和AF-01面漆的使用说明书，按照涂料规定配比，制备符合标准要求的防污漆体系涂层，通过测试涂层性能来分析涂层之间的配套性。
防污漆体系的试验固化温度为-5 ℃、10 ℃、25 ℃、40 ℃ 4个不同的固化温度。涂层结构为2道底漆（250 μm）+1道中间漆（50 μm）+2道防污漆（150 μm），试验测试防污漆体系的表干时间、实干时间及附着力。通过试验结果对比分析，考察涂层的低温固化性能，确定底漆、中间漆和面漆在不同温度下的最短覆涂间隔。表3 为防污漆体系不同温度下的干燥时间和附着力。
表3防污漆体系不同温度下的干燥时间和附着力
试验温度/℃ |
试验项目 |
底漆 |
中间漆 |
面漆 |
-5 |
表干时间/h |
4 |
3 |
3 |
实干时间/h |
24 |
20 |
18 |
|
复合涂层 附着力/MPa |
2.4 |
|||
10 |
表干时间/h |
2 |
1.5 |
1.5 |
实干时间/h |
16 |
10 |
8 |
|
复合涂层 附着力/MPa |
2.5 |
|||
25 |
表干时间/h |
1.5 |
1.5 |
1 |
实干时间/h |
8 |
6 |
6 |
|
复合涂层 附着力/MPa |
2.5 |
|||
40 |
表干时间/h |
1 |
0.5 |
0.5 |
实干时间/h |
6 |
4 |
4 |
|
复合涂层 附着力/MPa |
2.6 |
|||
从表3的测试结果中可以看出，防污漆体系涂层在-5 ℃到40 ℃之间具有良好的配套性，并且测试了涂层不同温度下的实干时间，确定了底漆、中间漆和面漆在不同温度下的最短覆涂间隔。
2.2 防污漆体系的实船应用
舶进坞维修周期一般为30个月，进坞维修时间为10 ~20 d，防腐施工时间为7 d左右。防腐维护按照船体水线以下区、水线以上区、甲板区及生活区等分为4个部分。根据不同的部位，涂刷具有不同功能的防腐涂料。船体水线以下区、水线以上区部分要进行喷砂除锈，整体涂装；甲板区及生活区根据腐蚀情况进行涂装或修补。
防腐技术方案
1）表面处理
高压水冲洗去除表面盐份、海生物，及其他污染物；对原涂层损坏锈蚀区域喷砂处理至Sa2.0级，表面粗糙度达到40 ~ 75μm，原有底漆附着良好的可继续保留，并保持至涂漆。
表面宜采用喷砂处理，只有在喷砂处理无法到达的区域、或因靠近电气设备等原因不能采用喷砂的部位，方可采用动力或手工工具进行处理。应按 SSPC-SP11要求，小心操作以确保经动力工具清理后，表面没有被抛光。如果被清理的表面和已涂装的表面相连，动力工具清理应向已涂装表面延伸至少25 mm，且已涂装表面应该逐渐减薄。
2）涂层配套技术方案及施工
根据本次施工的面积及现场条件，确定底漆、中间漆和面漆的施工方式为高压无气喷涂。制定中油海222船坞修防污漆体系涂层配套技术方案，见表4 。
表4防污漆体系涂层技术方案
部位 |
油漆名称 |
涂装 工序 |
涂装 道数 |
干膜厚度/μm |
涂装间隔（25 ℃） |
|
最小/h |
最大/d |
|||||
水线以下船体，中部 |
EP-12环氧树脂防腐蚀涂料 |
1 |
2 |
250 |
8 7 |
|
EP-87改性环氧中间漆 |
2 |
1 |
50 |
6 7 |
||
AF-01防污漆 |
3 |
2 |
150 |
6 7 |
||
在施工过程中，测量周围环境是否符合喷涂条件，测量记录天气状况、开始表面温度、开始空气温度，开始相对湿度、结束表面温度、结束空气温度，结束相对湿度、露点温差等；注意涂料的覆涂时间间隔（最大覆涂间隔和最小覆涂间隔），记录涂装间隔；在每层涂料涂完后要及时测量油漆干膜厚度是否在允许的范围内，记录每层的涂层厚度。表5为防污漆体系涂层施工情况记录表。
表5 防污漆体系涂层施工情况
项目 |
底漆 |
中间漆 |
面漆 |
||
天气状况 |
晴天 |
晴天 |
阴天 |
晴天 |
阴天 |
涂装间隔/h |
---- |
46 |
43 |
20 |
7 |
开始表面温度/℃ |
4.6 |
7.6 |
8.9 |
10.5 |
8.6 |
开始空气温度/℃ |
5.7 |
6.8 |
9.2 |
11.4 |
9.1 |
开始相对湿度/% |
49.1 |
48.8 |
56.7 |
47.2 |
30.5 |
结束表面温度/℃ |
2.8 |
6.5 |
8.5 |
10.8 |
8.1 |
结束空气温度/℃ |
4.1 |
5.6 |
9.0 |
11.8 |
8.8 |
结束相对湿度/% |
52.8 |
53 |
59.2 |
47.4 |
50.0 |
露点温差/℃ |
7.4 |
6.4 |
7.2 |
7.6 |
10.9 |
颜色 |
灰色 |
灰色 |
灰色 |
铁红色 |
铁红色 |
湿膜厚度/μm |
160 |
160 |
80 |
140 |
110 |
干膜厚度/μm |
130 |
130 |
50 |
90 |
70 |
通过现场实船应用，AF-01防污漆体系应用效果良好，涂料低温固化快、表观好，整体效果良好。
2.3 涂层的施工检验
1）涂层外观
完工后的涂层应没有流挂、流垂、针孔、鱼眼、气泡、桔皮、裹灰/砂之类表面缺陷及其他有害的异常现象，并应具有良好的视觉外观。面漆完全遮盖住下层的颜色。
2）湿膜厚度
在涂装的施工过程中，应对湿膜厚度进行抽检以确保厚度均匀。应按ISO2808 -方法1 -梳齿规法进行涂层湿膜厚度测量。
3）干膜厚度
应按ISO 2808进行涂层干膜厚度测量。干膜厚度应与设计文件中关于涂层厚度的规定一致。
4）漏点测试
应按 NACE SP0188 进行涂层漏点测试，包括焊缝、边角和边缘，应进行漏点检测。发现漏点后，应进行标记并按局部补涂工艺进行修补。
5）附着力
在面漆施工至少一周后，应根据 ASTM D 6677采用刀割法检查底漆与基材以及各道涂层之间的附着力。对于刀割试验结果，附着力好于8级。附着力试验是破坏性的，在测试后，测试部位应按局部补涂工艺进行修补。另外，施工方也可以在经过和工件一样的表面处理和涂装工艺的钢试板上进行附着力测试。
6）最终检查
在整个工作验收前应进行一次最终检查。涂装承包商和业主都应在场，并签署达成一致的检查报告。
3 结语
AF-01防污漆体系在中油海222船上进行了实船施工及应用，底漆、中间漆和面漆具有良好的施工适应性。防污漆体系应用效果良好。涂料低温固化快、表观好，整体效果良好。
（详见《现代涂料与涂装》2017-10期）
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