基于涂層剝落評價體系的船舶面漆性能修復(fù)

劉廣家 徐升堂 楊 戩 方 剛 趙天翔

（中國衛(wèi)星海上測控部 江陰 214431)

引 言

雙組分丙烯酸聚硅氧烷面漆具有良好的耐候性、保光性和保色性，是新一代高性能防腐涂料，國際油漆公司（簡稱IP）Interfine878聚硅氧烷面漆是典型的第2代丙烯酸聚硅氧烷產(chǎn)品，樣品實驗中，其抗紫外線能力、5年戶外暴露性能、12個月的保色性、ISO12944 C4環(huán)境下6個月柔韌性能都有良好的表現(xiàn)。某特種船舶2007年9月出廠，2017年12月進(jìn)行塢修，原配套為：底漆國際油漆Intershield300環(huán)氧耐磨漆，一道，150 μm；連接漆為Intergard276環(huán)氧中間漆，一道，50 μm；面漆為Interfine878聚硅氧烷面漆，一道，100 μm。

船體水線以上區(qū)域外板采用聚硅氧烷面漆，目前大量的面涂層剝落，剝落直徑超過10 cm區(qū)域超過100多處，破損面積超過40%，這不僅嚴(yán)重影響船體的外觀形象，還使海洋環(huán)境鹽霧侵入面涂層與中間涂層之間，加大了涂層剝離，致使失去聚硅氧烷面涂層保護(hù)的防腐環(huán)氧涂層，暴露在太陽光線直接照射下，加速了環(huán)氧涂層的粉化和老化，縮短了整個防腐涂層系統(tǒng)的壽命，本文根據(jù)涂層剝落評價體系提出合理的修復(fù)方案對涂層進(jìn)行修復(fù)。

1 涂層剝落特性評價

參考GB/T30789-2015同等采用ISO4628-5-2003標(biāo)準(zhǔn)，對涂層老化剝落的評定，采取剝落量等級、剝落大小等級和剝落深度等級來評定。對剝落分析，采取最大干膜厚度、平均干膜厚度和附著力等指標(biāo)來評價。

1.1 剝落量等級

表示一個區(qū)域內(nèi)涂層剝落的數(shù)量等級，每一等級代表不同剝落面積所占試驗區(qū)域的百分?jǐn)?shù)，反映了剝落涂層的密度大小，參見表1。

表1 剝落量的等級

1.2 剝落大小等級

表示涂層最大剝落的程度，當(dāng)試驗區(qū)域存在大小不一的剝落時，剝落大小等級用試驗區(qū)域中數(shù)量足夠多、能代表試驗區(qū)域剝落現(xiàn)象的最大剝落來表示，剝落大小等級對應(yīng)的剝落程度見表2。

表2 剝落大小等級

1.3 剝落深度等級

表示剝落達(dá)到底材的程度，反應(yīng)了涂層體系各道涂層間的附著力特性或同一涂層的內(nèi)聚力特性，剝落深度等級見表3。

表3 剝落深度等級

1.4 結(jié)果評價

參考剝落特性用剝落當(dāng)量

Q

來評價涂層剝落的密度、大小和深度，剝落當(dāng)量

Q

可表征為：

式中：

Q

為缺陷當(dāng)量，數(shù)值為0~75；

S

為面積系數(shù)，剝落占所評定面積的比例；

F

為大小系數(shù)，涂層最大剝落的程度；

D

為深度系數(shù)，剝落達(dá)到底材的程度。

1.5 表面處理方法選擇

根據(jù)評價的結(jié)果，采用下頁表4中合適的表面處理方法。

表4 表面處理方法選擇

2 聚硅氧烷面涂層修復(fù)改進(jìn)

2.1 剝落原因分析

當(dāng)前的外板涂層主要有造船時的底漆、連接漆和面漆，面漆下水前和出廠時兩度補(bǔ)漆，后再經(jīng)過塢保、塢修、小修等5次補(bǔ)涂，不同場合下船員自修施工多次，對現(xiàn)場勘探對涂層剝落原因進(jìn)行分析。

2.1.1 體系干膜厚度過高

根據(jù)勘驗情況，全套涂層體系的平均膜厚上建為738 μm，3層、4層外走道區(qū)域的體系平均膜厚為1 105 μm，1層駕駛室橋樓區(qū)與飛機(jī)庫區(qū)域的涂層體系平均膜厚分別為1 044 μm和1 048 μm，局部區(qū)域超過2 000 μm。在同一區(qū)域，下層的膜厚大于上層的膜厚，干膜厚度從甲板向上呈下降趨勢。去除表面面漆，剩余防腐底漆和連接漆平均厚度，飛機(jī)庫區(qū)域為716 μm，上建為339 μm，面漆涂層平均膜厚達(dá)330 ~ 430 μm。

表5 船體外板聚硅氧烷涂層體系干膜厚度統(tǒng)計

2.1.2 涂層附著力失敗

涂層剝落主要是因為表面的拉伸應(yīng)力高于附著力或者結(jié)合強(qiáng)度而造成的，具體表現(xiàn)在以下兩方面：

（1）聚硅氧烷固化隨著時間的延長而得到加強(qiáng)，后涂覆的聚硅氧烷與前道聚硅氧烷發(fā)生網(wǎng)狀結(jié)合，內(nèi)聚力較覆涂在環(huán)氧中間連接漆上的附著力大，從而產(chǎn)生剝落，這是厚涂層的表現(xiàn)。

（2）在某些附著力較小的地方，因表面處理達(dá)不到要求、裂紋產(chǎn)生，或局部陰極保護(hù)過強(qiáng)，導(dǎo)致水分、鹽分滲入，從而產(chǎn)生剝落，表現(xiàn)形式為水泡。

船體涂層表面呈現(xiàn)大面剝離、脫落，露出內(nèi)部環(huán)氧連接漆，環(huán)氧連接漆表面已出現(xiàn)粉化跡象，脫落區(qū)域的邊緣灰色、黑色及黃色的污漬明顯。剝落的切口呈現(xiàn)多層狀，多為聚硅氧烷間分層或聚硅氧烷-環(huán)氧連接漆-聚硅氧烷分層，少數(shù)為聚硅氧烷-防腐底漆-聚硅氧烷分層；在水泡產(chǎn)生區(qū)域，聚硅氧烷面漆雖還沒有剝落，并保持柔韌性，但表面呈現(xiàn)放射狀或拉皮狀。

采用ASTM D3359《用膠帶測試測量附著力的標(biāo)準(zhǔn)測試方法》A（劃×法），得出所計及區(qū)域附著力分布（表6）。

表6 所計及區(qū)域涂層附著力測試

2.2 涂層剝落評價

2.2.1 涂層剝落量分布

對全船從最上層樓經(jīng)甲板向下到水線以上區(qū)域進(jìn)行現(xiàn)場勘驗、檢查，發(fā)現(xiàn)橋樓區(qū)整個迎風(fēng)面剝落量約有30%，多層剝落區(qū)域出現(xiàn)夾渣、水泡型龜裂等情況，2層橋樓區(qū)右舷反頂70%，左舷反頂焊縫附近30%，飛機(jī)庫區(qū)3面40% ，干舷列板波門前、救生艇前40%，5層及水線附近60%剝落，其余焊縫、門窗、百葉窗、活絡(luò)機(jī)構(gòu)、救生艇架等區(qū)域也有2%~5%的剝落。

根據(jù)現(xiàn)場情況繪制圖1，并根據(jù)1.1節(jié)所述的方法繪制出圖2。

圖1 全船涂層剝落面積百分?jǐn)?shù)

圖2 全船剝落量等級分布

從圖2可以看出，剝落嚴(yán)重區(qū)域為1層1處、2層3處、3層2處、5層1處，剝落最嚴(yán)重區(qū)域集中在2層上橋樓右舷反頂、飛機(jī)庫、橋樓干舷列板以及水線附近區(qū)域。

2.2.2 涂層剝落大小等級分布

對涂層剝落直徑進(jìn)行現(xiàn)場評估，較大剝落區(qū)域有迎風(fēng)面、2層上橋樓反頂、飛機(jī)庫、波門前及救生艇前干舷，水線附近干舷區(qū)域，其余局部有超過30 mm的涂層剝落但并不普遍，根據(jù)1.2節(jié)所述的方法，繪制出圖3。

圖3 全船剝落大小等級分布

2.2.3 剝落深度等級分布

現(xiàn)場勘驗情況說明，涂層剝落主要集中于連接層與面層間涂料剝落，對應(yīng)剝落深度為

a

，剝落深度等級為1級，極少量剝落到底漆，剝落深度等級為2級，少量底漆剝落和見銹剝落到鋼板，剝落深度等級為3級。

2.2.4 涂層剝落結(jié)果評價

根據(jù)以上分析，得出涂層剝落缺陷當(dāng)量

Q

，繪制圖4。

Q

＞24的區(qū)域有1層駕駛橋樓區(qū)、2層左右舷反頂、飛機(jī)庫區(qū)、3層下橋樓干舷列板及5層以下干舷外板區(qū)。

圖4 全船剝落當(dāng)量Q

3 修復(fù)方案及試驗驗證

3.1 修復(fù)方案

根據(jù)涂層剝落結(jié)果評價和船廠無法在塢內(nèi)沖砂的實際情況，在修復(fù)中各方達(dá)成以下共識：

（1）更改油漆配套表，取消造船時的中間連接漆，防腐底漆上直接統(tǒng)噴聚硅氧烷面漆兩度。

（2）船體干舷總面積為4 557 m，此次重點修復(fù)包含

Q

＞24在內(nèi)的區(qū)域面積2 504 m，所占百分比為54.94%，表面處理要求除去中間連接漆。（3）重點修復(fù)區(qū)域同等采用25＜

Q

＜39要求，船體各類標(biāo)識及錨唇均出白，其余區(qū)域拉毛；重拉毛要求為動力工具打磨至附著牢固的防腐蝕底漆，拉毛的標(biāo)準(zhǔn)為除去表面附著不牢面涂層；對附著牢固的中間連接漆及表面的粉化層進(jìn)行粗化。（4）其余45.06%面積采用剝落當(dāng)量5＜

Q

＜12，動力工具打磨，除去銹蝕和附著不牢的舊涂層，其余涂層保留（St2~St3級）。

（5）重點修復(fù)區(qū)域表面統(tǒng)噴兩度防腐蝕底漆，拉毛表面修噴防腐蝕底漆，完成后全船統(tǒng)噴一度聚硅氧烷面漆。

3.2 試驗驗證

根據(jù)表4表面處理方法選擇，結(jié)合施工現(xiàn)場的情況和經(jīng)費、合同等約束，現(xiàn)場采取優(yōu)化船舶涂層體系配套、完善涂裝施工工藝流程等方面，對損壞的聚硅氧烷面漆進(jìn)行功能性修復(fù)，在船體外板指定區(qū)域進(jìn)行局部試驗，選定前甲板迎風(fēng)面為試驗區(qū)域。該區(qū)域位于駕駛室前壁，自上而下分別占據(jù)2層甲板，面積為280 m。

5月中旬，船廠對迎風(fēng)面進(jìn)行動力工具打磨：首先用手動工具鏟除表面脆化聚硅氧烷面涂層，露出中間連接漆，并局部銹蝕打磨至露出金屬本色；然后用砂紙盤進(jìn)行表面拉毛，直至可接受的粗糙度。

施工后對該區(qū)域進(jìn)行連續(xù)跟蹤檢驗，得出如下結(jié)論:

（1）噴涂聚硅氧烷面漆后，還會殘留較為明顯的細(xì)絲狀打磨印痕，但對整體外觀影響有限；

（2）噴涂一度防銹底漆后再噴涂聚硅氧烷面漆，實測聚硅氧烷面漆表面光亮、內(nèi)聚力良好，符合預(yù)期要求。

4 結(jié) 語

本文基于涂層剝落評價體系，提出一種涂層修復(fù)方法，通過對剝落量、剝落大小和剝落深度等3個因素進(jìn)行綜合分析評價得到剝落當(dāng)量，以選擇合適的表面處理方法，提高涂層修復(fù)質(zhì)量，最后通過小范圍試驗驗證。該方法的涂層修復(fù)效果較好，符合預(yù)期質(zhì)量要求，從而可以在后續(xù)的船舶修建、塢修、日常維護(hù)中獲得普遍應(yīng)用。