港口起重机低表面长效防腐研究

杨振辉 吴丛铭 何永康 张 煜 张嘉昭

1 广西钦州保税港区盛港码头有限公司

2 武汉理工大学交通与物流工程学院

1 引言

在钢结构防腐涂装中,为保证涂层防腐质量,须对钢铁进行彻底的喷砂预处理,通常要达到Sa2.5级[1]。喷砂需要专用设备,耗费大量磨料,使工程造价提高(通常占整个工程的30%～40%);对于复杂作业面的结构死角不能进行彻底的处理;会造成强烈的粉尘和噪声污染;会造成钢结构变薄,使其强度降低。港口机械设备钢结构维修,需要对原有涂层进行重新涂装[2]。而在这些已建钢结构的基础上进行喷砂预处理的难度非常大,且除锈处理后的钢材表面很难达到Sa2.5级的要求。鉴于此,开发对涂装前钢结构表面处理要求等级较低的低表面处理涂料[3],特别是高性能的厚浆型长效防腐低表面处理涂料与水性低表面处理涂料[4],已成为目前涂料研究开发的热点。通过研究高性能厚浆型长效防腐低表面处理涂料的性能特点,寻求其在港口机械领域涂装和维修时的应用可行性。

2 实验方案

2.1 实验材料及方法

本实验用到的实验设备、试板以及涂料样品如下。实验设备:盐雾试验箱(见图1)、海水模拟浸泡箱、人工老化暴晒架、冲砂箱、制板通风柜、拉拔试验仪。试板:材质Q235,规格70 mm×150 mm×3 mm。涂料样品:670HS、Sigmacover630、Hemple35740、Macropoxy 646、Penguard EXA、ZP8450等,各2 L。

图1 Q-FOG循环腐蚀盐雾箱

本实验采用的实验方法及标准分别为:①盐雾试验1 440 h(GB/T1771-2007);②涂层附着力测试(GB/T5210-2006);③涂层自然气候暴露试验方法(GB/T 9276-1996);④色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定(GB/T 1771-2007);⑤色漆和清漆涂层老化的评级方法(GB/T 1766-1995);⑥色漆和清漆标准试板(GB/T 9271-88);⑦加温耐盐水法(GB/T 1763-1979)。

2.2 实验过程

本实验按照以下步骤进行:①试板冲砂,表面处理等级Sa2.5;②试板大气自然锈蚀7天;③手动或者动力工具打磨处理,表面处理等级ST2;④试板表面除尘、干燥;喷涂制板;⑤试板封边、干燥、养护7天;⑥性能测试。

本实验选用常规涂层配套,即60 μm环氧富锌底漆+100 μm环氧厚浆中间漆涂层体系作为低表面处理涂料系列的对照样板。同时,分别进行了中性盐雾实验、海水模拟浸泡实验以及自然大气锈蚀实验,对低表面处理涂料性能进行分析。试板经过人工划叉破坏处理后,初始宏观形貌见图2,从左至右依次为:对照样;630;646;670HS;8450;35740;EXA。

图2 试板初始宏观形貌

对低表面处理涂料进行中性盐雾实验、海水模拟浸泡实验以及自然大气锈蚀实验,经过240 h、480 h、720 h、1 440 h后进行数据记录。腐蚀1 440 h后宏观形貌分别见图3～图5,每一组从左至右依次为:对照样;630;646;670HS;8450;35740;EXA。

图3 盐雾腐蚀后涂层宏观形貌(1 440 h)

图4 海水模拟浸泡涂层宏观形貌(1 440 h)

图5 自然大气锈蚀涂层宏观形貌(1 440 h)

2.3 实验结果分析

2.3.1 中性盐雾实验结果分析

由图3可知,所有试板在经受了1 440 h高强度盐雾腐蚀后,表面出现了不同程度的锈蚀蔓延痕迹。通过观察锈蚀蔓延痕迹面积发现,涂料品牌为sigmacover630的试板锈蚀面积最小。而其他品牌的低表面处理漆锈蚀面积略高,与传统配套组成的参照样板锈蚀面积相当。

对比盐雾实验前后涂层附着力的差值,实验结果见图6。盐雾试验中水分子对涂层的渗透作用,导致涂层附着力损失,几乎所有的涂层全部出现了不同程度的附着力下降。传统参照实验的环氧富锌底漆涂层附着力损失最为显著,低表面处理漆的附着力损失程度相对缓和。

图6 盐雾实验前后涂层附着力值对比图

2.3.2 海水模拟浸泡实验结果分析

由图4可知,通过观察在模拟海水中浸泡了1 440 h后的样板宏观腐蚀形貌,除了646和35740样板在划叉破坏处有涂层鼓泡现象以外,其他涂层表面均保持良好的状态,表面无锈点、无起泡,涂层无剥落、无裂纹,仅在涂层划叉破损位置有黑色的腐蚀产物堆积。低表面处理漆保持了与环氧富锌配套一致的抗海水渗透性能。

对比在模拟海水中进行1 440 h浸泡后涂层附着力与浸泡前的降低程度(见图7),浸泡对于涂层的附着力损失影响更为剧烈,普遍反应在浸泡后附着力数值要低于盐雾腐蚀1 440 h后的附着力值。而观察总体附着力损失幅度,低表面处理漆要明显优于常规的对照涂层。

图7 模拟海水浸泡前后涂层附着力损失图

2.3.3 自然大气锈蚀实验结果分析

试板在自然大气的条件下暴露了1 440 h后,涂层整体保持完好,划痕处出现轻微锈蚀,大多数试板表面出现均匀分布的点状锈斑。由于环氧涂料的抗老化性能低,导致白色和绿色试板出现了失光失色的现象。观察表明,生锈状况评定都表现为5级密集型锈点,但锈点大小都仅限于正常视力下刚可见的锈点类型。分析其原因认为,C5环境下大气自然锈蚀的环境因素影响更为苛刻,降雨、日照、风蚀的综合作用,使得以环氧树脂为主要成膜物的涂料出现了不同程度的减薄,锈蚀就在涂层相对薄弱的部位暴露出来。如果在涂层表面涂覆上具有更致密分子结构的聚氨酯类面漆,这种锈点的现象的发生就可以被有效地抑制。

3 结语

采用人工盐雾腐蚀、人工海水浸泡腐蚀以及自然大气侵蚀3种实验方法对3组试板进行模拟侵蚀实验,对比侵蚀前后锈蚀蔓延痕迹面积以及涂层附着力的差值,分析发现:在表面预处理状况无法保证的情况下,低表面处理涂料和常规环氧富锌配套涂层相比具有相当、甚至更高的防腐蚀性能;在盐雾实验、海水浸泡试验后,低表面涂层的附着力损失要比常规涂层低,具有更好的附着力持久性。综上所述,考虑涂层施工成本、施工效率和防腐性能,低表面处理涂料在港机设备修补中具有一定的应用价值。