基于PSPC的涂裝工藝優化方案的研究

嚴 勇，徐榮遠，趙 麗

(南通明德重工有限公司，江蘇 南通 226361)

0 引言

自2008年7月1日起，《船舶專用海水壓載艙和散貨船雙舷側處保護涂層性能標準》(簡稱PSPC)正式實施，國內造船界對標準的強制實施給予了高度重視［1］。PSPC適用于不小于500總t的所有類型船舶專用海水壓載艙以及船長不小于150 m的散貨船雙舷側處所，其強制實行時間為2008年7月1日及以后簽訂建造合同的;或無建造合同，則為2009年1月1日鋪龍骨或處于類似建造階段;或在2012年7月1日以后交船的船舶。

目前國內對涂裝工藝優化的相關文獻數量不多，絕大部分研究集中在涂料方面且在實驗室完成。作為企業更注重的是施工效率和成本，因此本文旨在使用國際先進性涂料前提下充分發揮其優勢，在符合PSPC的規范下以實際的船體結構分段研究最佳工藝，以提高涂裝效率，降低施工成本。

1 試驗材料及方法

1.1 實驗材料及實驗前準備

本次試驗使用立邦公司提供的NOA 60 HS的視可測涂料作為噴涂材料。基體內部結構如圖1所示，材質為碳鋼。各噴涂區域面積見表1。

表1 基體內部結構對應的涂裝面積

圖1 基體內部結構

涂裝前表面處理:涂裝前將結構表面沖砂至ISO Sa2.5級，表面清潔度達到PSPC規范要求。所有孔洞采用薄膜從外側進行封堵，以防止造成不必要的污染。為更切合實際，噴涂后將薄膜去除以保障良好的通風，保障涂料正常固化。

1.2 試驗方案

根據立邦視可測涂料的特點以及PSPC現行規范，本次試驗方案見表2。

表2 實驗方案

1.3 噴涂設備

本次試驗使用美國固瑞克噴漆設備，其型號為X60DH3，壓力比 60:1。

1.4 干膜厚度測量方法

根據 PSPC的90/10原則，采用日本生產的KEET的LZ990系列磁性測膜儀對規定艙室內涂料膜厚進行測量。設備量程為0～1500 μm，精度為(50±2)μm。

1.5 涂料用量統計

圖2為涂料用量測量示意圖。

圖2 涂料用量測量示意圖

(1)根據圖2，使用卷尺在涂料桶的頂部沿直徑方向，取3個不同區域測量其內部長度，以其平均值作為內徑D。

(2)在各方案施工之前，使用卷尺在液面和涂料桶的頂部之間，取3個不同區域測量其垂直距離，以其平均值作為施工前的液面高度H0。

(3)在各方案施工結束之后，使用卷尺測量在液面和涂料桶的頂部之間，取3個不同區域測量其垂直距離，以其平均值作為施工后的液面高度H1。

(4)各方案涂料使用量和單位面積的涂料使用量的計算公式分別如下:

式(1)～(2)中:V為涂料實際用量，L;V1為單位面積涂料用量，L;S為各方案對應基材的表面積，m2。

1.6 單位面積的施工時間計算方法

單位面積施工時間為:

式中:t為單位面積施工時間，h;T為涂裝時使用秒表記錄方案施工所需要的總時間，h。

1.7 涂料消耗系數

根據此前獲得的涂料實際使用量V，基材表面積S，涂料的固體含量 v，可獲得以下公式:

式中:k為涂料消耗系數;DFT為涂料額定干膜厚度，μm;v=79%。

2 試驗結果及討論

2.1 涂層外觀

外觀檢查后發現，方案3和方案2的球扁鋼結構反面出現不同程度的針孔見表3。可能原因是視可測涂料的固體含量較高。因預涂的膜厚較大，隨后噴涂的涂料在此處堆積，致使涂料中的溶劑無法在干燥前克服涂層阻力進行逃逸。當涂層表面干燥后，隨溫度升高，溶劑蒸發成氣體同時體積膨脹。當氣體壓力大于外界壓力時，氣體沖破涂層表面，并在表面留下大小不同的針孔［3，4］。

表3 不同方案下涂層表觀特征

2.2 3種方案的膜厚分布情況

圖3為不同方案下涂料膜層分布比例。由圖3可知，采用方案1獲得的膜層厚度變化比較大，其中低于270 μm及高于600 μm的膜厚百分比分別為1%和10%;而采用方案2進行施工，大于600 μm的膜厚百分比約占11%，無低于270 μm的膜厚;相比較而言，方案3幾乎無高于600 μm以上的膜厚，不足290 μm的膜厚百分比僅占0.3%，絕大部分膜厚集中在300～480 μm之間，該部分百分比約占83.4%。造成這樣的原因是由于所使用的是視可測涂料，其特點是當涂層厚度達到規定值時，其顏色達到亮黃色，而小于此膜層下，膜層顏色為淡色。方案1施工時因無法正確判斷濕膜厚，致使膜厚變化幅度較大。而方案3之所以膜厚度變化幅度較小，主要是第一度膜層顏色較接近亮黃色，故施工人員容易判定其膜厚變化情況，致使第一度膜厚較為均勻。噴涂第二度涂料時可通過觀察膜層顏色進而控制其膜厚。方案2變化幅度較大的原因是使用該方案膜層在280 μm以上顏色變化不大，致使膜層過厚或過薄。

2.3 涂料消耗量及涂料消耗系數

根據式(1)獲得圖4中不同方案下涂料實際消耗量和額定消耗量。其中額定消耗量是根據對比涂料的實際消耗系數，通過式(5)計算獲得。從圖4可以看出，在各方案下實際消耗量均低于額定用量，其中方案3的涂料消耗量與額定用量之間相差較大。其原因是施工時涂料損失和后期涂料修補用量較少，以致最終的實際使用量與額定用量差別較大。

圖3 不同方案下膜層厚度分布比例

圖4 不同方案下涂料實際使用消耗量與額定消耗量

圖5 不同方案涂料對應的實際消耗系數

根據式(5)獲得圖5的不同方案下方案涂料對應的消耗系數。其中方案3對應的涂料消耗系數為1.8;方案2對應的涂料消耗系數為1.85;方案1對應的涂料消耗系數約1.95。而目前公司使用的對比的涂料消耗系數為2.1。相比之下，方案3的消耗系數最小，且遠小于對比涂料消耗系數;方案1與對比涂料之間也有一定的差別，但差別不大。引起方案3與對比涂料之間差距較大的主要原因是該噴涂的工藝使涂料使用量降低較大，致使最終的涂料消耗系數減少。

2.4 單位面積的施工時間

施工時間包括施工時噴涂時間、膜厚檢查時間、涂層修補時間和報檢時間，其中報檢時間是指每道涂層完工后報請船東和涂料商進行檢查所消耗的平均時間。本次試驗各方案下施工時間和單位面積消耗時間見表4。

可以看出，方案1、方案2、方案3單位面積的施工時間均比對比涂料的少，其原因是該涂料為視可測涂料，涂層膜厚測量所消耗的時間較低。不同地方在于，方案1與對比涂料的施工效率差別不大，方案3與對比涂料的單位面積施工 時間相差較大，主要是因為涂裝工藝不同所致。采用后者方式施工，其檢查和修補時間較短，進而節省了單位面積總的施工時間，因此方案3的涂裝效率相對較高。

表4 各方案的施工時間及單位面積施工時間

2.5 單位面積涂料的實際用量

根據式(1)和式(2)獲得單位面積涂料的實際用量V1見表5。

表5 各方案單位面積涂料的實際用量

從表5可以看出，方案3的單位面積涂料消耗量最低，方案1與對比涂料的用量相當。與對比涂料相比，采用方案3可大大降低涂料的使用量，從而降低涂裝的涂料成本。

3 現場反饋的施工難易程度

各方案之間差別明顯，主要體現:在施工方面，方案2和對比涂料較容易施工;方案1因顏色較淺，噴涂在作業時涂層濕膜分別不明顯，故難以把握噴涂尺度;方案3介于方案1和方案2之間。在涂層修補方面，方案3相對較容易，而方案2和對比涂料不容易修補，拐角處和邊角處修補量較大，需要多次檢查和修補才能達到要求的膜厚。

4 結語

綜合以上實驗比較結果可以看出:最佳涂裝工藝的方案為方案3。按照方案3施工，可充分發揮NOA 60 HS涂料的性能，并獲得較均勻的涂層表面;單位面積涂料用量和消耗系數均比其他方案低;與對比涂料相比，采用方案3的涂裝工藝，單位面積可節約32%左右的施工時間，也少于傳統的施工方式(方案1)以及1度成膜的施工方式(方案2)。因此采用方案3，既降低了涂料成本，又大大提高了涂裝施工效率。

［1］趙任張.PSPC技術要求現狀分析［J］.船舶工程，2010，32(S1):18－21.

［2］汪國平.船舶涂料與涂裝技術［M］.北京:化學工業出版社，2003.

［3］洪嘯吟，馮漢保.涂料化學(第二版)［M］.北京:科學出版社，2010.