海洋工程结构和船舶防腐蚀涂料研究取得重要进展

 

2012-9-12| 新闻来源:材料环境腐蚀研究中心

 


 

中国科学院金属研究所材料环境腐蚀研究中心纳米复合涂料课题组刘福春副研究员针对海洋工程设施和船舶压载舱防腐蚀难题,先后承担了国家科技支撑计划课题《新建海洋钢结构防腐蚀技术及工程示范》子课题“高抗紫外线纳米防护涂料的研究”(2007BAB27B02-2)、“高性能压载舱涂料制备技术开发与示范课题”(2009BAE70B02),研制的防护涂料成功提高了海洋工程设施和船舶的使用寿命和安全性,降低了维修费用,具有较好的社会效益和经济效益。

 

海洋腐蚀环境分为五个腐蚀区带,其中浪花飞溅区是腐蚀最为苛刻的区域,也是防腐蚀处理的难题。在浪花飞溅区,钢表面由于受到海水的周期润湿,经常处于干湿交替状态,供氧充分,盐分不断浓缩,加上温度差异以及风和海水同时作用引起的波浪冲击等因素作用,腐蚀特别严重。普通涂料在这种条件下使用不到半年就会开裂、脱落。

 

为了获得高性能耐海洋大气与浪花飞溅区的腐蚀防护涂层,课题组成功制备了固含量为55%、粘度小于500mPa·s的纳米氧化锌浓缩浆。利用纳米氧化锌等浓缩浆研制出纳米复合聚氨酯面漆、纳米复合环氧玻璃鳞片中间漆、纳米复合环氧富锌底漆。实验表明纳米氧化锌浓缩浆可以显著改进涂层的耐盐雾性能和耐候性。在经过6000h盐雾实验后,涂层不起泡、不脱落、底材不锈蚀。经过青岛浪花飞溅区挂片1年暴露试验后,所有纳米复合聚氨酯涂层试样表面均没有发生开裂、起泡、剥落、粉化等破坏现象,表明在海洋飞溅区的耐候性优于国外某品牌聚氨酯涂层。课题组与大连裕祥科技集团有限公司合作,将该纳米复合涂层成功应用于大连滨海路北大桥钢结构的表面维修工程及有关海洋设施防腐工程的示范项目中。

 

 

在青岛飞溅区投放一年后的试样

 

对于船舶而言,压载舱的主要作用是灌入海水或泵出海水以消除或恢复船体的浮力、平衡船体以及调节吃水线。由于常年经受海水的浸润和干湿交替的考验,压载舱是船体上腐蚀最严重的部位,也是船舶的最大安全隐患。据统计,我国仅上世纪90年代就因为压载舱腐蚀导致100多条船只报废,共计100多万吨位。压载舱表面是由防腐蚀涂料来进行保护的,防腐蚀涂料的性能决定了压载舱的使用寿命。

 

针对压载舱等严酷海水腐蚀环境的防护问题,课题组获得了以下研究成果:(1)研究了超短玻璃纤维对环氧涂层的力学和耐腐蚀性能影响,结果表明在涂层中添加超短玻璃纤维能够提高涂层的硬度和附着力。此外,超短玻璃纤维也能有效降低涂层体系的热膨胀系数并且提高涂层的玻璃化转变温度。超短玻璃纤维的关键作用是降低涂层的内应力,防止厚涂层在交变环境下出现开裂和脱落现象。环氧涂层中添加超短玻璃纤维对涂层耐腐蚀性方面的主要贡献在于其能阻挡腐蚀介质在涂层中的渗透过程,具有一定的屏蔽作用。根据这些结论,课题组研制出一种含有超短玻璃纤维的新型环氧富锌涂料,该涂料具有良好的附着力、冲击强度和耐腐蚀性能。(2)研究了添加环保型防锈颜料Ferrinov-100铁酸盐和ZP10磷酸锌的防锈效果。结果表明,涂层中添加这两种防锈颜料均能够起到防锈效果,不过两者在涂层中的最佳含量有所差异,Ferrinov-100铁酸盐的体积浓度在涂层中不能超过10%,并且在涂层中具有自修复功能。而ZP10磷酸锌的体积浓度则必须达到30%以上才具有良好的耐腐蚀性。

 

 

       不同Ferrinov-100含量的涂层电阻    浸泡试验后划痕涂层试样表面生成的碳酸钙沉积物

 

为了更好地进行压载舱涂料实验,课题组设计、制造了模拟压载舱实验装置以进行涂层的模拟环境考核。经考核,研制的纳米复合环氧压载舱漆完全达到GB/T 6823-2008《船舶压载舱漆》国家标准的要求。2011年课题组与大连裕祥科技集团有限公司一起在1000立方米自航开体泥驳船上完成了3500m2的压载舱涂装工程。

 

      空舱分段喷涂纳米复合环氧底漆          喷涂纳米复合环氧压载舱漆后的空舱分段

 

课题组取得的部分研究成果发表在Surface & Coatings Technology,2011, 205: 4532-4539;Progress in Organic Coatings, 2011, 71: 188-197;Journal of The Electrochemical Society,2012,159:C403-C410,并已获得7项国家发明专利。

 


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