浅谈螺旋桨防腐防污涂装工艺

浅谈螺旋桨防腐防污涂装工艺

1相互间作用的降低在船舶的驾驶过程中，螺母的腐蚀和污染会导致行驶时间的推移和油耗的增加。根据英国船舶研究协会的资料介绍,尽管螺旋桨表面积较小,其腐蚀和污损所造成的能量损失却很大。例如对一艘3000TEU的集装箱船来说,在23kn航速运行时,螺旋桨腐蚀所造成的能量损失高达6%,几乎占到了总损失的三分之一。由此可见,螺旋桨腐蚀和污损的影响是非常惊人的。经大量研究和实践表明,涂层保护是减缓螺旋桨腐蚀和海生物附着最有效、经济、便捷的方法。本文以理论联系实践,深入地探讨和分析了螺旋桨防腐防污涂装工艺在外高桥船厂的应用。2船舶螺母污染及危害2.1执法主导型螺体系铜合金的螺旋桨与船体钢壳发生电化学反应,为了提高螺旋桨防腐防污效果,通常与它邻近的船艉安装牺牲阳极,如图1所示,从而保护螺旋桨延缓其腐蚀和污损。螺旋桨的牺牲阳极阴极保护不仅增加船体阻力,同时抑制了螺旋桨铜离子的溶出,而铜离子能对海生物的生长起到抑制作用。随着船舶航行时间的增加,由于缺少了有效的抑制,势必海生物在螺旋桨表面黏附,进而增加船体自重,造成推进效率的下降和燃油消耗的增加。2.2空泡产生的危害高速旋转的螺旋桨加速船艉的水体流速,加之大体积的螺旋桨高速移位,螺旋桨在旋转时带动周围的液体高速流动,大量的液体从正面甩出后周围的海水来不及填补,导致螺旋桨的叶背压力骤减,该区域的海水出现沸腾现象,在叶背形成空泡。空泡产生的危害主要有三个方面。(1)低压区形成的空泡伴随着水流到高压区的舵叶及螺旋桨叶面会发生闭合爆裂,产生强烈冲击,导致船体振动和巨大噪声。(2)螺旋桨叶片上产生的空泡,会改变水流形态,降低螺旋桨的推进效率,从而降低航速。(3)空泡的长期作用会使舵叶及螺旋桨表面出现凹坑,受剥蚀和污损,如图2所示。下文以外高桥船厂一艘20.6万t散货船为例,详解船舶螺旋桨防腐防污涂装工艺。3旋转式美观防污涂层技术3.1前进/术后作用螺旋桨是一种反作用式推进器。当螺旋桨转动时,桨叶推水向后或向前,并受到水的反作用力而产生向前或向后的推力,使船舶前进或后退。螺旋桨由桨叶、桨毂及整流罩构成。此船舶采用了铜-铝-镍合金螺旋桨,直径为8400mm,四片桨叶按等距布置的固定式螺旋桨,其化学成分如表1所示。3.2复合涂料的涂层配套低表面能防污漆是无污染防污涂料的一个主要研究方向,目前研究较多的是氟化物体系低表面能防污涂料和有机硅体系低表面能防污涂料。此船舶螺旋桨采用了由耐磨铝粉纯环氧漆和含氟聚合物不沾污防污漆构成的涂层系统,其涂层配套如表2所示。表2中,底漆耐磨铝粉纯环氧漆具有优异的表面润湿性和渗透性,漆膜坚韧耐磨,涂膜中的铝粉增强了防水耐蚀性能,而且与阴极保护系统具有良好的相容性。涂层附着力优异,根据ISO4624拉开法测试附着力大于15MPa,是极佳的长效防腐、防护涂料。含氟聚合物不沾污防污涂料利用含氟聚合物的低表面张力,使得污损海生物与涂层表面润湿性差,从而难以附着或附着不牢固,且涂层具有低弹性模量和低摩擦系数,黏附物脱落倾向于剥离方式,在船舶航行或停航时利用自重、水的剪切力作用轻易除去附着海生物。含氟聚合物不沾污防污涂料作为面漆,漆膜细腻、表面平整光滑、光泽度和保光性优异,是极佳的无污染防污涂料。3.3飞机面漆的制作螺旋桨在搬运、吊装及调试过程中,其表面机械碰伤、污染较为严重,而且油漆配套中过渡漆和面漆须一次成膜不可修补,故只能在船坞阶段进行涂装。整船出坞前所有螺旋桨安装工作结束,即整流罩水泥浇注、安装艉管密封圈、安装艉管护套后进行涂装。整流罩水泥浇注区与螺旋桨一同处理。3.4抗谐鸣边的选择螺旋桨在运转时发出的使人听觉所能接收的有节奏的声调称为谐鸣。谐鸣的产生不仅给船员的生活和工作带来极其不良的影响,甚至还会引起船舶结构的破坏。引起螺旋桨谐鸣的原因是多方面的,从螺旋桨本身来考虑,可以采取加厚法、减薄法、特殊加工法等方法解决谐鸣现象。此船舶螺旋桨采用了减薄法,即桨叶随边0.5R～0.95R(R表示螺旋桨半径)区域25mm范围内叶面磨薄、修光顺(见表3),避免谐鸣的产生,0.5R～0.95R所对应的区域称为抗谐鸣边。抗谐鸣边属于特殊机加工区域,须不能涂装,在表面处理和涂装过程中均使用宽度为80mm的胶带,以中线折成贴在叶面和叶背,如图3、图4所示。根据现场实际情况,保护宽度可以适当放宽。3.5表面处理的质量控制涂装前表面处理的质量是影响涂层保护性能的最主要因素。据统计,49.5%的涂装缺陷与底材的表面处理状况有关。由此可见,螺旋桨表面处理的质量控制是确保涂层保护性能最关键的环节。影响表面处理状况的主要因素有磨料、施工保护、扫砂及前后表面清洁。3.5.1面的金属磨屑常规的金属磨料主要有钢丸、钢砂及铜矿砂。如表1所示,螺旋桨作为铜合金材质,其表面处理方式与钢材不同。如果使用常规磨料,冲砂后残留在其表面的金属磨屑将与铜发生电化学反应产生闪锈,影响涂层质量。因此,通常使用非金属磨料——石榴石抛光、研磨螺旋桨表面。石榴石(见图5)是等轴晶系的晶体,本身无解理,喷砂后易形成带有棱角的近似立方体的颗粒,因而其喷砂处理效果较佳。它不仅能把金属表面的锈蚀、氧化皮、涂层及其污染物彻底清除,而且由于硬度大,可以在被清理的表面上产生棱角状粗糙面,增大了金属的表面积,提高了界面的粘结力,使涂层与金属表面的附着力显著增强。3.5.2涂料的污染螺旋桨涂装在船坞阶段施工,为了防止船体及周边区域产生聚氟化涂料的污染,螺旋桨施工区域须搭棚遮挡,如图6所示。搭棚不仅降低了因喷砂、喷涂过程中产生的粉尘及漆雾所造成的周围环境污染,而且减少了邻近区域停工、待工时间,有利于涂装环境的控制。3.5.3石榴石扫砂、除臭螺旋桨在吊装及调试过程中其表面油污染较为严重,扫砂前用水或稀释剂擦拭其表面的油、油脂,干燥后用石榴石轻度扫砂,粗糙度为50～75μm,盐分含量应小于50mg/m2,如图7所示。扫砂后须清除施工区域的磨屑及粉尘,包括脚手架及帐篷内表,要求其表面清洁、干燥、无油脂,保持粗糙度和清洁度直至第一度油漆喷涂。所有灰尘要求彻底清理根据ISO8502-3规定灰尘量不大于2级。3.6压泵压力控制含氟聚合物不沾污防污漆须一次成膜不可修补,采用高压无气喷涂的方法,以便可以喷涂到规定膜厚。高压无气喷涂设备宜选用流量、压力比高的单组分喷涂泵。无气喷涂时喷涂泵压力控制在50MPa左右,选用11B25型喷嘴。统喷前,漆雾难以喷到或达不到规定膜厚要求的表面应先局部预涂。含氟聚合物不沾污防污漆为硅胶状涂料,使用羊毛刷手工预涂。预涂只能单向进行,不能双向进行捋顺,不然会起皮或翘边,预涂检查合格后方可进行统喷。每次喷涂开始前,在压泵试喷时根据表2湿膜厚度要求,利用湿膜仪测试重叠次数及喷枪移动的速度。在喷涂过程中应用湿膜仪随时检测,根据检测结果及时调整操作方法。为缩短施工周期,每次复涂应在对应空气温度下最小复涂间隔时间后立即喷涂。3.7干膜厚度测仪外观检查时涂层表面应平整、光滑、无气泡、无划痕等。涂层实干后,用无损检测仪,如电子干膜测厚仪在4片桨叶叶面及叶背、桨毂、整流罩上各取任意2点测量干膜厚度。干膜厚度要满足“85/15”规则,即85%的检测点厚度要达到规定的干膜厚度,其余剩下15%的检测点厚度要达到规定干膜厚度的85%。4螺母的防水性能4.1表面覆盖不均匀船舶在航行或停航时海生物黏附在螺旋桨表面且不断繁殖,在其新陈代谢过程中能产生腐蚀性的物质,或由于在其表面覆盖不均匀而造成氧浓差电池,从而加速电化学腐蚀。含氟聚合物不沾污防污漆等构成的多道防护涂层有效地隔绝螺旋桨表面与海水,抑制了电化学腐蚀的产生,并且利用自重、水的剪切力作用轻易除去附着的海生物。这不仅保持了螺旋桨原有的光滑度,减少能量损失,而且节省了螺旋桨表面水下清洁及在坞修时进行抛光、研磨的费用。4.2空泡的响因素空泡是液体特有的一种物理现象,当液体的局部压力低于饱和蒸汽压时,液体发生空化并发展所形成的空穴。液体空化的影响因素较多,据研究表明物体表面粗糙度对空泡的发生有促进作用,表面光滑会推迟空化的发生并减少空蚀。含氟聚合物不沾污防污涂膜摩擦系数低,船舶运行过程中其表面趋于平整光滑,有效减少螺旋桨表面与海水间摩擦阻力,有利于保持航速、减少空泡的发生,而且以高附着力耐磨铝粉纯环氧漆等构成的多道防护涂层有效地保护螺旋桨使其免受因空泡引起的剥蚀。4.3噪声防治的影响IMO船舶噪声防护规则(A468决议)修正案,于2012年11月下旬召开的海上安全委员会(MSC)第91届会议上获得通过,将于2014年7月1日起正式实施并强制执行。船舶噪声新标准实施的紧迫性和影响的广泛性,将会对我国造船行业带来巨大冲击。事后采取的降噪措施相比对噪声源的控制至关重要。含氟聚合物不沾污防污涂层的低弹性模量对螺旋桨的宽频随机振动和噪声的控制具有特殊效果。它利用高分子材料的黏弹性将振动机械能和噪声械能转化为热能耗散掉,从而达到减振降噪的目的。4.4大型船舶的阻燃剂可降6%的燃油含氟聚合物不沾污防污涂料代表了不沾污涂料技术的最新发展,亦不含生物杀虫剂,不会对海生物造成影响,而且在节能环保方面也有了突破性进展。据研究表明,大型船舶外板涂装含氟聚合物不沾污防污漆相比自抛光防污漆可降低6%的油耗。前言所述,螺旋桨腐蚀及污损所造成的能量损失几乎占总损失的三分之一。纽卡斯尔型20.6万t散货船日均油耗约为50t,以75%的航行率来计,在5年时间内,预计约节省1400t燃油,约减排4300tCO2气体。国际燃油价格居高不下,海运市场低迷的当今,螺旋桨含氟聚合物不沾污防污漆的涂装不仅为船东节省日常开支,而且为环保作出了重要的贡献。4.5弹性涂料的保护含氟聚合物不沾污防污漆在螺旋桨表面形成坚韧且富有弹性的漆膜,对螺旋桨起到保护、装饰的作用。如图8、9所示,螺旋桨涂装后的表面像陶瓷彩面平整光滑,具有均匀透亮的色泽,使人感到赏心悦目。5含氟聚合物不自然防污涂料目前,螺旋桨腐蚀对船舶造成