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船舶涂料檢測方法探討

陶乃旺，江水旺，許春生，吳兆敏（中國船舶重工集團(tuán)公司第七二五研究所廈門分部，福建廈門 361101）

       船舶在海上行駛，受到各種腐蝕環(huán)境的影響。在水線以上，甲板及上層建筑受到海洋大氣的高鹽度、高濕度、高輻照等影響；在水線以下，船體不僅受到海水腐蝕，還受到各種海生物（如藤壺、牡蠣、海藻等）附著，這不僅極大增加航行阻力、降低航行速度，也造成了更多的燃油消耗，甚至引起海難事故；裝載各種腐蝕介質(zhì)的液艙，如海水壓載艙、原油油船貨油艙、化學(xué)品艙等，由于長期處于海水、原油、強(qiáng)腐蝕性化學(xué)品等環(huán)境中，其腐蝕及防護(hù)問題也歷來為造船及航運(yùn)部門所關(guān)注。對(duì)于液壓天然氣船，防火材料的防火性能是首先要考慮的，但防止液壓天然氣泄漏造成的極端低溫（低至-198℃）沖擊也至關(guān)重要。

       目前，涂裝涂料是船舶進(jìn)行防腐、防污、特種防護(hù)等的最主要措施之一。隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，船舶涂料性能也得到了很大提高，如高耐候性面漆、高固體分通用型環(huán)氧防銹漆已廣泛用于船殼、船體等部位。另外，隨著環(huán)保法規(guī)的不斷完善，船舶涂料也越來越注重環(huán)境保護(hù)。2015 年國稅總局出臺(tái)了關(guān)于征收涂料消費(fèi)稅的規(guī)定，全國涂料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)也正在編制《船舶涂料中有害物質(zhì)限量》的國家標(biāo)準(zhǔn)，降低揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）含量、減少有毒有害防污劑的使用已成為船舶涂料發(fā)展的重要趨勢。

       船舶涂料的發(fā)展離不開檢測技術(shù)的支撐，同時(shí)先進(jìn)的檢測技術(shù)對(duì)提高船舶涂料產(chǎn)品的研發(fā)效率、質(zhì)量等具有重要作用。各種國際法規(guī)、公約中都提出了在實(shí)驗(yàn)室模擬加速檢測船舶涂料性能的方法。如國際海事組織IMO MSC.215（82）及IMO MSC.288（87）決議規(guī)定，所有類型船舶壓載艙及散貨船雙舷側(cè)處保護(hù)涂層需通過模擬壓載艙試驗(yàn)、原油油船貨油艙涂層需通過模擬原油艙氣密柜及浸沒試驗(yàn)；《2001 年國際控制船舶有害防污底系統(tǒng)公約》（ASF 公約）要求防污漆提供無有機(jī)錫報(bào)告；《2009 年香港國際安全與環(huán)境無害化拆船公約》（香港公約）將石棉、重金屬含量等納入檢測要求等等。另外，目前船舶涂料正在向長效化發(fā)展，防腐期限往往達(dá)到十幾年甚至更長。因此，如何快速評(píng)定船舶涂層的使用性能，為涂裝設(shè)計(jì)獲得數(shù)據(jù)支撐便顯得十分重要。目前船舶涂料的性能測試分別為自然環(huán)境暴露試驗(yàn)及室內(nèi)加速模擬試驗(yàn)。自然環(huán)境暴露試驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠，但試驗(yàn)周期太長；而室內(nèi)加速模擬試驗(yàn)通過設(shè)置適當(dāng)?shù)脑囼?yàn)條件、確定加速因子，可大大縮短試驗(yàn)周期，且能很好地反映涂層實(shí)際的使用性能。根據(jù)船舶涂料特點(diǎn)，以下介紹了現(xiàn)行各類船舶涂料的檢測方法，重點(diǎn)探討了船體防銹漆耐陰極剝離性、防污漆性能測試、壓載艙及貨油艙保護(hù)涂層性能標(biāo)準(zhǔn)（PSPC）等檢測方法。

       根據(jù)船舶部位的不同，國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)船舶涂料進(jìn)行了分類，對(duì)使用用途進(jìn)行了說明，并制定了相應(yīng)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，目前我國船舶涂料相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范見表1。

我國船舶涂料相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

       船體防污防銹漆體系，是指船體設(shè)計(jì)水線以下部位外表面的船體防污漆及防銹漆體系，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 6822—2014《船體防污防銹漆體系》。與2007 版相比，2014 版取消了防銹漆體系分類的使用期效和類別，增加了連接漆分類。對(duì)船體防銹漆而言，除閃點(diǎn)、黏度、體積分?jǐn)?shù)、揮發(fā)性有機(jī)化合物含量等常規(guī)指標(biāo)外，主要考察漆膜的抗起泡性、耐浸泡性、耐陰極剝離性等功能指標(biāo)，其中，耐陰極剝離性是船體防銹漆的關(guān)鍵指標(biāo)之一。船舶服役期間，由于涂層損壞使底材暴露于海水等腐蝕介質(zhì)中，陰極保護(hù)技術(shù)可有效保護(hù)金屬底材延緩腐蝕，但涂層會(huì)因陰極作用失去附著力與底材剝離，從而喪失保護(hù)金屬的能力。因此，提高涂層耐陰極剝離性至關(guān)重要。耐陰極剝離性檢測方法為GB/T 7790—2008《色漆和清漆暴露在海水中的涂層耐陰極剝離性能的測定》（ISO 15711—2003），采用外加電流法或犧牲陽極法，試樣與飽和甘汞參比電極間的電位為-1 050 mV，耐陰極剝離性試驗(yàn)時(shí)間長達(dá)6 個(gè)月，要求試驗(yàn)后被剝離涂層距離人工漏涂孔外緣的平均距離不超過8 mm。

       只有試驗(yàn)結(jié)束后對(duì)涂層進(jìn)行剝離才能得到試驗(yàn)結(jié)果，但試驗(yàn)后樣板不可恢復(fù)，試驗(yàn)過程中涂層鼓脹或與底材剝離等現(xiàn)象不明顯，也很難發(fā)現(xiàn)涂層在哪個(gè)周期發(fā)生老化或發(fā)生變化的量。耐陰極剝離性的試驗(yàn)條件苛刻、試驗(yàn)周期長，通過率不高，且往往需要多次試驗(yàn)才能通過。為此，開發(fā)涂層陰極剝離的原位無損檢測方法已成為目前行業(yè)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。其中，電化學(xué)交流阻抗譜法（EIS）因所施加的擾動(dòng)信號(hào)很小，不會(huì)對(duì)樣品體系的性質(zhì)造成不可逆的影響，可原位測定涂層電容、涂層電阻、涂層/ 金屬界面雙電層電容、反應(yīng)電阻等與涂層體系性能及涂層失效過程有關(guān)的電化學(xué)參數(shù)，成為研究金屬體系有機(jī)涂層的最主要的方法之一，可用于預(yù)測防銹漆陰極剝離的發(fā)展程度。通過電化學(xué)阻抗法（EIS 法）測得的某防銹漆陰極剝離不同試驗(yàn)周期、距離人工漏涂孔外緣不同位置的涂層電化學(xué)阻抗譜圖見圖1 和圖2。

某防銹漆陰極剝離不同試驗(yàn)周期涂層的EIS 圖

某防銹漆距離漏涂孔外緣不同位置涂層的EIS 圖

       由圖1、圖2 可見：在不同試驗(yàn)周期及人工漏涂孔外緣不同位置，涂層的阻抗模值顯著不同，這也為陰極剝離的無損檢測提供了技術(shù)依據(jù)。