船舶涂装技术：舰船喷锌、喷铝、喷瓷、涂料的应用与发展

     前言 从日常用品到国防尖端产品，涂料的身影无处不在。它起着重要的防锈、防腐、防污装饰、消音、隔热防火以及吸波吸声反红外等特定功能。涂料工业是一个与石油化工高新材料能源交通机械制造等众多行业交叉相联的技术行业体系，也历来被视为所在国家工业发展水平的一个重要窗口。 
    舰船是一个由船体机电电子武备等高科技产品组成的复合体，舰船的综合性能反映了一个国家的科技发展水平。作为舰船主要防护手段之一的涂料遍及舰船各个角落，所以舰船虽小，但涂料品种齐全，几乎涉及大部分工业涂料品种，是涂料工业水平的缩影和具体表现。 
    我国作为一个发展中国家，舰船涂料水平与其它发达国家相比，除防锈、防腐、防污三大基本性能外，在施工性能，开罐性能，环保性能，通用性能以及特种功能涂料方面还存在较大差距。研究国内外舰船涂料发展趋势，找出存在的具体差距和努力方向，对于尽快缩短与国际先进水平的差距，延长舰船使用寿命保障和提高舰船战斗力具有重要和深远的现实意义。总体而言，舰船涂料也脱离不了整个世界涂料工业的发展趋势，以五E为主导发展方向：即高性能，易施工，经济，节能，环保。 
    1　防污涂料向无毒低毒方向发展 
    一直以来，有机锡防污涂料在使用年限上达到了4-5年的长效保护效果，但随着有机锡防污涂料在2008年之前全球范围内禁止使用，防污涂料已经开始走向低公害和无公害。目前得到成功应用的是无锡自抛光涂料，年限可达3年，其中以生物避忌剂和低表面张力的防污涂料最有可能达到无毒长效的要求，是今后的发展方向。 
    日本研制成功了一种以脱水沸石粉和电解铜粉为防污剂的新型防污漆，而有机硅改性环氧氨基，烷基硅烷，氟多醇聚氨酯等低表面张力防污涂料研究已经取得很大进展，美国研制的涂在环氧底漆上的有机硅弹性体防污涂料--当船速大于30节时可冲去附着海生物，已达到3年以上防污水平。该技术目前主要用于小船，如果能与水下刮船器配合使用，也可用于各种船舶。此外还有导电防污涂料，利用电解产生局部酸性环境防污，但由于需要外加电流和导电涂层在船底使用时可能产生意外的加速腐蚀，目前仅用于局部固定设施如发电厂排水口等处。
    2　防锈涂料向重防腐环保低表面处理要求方向发展 
    2.1　重防腐涂料 
    所谓重防腐涂料是指在严酷环境中比常规涂料有更长保护期的防腐涂料，具有厚膜高固体分双组分等特征。重防腐是一个系统工程，涉及使用环境材料选择配套设计施工质量控制等各方面，且根据使用环境和维修难易程度，对不同的使用对象有不同的使用年限要求。如电视塔和大型桥梁一般要求20年，输油管线要求10-20年，船舶及酸碱溶剂等场合要求5-10年，普通钢结构5年以上。重防腐涂料一般通常由底漆中间漆和面漆组成，由于通常面漆的寿命远不及防锈漆，所以底漆的性能尤其重要。无机富锌涂料是公认的重防腐涂料通用底漆，此外热喷涂(铝锌陶瓷)涂层在很多场合可以比富锌涂料更有效。新型涂装设备如无溶剂双组分涂料喷涂技术为重防腐涂料的使用提供了更好的技术保障，目前重防腐涂料体系的问题是缺乏长效的实际使用数据支持，没有有效的加速测试方法。 
    2.2　玻璃鳞片涂料 
    在涂层上通常存在微孔主要有两大类：分子空隙产生的10-5cm-10-7cm孔隙，溶剂挥发产生的10-2cm-10-4cm孔隙。
    溶剂挥发产生的孔隙是水汽盐雾等腐蚀产物渗入的主要通道，在这方面鳞片涂料有很好的阻挡效果，从而成为重防腐涂料底漆的重要选择。涂料中的鳞片材料主要有片状的云母，云母氧化铁，石墨锌粉，不锈钢和玻璃鳞片片状云母。云母氧化铁石墨等由于价格便宜在船舶防锈涂料中得到大量应用，而玻璃鳞片的厚度为(2-5)m，粒径在150m(100目)以下在一层涂层中可以同时形成几十层阻挡层，但价格较贵在桥梁等建筑中最为常用。随着对舰船涂料更长效的要求，玻璃鳞片类型的重防腐涂料将会得到广泛的应用。 
    2.3　成熟的船舶长效涂料 
    目前就船舶涂料而言，无机富锌底漆+环氧中间层+脂肪族聚氨酯面漆性能最好，其次为无机富锌底漆+环氧中间层+乙烯类面漆，双组分环氧底漆+有机硅改性醇酸也可用于一般场合，在修船中由于无机富锌涂料有严格的表面处理要求，所以采用有机富锌涂料作底漆或直接使用双组分环氧底漆可以取得很好的使用效果。 
    2.4　氟涂料 
    由于氟原子体积比氢原子大，氟碳键的键能比碳碳键高得多，所以含氟涂料具有比普通有机涂料更好的耐热防腐耐候和不粘性能，面世以来得到了广泛的应用。最初氟涂料是用于餐具作为不粘涂层的，聚四氟乙烯(PTFE)粉末需要在360-380下烘烤(15-30)分钟，施工困难。随后出现了以乙烯丙烯烷基醚和氟氯乙烯的共聚物，烘烤温度逐渐降至250-260，但应用范围仍局限在小型产品上。随着氟乙烯乙烯基醚(FEVE)树脂的出现，用异氰酸酯固化剂实现了常温(或烘烤)固化，大大拓宽了其应用范围。 
    国内外都已经出现了现场使用的常温固化型氟涂料，主要作为长效防腐和耐候涂料使用，另一种常温固化氟涂料为水溶型的，可以用水性氨基树脂作交联剂，当然聚四氟乙烯改性以后性能已经有相当程度的下降，目前氟涂料价格较高，尚未在船舶上得到广泛应用，而采用高质点复合破碎技术将颗粒状聚四氟乙烯粉碎成纳米级微粒的同时，与普通溶剂形成胶状物将其与其它树脂混合可以制成不同含氟量的涂料。初步试验证明该涂膜具有聚四氟乙烯光滑不粘的特性和优良的防锈防腐和防污性能且价格相对低廉，有望成为新一代多用途氟涂料。
    2.5　低表面处理要求涂料 
    重防腐涂料等长效防锈底漆通常要求严格的表面处理，而在实际使用中尤其是在修理行业面对结构复杂空间狭小施工条件限制及不同原始表面状况等因素，难以实施和达到所要求的表面处理标准。所以国际上开始出现只需除去铁锈油脂及污物的高性能低表面处理要求底漆：如日本中国涂料公司的BISMAX环氧沥青底漆等。海军装备技术研究所率先研制出了具有高性能环氧涂料特征的H2000带湿带锈涂装底漆和带油涂装底漆，目的性明确：不但降低了表面处理要求而且防锈性能也达到了现有长效环氧涂料的水平。 
    2.6　通用防锈涂料 
    由于船舶各部位所处环境各异，其涂料配套各不相同，但对防锈底漆的要求可以是一致的：为了简化配套施工和管理程序提出了防锈漆尽可能通用的要求。 
    目前国外或合资厂家一般都有通用底漆：如IP公司的Interturf262，而国内厂家产品通用性较差。 
    2.7　维修中间涂料 
    由于长效防锈涂料的出现，底漆与面漆寿命不同带来了旧底漆与新面漆的涂装问题。为了保留底漆的作用，除了采用轻度喷砂和打磨除去面漆和打毛表面的处理外，更需要一种能与硬质光滑不溶的涂层表面可以良好结合的中间漆。目前，国内还没有这种专用漆，暂时用单组分挥发型涂料如氯化橡胶防锈漆代替，特别是高性能氟涂料的出现，使得该类涂料的需求更加迫切。 
    2.8　无铅铬防锈涂料 
    红丹锌铬黄是防锈性能最好的颜料和缓蚀剂，锈转化剂目前仍大量用于船舶防锈漆中，但由于铅铬对人体危害极大并污染环境，某些国家已经禁止使用。经过改进的磷酸锌/氧化锌聚磷酸铝和锶黄已基本上达到了红丹和锌铬黄的作用和性能，而新一代的防锈颜料也在不断出现，不含铅铬的防锈涂料已经可以取代红丹和锌铬黄防锈漆，所以应该首先立法禁止该类涂料的使用。 
    3　液舱涂料向浅色高固体分无溶剂方向发展 
    3.1　浅色液舱涂料 
    液舱包括水舱，油舱，污水舱，压载水舱，电瓶舱等；目前采用的涂料主要是环氧沥青和环氧涂料，除饮水舱漆外大多是深红暗黑的，虽然防腐性能能达到要求，但由于深颜色的涂膜在照明条件有限的舱室难以发现其缺陷和使用后的状况，现在已经开始使用浅色涂料，原环氧沥青涂料中含有致癌物的沥青被石油衍生烃(如石油树脂)取代，或直接使用浅色的环氧涂料。 
    3.2　高固体分和无溶剂涂料 
    由于舰船舱室狭小，空气难以流通，因而对涂料的有机溶剂挥发含量和毒性限制有更高的要求：高固体分涂料应该完全取代目前使用的溶剂型涂料，并逐渐向无溶剂涂料方向靠近。高固体分涂料指重量固体分大于80%，体积固体分大于60%的涂料，主要是采用双组分低粘度树脂配制。目前技术是成熟的性能相当好而无溶剂涂料，除了要采用双组分低粘度树脂外，还需要采用活性或非活性稀释剂，其结果是给涂膜带来了相对的小分子结构，影响了涂膜的性能。此外目前无溶剂涂料粘度较大，在施工上需要采用专用喷涂设备，通常不宜手工刷涂。虽然无溶剂涂料在性能上比溶剂型涂料差一些，但因为其不含有机溶剂的环保特征，所以应大力推进该类涂料的使用进程。 
    3.3　改性环氧涂料 
    在各种涂料中，环氧树脂具有突出的附着力和耐蚀性能，而且通过改变颜填料和固化剂等手段可以制成多种多样性能各异的涂料品种，是世界上使用最广泛最为重要的防腐涂料品种。在我国涂料用树脂的生产中，环氧树脂的品种最多，性能最稳定。约40%的环氧树脂被用于制造涂料环氧树脂，在紫外线下会发生粉化，一般不作为户外面漆使用，但其粉化的速度很慢，如果不考虑外观单从保护基材的角度看，仍然可以使用，尤其是脂环族环氧树脂具有较好的耐候性能。 
    此外纯环氧树脂脆性较大，一般在环氧中添加增韧剂：如邻苯二甲酸，二丁酯邻苯，二甲酸二辛酯，氯化石蜡等，约使用一年左右，增韧剂挥发涂膜脆性急剧增大，在机械冲击下会发生脱层等弊病，所以目前一般用柔性树脂对环氧进行改性，称为改性环氧树脂和改性环氧涂料。 
    目前船舶通用防锈漆应采用改性环氧涂料取代。 
    4　船壳涂料向性价比更合理和多功能方向发展 
    现有船壳漆中按性能和价格的高低，依次分为丙烯酸聚氨酯，丙烯酸改性高氯乙烯，氯化橡胶有机硅，改性醇酸醇酸。在上述船壳漆中，由于在生产氯化橡胶过程中会释放大量有害人体和环境的气体，一些发达国家已经不再生产，该树脂将被不污染环境的高氯乙烯和聚醚树脂取代。在选择上可根据性价比和维修涂漆次数的需要进行，一般不参与检阅检查的军辅船可选用长寿命的高性能丙烯酸聚氨酯船壳漆，经常接受检阅检查出访的舰船采用中等寿命的单组分丙烯酸改性高氯乙烯有机硅改性醇酸船壳漆为好，以便进行经常性的刷新，保持崭新的舰容舰貌。
    而醇酸船壳漆可用于经常进行维修的交通艇等小型舰艇，热反射船壳漆的出现，为船壳漆增添了一个新的品种，尤其在南海地区使用，我国八五攻关成果的该类型涂料可明显降低船舱的温度5-7(国外可达20)，是新一代船壳涂料。能够使锈蚀转化为无色的自清洁船壳漆，也将成为另一种功能性船壳涂料新品种。 
    5　生活舱涂料向水性化方向发展 
    除了水性无机富锌底漆外，其它水性防锈漆受到闪锈水分挥发附着力等一系列影响，短期内还难以用于舰船。而水性生活舱漆作为面漆可具有环保易于重涂的特性并与生活舱半光亚光的要求吻合，随着双组分水性聚氨酯和环氧树脂及高氯乙烯和改性醇酸乳液等高性能水性树脂的出现，研究和使用水性生活舱涂料已成为必然。 
    6　甲板涂料向长效多功能方向发展 
    现代甲板涂料要求在长效的同时具备高弹性耐磨防滑轻质抗冲击，近来还出现了热反射甲板漆，目前使用的聚氨酯弹性甲板漆，其性能已能满足上述各种要求，但施工较困难。可进一步开发成粘贴的防滑垫用于狭窄的走道和舷梯根部等部位。 
    7　特种涂料将越来越多地用于舰船 
    舰船是一个特殊的多功能集成载体，所使用的涂料品种复杂，尤其是能起到各种特殊作用的涂料较之其它任何物体都要多得多，目前在船上使用得还不够，但随着国内外形势和科技的发展，必将使用越来越多的特种涂料。除热反射，自清洁，防结露，防冰冻等特种涂料外，还有下列涂料： 
    7.1　耐热涂料 
    目前的耐热涂料主要是无机富锌类涂料，用于排烟管等部位。一般耐热部位使用常规耐热涂料，但缺乏用于导弹发射架等部位的耐高温涂料，这些涂料通常需要特殊的施工和干燥方式，使用不便，所以其发展方向是能够常温固化，常规施工，耐高温兼具防腐功能：如美国ORPAK的高温陶瓷PYRRHOS-1600，可耐温850，可喷涂或刷涂，由无机硅钛等组成的BSX738，可耐1093，并可以常温干燥。 
    7.2　防火涂料 
    用于弹药舱等部位，其发展方向是水性化透明，燃烧时无毒，防火时间长并兼具装饰作用。如日本研制出的一种防火涂膜仅(1-2)mm，起火时可发泡膨胀(25-50)倍，耐火时间长达1小时。     7.3　荧光涂料 
    主要用于在黑暗条件下作指示，其发光材料已经从放射性物质到无机盐类，要求具有水性高辉度长时间低公害的特性。 
    如大连发光科技股份公司利用稀土元素激活的碱土铝酸盐和硅酸盐制成的蓄能型发光材料，蓄光(10-20)分钟，可发光(8-12)小时，亮度和时间是传统发光材料的(30-50)倍，曾被用于包括美国世贸大厦在内的许多建筑中作为指路标志，无毒无害无放射性。 
    7.4　变色涂料 
   主要用于监测装备运行状况，其发展方向是水性广谱，目前较成功的民用产品有(20-30)之间的温度计等，而舰船装备要求的显示温度则宽得多。 
   7.5　吸声和阻尼涂料 
   一种降低噪音和防声纳探测的涂料，消声瓦利用空腔将声转化为热能而被消耗是一种较为成熟的防声纳探测方法。但由于其施工方法，厚度重量等方面的缺陷，大大限制了它的应用范围。其发展趋势是采用施工简单涂膜较薄的吸声涂料来解决：如英美采用(30-40)mm聚氨酯发泡材料加多孔材料制作吸声涂料，吸声率可达70%-90%。 
   7.6　可见光红外雷达波和激光伪装涂料 
    在战时这些伪装涂料能有效地降低舰船被发现和被导弹攻击的可能性，可见光伪装涂料也称迷彩涂料，主要是制造与背景相似的色彩和亮度。陆上装备一般采用接近树木山丘颜色的3-4色混拼，舰船装备采用与海水接近的蓝灰和深灰等单色。红外隐身涂料利用热屏蔽低发射辐射转移等材料达到降低红外辐射特征的效果，雷达波吸收涂料利用谐振和吸收材料使雷达波反射率降低，激光隐身涂料就是消除或削弱激光的反射强度。在隐身设计中，形状和材料设计是第一位的。涂料作为一种必要的辅助隐身手段，也得到了广泛的应用。     目前具有隐身功能的英国23型导弹护卫舰，德国MEKO系列驱护舰和加利法克斯级驱逐舰，日本雨村级和金刚级驱逐舰，美国阿利伯克级驱逐舰和埃拉特级护卫舰，法国拉非特级护卫舰，瑞典斯米奇隐身舰，俄罗斯基洛夫号导弹巡洋舰和无畏级护卫舰等已相继投入。现役更先进的英国海幽灵号美国DD21陆地攻击驱逐舰，瑞典瑞斯比轻型护卫舰正在加速研发中。隐身技术研究的方向是复合隐身要同时兼具多种隐身功能，如可见光红外和雷达波综合隐身涂料，红外和激光兼容伪装涂料等。 
    而雷达波隐身涂料向宽频和多频发展，如瑞典最新开发出的BMX-ULCAS多波段超轻型伪装网，具有可见光红外和毫米雷达波的综合隐身功能。德国将多波段隐身材料与热红外微波毫米波低反射材料结合，研制出多频谱隐身涂料。美国利用(5-75)微米直径的镀金属微球等技术研制出了1-100GHz的宽频隐身技术。与之相比，国内在多功能和宽频技术上尚存在较大差距