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船舶涂料的前世今生

发布时间:2014-11-24

军事理论课上,老师问同学:“为什么中国的军舰多采用较为明朗的灰白色涂装,而美国军舰的涂装采用较深的灰色?”

小明站起来抢答:“是为了防止那些犯二的士兵上错船!”

老师:“你粗去!”……


当然这只是小明的又一次现身。

有种说法是采取海上攻势战略国家的海军,由于其军舰经常需要在海水温度比较低、颜色偏暗的海域执行作战任务,其涂装着色一般会深一些;而采取海上防御战略国家的海军,由于其军舰一般在海水颜色较浅、日照时间长的近海执行作战任务,其涂装着色一般会比较浅。其实这也不尽然,各国军舰的颜色更多的是一种风格的延续,比如俄罗斯海军的军舰的甲板都是鲜艳的土黄色或者棕红色,这种传统延续了一百多年。

其实无论是在军用舰艇还是民用船只上,各种船舶涂料可不只起装饰作用的。

给船舶涂料下个定义

船舶涂料是一类用于船舶及海洋工程结构物各部位,满足防止淡水、海水、海洋大气腐蚀和水生生物附着及其他特殊要求的涂料的统称,用来保护各种船只、舰艇、海上石油钻井平台、航标、码头及海上钢结构等设施不受海水腐蚀。

从“漆”说起

识别:从史前时期的独木舟开始,各原始部落的野人哥哥将木炭灰涂在表面并绘制出独特的图案来加以区分各自的“战舰”,避免混淆,可以说,标记、识别是船舶涂料的原始用途。

装饰:大约在7000年前,那时候还是新石器时代,人们发现有一种树木能流出褐色的粘稠液体,可以涂覆在物体表面。没多久,这种液体就被人们广泛用于生活的各个方面,。它的名字叫做“漆”,那时它的主要用途仅仅是“装饰”而已。

防水防虫:过了1000年左右,聪明的中国人发现将一些无机物掺入到漆里面进行焙烧之后,会呈现各种不同的颜色,这是油漆(涂料)发展史上一个了不起的进步。再后来,天然油脂、大漆、沥青组成了早期的涂料家族。由于那时候的船只几乎都是木质的,船用涂料的用途还主要集中在密封防水、美观、标记这些方面,但也对船体起到了一定的保护作用,据说郑和下西洋时所乘坐的宝船就用了十来种不同的涂料。在中国的古代社会中,有一门以漆为主要媒材的艺术叫漆艺。

防腐防锈:进入近代后,随着金属冶炼技术的不断发展,在19世纪初的欧洲已经出现了铁船,这也直接促使了船舶涂料的发展——除了标记、识别作用外,还担负着对船体的防腐任务。

虽然金属船体的强度比木质船体更高,但金属容易被氧化和腐蚀的特性却让当时的工程师头疼不已——一个铁块扔在海水中超过14个小时,其表面就已经锈迹斑斑了。幸好在那个年代搞化学的疯子不少,于是这个难题很快就得到了解决。随后的几十年中也是船舶涂料发展突飞猛进的一个时期。

时至今日,由于船舶涂料的覆盖面非常大,从水面航行的船舶到水中穿梭的潜水艇再到与水所接触的海防性建筑,单一的产品已无法满足其使用需求,但同时也提供了一个相当大的市场。而为各施工方为了简化采购和施工过程,通常都偏向选择同一品牌的产品,这样不仅能简化采购和施工过程,后期的维护保养也相对轻松。相对而言,这种技术含量很高的产品通常也是大企业和大品牌更为专业和可靠。

我国第一艘完全自主设计并建造的30万吨级海上浮式生产储油轮(FPSO)“海洋石油117”号,使用船舶涂料行业领头羊阿克苏诺贝尔公司的船舶涂料进行涂装

为什么一定要“穿衣服”?

我们都知道,一些生活中常见的金属(包括合金)暴露在空气中时极易被氧化,有的在表面氧化后会加剧向内部的氧化,比如说铁锈会促进铁的氧化;而有的金属或合金表面被氧化后会生成一层密度很大的氧化膜,这层膜能有效的防止内部和空气的接触,起到保护的作用,比如说铝。但不是所有的金属(合金)都自带抗氧化的技能,所以我们给船体刷上油漆,不仅能起到保护作用,还能让它更美观,达到更好的视觉效果。

航行在水中的船体,除了与空气接触外还与水接触,可以说是处在一个多样性的腐蚀环境中:长时间浸泡在水中的船底部分,干湿交替的水线部分和水线之上处于大气中的部分。这直接导致了水下部分与水上部分所采用的涂料种类不同。另外由于海水与淡水的组成不同,以及附着于船体的水生生物分泌和排出的部分液体为非中性物质,这些都对船体有严重的腐蚀作用。在船底外部附着、繁殖的生物还导致航行速度降低,造成燃料费、清除费的增加。

所以给船舶穿上衣服,不仅仅是为了好看,更是为了保护船体,最大限度延长船舶内外部分各种设备的使用寿命。在日常生活中我们都知道身上的衣服脏了要洗,破了就要换,因此船舶也一样,需要一套长期的预防性保养维护计划——定时冲洗附着污物、及时对破损部位进行补涂及对表面成膜进行检查维护,不能一套衣服穿一辈子。

如何分配技能点?这是个问题!

总的来说,船舶不同部位的涂料须满足以下要求:

船舶部位

相应涂料应满足的要求

船底部分

耐腐蚀,耐海水,防污

水线部分

耐腐蚀,耐磨,耐冲击,耐候

水上部分外表面

防腐蚀,耐冲击,耐磨,装饰,耐候

原油舱、压载舱、污油水舱

 耐油、耐海水、电化学防腐蚀

饮水舱

 饮用水试验合格,耐水性

货舱

依货物不同具有耐油、耐化学品、耐酸、耐碱、耐冲击

烟囱

耐高温


对于军用舰艇,为了保证威武与美观,其涂料必须具有一致性,为了保证作战效果,其涂料还必须具有隐身性等等。

船舶涂料的前世今生

其实从很久以前到20世纪40年代末,人们管“涂料”叫做“油漆”,直到20世纪50年代才真正出现“涂料”一词。


早期:船体涂料是沥青漆类,水线区多用酚醛类涂料,干舷及水上部分多用醇酸类与酚醛类相结合的涂料。这样一种组合搭配延续了许多年,但也暴露出许多问题,比如说稳定性不佳,防渗透性和溶出速度的控制有待提高等等。

发展:,船舶涂料朝高性能方向发展,早期的油性涂料逐渐被氯化橡胶涂料取代,这类涂料无味、无毒,对人体皮肤无刺激性,具有良好的粘附性、耐化学腐蚀性、快干性、防透水性和难燃性,短期内被广泛应用于船舶涂料领域,并且与常温固化环氧类涂料并列为防腐涂料的两大体系。但是,由于氯化橡胶涂料在生产过程中产生的三废问题无法得到良好的解决,很多国家都对其的生产进行了限制,因此环氧类涂料慢慢的占领了原来属于氯化橡胶涂料的市场。

近期及前沿:人们越来越注意到环境保护的重要性,而船舶涂料作为一个重要部分也越来越朝着环保的方向发展,许多相关企业都积极响应与支持国际商会中关于可持续发展的指导原则,力求“健康、安全和对环境负责”,这是一个很不错的趋势,其主要表现在:

1.无沥青(焦油)化

由于沥青(焦油)的致癌性备受关注,而这类涂料在船舶上通常作为船底和压载舱的主要涂料,不仅危害施工人员的健康,含有焦油的涂料长期浸泡在压载舱而渗入水中并在港口随意被排放,对海洋环境也造成严重污染。环氧涂料逐渐占领了原来属于沥青涂料的市场。

2.无锡化

含锡涂料主要是起到自抛光防污损的作用,其主要成分在海水中会释放出有机锡,对水生生物具有极强的毒性,并且能通过食物链逐级累积——通过海水进入鱼类、贝类最终通过人们对各种海鲜的大快朵颐进入人体,给人体健康带来危害。

2009年,研究人员在长江收集了大量中华鲟鱼卵,并在实验室条件下观察它们的发育过程。结果发现,6.3%的中华鲟出现了骨骼畸形,1.2%有眼睛缺陷。而导致中华鲟畸变的罪魁祸首之一便是一种含锡的船舶涂料——三苯基锡(TPT)。

国际海事组织海洋环境保护委员会规定自2003年1月1日起在全世界范围内禁用含有机锡的防污涂料,并从2008年1月1日起彻底禁止其在船舶外板上作为防污涂料存在。

作为有机锡涂料的代替品——无锡自抛光涂料已成为研究热点,目前市场上有3年防污期和5年防污期的无锡自抛光涂料。

3.无公害化

除了无焦油化和无锡化之外,进一步的措施是发展不含重金属的涂料、无溶剂或微溶剂涂料以及水溶性的水性涂料。目前在这方面做得最好的是国际牌涂料,其产品作为业界标准,不仅本身环保,而且还通过提供清洁、光滑的船体达到节能减排的目的,可谓一举两得。

对于保护海洋生态环境来说,不仅仅是人类的行为,航行在其中的各种船只舰艇也有着义不容辞的责任,因此各种环保型船舶涂料在保护海洋生态环境中扮演着非常重要的角色。

辽宁舰也爱粉红色

时至今日,凭借着自身的诸多优势,如覆盖面大、能在相当程度上简化涂层配套问题、符合环保要求等,环氧类涂料基本上实现了对整个船舶涂料的统治。

目前,船舶涂料已全面覆盖客船、货船、油轮、汽车运输船、集装箱运输船、冷藏船、工作船、军舰和潜水艇的涂装工作,不同领域相互交织,各种新型特种涂料层出不穷。

前段时间人们发现辽宁舰上有许多粉红色链条,这种涂装鲜艳的链条除了没事卖卖萌之外,还是有些科技含量的——其表面涂覆一层特殊的涂料,使其在不同温度下显出不同的颜色:随着的温度升高,原本正常的粉红色会逐渐变深,当温度达到安全阈值时,链条呈黑色,方便工作人员对情况进行直观的判断。

这种看起来很神奇的涂料其实已经问世许久,其真名叫做热致可逆变色涂料。这类功能性涂料在外界热源的激发下发生颜色变化,当撤掉热源后又能恢复原色。根据其组成和性质来看主要有三大类:无机类、液晶类和有机类,其中无机类具有较好的耐热性、持久性、耐光照性和混合加工性,应用较广泛。除了热(温变)致可逆变色涂料外,还有光致可逆变色涂料、电致可逆变色涂料、磁致可逆变色涂料等等。我一直在憧憬着一个场景并思考着一个问题:哪天有个为科学献身的牛人,全身涂满这些涂料跑去大街上溜达会是什么情况?

图片来自中新网

当然,除了热致可逆变色涂料外,近年来还出现了许多吸波涂料、纳米隐身涂料。防滑涂料、潜艇特征信号控制涂料、阻尼涂料、防火涂料、光触媒涂料等新型特种功能涂料。这些涂料的发展与应用,不仅让船身更为美观,提升防腐能力与使用性能,延长使用寿命,还从环境参与者的角色出发,保护了我们的蓝色海洋。


相关知识

本文中提到的三苯基锡(TPT)属有机锡类化合物,当其在水中浓度极低时,即可抑制软体动物及藻类的生长发育。TPT具有较强的亲脂性,易于在生物体中富集,通过食物链向高等生物转移,其危害可能扩大到整个生态系统,包括人类。为此,1990年起,日本已全面禁用TPT农药;2000年,欧盟将其列为内分泌干扰物优先关注名录。

在我国,有关部门曾发布谨慎使用TPT的警示,但这种含锡化合物尚未被禁用。它除了被掺入船身和渔网涂料中,以防止贝类和藻类等水生生物的攀援缠绕之外,还被用作杀螺剂和杀菌剂。


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