OoO - 2008-8-22 10:13:00
1 引言
钢铁在自然环境及生产活动中的腐蚀极其普遍，从而造成了巨大的资源浪费和严重的环境破坏。1995年Battelle实验室统计，美国腐蚀损失达3000亿美元，欧美等国因金属腐蚀每年造成的损失占其国民总产值的3％～5％；1998年我国腐蚀损失达2800亿元。采用涂料防腐是主要的也是最为有效的手段，其中重防腐涂料(heary-duty coatings)是指能在严酷的腐蚀环境下(如酸、碱条件)的防腐体系或大气环境下对永久设施能够提供长期(10a以上)防腐的涂料体系，主要应用于跨海桥梁、海洋设施、大型钢铁塔架等领域。
本项目针对西昌卫星发射中心发射塔、避雷塔、消雷塔的重防腐要求进行了防腐涂料配套性选择、制备和施工。
2 环境分析与腐蚀机理
2.1 卫星发射中心地理环境条件
(1)西昌卫星发射中心地处四川省西南部，海拔为l300-1400m，属亚热带大陆性气候的信风带区域，多雨、潮湿、多雷击和闪电。
(2)发射中心周围各类厂矿造成的空气污染严重，空气中含有大量SO2、H2S、C12以及超标的CO2，酸雨频繁，酸雨率为85.4％，酸雨pH为3-4
SO2+H2O→H2SO3
C12+H2O→HCl+HOCl
(3)卫星发射过程中产生大量N2O4，可生成HNO2、HNO3，对钢铁设备腐蚀性极强。
N2O4+H2O→HNO2+HNO3
(4)由于自然环境的破坏，地下水矿化度提高也是造成钢铁设施和钢筋混凝土结构腐蚀的因素之一。
由于以上因素，造成了钢铁结构发生化学腐蚀、电化学腐蚀，该地区是我国钢铁结构腐蚀最为严重的区域之一。
2.2 腐蚀机理
金属的腐蚀主要是由化学反应引起的。钢铁腐蚀机理为：
阳极反应：Fe→Fe2++2e
Fe2++H2O→FeOH++H+
阴极反应：2xFe2++yO2+2zH2O→2FexOy·zH2O
2H2O+O2+4e→40H-
从腐蚀机理方面考虑，形成电化学反应的前提是H2O、O2的存在，电化学反应一旦发生，在阳极、阴极会造成H+和OH-富集，腐蚀速率会自动加速
3 重防腐涂料的原料与性能要求
3.1 原材料
重防腐涂料体系的主要原材料如表l所列。
表1 重防腐涂料章要原材料
名称
规格
主要指标
环氧树脂
E-44
氧值0.42-0.46
环氧树脂
E-20
氧值0.18-0.22
聚氨酯预聚物
自制
-NCO％=7.3％，S=50%
丙烯酸树脂
纯丙
S=50％
N-75缩二脲
进口
-NCO％=17％
锌粉
16μm(1000目)
纯度≥96％
氯化橡
工业
20mPa·s
硅酸锂
工业
膜数≥4
注：S表示固体含量。
3.2 防腐涂料性能指标
防腐涂料性能指标如表2所列
表2 防腐涂料性能指标
4 涂装
4.1 表面处理
(1)采用喷砂除锈、机械除锈、手工除锈相结合的方式除去浮锈、氧化皮，除锈等级达到Sa2.5级以上。
(2)化学清洗：用有机溶剂、脱漆剂除去表面的油污、蜡、旧漆膜，务必使金属表面洁净。
4.2 涂装方式
底漆、中涂采用高压无空气喷涂；面漆采用空气喷涂、局部刷涂。在施工过程中，湿膜厚度的控制比干膜厚度容易，二者之间可通过下式近似计算
干膜厚度=湿膜厚度×固体容积率
(1)底漆。表面处理后应立即喷涂底漆，防止二次生锈，每道间隔12h，底漆实干后，对焊缝等产生的孔隙用配套腻子填补，干燥后用磨光机或砂布打磨平整、光滑，进行下一道涂装
(2)中涂。塔体各部分的颜色标志主要由中涂提供；喷涂方向采用先上下后左右，或先左右后上下的纵横方法，使涂层均匀、平整、光滑。发射塔发射台部位不使用中涂，采用硅酸盐富锌底漆-硅酸盐铝粉面漆配套体系，满足耐高温的要求。
(3)面漆。采用空气喷涂方式施工，保证涂层的装饰性。由于面漆为丙烯酸聚氨酯体系，配料、喷涂过程中严禁带入水分及其他杂质。
5 结果与讨论
5.1 防腐涂料的配套性
西昌卫星发射中心地处四川省西南部，酸雨频繁、紫外线侵蚀严重，给钢铁防腐带来了困难。为了保证发射塔等设备重防腐15年以上的要求，结合国内外钢铁构架重防腐的成功案例与经验，决定选用无机富锌底漆-厚浆型氯化橡胶中涂-防UV脂肪族丙烯酸聚氨酯清漆重防腐体系。
(1)面漆采用含羟纯丙树脂与N-75缩二脲/N-3390配合使用，使涂层在硬度、柔韧性等方面的综合性能优良，同时加入紫外线吸收剂，提高了对UVA、UVB的屏蔽作用，阻止了UVX寸中涂层和颜料的破坏，大大提高了复合涂层的耐候性。
(2)中涂采用厚浆型氯化橡胶漆，涂层致密，抗渗性好，具有优异的耐化学介质性能和耐大气腐蚀性。塔体的颜色由中涂提供，针对发射中心对各部位的不同要求精心搭配，确定了乳白色、桔红、宝石蓝等几种耐久性颜色搭配。
(3)底漆选用水性硅酸锂富锌底漆，固化机理如下：
无机富锌底漆可与钢铁表面的Fe形成化学键合，提高了防腐涂层的附着力，示意如图1所示。
Zn的标准电极电位(-0.76V)低于Fe(-0.44V)，电化学活性活泼，因此富锌底漆对塔架可起到阳极保护作用。
采用无机硅酸盐体系，在施工性能、装饰性方面虽不如环氧体系，但耐高温防腐蚀性能优异，该底漆可长期耐450℃，短时间耐热可达600～1 300℃，涂层在-50～420℃环境下具有良好的防静电作用。
5.2 涂料涂装
要获得优质的防腐涂层除了选用高性能重防腐配套体系外，还必须进行严格的表面处理。对重防腐涂层失效原因与影响程度的剖析结果显示：表面处理差引起的失效占40％，施工工艺不当占20％，涂层厚度不足占20％，涂料选择不当占20％，日本学者甚至认为涂料施工比涂料本身更重要。表3是不同处理方式对富锌底漆附着力的影响。可见，不同的表面处理方法对附着力的影响很大，因此钢铁表面处理必须严格，工件表面进行喷砂处理等级须达到Sa2.5级以上，表面粗糙度达到25-50 μm
表3 水性无机富锌底漆附着力测试结果
表面处理方式 拉开法附着力/MPa
人工打磨：0号砂纸 2.17
3号砂纸 4.62
机械喷砂 7.40
底漆、中涂采用高压无空气喷涂，具有下列优点：①生产效率高、喷涂速度快；②与有气喷涂比较漆雾减少40％以上；③涂层质量好，一次涂膜厚、附着力好；④喷涂黏度大，节约有机溶剂，与空气喷涂比较节约10％～25％
面漆采用空气喷涂，表面细腻光亮，装饰效果好。
5.3 存在的问题及解决办法
在施工过程中，曾出现个别部位中涂涂层起泡、与底漆附着力差的问题。
原因分析：①无机富锌底漆可与钢铁底材Fe产生化学键合，附着力好，但其干燥速度慢，固化受环境温度、湿度影响大，可能出现局部干燥不充分的现象，影响到中涂与底漆的层间附着力；②发射中心雨雾较多、湿度大，可能在底漆表面形成小水珠或水雾膜，造成附着力差；③无机富锌底漆在成膜过程中易在表面形成较多孔隙，在其上罩中涂层时易起泡。
解决方法：①选用小于16μm(大于1000目)超细粉，使底漆涂层更加致密，一方面提高了防腐性能，一方面解决了中涂层起泡问题；②为提高底漆-中涂的层间附着力，一方面须保证底漆干燥充分，必要时适，当延长喷涂时间间隔。另一方面尽量避免在雨雾天气施工，雨雾之后须彻底清除底漆涂层表面的水滴、油污、杂质，保证工件表面干燥、洁净。
5.4 涂层评价
发射塔架防腐体系由无机富锌底漆-氯化橡胶中涂-丙烯酸聚氨酯面漆组成，是一种先进的重防腐配套体系.
●防腐体系配套性良好，综合了三者的优点。可很好地满足发射塔、避雷塔、消雷塔在重防腐、耐高温、耐候性、防静电等方面的要求。
●防腐体系底、中、面漆均采用常温固化型漆种，解决了大型构件无法烘烤的问题。
●底漆、中涂采用高压空气喷涂，涂膜均匀，附着力好，提高了涂层防腐寿命；面漆采用空气喷涂，表面平整光滑，提高了装饰性。
●防腐体系复合涂层干膜厚度150 μm以上，满足长期防腐要求，预期防腐寿命15年以上。
6 结论
该项目2002年12月2日通过了总装机关、全军装备维修工程中心、总装设计所和发射中心的联合验收，获专家肯定。
防腐体系选用合理，无机富锌底漆-氯化橡胶中涂-丙烯酸面漆配套性良好，对发射塔、避雷塔、消雷塔进行的防腐施工，完全达到了设计要求。
信息来源：hc360慧聪网涂料行业频道版权所有，如需转载请标明出处 兰州理工大学石化院杨保平等
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