一种水线区涂层防污性能实海评价方法与流程

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1.本发明属于海洋防污技术领域，具体涉及一种水线区涂层防污性能实海评价方法，在实海条件下，基于配重法利用浮球对船舶和海洋设施防污涂层材料在水线区抗污损性能进行快速评价。


背景技术：

2.海洋生物污损是指海洋微生物、植物和动物在浸没于海水的表面上吸附、生长和繁殖所形成的生物垢，对船舶、核电站、石油生产平台等海洋工程设施造成了极大的危害：船舶船体被海洋生物污损后，会变得粗糙，重量增加，使得航行阻力增大，燃料消耗显著增加；污损生物还会阻塞海水输送管道，影响海水蓄能电站、核电站、潮汐发电机组等近海和海上设施的正常运行。
3.海洋污损生物主要集中在水线区及水线以下，分布状况与船舶的船型、靠港时间长短、港口的水文环境、季节、航行海区、航速、涂装防污漆种类、涂装施工工艺等都有关系。从水下不同深度的海洋污损生物的生长状况来看，海洋污损生物的群落组成和密度呈现垂直分布差异。由于水线区光照充足，附着的污损生物主要是可进行光合作用的浒苔和石莼等大型藻类、硅藻等微型藻类，以及以微藻为食的藤壶、水螅、贻贝等污损动物。同时，由于船舶等水线区受自身载重量、海浪波动、潮汐等影响，属于干湿交替区域，长期受波浪冲击，表面涂装的涂层老化更快，导致防污效果下降，污损比水下全浸区出现的更早也更严重。基于此，针对水线区开发专用的耐受干湿交替和波浪冲击的防污涂层体系是非常必要的，而对水线区防污性能进行可靠性评价是水线区涂料开发的根本。
4.然而，现有技术中缺乏对水线区防污涂层进行快速可靠评价的方法，限制了专用涂层体系的高效研发。目前，防污涂层防污性能的测试主要采用实海挂板的方法：《gb5370
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2007防污样板浅海浸泡实验方法》和《gb7789
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2007船舶防污漆防污性能动态试验方法》，例如：中国专利202110279089.x公开的一种实海环境海洋污损生物腐蚀试验方法，工艺过程包括准备工作、试验、获取数据和分析数据共四个步骤：(一)准备工作：切割200mm
×
100mm
×
2mm
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10mm和100mm
×
50mm
×
2mm
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5mm两种型号的试样，分别称为大试样和小试样，清除试样表面的轧制氧化皮，用溶剂脱脂清除试样表面的油脂和污垢，并擦洗除去不溶解的污物，应，保证试样表面状态均匀；称量试样的重量，包括碳钢和低合金钢的不耐蚀材料精确到10mg，耐蚀材料精确到1mg；测量试样的尺寸，长度和宽度精确到0.05mm，厚度精确到0.02mm；利用电化学工作站收集试样的开路电位、极化曲线和阻抗谱；(二)试验：取小试样按照gb10124金属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法进行金属材料实验室无菌海水腐蚀试验，在大试样上设置三支点绝缘垫片和固定连接片，利用人工气候箱、灭菌海水进行无菌条件下典型船舶材料的腐蚀试验，在实验室腐蚀试样，按照实海试验地点的基本海水因素与人工气候箱设定试验条件进行，每周更换灭菌海水，包括盐度、温度和光照度的试验参数根据实海试验地点的环境参数设定；取大试样进行实海环境材料筛绢包覆腐蚀试验，在大试样上设置三支点绝缘垫片和固定连接片后，包覆微孔式筛绢，固定于框架中，隔离大型污损
生物附着，仅允许微生物通过，进行筛绢包覆典型金属材料实海全浸试验，筛绢为目数500
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1500目的耐海水老化聚合物纤维网，优先选择尼龙网；取大试样依据gb/t6384
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2008和gb/t5370
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2007进行实海环境材料裸露腐蚀试验，当采用金属框架固定大试样时，在金属框架与大试样之间设置绝缘材料，实海全浸，污损生物自由附着；(三)获取数据：按照设定的时间取出试样，观察并记录试样表面和边缘的变化，统计实海裸材试样表面污损生物种类和附着数量；采用电化学原位测量方式测定试样的开路电位、极化曲线和阻抗谱；去除污损生物，按照gb/t16545清洗试验样品腐蚀产物，称量试样的重量，按照gb/t18590规定测量点蚀深度；(四)分析数据：对比分析试样的试验数据，根据腐蚀失重计算腐蚀速率，结合腐蚀形貌分析不同污损状态下腐蚀差异；根据开路电位、极化曲线和阻抗谱，分析试样的腐蚀机制，形成实海生物腐蚀特征。但是，水下0.2
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2米的位置，属于全浸区，对全浸区涂层的考核具有重要作用，但由于水线区是干湿交替区，环境、污损生物种群和工况条件与全浸区存在明显差异，现有全浸区的试验方法不能满足水线区防污性能的测试需求，无法准确的考核水线区防污涂层的使用效果。因此，设计一种水线区防污涂层防污性能测试的评价方法，建立快速检测防污性能以缩短防污涂料的研发时间，及时找到合适的防污体系，对提高防污措施的有效性和针对性具有重要作用和意义。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种船舶及海洋工程设施水线区涂层防污性能实海评价方法，为高通量的快速、简便评价防污涂层在水线区使用的可靠性，采用浮球分区涂刷、水线区定位的技术手段。
6.为了实现上述目的，本发明涉及的水线区涂层防污性能实海评价方法的工艺过程包括涂装浮球、配重、实验和分析实验结果共四个步骤：
7.(一)涂装浮球：依次对浮球表面进行粗糙化处理、溶剂清洗、干燥、划区和分区涂装，并编号标记，使涂装层与浮球球体良好附着，以进行小面积多涂层测试或大面积单涂层测试；
8.浮球的直径为20
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50cm，壁厚为0.5
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10cm，底部有1
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2个环扣(单耳浮球、双耳浮球)，材质包括玻璃微球浮体材料、泡沫非金属材料、空心金属和非金属材料，金属材料包括但不限于不锈钢、钛合金、铝合金、碳钢、高强钢和铜合金，非金属材料包括但不限于聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)、聚氯乙烯(pvc)和聚丙烯腈
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丁二烯
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苯乙烯(abs)；
9.粗糙化处理过程为采用喷砂或3号金刚砂纸打毛，除去表面锈蚀和氧化层，达到sa2.5级后除去表面砂尘；
10.溶剂清洗过程采用低沸点易挥发的溶剂，包括丙酮和乙醇,禁止采用溶解浮球材料的溶剂；
11.划区是根据测试涂层的个数按照浮球表面经线方向划定1
‑
20个区；
12.分区涂装采用刷涂或喷涂方式，室温下涂装1
‑
2道，静置表干后再涂装一次，实干后的涂层厚度为100
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300微米，当浮球为非金属材料且与防污漆结合良好时，不用涂刷防腐漆和连接漆，直接涂装防污漆即可，当浮球为金属材料时，根据防腐要求和涂层附着力情况，涂装防腐漆和连接漆；
13.(二)配重：根据浮球大小、材质和重量，选定浮球的浮力，计算配重的重量，选定配
重并进行表面防污处理，防止其表面生长海生物后自重增加过大；
14.配重的重量采用公式：m
p
＝f
q
f
p
‑
m
q
计算，其中，m
p
为配重的重量，f
q
为浮球一半体积浸没时产生的浮力，f
p
为配重全浸时的浮力，m
q
为浮球和涂层的重量；
15.配重选用密度大、耐腐蚀的材料，包括但不限于混凝土块、铅块和涂装防腐防污漆的钢块，表面防污处理漆包括但不限于i型防污漆；
16.(三)实验：在自然海域进行实海实验，将步骤(一)涂装的浮球与步骤(二)处理的配重用尼龙绳连接，使浮球的赤道线在水面上下2cm范围内，配重与浮球之间的距离为1
‑
5米，以避免配重表面防污涂层或海生物附着的影响，然后用固定绳索将配重与锚连接，按照水线区涂层的实验要求实施实验；
17.(四)分析实验结果：实验完成后，整理、分析实验结果，以快速筛选和评价船舶及海洋设施水线区用防护涂层的性能。
18.本发明涉及的浮球和涂层的总重量使浮球的赤道线在水面上下2cm范围内时，不设置配重。
19.本发明涉及的水线区涂层防污性能实海评价方法采用大浮球，单区涂装时，能够实现大面积防污性能测试，同时，浮球在海水中随水流飘动和转动，使涂层不同分区在实海中处于各向同性的环境，与全浸固定板式单向迎流面光的各向异性不同，能够更好的模拟各向同性的实际工况特点。
20.本发明涉及的水线区涂层防污性能实海评价方法能够同时考察同一防污涂料涂层在水上，水下，水线三个不同部位的涂层耐受海洋环境的性能。
21.本发明涉及的水线区涂层防污性能实海评价方法能够作为快速筛选和评价船舶及海洋设施水线区用防护涂层的实海试验方法，为开发水线区专用涂料提供实海试验效果评价。
22.本发明与现有技术相比，首先采用浮球作为测试涂层的载体，对其表面进行粗糙化处理
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溶剂清洗
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干燥
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划区
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分区涂装，使防污涂层与球体良好附着，然后根据浮球在水中的位置、浮球及配重物排开的海水体积，浮球自重计算配重物质量，再利用固定绳索将浮球与配重固定，调节浮球在海水中的位置，满足水线区环境工况要求，最后进行实海实验并根据实验结果对测试涂层水线区的防污性能进行有效评价；其流程简单，可重复性强，浮球表面进行分区涂装时，能够同时进行小面积多涂层测试，具有高通量的特点，浮球越大，分区数目越多，当采用大浮球单区涂装时，能够进行大面积防污性能测试，测试时利用浮球转动时的各项同性，保证实海测试中各个分区涂层的一致性，符合实海水线区的实际工况特点，在实现评价水线区防污涂层防污性能的同时考察涂层在水上，水下，水线三个不同部位的涂层耐受海洋环境的性能，具有快速、简便、可靠的优点，推广和应用前景良好。
附图说明：
23.图1为本发明的实验状态示意图。
24.图2为本发明涉及的浮球涂装的照片，其中，a为浮球涂装前表面处理和经线分区照片，b为浮球涂装后的前视方向照片，c为浮球涂装后的俯视方向照片，d为浮球涂装后的仰视方向照片。
25.图3为本发明涉及的实海实验照片。
26.图4为本发明涉及的实海实验结果照片。
具体实施方式：
27.下面通过实施实例并结合附图对本发明做进一步描述。
28.实施例1：
29.本发明涉及的水线区涂层防污性能实海评价方法的制备工艺过程包括涂装浮球、配重、实验和分析实验结果共四个步骤：
30.(一)涂装浮球：选用直径为30cm、重量为1.8kg的底部有2个环扣的聚乙烯双耳中空浮球进行涂装，首先对浮球表面进行粗糙化处理，采用3号金刚砂纸打毛，除去表面氧化层，使粗糙度达到sa2.5级，然后除去表面砂尘，选用乙醇清洗并晾干；在浮球表面按照经线方向划定12个分区，采用刷涂方式直接在每个分区涂装防污漆，涂装12种涂层，包含空白和对照涂层，室温下涂装2道，静置表干后，再涂装1道，实干后，涂装层的厚度为200微米，对每个分区进行编号标记；
31.(二)配重：选用钢块作为配重，当浮球的赤道线在水面时，浮球一半浸水，选定浮力为70n计算配重的重量，为5.8kg，在配重表面涂装725
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b40
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afb2无锡长效防污漆，进行防污处理，避免配重表面防污涂层或海生物附着的影响；
32.(三)实验：在青岛市鳌山卫海域进行实海实验，将步骤(一)涂装的浮球与步骤(二)处理的配重用尼龙绳连接，然后用固定绳索将配重与位于海底的锚连接，使得浮球半浮在水面，按照水线区涂层的实验要求实施实验；
33.(四)分析实验结果：实验完成后，整理、分析实验结果，以快速筛选和评价船舶及海洋设施水线区用防护涂层的性能。