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船舶涂料的发展现状及新标准对行业的要求,简要介绍了我国船舶涂料的发展历程
2019年09月05日    阅读量:1745     新闻来源:中国机械网 okmao.com    |  投稿

0 引言

近年来,我国船舶制造业呈现强劲的增长态势,占世界造船市场份额不断扩大。我国造船业的布局为三分天下,集中力量建设长三角、珠三角、渤海湾三大造船基地。中国造船业的飞速发展极大地促进了船舶涂料工业的发展,船舶涂料生产企业也主要分布在长三角、珠三角、环渤海湾地区中国机械网okmao.com。20 世纪80 年代以来,世界著名的船舶涂料生产厂商纷纷进驻中国,几乎都在中国建立了生产基地,设立销售网络。


在大型、多功能船舶方面,外资船舶涂料生产企业,特别是欧洲船舶涂料公司(如国际、佐敦、海虹、式玛)、日本企业(如中涂、关西)等厂商垄断船舶涂料市场,占有95% 以上的市场份额[1]。


我国船舶涂料制造商目前也已具备相当规模和技术实力,但整体技术水平仍落后于发达国家,再加上品牌意识不强,其主要市场为国内小渔船、内河船及国内舰艇等。在今后5~10 年,在宏观经济快速发展的推动下,我国船舶涂料和涂装仍将呈现快速发展的趋势。预计船舶涂料以约7% 的速度增长,2010 年船舶涂料产量将超过15 万t。


1 我国船舶涂料发展历程及现状

20 世纪 80 年代初,我国船舶漆总体水平处于起步阶段,主要的生产厂有上海开林造漆厂、大连油漆厂和广州造漆厂等,以生产沥青漆、醇酸漆两大类涂料为主。因此,船舶的整体防护水平低,施工性能差,涂料干性差,漆膜薄,远洋轮船一般每年需进船坞一次重新涂漆。


1979 年,香港招商局海通公司引进丹麦Hempel 公司船舶漆专利技术,开始生产传统型和中档船舶漆,除了传统型醇酸漆外,还有不溶解型氯化橡胶防污漆、环氧沥青压载舱漆、船底防锈底漆、环氧车间底漆、快干丙烯酸面漆等系列,使船舶漆的配套升级到中档水平,远洋轮船进船坞周期可延长至一年半到两年。自抛光防污漆(SPC)是国外20 世纪70年代开发的新型防污漆,它在船舶航行时可以自动抛平,保持或降低船底粗糙度,保证航速,节能效果明显。


80 年代中后期,国外各主要船队已有一半以上采用自抛光防污漆,而我国的远洋船队此时才开始进入试验阶段,一直到 90 年代才大量采用。80 年代我国典型的船舶漆配套体系如下:船底防锈体系采用2 道沥青防锈漆/2 道氯化橡胶防锈漆;船底防污体系采用2道沥青防污漆/2 道氯化橡胶防污漆;水线采用2 道酚醛醇酸底漆+ 醇酸水线漆/2 道氯化橡胶底漆+ 氯化橡胶水线漆;外舷采用2 道红丹醇酸底漆+ 醇酸船壳漆/2 道氯化橡胶底漆+ 氯化橡胶船壳漆;甲板采用2 道红丹醇酸底漆+ 醇酸甲板漆/2 道氯化橡胶底漆+ 氯化橡胶甲板漆;压载舱采用水泥浆+ 沥青漆/ 环氧沥青漆;散装货舱采用2 道酚醛醇酸底漆+ 油改性铝粉漆。


90 年代以来,我国的船舶漆和造修船行业有了质的飞跃,并逐步走向成熟。90 年代末,世界上各主要的船舶漆集团都到中国投资建厂,如较早的英国IP、挪威的JUTON、日本的关西涂料,再后来荷兰的SIGMA、英国的伯爵、韩国KCC 以及我国台湾的永记等。


这标志着代表当代船舶漆先进水平的外国涂料厂家大量进入中国市场,对我国的船舶漆生产厂无疑是一个很大的冲击,但也促使我国船舶漆生产企业在激烈的竞争中不断进步。青岛海洋化工研究院、中船总公司725 所、上海11 所等单位,在船舶漆生产和涂装方面投入了大量研发力量,取得了许多可喜的成果。


与此同时,船舶漆品种从传统型向中高档方向发展,以环氧漆为主体的船舶漆,已经占整个新造船用涂料的60% 以上。环氧漆或环氧沥青漆不仅作为船底防锈漆体系的主要品种,而且广泛应用于压载舱、淡水舱、化学品舱等作为舱用涂料。


新造船的外舷区,有70%的船舶采用环氧漆作为防锈漆体系。环氧漆的耐化学品性优良、附着力强、硬度高、耐冲击性好,因此得到迅速的发展和广泛的应用,逐渐取代了传统的醇酸类涂料和因环保问题而日渐萎缩的氯化橡胶类涂料。另外,进入90 年代,世界环保呼声日益高涨,各国环保法规不断强化,推动船舶漆向高效、节能、环保、经济方向迅速发展。


无毒、低毒、高固体分厚浆、无溶剂、重防腐等新一代船舶漆品种不断出现,最明显的例子是无锡自抛光防污漆(TF-SPC)的出现和市场化。虽然自抛光防污漆性能优异,是防污漆的主流品种,但它采用有机锡丙烯酸共聚物,水解后有机锡基团进入海水中,严重影响海洋生物的生态环境。为此,世界各大船舶漆公司在 90 年代初就致力于无锡自抛光防污漆的开发研究,并不断推出新的替代产品。


与此同时,高固体分厚浆重防腐涂料研制成功,在船舶上得到应用。该涂料一次成膜厚度可达 200 μm 以上,甚至可达500~2 000 μm,可减少施工次数,节省人工和船舶制造周期,且防腐性能优异。


另外,由于它的固体分高,挥发性有机化合物(VOC)含量低,符合环保要求,也减轻了对环境和施工人员的危害。90 年代典型的船舶漆配套为:船底防锈漆体系采用2 道环氧沥青漆+ 乙烯沥青漆/2 道高固体分环氧漆+ 改性环氧漆;船底防污漆体系采用 2 道或3 道SPC+2 道或3 道TF-SPC ;水线采用环氧- 乙烯沥青漆+2 道SPC/ 环氧漆+ 改性环氧漆+2 道TF-SPC ;外舷采用2 道环氧漆+ 丙烯酸磁漆(聚氨酯面漆);甲板采用2 道高固体分环氧漆;压载舱采用2 道环氧沥青漆 /2 道改性环氧漆;散装货舱采用2 道改性环氧漆;油舱采用2 道改性环氧漆。


值得一提的是,90 年代以来我国涂装技术提高到一个新水平,各大中型造船厂纷纷成立了专门的涂装公司,对涂装设备、涂装工艺和涂装管理进行了大量改进和标准化工作。船舶漆和涂装技术的巨大进步,为我国造船业的发展作出了应有的贡献。


2 船舶各部位对涂料质量的要求

随着现代工业的高速发展,船舶的现代化、高速化、高效率运输及环境保护方面愈来愈受到人们的广泛关注,船舶涂料也在不断更新换代。根据船舶不同的部位,船舶涂料大体可分为船底涂料,水线、外舷、甲板涂料,油舱涂料,饮水舱涂料,货舱涂料,压载舱涂料等。


2.1 船底涂料的质量要求

钢材在海水中的自然腐蚀量为0.1 mm/a,附着在船底外部的海生物也会引起航行速度降低,造成燃料费、清除费的增加,所以要求船底涂料具有优异的耐海水性和防污性。防污漆是船舶漆的重要产品之一,是由漆膜中防污剂在一定时间内缓慢地溶在海水里,从而防止海生物的附着。


长久以来,以有机锡为防污剂的防污漆作为一种实用、有效的防护涂料广泛应用于船舶船体水线以下部位等。


但随着有机锡材料在防污涂料中的大量使用,有机锡对海洋环境的污染也逐渐引起人们的重视。国际海事组织(IMO)要求从2003 年1 月1 日起禁止使用有机锡基防污漆,到2008年1 月1 日完全禁止在船舶上使用该类产品,有机锡基防污涂料就此逐步退出历史舞台[2]。


我国国家标准GB/T 6822—2007《船体防污防锈漆体系》自2008 年4 月1 日开始实施,该标准规定防污漆中锡总量应小于2 500 mg/kg 干油漆样品。该标准实施后,为我国目前各类船舶防污漆以及配套的船底防锈漆提供一个与国际先进水平接近的、切实可行的国家标准。近年来,我国船底防锈漆生产企业加大研发力量,环境友好型防污涂料得到快速发展,以氧化亚铜为主要防污剂的新型无锡防污涂料就是其中之一。


2.2 水线、外舷、甲板涂料的质量要求

水线、外舷、甲板由于干湿交替作用引起腐蚀,波浪冲击引起损坏及紫外线照射引起老化,该部位的涂膜应具有良好的耐海水腐蚀性,优异的物理机械性、耐磨性、耐冲击性和耐候性。由于四氯化碳溶剂对大气层的危害,已被列入限制或禁用之列,以此类溶剂生产的氯化橡胶涂料也逐渐被限制或禁用。


开发取代氯化橡胶的高氯化聚乙烯、热塑性丙烯酸树脂用于水线漆;开发改性环氧漆、丙烯酸漆、高性能丙烯酸聚氨酯漆,用于船壳;开发耐磨性、耐候性、耐化学品性优良的甲板防腐漆是船舶漆发展的趋势。2008年新制修定的GB/T 9260—2008《船用水线漆》、GB/T6745—2008《船壳漆》、GB/T 9261—2008《甲板漆》等国家标准对相关的产品性能提出了更高的要求,涂料生产企业应调整产品配方,提高产品综合性能。


2.3 货油舱涂料的质量要求

我国货油舱漆主要采用纯环氧涂料和环氧沥青涂料,这两种涂料都具有良好的耐油性、耐化学品性和耐水性,能满足货油舱的耐油性和耐海水性要求,但由于涂装道数多,这对于通风困难的舱室施工比较麻烦。


为了减少涂装道数、简化施工工序、减少环境污染及对人体的危害,有必要开发厚膜型货油舱涂料。2008 年新制修定的GB/T 6746—2008《船用油舱漆》、GB/T 9262—2008《船用货舱漆》对产品的耐盐雾性能要求有所提高。另外,国际海事组织(IMO)目前已成立工作组,正在起草船舶空舱和货油舱的保护涂层性能标准,其中对涂层的主要性能要求有:耐二氧化碳、二氧化硫和硫化氢气体、耐有机酸、耐热性(70℃)等;对油舱顶面涂层要求能耐热/ 冷循环。针对IMO 拟制订的新标准要求,我国船舶漆生产厂家应该早作准备。


2.4 饮水舱涂料的质量要求

饮水舱涂料要求涂料饮水性试验合格,并耐水。国产饮水舱涂料以纯环氧涂料为主,具有较好的耐水性、耐油性和耐化学品性,毒性较低。缺点是施工温度低于5℃时涂膜难以固化。


国产饮水舱涂料执行的标准为GB 5369—2008《船用饮水舱涂料通用技术条件》,该标准系强制性国家标准,2008 年12 月发布,2009 年12 月1 日实施。原标准理化指标基本满足使用要求,但其卫生要求已不满足日趋严格的环保及卫生防护的要求,诸如停靠美国的船舶要求饮水舱涂料取得FDA 认证,有的船东提出应对饮水舱涂料作更详尽的毒理学试验等,修订后的标准在基本保留原标准中特性理化指标的基础上,参照卫生部的卫法监发[2001]161 号文件对卫生要求作了较大的改动和增补。


修订后的标准不仅规定要进行生活饮用水水质卫生检测,还规定应进行浸泡水的LD50、Ames 和哺乳动物细胞染色体畸变的毒理学试验。因此涂料生产企业应进一步关注产品的安全性,开发无溶剂和水性饮水舱涂料是今后发展的方向。


2.5 压载舱涂料的质量要求

压载舱处于舱室内高温、高湿和海水的严重腐蚀环境,加上舱室的结构复杂,使得压载舱的防腐蚀涂层很容易在较短时间内发生裂纹、剥落和失效,进而引起船体结构腐蚀。由于压载舱的结构特点,其周期性维护非常困难,因此要求压载舱涂料具有长效的可靠使用寿命。


环氧沥青涂料、聚氨酯沥青涂料是防腐性能优异的压载舱涂料,但由于其黑颜色不易发现早期的涂层破坏所引起的基体钢板锈蚀问题,以及对涂装施工人员的健康影响,使得沥青系压载舱涂料退出在压载舱部位的应用。目前压载舱用涂料主要为厚膜环氧型涂料。2008 年,我国新制修定了GB/T 6823—2008《船舶压载舱漆》国家标准。


该标准的技术指标与2006 年12 月8 日国际海事组织(IMO)海事安全委员会(MSC)根据修订的海上生命安全公约(SOLAS)条款Ⅱ -1/3-2通过的《船舶专用海水压载舱和散货船双舷侧处所保护涂层性能标准》(简称PSPC)相关内容等效,标准的主要试验方法、试验条件、评定指标等与PSPC 中的附件《所有类型船舶专用海水压载舱和散货船双舷侧处所用涂层的涂层合格性试验程序》一致。


2006 年12 月8 日,国际海事组织(IMO)海事安全委员会(MSC)根据修订的海上生命安全公约(SOLAS)条款Ⅱ -1/3-2通过的保护涂层性能标准(简称PSPC)/1/ 中《所有类型船舶专用海水压载舱和散货船双舷侧处所用涂层的涂层合格性试验程序》已于2008 年7 月强制实施。


该标准包括涂料、涂层性能标准及造船涂装全过程质量控制要求两部分。PSPC 规定:船舶压载舱涂层保护的目标寿命为15 年,在涂层选择的预备资格试验中,除涂层体系防腐的通用性能检测外,必须通过依据其附件1《船舶专用海水压载舱和散货船双舷侧处所保护涂层的资格试验程序》的试验程序或等效的试验程序进行的180 天试验。目前,国内压载舱涂料生产企业及船厂的产品质量、涂装实际状况与新涂层标准要求比较,差距较大,要满足新标准的要求,需要较大的投入和改进。


3 提高船舶涂料质量的途径和建议

3.1 加强基础研究,提高涂料产品技术水平

船舶涂料新标准的颁布实施以及国际海事组织正在制定的一些船舶涂料性能强制性标准或公约,促使我国加强对船舶涂料的基础研究,提高船舶涂料产品的技术水平。常州涂料化工研究院、青岛海洋化工研究院、北方涂料工业研究设计院和中船重工725 研究所是目前国内主要的船舶涂料研究单位。


我国部分大专院校依托多学科的优势,走产学研的发展道路,逐渐形成基础和应用相结合的研究队伍和研究基地,北京化工大学、上海复旦大学等十余所院校都开展了船舶涂料相关的基础研究及应用研究。


但绝大多数涂料企业受资金和人才等因素制约,都不具备先进的研究手段,大多数企业的研究都是根据合成的树脂产品和配制涂料的简单物化性能来判断产品的优劣。我国船舶涂料质量要上一个新台阶,各相关研究机构、涂料生产企业应加强人才培养,关注高耐候性配套涂料的开发、液体舱室配套涂料的开发、高效低毒防污涂料的开发、船舶防腐涂料的环保化。


3.2 加强涂料施工性能和涂装工艺的研究

从涂料- 涂装一体化的理念出发,重视涂料施工性能(涂料对不同底材以及底材处理程度的适应性,涂料对施工方法和施工工艺的适应性,涂料对施工环境的适应性)的研究,不断优化和提升涂料产品的综合性能,加强涂料配套体系和性能评价的研究,提高配套涂料体系的科学性和合理性,适应不同腐蚀环境的要求。尤其是设备、设施的保养或重涂过程的涂装工艺,表面处理和配套涂料体系,由于腐蚀和施工环境不同,原涂层损坏状况差异,施工条件恶劣,应引起高度重视。


在进行实验室研究的同时,还应该注重现场实地试验以及工业化问题,只有解决了后者问题,船舶涂料才能真正达到为人类服务的目的。目前我国船舶涂料生产企业已意识到高性能涂料施工工艺和化学品/ 成品油舱特种涂装技术的重要性,计算机管理技术、区域涂装技术已在骨干船厂推广,这些涂装新技术的应用,使得涂装技术水平、生产效率和涂装质量大大提高,但与先进造船国家的差距仍然较大。


3.3 加强涂装人员、涂层检验人员的职业技能培训

市场的竞争归根到底是人才的竞争和管理水平的竞争,我国企业与跨国公司的竞争力比较,最薄弱的环节就在于此。相比较而言,目前涂装技术服务和管理人才素质更加不适应竞争的要求,长期的计划经济模式导致涂料和涂装分割。改革开放以来,我们的施工管理水平和人员素质有了长足的进步,但是缺乏系统的培训,难以保证高端市场的需求。


我国船舶和重防腐工业的发展需要大批高素质的项目经理、技术代表和符合技能要求的施工人员,而当务之急是需要组织、培养符合执行新涂层标准的专业人才。国际海事组织(IMO)第82 届海安会已通过《所有类型船舶专用海水压载舱和散货船双舷侧处所保护涂层性能标准》。目前,我国船厂的普遍涂装实际状况与新涂层标准要求比较,差距较大,要满足新标准的要求,需要较大的投入和改进。根据对我国两大造船集团所属主要船厂和部分地方骨干船厂的初步调查分析,如果我国船厂在现有条件下实施该标准,由此造成全国造船产量的减少将有可能超过20%。


涂层标准明确要求检验人员应由具有NACEI I 级(美国标准)、FROSIO 红级资格的检验人员(挪威标准)资格或主管机关/ 主管机关认可组织承认的同等资格。目前我国尚无行业执行涂层检验人员资质培训、认可体系,获NACEI I 级或FROSIO 红级资质的检验人员初步估计仅有100 余名,这些人员绝大多数为涂料生产厂商所雇用,不具备第三方性,而我国船厂中获得上述证书的人寥寥无几。因此,建立我国自己的涂层检验人员的培训和发证中心机构并与国际接轨已迫在眉睫。从涂装检验的工作量来看,专家初步认为全国需要满足标准所要求资质的专业检验人员应不低于700~1 000 人。今后几年,相关部门应在加强船舶涂料涂装人员、涂层检验人员职业技能培训上多做工作。


3.4 加强标准化工作,关注国际标准动向

我国船舶涂料发展迅猛,国内标准化组织近年来在人力、财力上也加大投入,相关标准、法律法规也不断完善。但与国外相比,对国外标准的早期介入较少,造成国内相关的技术、检测标准相对滞后,认证的检测点过多且分散。在以后的标准工作中应结合相关国际知名船级社,如英国劳氏、德国劳氏、挪威DNV、美国船级社等的检测标准方法,进一步提高和完善国内船舶漆标准,以便促进我国船舶涂料的发展。


4 结语

我国船舶涂料在近几年获得长足发展,但随着新国家标准以及国际海事组织强制性标准和公约的颁布实施,各相关研究机构、涂料生产企业应进一步关注新标准的要求,加大高耐候性配套涂料、液体舱室配套涂料、高效低毒防污涂料的开发力度,推进船舶涂料行业的发展。


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