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磁性橡胶涂装前保护技术

作者
杨锋
来源
中国腐蚀与防护网
发布时间
2016-07-13
关键词
腐蚀, 钢制品, 涂料, 涂装, 磁性橡胶, 表面处理
领域
腐蚀领域
摘要
磁性橡胶涂装前保护技术
正文
0.引言 为了防止腐蚀要对钢制品进行涂装，但钢制品某些部位还需兼顾其他性能而无需涂装，传统的钢制品涂装前保护方式存在一些弊端，因此一种新的技术被开发出来。 1.钢制品涂装过程中需要进行保护的部位 钢制产品包括建筑钢结构、海洋工程、工程机械等。这些钢制品上或多或少存在着一些无需涂装的区域。如建筑钢结构[1]和船用克令吊[2]的高强螺栓摩擦面，仅喷砂/抛丸而无需涂装以保证足够的抗滑移系数。高强螺栓摩擦面之间的连接分为摩擦型连接和承压型连接，抗滑移系数越高连接就越稳定，尤其是对摩擦型连接来说。摩擦面若涂装将会影响其抗滑移系数[3]，而高强螺栓连接在钢制品中大量存在，尤其是机械类的钢制品。除此以外，有一些区域仅需涂装底漆而无需涂装中漆和面漆，还有的区域仅需涂装至中漆而无需涂装面漆，这些特殊部位绝大多数情况下在进行涂装前都要进行保护。 2.传统的涂装前保护方法 对于仅需表面处理而无需涂装的部位，根据对多家钢结构制造企业的现场调研以及电话咨询，国内传统的保护方式有两种——贴胶带进行保护和涂抹油脂进行保护。对于国外，目前暂时没有证据证明国外使用涂抹油脂的办法进行钢结构涂装前的保护；但根据相关论文配图，国外有使用胶带进行涂装前的保护[4]。除此以外也有其他的保护方法，但主要的保护方法是这两种。 贴胶带进行保护是在表面处理结束后，在无需涂装的区域贴上胶带后再进行涂装作业，完成全部涂装作业后将胶带连同上面附着的涂料一齐去除即可。胶带有很多种，国内一般使用贴纸胶带的方法来进行保护，因为纸胶带和传统的塑料胶带不同，它只需用手就能撕开，相对塑料胶带来说操作方便且快速，因而在工业上大量作为涂装保护用的材料使用。 至于涂抹油脂进行保护的方法，油脂会破坏涂层对钢制品的附着力，这个特性使得油脂被作用钢制品涂装前的保护。具体操作方法是在涂装前对无需涂装的区域涂抹油脂，从底漆到面漆完成涂装后将油脂连同涂层附着物一起铲除，保护用的油脂应当有一定的粘性、不易流挂并且经济适用。 纸胶带保护法适合外观比较规律的规则区域（如矩形或圆形）的保护，如建筑钢结构的钢梁、钢柱的高强螺栓摩擦结合面（也有不规则的，但不多见）；抹油保护适合外观比较复杂的不规则区域，比如圆形或小型多边形的高强螺栓摩擦结合面。 3.传统的涂装前保护方法的弊端及新的保护方法的要求 3.1贴纸胶带法带来的弊端 采用贴纸胶带法进行保护具有以下弊端：（1）操作繁琐浪费人工延误工期，保护位置精度和保护范围的尺寸不易保证。（2）胶带刚贴的时候，胶带与底材的结合力较差在无气喷涂时易被喷出的高压空气掀开，待保护区域会被涂料污染；这一缺点在镀锌和镀铝的钢制品中更加明显，一旦污染上涂料要尽快适用溶剂进行清洁，否则涂料一旦固化若采用打磨方法处理将破坏镀锌和镀铝层。（3）待涂层干燥后需要撕掉纸胶带，若待保护区域连底漆都不用做则需要在表面处理完成后贴纸胶带，完成全部涂装工作后纸胶带才能撕下，这往往需要好几天的时间，因为时间较长纸胶带上的胶体会变的较粘稠，纸胶带难以完全去除；若选用粘性不强的纸胶带在涂装完成后会比较容易清除但在涂装过程中低粘性的纸胶带能够经受住高压无期喷涂中气流的冲击是个问题。（4）工人可能会为了偷懒而不去撕纸胶带，影响构件外观、公司形象并会遭到业主的投诉。我国目前对钢制品涂装并不重视，从业人员素质较低，尤其是建筑钢结构[5][6]。 3.2抹油保护法带来的弊端 使用抹油对构件进行涂装前保护的弊端主要在于油脂涂抹的范围难以控制，抹油过程中油脂涂抹范围会超出应当保护的范围；虽然工人会用布沾着溶剂采用擦拭的方法以去除超出保护范围以外的油脂，但完全去除油脂需要擦拭好几遍，若有微量难以被发觉的油脂残留将会影响涂层的附着力。除此以外这个方法对工期和时间的消耗也是个问题，涂抹油脂本身就是一个很繁琐的工作；为防止油脂残留对附着力造成的隐患，一些钢结构厂会派人对涂抹油脂的过程进行监控，并在油脂涂抹完成后检查；以时间和人工的耗费来降低油脂残留的可能。 3.3新的保护方式的要求 钢制品涂装前传统保护方式存在的种种弊端要求研发一种新的保护方法，新的保护方法应当具备以下优点：（1）操作必须要方便；（2）保护的范围要精确，应当尽可能与无需涂装的区域重合；（3）喷涂尤其是高压无气喷涂喷出的涂料会以一定的速度和压力冲击到钢制品上，若降低喷涂压力会降低涂装的质量，因此保护材料必须要有足够的吸附力，以防止其在涂料和气流的冲击下移位；（4）涂料中含有各种各样的化学物质，它们可能会对某些材料具有侵蚀性，保护材料应当具有化学惰性，能够抵御绝大多数涂料中化学物质的侵蚀，保护材料本身不具备化学惰性的，应该采取一定的措施使其与涂料接触的外表面具有化学惰性；（5）完成全部涂装工作后，保护材料去除方便且没有残留物；（6）保护材料具有一定的经济性，且能够循环使用。为了满足这些要求，初步选定磁性橡胶作为新的保护介质。 4.磁性橡胶的简介和选用 磁性橡胶，顾名思义，就是带有磁性的橡胶制品，橡胶按照来源分为天然橡胶和合成橡胶，天然橡胶的原材料来源于漆树等天然植物，成本昂贵；合成橡胶是人工合成的高分子聚合物，为三大合成材料之一，产量很大。其中天然橡胶的物理性能等综合性能优异但价格较贵[7]。磁性橡胶内填充有磁粉及其他助剂[8]。磁性橡胶的磁性主要取决于磁粉的性能和用量，磁粉很金属磁粉和铁氧体磁粉，金属磁粉磁性强但价格贵，铁氧体磁粉磁性弱但性价比高[9][10]。用于抛丸/喷砂前保护的磁性橡胶要具有一定的强度能抵御磨料的打击[11]。而喷枪喷出的涂料和气流最多使磁性橡胶移位元或脱落，不太可能对磁性橡胶本身造成破坏；另外前面说过保护材料应该要能抵御涂料中化学物质的侵袭，磁性橡胶能有化学惰性那最好；若没有，只需在它的外表面贴一层具有化学惰性的膜就可以了，膜不能太薄，对磁性橡胶的吸附力不能太差，高压无气喷涂的过程中不能脱落或破损。因此，用于涂装前保护的磁性橡胶只要能牢固吸附、不脱落不移位即可，在此基础上，尽可能选择价格便宜的磁性橡胶。故我们采购了所能买到的最便宜的磁性橡胶。 5.磁性橡胶涂装前保护试板验证试验 5.1试验前的准备工作 为了验证上节的推断和磁性橡胶用于涂装前保护的有效性，首先进行试板试验。出于成本等因素本试验用自来水模拟涂料由普通长江牌无气喷漆泵进行高压无气喷涂。试验用厚度为3mm厚且涂有60μm厚度防锈底漆并竖直放置的钢板供磁性橡胶吸附。选用的磁性橡胶尺寸分别为100mm*100mm、150mm*75mm、300mm*75mm和30mm*30mm,其中100mm*100mm磁性橡胶是标准规格的试验试板，为标准参照物；150mm*75mm、300mm*75mm的试验试板规格尺寸与待保护的小面积高强螺栓摩擦面相类似，用于模拟实际保护摩擦面的磁性橡胶，同时验证相同面积但不同形状的磁性橡胶抵御高压无气喷涂（对其吸附力影响）的能力；30mm*30mm磁性橡胶用于验证磁性橡胶在尺寸很小的情况下抵御高压无气喷涂的能力。每种尺寸的磁性橡胶选用0.5mm、1mm、2mm、3mm等不同厚度的各四种，并且在不同的喷漆距离、喷漆角度下进行试验，其目的在于：（1）测试不同厚度磁性橡胶抵御高压无气喷涂的能力；（2）测试喷漆距离、喷漆角度等数据是否会影响磁性橡胶对试板的吸附力。 5.2试验过程及结论 分别将不同规格（厚度、尺寸）的磁性橡胶贴在试板表面。从不同距离、不同角度对其进行喷涂，若在试验过程中磁性橡胶未发生移位元或脱离，则视为合格，反之不合格。远距离指距离大于30cm，近距离指距离小于30㎝；小角度指角度小于45°，大角度指角度大于45°。 根据的试验结果，可以得出以下结论：（1）使用磁性橡胶对钢制品进行涂装前的保护这一理论成立成立；（2）一般情况下（只是在一般情况下是这样），磁性橡胶越厚，其对钢制材质的吸附力越强；（3）磁性橡胶吸附在钢板上后，高压无气喷涂枪嘴的喷漆角度以及枪嘴与磁性橡胶的距离是决定磁性橡胶能否在钢板上牢固吸附的因素；（4）磁性橡胶的形状和面积发生变化时对其能否牢固吸附住钢板无明显影响（不可能没有影响，试验只能证明影响不明显）；（5）为保证磁性橡胶对构件的吸附力，若使用本次采购的磁性橡胶进行保护，在实际构件喷涂中选用2mm厚度的磁性橡胶比较保险。 除了高压无气喷涂外，我还是用压缩空气喷涂的方法进行了磁性橡胶涂装前保护的试验，压缩空气喷涂法的喷涂压力较小，根据试验，0.5mm厚度的磁性橡胶即可在喷涂的过程中对需保护区域起到良好的保护作用。 因为填充磁粉种类和数量的关系，厚的磁性橡胶不一定磁性强，我开发了一种能够验证磁性橡胶吸附力的方法，详见《磁性橡胶表面处理前保护技术》。 6.磁性橡胶涂装前保护的实体构件试验 从理论上和试板试验的结果上看，磁性橡胶用于钢制品涂装前的保护效果良好，为了在实践中检验这项新技术我们还要采用实体构件进行试验，试验目的如下：（1）测试磁性橡胶在实体构件喷涂时能否牢固吸附在钢制品上，喷涂中不发生移位和脱落。（2）喷涂完成并且钢制品上的涂料表干后，附着在磁性橡胶上的涂层能否方便的去除，即使不去除也无影响。 H型钢梁是最普遍存在的钢结构之一，具有一定的代表性，因此选用H型钢梁来进行试验。采用2mm厚度的磁性橡胶对H型钢梁的高强螺栓摩擦结合面进行保护，规格尺寸为250mm*100mm，与需保护构件高强螺栓摩擦结合面的尺寸相同。磁性橡胶本身易被涂料腐蚀，那就在磁性橡胶背面贴一层化学惰性的塑料透明胶带；同时塑料透明胶非常光滑，涂料固化后无法长时间吸附。试验过程将H型钢梁完成抛丸工作后在其高强螺栓摩擦结合面贴上磁性橡胶，按照正常涂装工艺进行喷涂，喷涂完成待涂料表干后，取下磁性橡胶片。本次试验的成功实施证明了磁性橡胶在实体构件上用于涂装前保护的有效性。 7.磁性橡胶对圆形高强螺栓摩擦面涂装前的保护 钢结构一般对整个高强螺栓摩擦面进行保护，但也有一些业主要求仅对高强螺栓摩擦面上与高强螺栓上垫片接触的区域进行保护而无需涂装或仅涂装底漆，其他区域则正常涂装，这样保护区域将是面积和外形等于或略大于垫片的圆形，它一样可以选用磁性橡胶进行保护。相对于对图3所示的整个高强螺栓面进行保护的方法来说，用磁性橡胶对这样的区域保护既有劣势又有优势。劣势在于摩擦面上有很多的螺栓孔，磁性橡胶是无法吸附在螺栓孔上的，若保护整个摩擦面，则螺栓孔的面积占整个摩擦面的比重很小，而仅保护垫片区域的话，螺栓孔的面积约为待保护区域的面积的一半，必将导致磁性橡胶的吸附力减弱；但它的优势可弥补其劣势，高强螺栓垫片的规格就那么几种，单一公司使用的规格种类就更少，因此用于保护它的磁性橡胶规格种类也较少，并且它们的面积都很小，全部使用3mm甚至更厚的磁性橡胶也不会显著增加保护的成本，磁性橡胶对螺栓孔造成的吸附力的不足可以用增加单位面积的吸附力来抵消。 8.本技术的社会经济效益 磁性橡胶在钢制品制造中取代传统的对构件的保护方法，除了具有相当的技术优势外，还能带来一定的社会经济效益。首先是降低涂装的成本，涂装成本在钢制品成本总占有一定的比重。造船业涂装劳动成本占总劳动成本的10%~15%[12]。降低涂装前保护的成本也就是降低了涂装的成本，从而降低总成本，磁性橡胶本身的价格不贵，除了因现场管理不善造成磁性橡胶的丢失外，在用于涂装前的保护时几乎是一次投资永久受益。该技术的社会效益在于减少纸胶带的用量能够减少对森林的破坏和造纸过程中的环境污染，造纸业产生的污水会对环境造成极大的破坏，虽然这些污水能够得到处理。但对污水的处理方式有多种，各有优缺点，难免污染环境[13]。造纸业对水资源的污染甚至造成了当地居民的恐慌，2012年7月28日南通启东因王子造纸排海工程发生万人冲击政府大楼的事件。同时该技术能够减少对人工的依赖，能够缓解目前我国日益紧张的劳动力，我国的人口红利正在消失，逐步放开的二胎政策和东南沿海等地的用工荒很好的证明了这点。在这样的背景下，这项技术的社会效应甚至可能超过它所能带来的经济效益。 9.本技术的弊端和缺陷 磁性橡胶用于钢制品涂装前的保护虽然有很多优点，但其缺点也很明显：（1）磁性橡胶有一定的成本，因此使用磁性橡胶进行保护对现场的管理水平和工人的责任心有一定的要求，且适合大量相同面积的区域的保护；（2）只能用于保护平面和曲面，且被保护物需具有磁性，这两点同用于表面处理前保护的磁性橡胶一样；（3）用于钢制品涂装前的保护方法之一是抹油，抹油法除了防止涂料污染外还能起到防锈的作用，而磁性橡胶只能防止涂料的污染，没有防锈的功能。本技术的这些缺陷决定了它只能部分替代传统的纸胶带和抹油保护法，而不能完全替代，但它与传统保护方式配合使用可以减少成本和提高生产效率及产品质量。 10.结语 随着自然资源和人力资源的紧张以及人们对环境保护的利益重视，将磁性橡胶用于钢制品涂装前的保护除了能为使用企业带来经济效益外，还能带来一定的社会和经济效益。虽然它因为自身存在的一些缺陷存在一定的适用范围而只能对传统的涂装前保护方法部分替代，但该技术仍然值得被大力推广使用。 更多关于材料方面、材料腐蚀控制、材料科普等方面的国内外最新动态，我们网站会不断更新。希望大家一直关注中国腐蚀与防护网http://www.ecorr.org 责任编辑：刘洋 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