聚脲材料在大型海洋工程中的运用范文

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1聚脲弹性体的质量指标及其选用

虽然喷涂聚脲用于海洋工程在国外已有成功案例，但在我国用于大型海洋工程尚属首次，某些技术指标尚无先例可循。因此对涂层的各项质量指标和检测标准共同进行研讨和商定，其要点为：（1）根据我公司喷涂纯聚脲SWD900材料的性能，我方主动提出了涂层的附着力指标>8.0MPa的承诺，获得了业主的高度满意。（2）外方十分强调耐阴极剥离强度的重要性，但按美国标准ASTMG8的检测方法，在我国尚难以进行检测，因此商定采用我国石油天然气的行业标准SY/T0315—2005进行阴极剥离强度检测，其技术指标设置商定为由参考值“环氧烧结刚性涂层”的6mm，调整为SWD900弹性体的9.5mm，这优于我国聚脲行标中对刚性聚氨酯涂层规定的15mm水平。（3）对100%电火花渗漏检测的电压取值，参照我公司样板测试的选用电压15kV。根据有关行标推荐的计算方法的计算结果，采用电压为10kV/2mm。在聚脲主材的质量管理体系中，按照ISO9001认证体系的规范，完善了从原料质量到车间投料，工艺操作到包装计量，成品质检和仓储管理等所有程序各个环节的监控和质保体系，确保了大批量聚脲投料的质量稳定性。

2辅助配套系列产品的研发

我公司同时研发了辅助配套产品——双组分聚氨酯防锈底漆SWD959D；层间搭接剂SWD959C和手工涂覆型聚脲修补材料SWD956G。

2.1SWD959D双组分聚氨酯防锈底漆该底漆引入了改性基团，使涂层在满足附着力和耐腐蚀性的基础上，达到了耐阴极剥离强度的要求。

2.2SWD959C层间搭接剂SWD95C层间搭接剂采用安全环保型的MDI（二苯基甲烷二异氰酸酯）和非苯类溶剂达到绿色环保的效果。

2.3SWD956G手工涂覆型修补材料SWD956G是双组分手工涂覆型修补材料，它与SWD900喷涂聚脲弹性体主材具有极好的兼容性，且兼具高强物化性能、高流平性，不起泡，不流挂，操作时间长，能有效地应用于施工修补和异形结构点的涂覆。

3施工技术要点

3.1施工现场温湿度施工现场，首要解决环境温度、基材温度、原料温度的严格控制和管理。尽管工件长和宽达到数十米，高达15m，仍采取严格搭建保温帐篷，吹送干燥热风的措施。干燥热风的出口温度约30~35℃，湿度<30%，从而确保施工现场环境达到表4条件。

3.2施工设备采用3台GRACOH-XP3Reactor和1台HV20/35聚脲喷涂机，喷枪采用Fusion系列AP枪，局部采用小流量喷枪，以便于控制。

3.3基材处理钢结构基材表面先进行喷砂处理，按GB/T9823的Sa2.5级要求，锚纹高度为40~100μm，实测其平均值为70~75μm，达到清洁标准，并对焊缝、节点、死角进行严格的预处理。

3.4施工质量控制（1）提前预热备用料桶；提前清理好喷枪，以确保施工操作过程稳定，同时连续进行涂层质量和涂层厚度监控；（2）现场制备试样，进行附着力监控，实施100%电火花检验；（3）严格进行待喷区域的遮蔽保护和喷涂前的飞溅颗粒铲除，防止续喷过程中形成搭桥、空洞等缺陷；（4）严格控制施工操作时间段，对有效避免涂层表面异常状态而导致鼓泡和剥离缺陷具有特别重要的意义。实践证明，在超出正确施工操作时间段的情况下，涂层表面会受到不同程度的污染，基层底涂层熟化不完全或熟化过度都会造成附着力变差，甚至分层和鼓泡等缺陷。（5）无论是修补或大面积搭接施工，正确使用SWD959C层间搭接剂都能使层间黏结力达到材料本体强度。层间搭接剂的涂覆面积必须大于待修补区域200mm以上，复喷主材区域必须小于搭接剂边界200mm，否则会造成层间剥离。

4涂层的鼓泡、起泡和剥离等缺陷分析

（1）由工程实践表明：涂层鼓泡、起泡和剥离等缺陷，主要由A料和B料比例失衡（overratio）和混合不匀所致。A料过量时，过量的A料继续与空气中的水分发生反应生成CO2气体，在涂层间和涂层与基层间形成气垫，产生潜在起泡区；B料过量时，多余的B料不能充分反应，以黏液形式存在于涂层内部。当涂层收缩时，两者均会形成鼓泡或气泡。尽管聚脲材料本身的弹性高达200%以上，仍会产生高达5%的线性收缩，从而使A、B料过剩区域形成鼓泡，通常前者（A料）过量，由于要完成吸水反应而鼓泡发生较慢（视潮气程度而定），而后者（B料）过量，多在8~10h后就出现鼓泡，由泡内干湿状态也可判别是何种料过量引起的鼓泡而进行及时处理。A料、B料的配比失衡现象来自于料温失控或某侧通道（特别是滤网）堵塞，偶尔出现的料比失衡也很容易在每次停枪后重新喷涂时发生，或在料桶原料用尽后，更换料桶时发生，这些问题都可以通过严密监控设备两侧的压力平衡和有经验的精心操作，及时发现和避免。（2）混合不均匀的现象可能是由于两种料温控制失衡，黏度相差太大或设备压力——流量不稳定所致。已有文献对A料、B料的混合机理进行了流体力学分析，并引用雷诺准数概念进行说明。研究者认为：喷涂聚脲反应过程的优劣（在料比适宜前提下）取决于料液通过喷枪混合室及喷嘴的高速撞击形成湍流的均匀混合程度，这一概念已为业内普遍接受和认同。但是雷诺数Re>4000时，液体呈湍流高效混合状态主要用来描述流体在管道内的流动行为，与喷枪内的混合状态并不相符。

根据计算，A料、B料在混合室的停留时间仅仅为0.3ms或更少。实际上，在这样极短时间内要完成物料的混合是十分困难的，真正大量的有效混合应当发生在料液高速冲出喷枪喷嘴后，由于喷枪腔内物料高速扩散，在雾化过程中形成气溶胶分散体系。此时，A、B液体颗粒分散达10μm以下，其接触比表面积远远大于混合室内高压液相的比表面积，其接触时间也远远大于在混合室内的停留时间，从而能完成高效传质过程，可视为微观混合。因此原料在离开喷枪口后的雾化状态应当作为混合和传质均匀程度的主要考察指标。

5结语

SWD900喷涂聚脲弹性体系列产品成功应用于远洋超大型海洋海岸设施及海水淡化工程设施，是我公司产品配套和技术水平的一大提高，为今后我国的喷涂聚脲弹性体材料迈进海洋设施这一潜力巨大的市场跨出了一大步。成功研发出高强度耐阴极剥离底漆、高效层间搭接剂和高强慢干聚脲修补材料。三者与喷涂聚脲弹性体主材配合成一个完整的材料技术体系，以适应海洋工程的特别需要。有效地解决恶劣气候条件、复杂结构、苛刻应用条件和缺损修补等技术难题，给材料的施工应用提供了有力的技术支持。

作者：王道前贺孝敏 单位：SWD上海顺缔聚氨酯有限公司