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胶粘剂在船舶修造行业中的应用

上海天山新材料技术研究所  汪 涛


1 我国胶粘剂发展概况
  我国胶粘剂的生产起步于60年代,20年前产量约为13t。1995年国产胶粘剂产量突破100万t。1990年至1995年产量以14%的年速度增长。从胶粘剂发展历程和国内外情况分析,胶粘剂主要市场在建筑、木材、装璜、包装、制鞋和纺织等行业。80年代聚胺酯胶、氯丁酚醛、有机硅胶、环氧树脂胶、厌氧型胶、橡胶型胶在国内修造船行业逐步发展,获得满意的效果。

2 船用胶粘剂发展现状
90年代初,国外数家公司看到我国修船行业仍然沿用传统手段解决磨损、腐蚀、跑、冒、滴、漏、渗,便及时推出全系列分子合金复合材料。其中美国贝尔佐钠(Belzona)公司推出超金属复合材料, 美国得复康(Devcon)公司推出多系列修补、粘接材料,美国乐泰(LocTiTe)公司推出厌氧型密封、锁固、粘接、固持材料,美国三M公司推出多功能、高强度各类胶带、压敏胶、光固胶、复合胶,瑞士卡斯特林(MecaTec)公司推出以金属填料、硅酸盐陶瓷为填料的修补材料。1995年以来,普施(PSI)公司、香港高登公司、德国尤尼力公司及日本多家公司目光投向我国修造船市场,从船用主机系统直到油漆涂装,都渗透着国际上众多高科技产品。上述国外公司在获得可观的经济回报的同时,带来众多新材料、新工艺,使我国在修船手段、修船工艺和装备上大大地缩短了和国外先进水平的距离。各船厂都取得了相当大的社会效益和经济效益,并且造就了一批掌握新材料、新工艺的技术人才。 

 1990年后,北京市机械局下属的数家院所,中国船舶工业总公司下属的科研单位和生产单位、装甲兵工程学院领导下的数家公司率先推出全系列高分子复合材料。1992~1995年中科院广化所、成都所、国家金属学会多家粘接密封材料厂、大连第二有机化工厂、上海新光化工厂、上海天山新材料技术研究所研制生产的结构型、厌氧型、有机类和无机类材料推向船舶市场。国产分子合金复合材料以其质优、价廉、品种多、系列全、操作简单和不动火等特点,在市场销售份额上短短5年占据了总量的60%。国产材料在赢得众多用户首肯的同时,仍有一定的不足,在资料、宣传、服务上和外国公司产品有一定的距离,产品的稳定性和储存期等方面还不尽人意,有待改进。

3 船用胶粘剂、密封剂特性和要求
(1)船用平面密封材料要求通常采用硅橡胶类、硅酮类和聚酯、聚醚类干型和半干型材料,使用温度为-40~200℃,耐压≥10MPa,耐介质:油、水、蒸汽、PH值≤12以下各类溶剂,单组份,管状或牙膏状,堆积厚度为0.1~6mm,材料要求便于操作,不流淌,复合面易拆卸。
(2)防腐蚀涂层和防护修补材料要求涂装材料耐温-40~100℃,室温固化或光固化。耐海水腐蚀,耐氯化钠和盐雾腐蚀。涂层应密实无孔,有良好的附着力及物理机械强度。通常船体涂装均进坞处理,船体内设备涂层选择酚醛树脂、无机富锌涂料、氯璜化涂料等。在船用主辅机机体内腔使用过程中,海水中的氯化钠对铸件腐蚀比较突出,选择防护材料还应考虑涂层耐热性-40~250℃,耐振性和抗剥离性17MPa。抗腐蚀、气蚀、磨蚀表面涂层,可选择柔韧陶瓷复合材料,此类高分子聚合物是以陶瓷粉末和弹性材料为基材并配以固化剂的双组份复合材料,常温固化,固化过程中不收缩,柔韧陶瓷呈薄浆状,表面光洁平滑并具一定弹性。各种主辅机内腔、泵、叶轮、螺旋桨、汽轮机叶片、储罐流道、大口径管道弯头部位均可使用。船舱走道、橡胶类护栏木、软管、胶垫、储油储水槽、电缆用的橡胶型修复材料要求防腐、耐磨、抗冲击负载、常温固化。橡胶型修复材料本身具备绝缘强度350V/密耳以上,表面电阻2.5×1012Ω,20℃时可长期浸泡于多种化学介质中。由于用途不同,橡胶型修复材料又分为普通粘接型、强韧型、可涂刷型。此类材料硬度60~97(肖氏A),比积800cm3/Bg,耐温:湿态55~70℃、干态60~92℃。但在粘接各类密封圈、密封条时,要选用不含溶剂类的氰基丙烯酸瞬干胶,由于橡胶类材质成分各异,选用时应了解材质和工况要求,也可做试粘样块以保证选材无误。
(3)结构型、填补类用料选择和要求船舶在航运过程中,对由于失效疲劳、磨损、腐蚀造成的各类机件、机组、管道、泵阀和船体缺陷,用各种高分子复合材料修补,总体上应视为应急措施以维持船舶的正常航行。但往往有些产品的生产、销售人员把粘接、修补材料介绍成无一缺陷的永久型替换产品,其目的是为谋取暴利寻找依据。结构型材料对尺寸修复、各类型缺陷、机件断裂和局部工况应急加强取得无可非议的效果,由于此种材料绝大多数为环氧类的复合材料,操作方便、有效期长、常温固化,50年代国外航运界,几乎每条远洋船都视为远洋航行必备品。由于环氧类材料主体为各类型添加剂和环氧树脂,因而此类产品应用面广而功能各异,例如:添加各类型的黑色和有色粉末,粘度不同,固化剂不同,成品性能差异很大。如抗压强度42~120MPa,抗拉强度30~80MPa,抗剪强度0.5~24MPa,硬度肖氏D40~120,最高使用温度86~250℃。国外产品常温储存期可达5年,国产一般均在2年以上。调整固化剂种类该产品还可制成快固型和慢干型,固化时间(环境温度25℃时)从3~5min直至30~45min。通常快固型材料硬度高(肖氏D70~92)、抗疲劳性、抗冲击性较差。常温固化型综合物理参数较高,各类技术指标稳定,抗老化时间长、硬度肖氏D70~98。随着科技水平的提高,近二年市场上推出的耐高温环氧和超高温混合型环氧(高温240℃、超高温500℃)类材料对主机缸头、船用锅炉、重油舱加热管,增压器修复可发挥重大的作用。由于高分子复合材料具有很多特性,因而越来越多地被修船工程技术人员所应用。但在用结构型修补时,对于有振动、有冲击载荷的场合,只要有条件,建议采用机械加强法与复合修补材料同时施用,效果更佳,往往会取得事半功倍的收获。