美军舰船涂料发展动态

大师

摘要： 以美军正在采取的措施 为线索，讨论美军舰用防污涂料、船用防腐涂料、船壳涂料、甲板涂料的发展动态。

前 言

随着世界造船业向大型化发展和环境保护法对海洋涂料工业的影响,船舶涂料不仅注重防护性,还必须考虑经济性、节能、和与生态环境的适应性，舰船涂料则更强调其功能性。 为 符合世界船舶涂料发展趋势，在舰艇防腐蚀方面美军正力图通过新材料、新技术、新工艺和组建专业维修队等措施，以提高舰艇腐蚀控制能力，降低资金和人力消耗，减轻舰员劳动强度，把更多的休息时间还给舰上官兵，以便有更多的精力投入训练，在舰艇防海洋生物污损方面则加大投资，研究新型无毒防污涂料。下面以美军近来所采取的措施为线索，简要分析美军舰船涂料发展动态。

1 、舰船防污涂料

据报道，目前美国海军因海生物污损造成每年增加 10-15% 的油料消耗量，约为 5000 万美元。显然这是一笔可观的经济浪费。然而，因目前无毒防污涂料还未能达到含毒料防污涂料的性能，如完全采用无毒防污涂料则每年的经济损失将更加巨大。因此，美军目前采用的对策是传统型、 SPC 、消融型、无毒防污涂料并用，不到最后期限，不会完全取消含锡 SPC 防污涂料。目前美军防污涂料配套主要分 5-7 年期和 2 年期两种， 5-7 年期采用 SPC 和消融型（ ABLATIVE ）防污涂料， 2 年期采用传统铜基型防污涂料。正在加紧试验新型水下清洗设备，希望通过使用水下清洗技术，使现有含毒料防污涂料的防污期效提高到 12 年。

从长远看，世界防污技术将主要向非析出型防污涂料和非涂料型防污技术方向发展。其中，涂料型防污技术除继续开发无锡自抛光防污涂料外，将主要集中在无毒防污涂料、仿生物防污涂料方面。 为适应世界防污涂料整体发展趋势，美军每年投入数百万美元进行新型防污涂料研究开发。特别是随着含有机锡防污涂料即将被禁用，更促进了美军研究无毒防污涂料的力度。其中由美军海军研究办公室（ Office of Naval Research ）资助华盛顿大学研究仿海豚皮无毒防污涂料就是其重要一项。据该项目负责人 P aul Armistead 称，这种仿海豚皮无毒防污涂料是在吸取聚四氟乙烯低表面能防污涂料研制经验教训的基础上发展起来的。聚四氟乙烯低表面能防污涂料的研究几乎与研究有机锡自抛光防污涂料同期，美军从 70 年代初期便开始研究低表面能防污涂料。开展该类型涂料研究是基于海生物难于在表面光滑且表面能低的表面附着的认识进行开发研究的。最初采用的树脂是聚四氟乙烯树脂，并于 1974 年开始在美军舰船进行实船试验，获得一定的效果，但经过多年的试验，已证明单纯依靠表面光滑和表面能低两个因素并不能完全获得理想的防污效果。而采用有机硅改性树脂，同时添加能使涂层具有一定弹性的低表面能无毒防污涂料则取得重大进展，已有产品上市，如， IP 公司生产的低表面能无毒防污涂料已编入美军配套表，但仅用于导弹快艇和高速渡船。仿海豚皮结构开发无毒防污涂料的技术路线则是另辟蹊径，即强调涂层具有一定光滑性，更强调涂层的微观结构的重要性，提出要阻止海生物早期附着，应使涂层表面特征具备与海生物为增强附着力而分泌的蛋白质（ ADHESION PROTEINS ）的尺寸相似，达到纳米级，并和海豚皮一样有微小波纹（ tiny ripples ） , 这样才能有效阻止像藤壶这样的海生物的幼虫附着。目前仿海豚皮防污涂料研究开始进入配方阶段。如项目组成员 - 华盛顿大学教授 karen wooley 结合亲水性聚乙烯醇树脂与疏水性聚四氟乙烯树脂特点合成具有纳米级“山谷（ nanoscale mountains and valleys ）结构的仿海豚皮防污涂料基料，并制成无毒仿生防污涂料， 经美军海军实验室试验，结果表明对阻止一些海生物幼虫早期吸附有效。不同配方，其防污效果不同。 karen wooley 认为通过进一步调整表面结构特征，将有可能最终解决藤壶幼虫的早期附着。

2舰船防腐蚀涂料

美军舰用防腐蚀涂料的发展主要受到三个因素的影响；（1） 舰船坞修间隔延长的需要（ 2 ）国家环保法规的影响（ 3 ）缩短坞修期节约维修经费的需要：

（ 1） 舰船坞修间隔延长的需要

冷战后，美军对舰船的坞修间隔进行了调整，以航母为例，在冷战时期是 7-9 年，随着防污涂料水平的提高和水下清洗机器人的出现，现在是 12 年（航母设计使用寿命为 30-40 年），这对舰船的防腐蚀涂料提出了挑战。因此，美军从 90 年代初开始寻找新型超长效防腐涂料，最初采用 SIGMA 公司的无溶剂改性环氧类涂料（据称，该涂料具有 15-20 年使用期），在美军攻击型潜艇的压载水舱进行试验，并取得很好经济效益。美军从 1995 年开始在潜艇压载舱和两栖登陆舰上试用 SIGMA 公司的无溶剂厚膜环氧涂料，到 2000 年已在 30 艘舰船（从航母到潜艇）推广使用。 1998 年美军海上系统司令部对这一项目作过经济分析，认为仅在压载水舱就节约 5 亿 9 千万美元，准备进一步推广到所有舱室，预计节约的资金将超过 20 亿美元。 以下是美军舰船压载水舱和隔离舱不同时期所采用涂料类型和相应使用期效对比表 ：

表 1 不同时期涂料类型及使用期效对比

年代
涂料类型
涂装道数
表面处理
固化时间
预期使用期效

1995 年前
溶剂型涂料（固体含量 70% ）
5
SSPC-SP10
8-12 小时
5-7 年

1995 年至今
无溶剂型或高固体分（固体含量 ? 90% ）
3
SSPC-SP10

含盐量 ? 3 mg/cm 2
8-12 小时
20 年 （ 1 ）

2007 年
无溶剂型或高固体分（固体含量 ? 95% ）
1
SSPC-SP10

含盐量 ? 3 mg/cm 2
小于 10 分钟
大于 20 年 （ 2 ）


（ 1 ） 20 年防腐期效仍在考查中 （ 2 ） 2007 年后美军准备采用的涂料配套

（ 2 ）国家环保法规的影响：

美国国家环保总署规定涂料有机挥发物的最大限量是 340 g/L ，加利福尼亚州最严格，达到 250 g/L ，到 2008 年准备减少到 100 g/L 。 90 年代初，美军为适应 340 g/L 的规定，用了 2-4 年时间对全部舰用涂料配方进行改进。显然，为应对 250 g/L 和 100 g/L 的规定，美军势必又得耗费许多时间对所有配方进行调整。为适应形势发展的需要，美军开始寻找、开发符合环保要求的高性能无溶剂类型防腐蚀涂料，以争取主动。

（ 3 ）缩短坞修期节约维修经费的需要：

美国船舶占坞费较昂贵，以航母为例，每天的占坞费是 25 万美元。显然如何缩短坞修期对节约维修经费具有现实意义。与传统溶剂型涂料相比，涂装高性能无溶剂类涂料对缩短坞修期节约维修经费有直接影响。主要表现在： 1 、在涂装传统溶剂型涂料时，往往因等待涂料固化和涂装多道涂层，需要几天时间，而涂装新型高性能无溶剂涂料只需一道，固化时间 1-30 分钟，大大缩短了施工期； 2 、传统溶剂型涂料的涂装经费有 90-95% 用在诸如环境温度、湿度、通风设备等施工环境条件的控制上，特别是溶剂的挥发需要有很好防火和人员安全保护措施。因此，尽管高性能无溶剂涂料的价格要比传统溶剂型涂料高，但相对于昂贵施工费用，涂料本身增加的费用可忽略不计。特别是像航母这样的大型舰船，每艘大约有 1000 多个压载舱和隔离舱，降低火灾隐患，减少涂装道数、缩短坞修期、延长涂层使用寿命，显然对节约涂装经费和维修经费具有重要意义； 3 、由于传统溶剂型涂料固化速度慢，需多道涂装，施工周期较长，在整个维修过程，因其他维修工序造成层间涂层附着力下降，涂层易被破损，施工质量难以保证，据统计，传统溶剂型涂料在实际使用中，涂层提前失效的原因大约有 50% 以上是施工质量不高引起，而不是涂料本身质量造成的。因此，高性能无溶剂防腐蚀涂料将成为美军主要配套品种。为实现这一目标，美国海军研究实验室（ Naval Research Laboratory ）新近开发出一种新型舰用无溶剂涂料树脂（ NRL Resin ），该类树脂具有不含有机挥发物，固化时间短、黏度低、附着力优良和可在舰船水上、水下部位使用等特点。具体指标如表 2 ：

表 2 ：无溶剂涂料树脂基本性能指标

项 目
基本性能指标

有机挥发物
0%

固化时间（ 25 ℃）
1-30 分钟

树脂黏度（ 25 ℃）
34 厘铂

附着力
13.8MPa

使用部位
水上、水下均可使用


3 、 水线以上舰船涂料 .

随着雷达自导和红外跟踪技术的发展，美军原来只具有视觉伪装功能的MIL-PRE-24635海灰船壳漆已经不能满足要求。为提高水面舰艇对红外跟踪的伪装能力，美军海军研究工作室于90年代初期开始与澳大利亚海军合作，研究开发太阳能低吸收涂料（LOW SOLAR ABSORBANCE ）,主要是在原有有机硅改性醇酸船壳配方基础上，用低吸热颜料取代原来碳黑，新的配方不但提高防红外和雷达跟踪能力，而且可明显降低舱室内温度，改善艇员生活环境。大约在1994年美军海上系统司令部、海军研究实验室和NILES CHEMCAL PAINT Co合作，开发出第一个低吸热涂料，紧接着INTERNATIONAL PAINT COMPANY 也生产出类似产品。因此，从95年美军开始在各类舰船进行大面积实船试验，取得很好效果，现已被列入美军舰船涂料配套体系。同时，INTERNATIONAL PAINT COMPANY还开发出一种抗锈斑污染船壳涂料(INTERFINE ANTISTAIN FINISH),可以通过涂层中的锈转化剂把锈转化成无色的可溶性盐,从而保持了外观不受锈班污染。和传统型醇酸漆相比,可为用户节约70%以上的重涂维修费(NORMALREPAINTING COSTS)。 美军很快采用这种技术，并一边进行试验一边进行改进。终于开发出具有低吸热功能又有抗锈斑能力的新型涂料，通过在 12 艘舰艇的船舷和上层建筑外表面进行实船试验，结果证明可节约 50% 舰员维修工作日。 美国海军已在 MIL-PRE-24635中增加低吸热和抗锈斑功能的涂料品种。其基料仍然是单组分有机硅改性醇酸树脂。

美军的甲板涂料主要向高性能、有弹性、防滑、质轻耐磨抗冲击方向发展。主要采用高性能环氧树脂和聚氨酯改性环氧。如 INTERNATIONAL PAINT COMPANY几种新产品采用的是环氧树脂和聚胺脂改性环氧,具有十年防护期，其中Inters hield ProrecoⅢ是一种弹性、超厚型防滑甲板涂料,已在200多艘美国海军舰艇上使用。 美军环氧类防滑甲板涂料有 MIL-P-24667 、 MIL-D-23003 、 MIL-D-24483 ， 主要为高性能环氧树脂和聚氨酯改性环氧。 美军原来一般非防滑甲板涂料为醇酸类（ DOD-E-699 、 DOD-E698 ），使用期为 6-8 个月，为提高非防滑甲板涂料使用期效，现在已改用环氧类长效耐磨涂料，防护期是醇酸涂料的 3-4 倍，正在 USS YORKTOWN （ CG 48 ）等舰上试用。

结束语

总体看，美军舰船涂料一直走在世界前列，这与其采取的策略很有关系。美军不但每年投巨资自行研究，而且还与军外机构密切合作，一发现有新技术很快进行试验，通过大面积实船试验，验证其实际应用的可行性，并及时装备部队。美军的策略值得我们借鉴，