李运德，徐永祥，杨振波

    北京航材百慕新材料技术工程有限公司

    摘要：常温固化FEVE氟碳涂料以其优异的耐候性能在防腐领域应用越来越广泛，为充分发挥氟碳涂料的耐候性，实现涂层体系的长效防腐，必需进行合理的涂层配套体系设计和严格的施工质量控制。本文综述了氟碳防腐涂层体系设计的一般原则和施工质量控制。介绍了ISO12944、JT/T695等标准在氟碳防腐涂层体系设计中的应用，归纳了在不同腐蚀类型下长寿命防腐氟碳涂层体系实例及特点。介绍了施工工艺和质量控制要点：表面处理是施工工艺过程控制的首要环节，喷砂除锈是最理想的除锈方式，关注磨料品质、表面油污和可溶性盐份的控制、以及喷砂后的表面灰尘清洁度的控制，喷砂前的结构预处理也是不可疏忽的环节；涂装工艺过程控制主要考虑适宜的涂装环境条件，涂料的正确混合和使用，喷涂工艺参数控制，预涂装等；涂层的质量检测主要包括漆膜表观、涂层厚度及附着力，注意选择合理的验收批次。

    关键词：FEVE氟碳涂料；涂层体系；防腐；标准；施工工艺

    1 引言

    常温固化FEVE氟碳涂料自1998年在我国工业化生产以来，在防腐和建筑领域市场很快被认可并获得应用。当前，FEVE氟碳涂料在我国进入稳步发展阶段。氟碳涂料在一大批国家重点工程项目，包括杭州湾跨海大桥、鸟巢奥体中心、天兴州及大胜关钢珩架梁等的应用为氟碳涂料的进一步推广应用奠定了实践基础。同时，一系列相关标准的颁布设施也促使氟碳涂料在相关领域的应用。HG/T3792—2005《交联型氟树脂涂料》规定了用于金属防腐和建筑外墙的FEVE氟碳涂料的技术指标。我国的4个桥梁防腐标准：TB/T1527《铁路钢桥保护涂装》、JT/T722－2008《公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件》、JT/T694—2007《悬索桥主缆系统防腐涂装技术条件》、JT/T695—2007《混凝土桥梁结构表面涂层防腐技术条件》，以及石油石化领域的相关标准GB50393—2008《钢质石油储罐防腐蚀工程技术规范》等，都把氟碳涂层作为主要的配套涂层体系，并规定了氟碳涂料技术要求。

    常温固化FEVE氟碳涂料以其优异的耐候性能特别适用于桥梁、高层建筑等需要高耐久性的防腐涂层体系的面涂层。毋庸置疑，FEVE氟碳涂料是目前可常温固化涂料中最优异的耐候面漆，但过分依靠氟碳涂料、片面夸大氟碳涂料的作用，不注重涂层配套和施工质量控制，同样会导致涂层达不到应有的防腐效果。只有合理的涂层配套体系设计、严格的施工质量控制，才能充分发挥氟碳涂料耐候性好的特点，实现氟碳防腐涂层体系的长效防腐。

    2 涂层体系设计

    2.1 ISO12944-5：2007

    ISO12944《色漆与清漆钢结构防腐涂层保护体系》是国际标准化组织为从事防腐蚀工作的业主、设计人员、咨询顾问、涂装承包商、涂料生产和施工企业等汇编的标准。ISO12944包括8部分内容，对涂层体系设计直接相关的内容包括ISO12944-2环境分类和ISO12944-5涂层保护体系。

    ISO12944-2根据标准样品的质量损失（或厚度损失）详细说明了大气腐蚀种类（表1）。描述了钢结构暴露的典型的自然大气环境，对这些环境的腐蚀性的评定给出了建议。

表1 大气腐蚀种类和典型环境实例

    ISO12944-5推荐了适用于不同类型腐蚀环境、不同表面处理等级、不同使用寿命的涂层配套体系。涂层系统的寿命分为低、中、高三个等级：低寿命，5～10年；中等寿命，10～15年；高寿命，15年以上。

    2.2 JT/T722－2008《公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件》

    JT/T722标准是在借鉴国内外标准、总结我国桥梁防腐涂装实践经验基础上形成的。标准介绍了桥梁防腐涂层体系设计和涂装质量控制等内容，对指导桥梁防腐及其它类似条件下的钢结构防腐具有重要指导意义。

    涂层配套体系设计遵照ISO12944-5基本原则，参照了标准ISO14713《钢结构防腐蚀保护金属涂层指南》、HG/T3656《钢结构桥梁漆》、TB/T1527《铁路钢桥保护涂装》和日本的《钢质公路桥梁涂装便览》和《铁路桥涂装及防腐蚀便览》等，并结合我国桥梁涂装体系的实际应用情况，以及新材料、新技术、新工艺的发展状况。

表2 ISO12944-5附录A中相应腐蚀类型下的高耐久性聚气酯涂层体系

    标准按照涂装部位、腐蚀环境、防腐年限、工况条件，共设计涂层配套体系23个。按涂装部位分为七类：外表面；非封闭环境内表面；封闭环境内表面；钢桥面；干湿交替区和水下区；防滑摩擦面；附属钢构件。腐蚀环境分类等效于ISO12944-2。涂层保护年限分为两类：普通型，（10～15）年；长效型，（15～25）年。在涂层体系保护年限内，涂层95％以上区域的锈蚀等级不大于ISO4628规定的Ri2级，无气泡、剥落和开裂现象。

    氟碳涂层体系用于外表面，共设计用于C5腐蚀环境下长效型涂层配套体系3个（见表3）。在低于C5腐蚀环境下，标准未给出氟碳涂层配套体系，但标准强调，用于高防腐等级的涂层配套体系也适用于低防腐等级，并可相应降低涂层厚度，也就是说，在腐蚀环境低于C5的情况下，也可采用氟碳涂层体系。

表3 JT T722氟碳防腐涂层配套体系

    JT/T722与TB/T1527以及日本钢桥标准相比，有如下区别：

    在涂层体系厚度设计上，虽然3个标准均规定了氟碳防腐体系用于苛刻的腐蚀环境，但TB/T1527的规定的涂层体系最小干膜厚度仅为180μm，相当于C3腐蚀环境下的长寿命涂层体系设计厚度。JT/T722涂层配套遵照ISO12944-5的设计原则。

    在底涂层选用上，TB/T1527选用特制环氧富锌防锈底漆和水性无机富锌底漆，日本标准选用无机硅酸锌底漆，JT/T722选用环氧富锌底漆、无机富锌底漆（包括水性无机富锌、醇溶型无机富锌）以及热喷锌/铝涂层。

    在氟碳面涂层设计上，日本标准设计为氟碳中涂30μm＋氟碳面涂20μm；JT/T722也规定了2道面涂层，第一道面涂层可选用脂肪族丙烯酸聚氨酯面漆或氟碳树脂漆，漆膜厚度40μm，第二道面涂层选用氟碳面漆，漆膜厚度30μm～40μm；TB/T1527设计氟碳面漆2道，涂膜厚度60μm。

    在涂料性能指标规定上，一是氟含量的规定，TB/T1527规定制备氟涂料所选用的氟树脂的氟含量≥15％；JT/T722规定氟涂料的氟含量优等品≥24％，一等品≥22％。二是锌含量的规定，TB/T1527规定干膜中锌粉含量，环氧富锌≥80％，水性无机富锌≥90％；JT/T722规定干膜中金属锌含量，环氧富锌≥70％，无机富锌≥80％。

    2.3 氟碳防腐涂层体系

    氟碳涂层配套体系和厚度设计参照ISO12944-5、JT/T722、ISO14713。氟碳涂层用于钢结构外表面的长效防腐，可维持15年～25年的有效防护期，典型配套体系见表4。

表4 长寿命氟碳防腐涂层体系

    底漆选用上，环氧富锌底漆以其优异的电化学保护性能、力学性能和良好的施工性能，作为长寿命防腐涂层体系的首选底漆。在C3腐蚀环境下可选用环氧磷酸锌底漆，该底漆具有优异的力学性能、钝化缓蚀功能，并且无毒环保。无机富锌涂料，包括水性和醇溶型无机富锌涂料，施工环境、表面处理要求高，但由于其优异的防腐性能，在C5-M环境下推荐采用。金属热喷涂涂层＋氟碳防腐涂料涂层，在使用年限内，不需要彻底的喷砂除锈，仅需要1－2次的维修涂装，便可以维持30年～50年的防腐寿命。

    环氧云铁中间漆具有很好的屏蔽性能和力学性能，是最常用的长效防腐涂层体系中间层。市场上的环氧云铁中间漆有几个类型：按涂装厚度可分为薄涂型和厚涂型，薄涂型一道40μm～60μm，厚涂型一道100μm～150μm；按云铁灰的加入量和制备工艺可分为两大类：一类以云铁灰为主要填料，复配少量的铝粉、硫酸钡等填料，搅拌而成，一类是选择其它颜填料研磨至规定细度后，加入云铁灰搅拌或粗过砂磨而成。环氧云铁的质量与固化剂的品质，云铁灰、铝粉的含量以及片状结构，颜填料的分散性有关。

    由于无机富锌、热喷涂金属涂层存在一定的孔隙度，直接喷涂厚膜型中间层容易出现起泡和针孔现象。无机富锌的封闭层一般为20μm～30μm。而热喷金属涂层，由于孔隙度高，粗糙度大，需要较厚的封闭漆才能完全封闭，一般需要50μm的封闭涂层，一道施工可能出现针孔，可分两道施工，首先雾喷一道，过十几分钟待空气逸出后，再喷涂一道封闭层。金属热喷涂层的厚度也可为20μm～30μm，但随后的中间漆厚度不能太厚，否则可能会出现针孔，薄涂的中间层起到部分封闭作用。在封闭漆的选用上，可以选用后道的环氧云铁中间漆稀释后作为封闭层，如果涂层厚度不是很厚，这种方法为施工提供了便利性；如果选用专用的环氧磷酸锌封闭漆进行封闭，封闭效果更好，并且有利于提高涂层间的附着力和防腐性能。

    氟碳面涂层可设计为氟碳涂层第一道、氟碳涂层第二道。这样设计主要是考虑第一道面漆和第二面漆承担不同的功能：第一道面涂层采用丙烯酸脂肪族聚氨酯面漆或过渡氟碳树脂漆，保证涂层体系更好的匹配性、更好的附着力、重涂性；而第二道氟碳面涂层在配方设计中主要考虑耐候性、自洁性和装饰性。两道面漆不同配方对桥梁等需要2道面漆分开涂装（车间涂装和现场涂装）的构件非常适用，而对2道面漆不需要分开涂装的构件，为了涂装的便利性，可以考虑两道面漆同一配方。

    3 涂装质量控制

    3.1 表面处理

    表面处理是整个涂装作业最重要的控制环节，对涂层防腐寿命的影响占到40％～50％的份额。表明处理包括：酸洗磷化、机械或手工打磨、喷射处理（包括喷砂和抛丸）等。喷砂除锈是长效型防腐涂层体系最合适的处理方式：可以进行彻底的表面除锈；适宜的粗糙度增强了涂层对钢板的附着力；处于活化态的喷砂金属表面有利于与涂料中极性基团的结合。

    a)除锈等级。钢铁表面的锈蚀产物影响涂层附着力，并且会加速电化学腐蚀，对富锌涂层和金属涂层还会影响电化学保护效果。尽可能彻底除去表面锈蚀产物是保证涂层长效防腐的基础。对长效型氟碳防腐涂层体系，除锈等级应达到GB/T8923规定的Sa2½级，既钢材表面应无可见的油脂、污垢，氧化皮、铁锈和油漆涂层附着物，任何残留的痕迹应仅是点状或条纹状的轻微色斑；对于水性无机富锌和热喷金属涂层，需要更高的除锈等级，应达到GB/T8923规定的Sa3级，既钢材表面应无可见的油脂、污垢，氧化皮、铁锈和油漆涂层附着物，该表面应显示均匀的金属光泽。

    b)喷砂粗糙度。粗糙的钢铁表面通过物理咬合作用以及增大的表面积，可显著提高涂层对底材的附着力，粗糙度太低对涂层附着力不利，过大的粗糙度对进一步提高涂层附着力贡献不大，且易造成涂料不必要的浪费，还可能引起峰尖腐蚀，并影响涂膜外观。长效型防腐涂层体系的喷砂表面粗糙度一般规定为Rz40μm～70μm，但对热喷涂金属需要更高的粗糙度，为Rz60μm～100μm。常用的粗糙度表示方法有Ra、Rz、Ry，三者的测试方法和数值不同，Rz=(4～6)Ra。相关的粗糙度测试标准有：GB/T6060.5，通过比较样块测试Ra；GB/T10610测试的是Ra、Rz；GB/T13288测试Ry。

    c)磨料要求。为获得高质量的喷砂表面，磨料的品质至关重要。选择一定硬度、粒度的磨料才能高效率地完成规定粗糙度的表面，同时磨料不能含有水份、油污、可溶性盐份，以避免造成喷砂表面的二次污染。金属磨料的选用应符合GB/T18838.1的要求；非金属磨料的选用应符合GB/T17850.1的要求；

    d)表面油污、盐份控制。喷砂作业并不能完全除去油污、可溶性盐份等杂质。油污应采用洗涤液、水蒸气、合适的溶剂清洗，淡水冲洗是除去水溶性盐份的最佳方式。长寿命涂层体系可溶性盐份质量应控制在50mg/m2之内，可放宽到70mg/m2。现场可溶性盐份测试标准有GB/T18570.6、GB/T18570.9。国内涂装作业不注意盐份清洗和盐份控制，这在一般情况下，不会带来涂装质量问题。但是在船厂、海洋工程的涂装作业时，可溶性盐含量往往超标，这会容易引起渗透压起泡，造成涂层体系的早期破坏。

    e)灰尘清洁度。喷砂后表面残留的磨料残渣等杂质影响涂层与基材的附着力，必需使用清洁、无油、无水的压缩空气或真空吸尘方式去除，表面灰尘清洁度评价按GB/T18570.3进行，把胶带摩擦着压在表面，然后取起放在白纸上，那么灰尘的多少和粒度就会清晰地表现出来。氟碳防腐涂层体系灰尘清洁度等级应不大于2级，既正常或矫正视力下刚刚可见的颗粒，不易清洁的部位可放宽到3级。

    f)结构预处理。广义的表面处理还包括结构预处理。钢结构预处理是喷砂涂装前一项极其重要的工作。这是指对在切割、焊接和装配后产生的结构问题进行进一步的处理，以保证涂膜的连续性和涂层的附着力，有利于涂层有效地起到保护作用。结构预处理包括：锐边、切割边的打磨、倒角的磨园、飞溅的去除、粗糙焊缝磨平等。

    3.2 涂装

    3.2.1 涂装环境

    涂装环境条件（温度、相对湿度、露点）对涂膜形成以及干燥、固化过程有重要影响。合适的涂装环境条件为环境温度5℃～38℃，空气相对湿度不大于85％，并且钢材表面温度大于露点3℃。尽量避免环境温度低于5℃时施工，如果受工期、施工条件影响必需在低温下施工，应采用低温固化产品。露点一定要检测，即使相对湿度不大于85％，也可能出现喷涂表面结露现象。

    FEVE氟碳涂料对湿气敏感，特别要注意对相对湿度的检测和控制。

    醇溶型无机富锌涂料依靠湿气固化，空气相对湿度要求在60％～90％之间。目前国内生产的某些醇溶型无机硅酸锌树脂，由于组份中含有活性硅氧烷单体，在成膜过程中可以和硅酸乙酯树脂交联固化，因此在较低的相对湿度下也能完成部分固化。当然如果空气中含有充足的水份，涂膜固化性能更好。

    3.2.2 涂装方法

    高压无气喷涂具有涂装效率高、涂膜质量好、对环境污染小的优点，是钢结构大规模涂装最适用的方法。采用高压无气喷涂施工时，涂料粘度、喷涂压力、喷嘴类型、喷嘴与工作面距离以及喷涂扇面等参数应按产品说明书进行验证，以确保施工质量。厚膜型环氧云铁中间漆喷涂压力在20MPa～30MPa，喷嘴直径在0.38～0.54。FEVE的喷涂压力在10MPa～20MPa，喷嘴直径在0.28～0.43。

    对于一些不易喷涂到的部位应采用刷涂和辊涂方法进行预涂装，辊涂仅用于人孔、老鼠洞等不易采用刷涂的部位的预涂装。预涂装的顺序要保证喷砂后的钢铁表面尽快全部覆盖上涂料，对于那些能够喷到，仅仅是喷涂膜厚不易达到要求的部位，可考虑在喷涂完第一道面漆后进行预涂，而对那些特别不易喷涂到的部位应首先进行预涂装。

    3.2.3 涂料的混合和使用

    涂料混合是将双组份涂料充分搅拌均匀后，按比例混合，再搅拌均匀的过程。为了保证混合的均匀性，尽量采用机械搅拌方式。对于厚浆型高固体份环氧云铁中间漆，涂料粘度高，分层沉底较严重，必需采用机械搅拌方式。涂料搅拌均匀后，应进行必要的熟化（5～30min）,并在适用期内用完（1～8h）。具体的熟化时间和可使用时间应严格遵照产品说明书。

    用液体环氧制备的高固体份环氧涂料，在较高温度时可使用时间大大缩短，混合好后应尽快用完。用稀释剂调整施工粘度时，避免误用稀释剂。环氧稀释剂误加入FEVE氟碳涂料中会引起快速增稠、凝胶现象。FEVE氟碳涂料所用稀释剂应采用聚氨酯级稀释剂，不能含有水份。

    3.2.4 维修涂装

    涂层材料在自然环境中会出现生锈、粉化、起泡、开裂、剥落等现象。相对于其它涂料，氟碳涂料的保光、保色性能有了很大提高，并且粉化减薄的速度也大大减缓。但氟碳涂层仅是延缓了涂层防腐失效的时间，随着服役时间的延长，漆膜也会出现劣化。涂膜劣化评定参照标准GB/T1766和ISO4628。ISO4628有图例使用起来更加方便。对漆膜粉化、起泡、裂纹、剥落、生锈等劣化形式进行综合评定，制订相应的维修或重涂工艺。维修涂装时一定要试验新涂层与旧涂层的的相容性。高压淡水清洗是最佳的表面清洁方式，必要时表面需要拉毛处理。

    几种典型的维修方式如下：

    1）锈蚀等级在Ri2时，重涂1－2道面漆；锈蚀等级在Ri2～Ri3时，加涂一道中间漆后，再涂面漆；锈蚀等级大于Ri3时，彻底除锈后重涂。

    2）FEVE氟碳粉化超过3级，或粉化减薄的厚度超过面漆三分之一时，应重涂面漆。FEVE氟碳涂料抗粉化能力优异。在海洋大气腐蚀环境下，丙烯酸聚氨酯面漆5年就会出现严重粉化，而FEVE氟碳涂料依据结构上的差异，在2－10年内出现轻微粉化。在腐蚀环境不太恶劣的环境下，抗粉化能力是海洋大气环境下的2～3倍。

    3）正常施工下，高性能FEVE氟碳涂层体系不会出现大面积的起泡、剥落和开裂现象，但局部的此类漆膜劣化现象不能完全避免，根据破坏的程度选用配套油漆方案。小面积修补时，注意新旧涂层连接处表面处理时形成坡口。

    3.2.5 涂膜质量检测

    a)外观

    漆膜应平整，面漆颜色均匀一致，不允许有起泡、针孔、流挂现象。

    由于环氧云铁中间漆表面粗糙度大，而FEVE氟碳面漆厚度较薄，特别是采用高光浅色面漆时，可以明显发现中间漆的粗糙纹路，这属于正常现象。

    采用厚浆型中间漆厚膜施工时，会出现轻微桔皮现象，这也是允许的。

    b)厚度

    长寿命氟碳防腐涂层体系涂层厚度应符合“90—10”原则，即允许有10%的读数可低于规定值，但每一单独读数不得低于规定值的90%。对于复杂构件或复杂部位，可放宽到“85—15”。厚度最大值不应超过设计厚度的3倍。

    对于厚度的检验批次，不同领域有具体要求。建议：小构件应检测到每一个面；大的平面按10～50m2为一检验批；对任何存有疑问的部位进行检测。

    c)附着力

    现场涂层附着力有两种测试方法。

    一是拉开法，按GB/T5210测试，附着力应大于5MPa，可放宽到3MPa。对于厚度超过250μm的涂层只能采用拉开法测试附着力。

    二是划格法，按GB/T9286测试，应不大于1级，局部测试点可放宽到2级。划格法可以测试涂层体系中单一涂层和复合涂层的附着力。不同的厚度采用不同的间隔：0～60μm，间隔1mm；61～120μm，间隔2mm；121～250μm，间隔3mm。

    4 结语

    氟碳涂层以其优异的耐候性成为长效涂层体系的首选面漆，特别适用于大型钢结构、高层建筑、桥梁等的防护涂层体系。ISO12944《色漆和清漆钢结构防腐涂层保护体系》、TB/T1527《铁路钢桥保护涂装》、JT/T722－2008《公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件》、JT/T694—2007《悬索桥主缆系统防腐涂装技术条件》、JT/T695—2007《混凝土桥梁结构表面涂层防腐技术条件》等，都把氟碳涂层作为主要的配套体系。为发挥氟碳涂层的优异性能，必须选择适宜的底漆和中间涂层组成涂层体系，同时注意基材表面处理和涂装施工质量。随着社会的发展，氟碳防腐涂层体系必将得到越来越广泛的应用，创造更大的经济效益和社会效益。

    ISO129944-5对双组份聚氨酯涂料的定义：漆基带有能与适宜异氰酸酯固化剂反应的游离羟基基团的聚合物，典型的漆基包括：聚醚、丙烯酸酯、环氧、聚酯、氟树脂。按照这个定义，FEVE氟树脂从大类上应该归为双组份聚氨酯涂料，涂层体系设计可参考类似的涂层体系。为充分发挥FEVE氟碳涂料的高耐候性特征，氟碳防腐涂层体系一般设计为高寿命涂层防腐体系。表2汇总了ISO129944-5附录A中相应腐蚀类型下的高耐久性聚氨酯涂层体系。