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上海天山新材料技術研究所 汪 濤
1 我國膠粘劑發展概況
我國膠粘劑的生產起步于60年代,20年前產量約為13ｔ。1995年國產膠粘劑產量突破100萬ｔ。1990年至1995年產量以14%的年速度增長。從膠粘劑發展歷程和國內外情況分析,膠粘劑主要市場在建筑、木材、裝璜、包裝、制鞋和紡織等行業。80年代聚胺酯膠、氯丁酚醛、有機硅膠、環氧樹脂膠、厭氧型膠、橡膠型膠在國內修造船行業逐步發展,獲得滿意的效果。
2 船用膠粘劑發展現狀
90年代初,國外數家公司看到我國修船行業仍然沿用傳統手段解決磨損、腐蝕、跑、冒、滴、漏、滲,便及時推出全系列分子合金復合材料。其中美國貝爾佐鈉(Ｂｅｌｚｏｎａ)公司推出超金屬復合材料, 美國得復康(Ｄｅｖｃｏｎ)公司推出多系列修補、粘接材料,美國樂泰(ＬｏｃＴｉＴｅ)公司推出厭氧型密封、鎖固、粘接、固持材料,美國三Ｍ公司推出多功能、高強度各類膠帶、壓敏膠、光固膠、復合膠,瑞士卡斯特林(ＭｅｃａＴｅｃ)公司推出以金屬填料、硅酸鹽陶瓷為填料的修補材料。1995年以來,普施(ＰＳＩ)公司、香港高登公司、德國尤尼力公司及日本多家公司目光投向我國修造船市場,從船用主機系統直到油漆涂裝,都滲透著國際上眾多高科技產品。上述國外公司在獲得可觀的經濟回報的同時,帶來眾多新材料、新工藝,使我國在修船手段、修船工藝和裝備上大大地縮短了和國外先進水平的距離。各船廠都取得了相當大的社會效益和經濟效益,并且造就了一批掌握新材料、新工藝的技術人才。
1990年后,北京市機械局下屬的數家院所,中國船舶工業總公司下屬的科研單位和生產單位、裝甲兵工程學院領導下的數家公司率先推出全系列高分子復合材料。1992～1995年中科院廣化所、成都所、國家金屬學會多家粘接密封材料廠、大連第二有機化工廠、上海新光化工廠、上海天山新材料技術研究所研制生產的結構型、厭氧型、有機類和無機類材料推向船舶市場。國產分子合金復合材料以其質優、價廉、品種多、系列全、操作簡單和不動火等特點,在市場銷售份額上短短5年占據了總量的60%。國產材料在贏得眾多用戶首肯的同時,仍有一定的不足,在資料、宣傳、服務上和外國公司產品有一定的距離,產品的穩定性和儲存期等方面還不盡人意,有待改進。
3 船用膠粘劑、密封劑特性和要求
(1)船用平面密封材料要求通常采用硅橡膠類、硅酮類和聚酯、聚醚類干型和半干型材料,使用溫度為-40～200℃,耐壓≥10ＭＰａ,耐介質:油、水、蒸汽、ＰＨ值≤12以下各類溶劑,單組份,管狀或牙膏狀,堆積厚度為0.1～6ｍｍ,材料要求便于操作,不流淌,復合面易拆卸。
(2)防腐蝕涂層和防護修補材料要求涂裝材料耐溫-40～100℃,室溫固化或光固化。耐海水腐蝕,耐氯化鈉和鹽霧腐蝕。涂層應密實無孔,有良好的附著力及物理機械強度。通常船體涂裝均進塢處理,船體內設備涂層選擇酚醛樹脂、無機富鋅涂料、氯璜化涂料等。在船用主輔機機體內腔使用過程中,海水中的氯化鈉對鑄件腐蝕比較突出,選擇防護材料還應考慮涂層耐熱性-40～250℃,耐振性和抗剝離性17ＭＰａ。抗腐蝕、氣蝕、磨蝕表面涂層,可選擇柔韌陶瓷復合材料,此類高分子聚合物是以陶瓷粉末和彈性材料為基材并配以固化劑的雙組份復合材料,常溫固化,固化過程中不收縮,柔韌陶瓷呈薄漿狀,表面光潔平滑并具一定彈性。各種主輔機內腔、泵、葉輪、螺旋槳、汽輪機葉片、儲罐流道、大口徑管道彎頭部位均可使用。船艙走道、橡膠類護欄木、軟管、膠墊、儲油儲水槽、電纜用的橡膠型修復材料要求防腐、耐磨、抗沖擊負載、常溫固化。橡膠型修復材料本身具備絕緣強度350Ｖ/密耳以上,表面電阻2.5×1012Ω,20℃時可長期浸泡于多種化學介質中。由于用途不同,橡膠型修復材料又分為普通粘接型、強韌型、可涂刷型。此類材料硬度60～97(肖氏Ａ),比積800ｃｍ3/Ｂｇ,耐溫:濕態55～70℃、干態60～92℃。但在粘接各類密封圈、密封條時,要選用不含溶劑類的氰基丙烯酸瞬干膠,由于橡膠類材質成分各異,選用時應了解材質和工況要求,也可做試粘樣塊以保證選材無誤。
(3)結構型、填補類用料選擇和要求船舶在航運過程中,對由于失效疲勞、磨損、腐蝕造成的各類機件、機組、管道、泵閥和船體缺陷,用各種高分子復合材料修補,總體上應視為應急措施以維持船舶的正常航行。但往往有些產品的生產、銷售人員把粘接、修補材料介紹成無一缺陷的永久型替換產品,其目的是為謀取暴利尋找依據。結構型材料對尺寸修復、各類型缺陷、機件斷裂和局部工況應急加強取得無可非議的效果,由于此種材料絕大多數為環氧類的復合材料,操作方便、有效期長、常溫固化,50年代國外航運界,幾乎每條遠洋船都視為遠洋航行必備品。由于環氧類材料主體為各類型添加劑和環氧樹脂,因而此類產品應用面廣而功能各異,例如:添加各類型的黑色和有色粉末,粘度不同,固化劑不同,成品性能差異很大。如抗壓強度42～120ＭＰａ,抗拉強度30～80ＭＰａ,抗剪強度0.5～24ＭＰａ,硬度肖氏Ｄ40～120,最高使用溫度86～250℃。國外產品常溫儲存期可達5年,國產一般均在2年以上。調整固化劑種類該產品還可制成快固型和慢干型,固化時間(環境溫度25℃時)從3～5ｍｉｎ直至30～45ｍｉｎ。通常快固型材料硬度高(肖氏Ｄ70～92)、抗疲勞性、抗沖擊性較差。常溫固化型綜合物理參數較高,各類技術指標穩定,抗老化時間長、硬度肖氏Ｄ70～98。隨著科技水平的提高,近二年市場上推出的耐高溫環氧和超高溫混合型環氧(高溫240℃、超高溫500℃)類材料對主機缸頭、船用鍋爐、重油艙加熱管,增壓器修復可發揮重大的作用。由于高分子復合材料具有很多特性,因而越來越多地被修船工程技術人員所應用。但在用結構型修補時,對于有振動、有沖擊載荷的場合,只要有條件,建議采用機械加強法與復合修補材料同時施用,效果更佳,往往會取得事半功倍的收獲。
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