专利名称：一种自抛光防污涂料防污寿命的快速评价方法
技术领域：
本发明涉及一种涂料技术，特别是一种自抛光防污涂料防污寿命的快速评价方法。
背景技术：
防污漆使用寿命的最准确的评价手段是实船试验，但实船试验的周期长，不利于长效防污涂料的研发。国外很早就开展实验室评价技术研究工作，十九世纪初美国就开始
防污涂料的挂板试验，十九世纪70年代美国建立了防污涂料浅海挂板试验方法和动态模拟试验，80年代起建立磨蚀率测试方法、铜离子和有机锡渗出率测试方法；2000年左右，随着新型环保型防污剂的应用，该类防污剂的渗出率测试方法也是研究的热点，一些文献中还公布了释出层的测定方法；2005年美国海军颁布了最新版的MIL-P24647D船体防锈和防污涂料体系，详细地规定了防污涂料的分类、性能要求、应用等。但目前国外尚无防污涂料防污期效快速评价的标准试验方法和模型。国内从60年代起开始浅海挂板试验，80年代七二五所制定了系列防污涂料的性能试验方法包括《防污涂料浅海浸泡试验方法》、《船底防污漆实海渗出率测定方法》、《船底防污漆有机锡单体实海渗出率测定方法》、《船舶防污漆防污性能动态模拟实验方法》等。上述标准方法在我国中、短期效防污涂料研制中起到重要的作用。对于长期效防污涂料的寿命评价，目前主要还是通过实海挂板试验和动态模拟试验结果进行预估，但两种试验方法试验时间较长，不利于长效防污涂料的研制开发和实际推广应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种自抛光防污涂料防污寿命的快速评价方法，基于自抛光防污涂料的自抛光原理及其防污机理，结合防污涂料防污剂渗出率、防污涂层磨蚀率(释出层)以及涂料实际应用过程中的航停比等多项技术参数，利用涂层干膜厚度与年磨蚀厚度的关系推断出自抛光防污涂料的理论使用寿命，并通过实际验证试验，获得了实用的长效防污涂料防污期效快速评价技术。为了实现解决上述技术问题的目的，本发明采用了如下技术方案
本发明的一种自抛光防污涂料防污寿命的快速评价方法，具体过程为
(1)在实验室采用圆盘转矩法测得在某一航行速度下的平均月磨蚀速率Em；
(2)、结合船舶的航停比以及航行周期将平均月磨蚀速率Em换算为平均年磨蚀速率dv*t ;具体方法为
按照公式(B),即 dv*t=Em* (Dy/ Dm)* (t行/ (t行+t 停))
公式(B)中Dm为年天数，按照365天；Dy为月天数，按照30天；Em为月磨蚀速率，t行为船舶行驶时间，tf￥为船舶停泊时间，dv*t则为涂层在平均航行速度下的年磨蚀率；
(3)、使用模型计算防污涂料防污寿命 模型公式为公式(A)，即Y=D/ (dv*t)公式(A)中Y为理论使用年限，D为干膜总厚度，dv为平均航行速度下的磨蚀率，t为平均航行速度下的航行时间，dv*t则为涂层在平均航行速度下的年磨蚀率。(4)、将公式(B)套入公式(A)，得到公式(C)，即 Y=D*Dm* (t 行 +t 停)/ (Em*Dy* t 行)
公式(C)中Y为预期使用寿命；D为干膜总厚度，Dffl为年天数，可以设置为365天，Dy为月天数，可以设置为30天；Em为月磨蚀速率，为船舶行驶时间，tf￥为船舶停泊时间。本专利的船舶自抛光防污涂料防污寿命的快速评价方法，自抛光防污涂料的防污剂的平均渗出率彡5 u g/cm2. d0本专利的船舶自抛光防污涂料防污寿命的快速评价方法，自抛光防污涂料的释出层厚度不超过50 u m。当释出层厚度基本保证不超过50 y m时，才不会影响涂层内部防污剂 的渗出，以保证防污涂料在使用过程中的防污效果。本专利的船舶自抛光防污涂料防污寿命的快速评价方法，船舶航行时间最好为总时间的1/3以上。本专利的方法的原理在于该防污期效快速评价技术主要应用于在较短时间内对长效自抛光型防污涂料的防污期效进行预测和评定。自抛光防污涂料是采用自抛光树脂作为基料研制出的一种防污涂料。其主要作用机理是在船行过程中，由于海水的磨蚀作用，涂层中树脂成份持续消耗，其中的防污剂不断溶出起到防止海生物污损的作用。其主要防污机理模型如图I到图4所示。图2、图3中释出层为防污剂溶出后形成的树脂骨架层。由模型图中可看出要使研制的自抛光防污涂料发挥作用，则需要
(1)在一定的海水冲刷速度下，涂层能够逐层自抛光，释放涂层内部的防污剂起到抑制海生物污损作用；
(2)为保证涂层中内部防污剂渗出路径不受阻碍，要求尽量不出现释出层或释出层厚度较薄；
(3)为保证防污涂料的长效性，期望防污剂能够以较为平稳的速率进行释放，避免防污剂出现过度释放缩短防污期效或是释放量过小而过早丧失防污能力。这样基于涂料的自抛光防污机理，则可利用涂层的干膜厚度和平均年磨蚀厚度推断涂层的理论使用年限。由此对自抛光类防污涂料，其防污寿命的设计原理如图5中所示，要求为
①防污剂渗出速率恒定，并且保持在最低有效浓度以上；
②防污涂层基本不出现释出层或释出层厚度较薄，基本不增加；
③为保证防污涂料的自抛光速率，要求涂层在使用过程中受一定的海水冲刷作用，则需船舶有一定的航行时间。优选的船舶航行时间为总时间的1/3以上。根据上述寿命评估的原理，在建立的长寿命防污涂料寿命评价方法中需要涵盖以下四方面的边界条件
①防污剂在使用过程中渗出速率恒定，根据防污剂抑制生物附着浓度测试结果可知，要求防污剂的平均渗出率> 5 y g/cm2. d，以保证防污涂料在使用过程中的防污效果。②防污涂层在使用过程中不出现释出层或是释出层厚度不明显增加。根据防污剂渗出率测试结果可知，释出层厚度基本保证不超过50 时，才不会影响涂层内部防污剂的渗出，以保证防污涂料在使用过程中的防污效果。③采用圆盘转矩法方法测得船舶在一般航行速度，例如18节下防污涂层的平均月磨蚀率。④通过实际考察得知防污涂料使用船型的航停比，并将测得的月磨蚀率换算成平均年磨蚀率。在此基础上，利用以上技术参数推算防污涂料的理论使用寿命。通过采用上述技术方案，本发明具有以下的有益效果
本项目建立了一种自抛光防污涂料防污期效的快速评价方法，该评价技术主要应用于自抛光型防污涂料的防污期效评定，其主要的优势在于可在较短时间内对长效自抛光型防污涂料的防污期效进行预测和评定，为防污涂料的研制、选材提供科学的依据，缩短防污涂
料的研制和实际推广应用周期。
图I到图4是自抛光型防污涂料的主要防污机理模型图。图I是没有损耗的自抛光型防污涂料。图2和图3是部分损耗的自抛光型防污涂料，其释出层为防污剂溶出后形成的树脂骨架层。图4是理想的防污剂平稳的速率进行释放的释放曲线图。图5是自抛光防污涂料使用寿命评估模型。达到如图条件，需要防污剂有效，且渗出率稳定。图中，I为释出层。图2、图3中释出层为防污剂溶出后形成的树脂骨架层。
具体实施例方式下面结合附图对本专利进一步解释说明。但本专利的保护范围不限于具体的实施方式。本发明中，选择两种已知设计寿命和实船使用寿命的防污涂料，结合防污涂料防污剂渗出率、防污涂层磨蚀率(释出层)以及涂料实际应用过程中的航停比等技术参数，推算出了两种防污涂料的使用寿命，结合实海挂板、动态模拟试验结果以及两种防污涂料的实船使用情况对上述研究中提出的使用寿命评价方法进行了验证，验证结果见表I。表I防污涂料防污期效快速评价方法验证结果
权利要求
1.一种船舶自抛光防污涂料防污寿命的快速评价方法，其特征是具体过程为 (1)在实验室采用圆盘转矩法测得在某一航行速度下的平均月磨蚀速率Em； (2)、结合船舶的航停比以及航行周期将平均月磨蚀速率Em换算为平均年磨蚀速率dv*t ;具体方法为 按照公式(B),即 dv*t=Em* (Dy/ Dm)* (t行/ (t行+t 停)) 公式(B)中Dm为年天数，按照365天；Dy为月天数，按照30天；Em为月磨蚀速率，t行为船舶行驶时间，tf￥为船舶停泊时间，dv*t则为涂层在平均航行速度下的年磨蚀率； (3)、使用模型公式计算防污涂料防污寿命 模型公式为公式(A)，即Y=D/ (dv*t) 公式(A)中Y为理论使用年限，D为干膜总厚度，dv为平均航行速度下的磨蚀率，t为平均航行速度下的航行时间，dv*t则为涂层在平均航行速度下的年磨蚀率； (4)、将公式(B)套入公式(A)，得到公式(C)，即Y=D*Dm* (t 行 +t 停)/ (Em*Dy* t 行) 公式(C)中Y为预期使用寿命；D为干膜总厚度，Dffl为年天数，可以设置为365天，Dy为月天数，可以设置为30天；Em为月磨蚀速率，为船舶行驶时间，tf￥为船舶停泊时间。
2.根据权利要求I所述船舶自抛光防污涂料防污寿命的快速评价方法，其特征是船舶自抛光防污涂料的防污剂的平均渗出率> 5 u g/cm2. d。
3.根据权利要求I所述船舶自抛光防污涂料防污寿命的快速评价方法，其特征是船舶自抛光防污涂料的释出层厚度不超过50 u m。
4.根据权利要求I所述船舶自抛光防污涂料防污寿命的快速评价方法，其特征是船舶航行时间为总时间的1/3以上。
全文摘要
本发明介绍了一种船舶自抛光防污涂料防污寿命的快速评价方法，测得在某一航行速度下的平均月磨蚀速率Em，结合船舶的航停比以及航行周期将平均月磨蚀速率Em换算为平均年磨蚀速率，使用模型公式计算防污涂料防污寿命。本发明的评价方法主要应用于自抛光型防污涂料的防污期效评定，其主要的优势在于可在较短时间内对长效自抛光型防污涂料的防污期效进行预测和评定，为防污涂料的研制、选材提供科学的依据，缩短防污涂料的研制和实际推广应用周期。
文档编号G01N33/00GK102778539SQ20121024522
公开日2012年11月14日 申请日期2012年7月16日 优先权日2012年7月16日
发明者叶章基, 汤黎容, 王晶晶 申请人:中国船舶重工集团公司第七二五研究所