0.引言

    為了防止腐蝕要對(duì)鋼制品進(jìn)行涂裝，但鋼制品某些部位還需兼顧其他性能而無需涂裝，傳統(tǒng)的鋼制品涂裝前保護(hù)方式存在一些弊端，因此一種新的技術(shù)被開發(fā)出來。

    1.鋼制品涂裝過程中需要進(jìn)行保護(hù)的部位

    鋼制產(chǎn)品包括建筑鋼結(jié)構(gòu)、海洋工程、工程機(jī)械等。這些鋼制品上或多或少存在著一些無需涂裝的區(qū)域。如建筑鋼結(jié)構(gòu)[1]和船用克令吊[2]的高強(qiáng)螺栓摩擦面，僅噴砂/拋丸而無需涂裝以保證足夠的抗滑移系數(shù)。高強(qiáng)螺栓摩擦面之間的連接分為摩擦型連接和承壓型連接，抗滑移系數(shù)越高連接就越穩(wěn)定，尤其是對(duì)摩擦型連接來說。摩擦面若涂裝將會(huì)影響其抗滑移系數(shù)[3]，而高強(qiáng)螺栓連接在鋼制品中大量存在，尤其是機(jī)械類的鋼制品。除此以外，有一些區(qū)域僅需涂裝底漆而無需涂裝中漆和面漆，還有的區(qū)域僅需涂裝至中漆而無需涂裝面漆，這些特殊部位絕大多數(shù)情況下在進(jìn)行涂裝前都要進(jìn)行保護(hù)。

    2.傳統(tǒng)的涂裝前保護(hù)方法

    對(duì)于僅需表面處理而無需涂裝的部位，根據(jù)對(duì)多家鋼結(jié)構(gòu)制造企業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研以及電話咨詢，國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的保護(hù)方式有兩種——貼膠帶進(jìn)行保護(hù)和涂抹油脂進(jìn)行保護(hù)。對(duì)于國(guó)外，目前暫時(shí)沒有證據(jù)證明國(guó)外使用涂抹油脂的辦法進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)涂裝前的保護(hù)；但根據(jù)相關(guān)論文配圖，國(guó)外有使用膠帶進(jìn)行涂裝前的保護(hù)[4]。除此以外也有其他的保護(hù)方法，但主要的保護(hù)方法是這兩種。

    貼膠帶進(jìn)行保護(hù)是在表面處理結(jié)束后，在無需涂裝的區(qū)域貼上膠帶后再進(jìn)行涂裝作業(yè)，完成全部涂裝作業(yè)后將膠帶連同上面附著的涂料一齊去除即可。膠帶有很多種，國(guó)內(nèi)一般使用貼紙膠帶的方法來進(jìn)行保護(hù)，因?yàn)榧埬z帶和傳統(tǒng)的塑料膠帶不同，它只需用手就能撕開，相對(duì)塑料膠帶來說操作方便且快速，因而在工業(yè)上大量作為涂裝保護(hù)用的材料使用。

    至于涂抹油脂進(jìn)行保護(hù)的方法，油脂會(huì)破壞涂層對(duì)鋼制品的附著力，這個(gè)特性使得油脂被作用鋼制品涂裝前的保護(hù)。具體操作方法是在涂裝前對(duì)無需涂裝的區(qū)域涂抹油脂，從底漆到面漆完成涂裝后將油脂連同涂層附著物一起鏟除，保護(hù)用的油脂應(yīng)當(dāng)有一定的粘性、不易流掛并且經(jīng)濟(jì)適用。

    紙膠帶保護(hù)法適合外觀比較規(guī)律的規(guī)則區(qū)域（如矩形或圓形）的保護(hù)，如建筑鋼結(jié)構(gòu)的鋼梁、鋼柱的高強(qiáng)螺栓摩擦結(jié)合面（也有不規(guī)則的，但不多見）；抹油保護(hù)適合外觀比較復(fù)雜的不規(guī)則區(qū)域，比如圓形或小型多邊形的高強(qiáng)螺栓摩擦結(jié)合面。

    3.傳統(tǒng)的涂裝前保護(hù)方法的弊端及新的保護(hù)方法的要求

    3.1貼紙膠帶法帶來的弊端

    采用貼紙膠帶法進(jìn)行保護(hù)具有以下弊端：（1）操作繁瑣浪費(fèi)人工延誤工期，保護(hù)位置精度和保護(hù)范圍的尺寸不易保證。（2）膠帶剛貼的時(shí)候，膠帶與底材的結(jié)合力較差在無氣噴涂時(shí)易被噴出的高壓空氣掀開，待保護(hù)區(qū)域會(huì)被涂料污染；這一缺點(diǎn)在鍍鋅和鍍鋁的鋼制品中更加明顯，一旦污染上涂料要盡快適用溶劑進(jìn)行清潔，否則涂料一旦固化若采用打磨方法處理將破壞鍍鋅和鍍鋁層。（3）待涂層干燥后需要撕掉紙膠帶，若待保護(hù)區(qū)域連底漆都不用做則需要在表面處理完成后貼紙膠帶，完成全部涂裝工作后紙膠帶才能撕下，這往往需要好幾天的時(shí)間，因?yàn)闀r(shí)間較長(zhǎng)紙膠帶上的膠體會(huì)變的較粘稠，紙膠帶難以完全去除；若選用粘性不強(qiáng)的紙膠帶在涂裝完成后會(huì)比較容易清除但在涂裝過程中低粘性的紙膠帶能夠經(jīng)受住高壓無期噴涂中氣流的沖擊是個(gè)問題。（4）工人可能會(huì)為了偷懶而不去撕紙膠帶，影響構(gòu)件外觀、公司形象并會(huì)遭到業(yè)主的投訴。我國(guó)目前對(duì)鋼制品涂裝并不重視，從業(yè)人員素質(zhì)較低，尤其是建筑鋼結(jié)構(gòu)[5][6]。

    3.2抹油保護(hù)法帶來的弊端

    使用抹油對(duì)構(gòu)件進(jìn)行涂裝前保護(hù)的弊端主要在于油脂涂抹的范圍難以控制，抹油過程中油脂涂抹范圍會(huì)超出應(yīng)當(dāng)保護(hù)的范圍；雖然工人會(huì)用布沾著溶劑采用擦拭的方法以去除超出保護(hù)范圍以外的油脂，但完全去除油脂需要擦拭好幾遍，若有微量難以被發(fā)覺的油脂殘留將會(huì)影響涂層的附著力。除此以外這個(gè)方法對(duì)工期和時(shí)間的消耗也是個(gè)問題，涂抹油脂本身就是一個(gè)很繁瑣的工作；為防止油脂殘留對(duì)附著力造成的隱患，一些鋼結(jié)構(gòu)廠會(huì)派人對(duì)涂抹油脂的過程進(jìn)行監(jiān)控，并在油脂涂抹完成后檢查；以時(shí)間和人工的耗費(fèi)來降低油脂殘留的可能。

    3.3新的保護(hù)方式的要求

    鋼制品涂裝前傳統(tǒng)保護(hù)方式存在的種種弊端要求研發(fā)一種新的保護(hù)方法，新的保護(hù)方法應(yīng)當(dāng)具備以下優(yōu)點(diǎn)：（1）操作必須要方便；（2）保護(hù)的范圍要精確，應(yīng)當(dāng)盡可能與無需涂裝的區(qū)域重合；（3）噴涂尤其是高壓無氣噴涂噴出的涂料會(huì)以一定的速度和壓力沖擊到鋼制品上，若降低噴涂壓力會(huì)降低涂裝的質(zhì)量，因此保護(hù)材料必須要有足夠的吸附力，以防止其在涂料和氣流的沖擊下移位；（4）涂料中含有各種各樣的化學(xué)物質(zhì)，它們可能會(huì)對(duì)某些材料具有侵蝕性，保護(hù)材料應(yīng)當(dāng)具有化學(xué)惰性，能夠抵御絕大多數(shù)涂料中化學(xué)物質(zhì)的侵蝕，保護(hù)材料本身不具備化學(xué)惰性的，應(yīng)該采取一定的措施使其與涂料接觸的外表面具有化學(xué)惰性；（5）完成全部涂裝工作后，保護(hù)材料去除方便且沒有殘留物；（6）保護(hù)材料具有一定的經(jīng)濟(jì)性，且能夠循環(huán)使用。為了滿足這些要求，初步選定磁性橡膠作為新的保護(hù)介質(zhì)。

    4.磁性橡膠的簡(jiǎn)介和選用

    磁性橡膠，顧名思義，就是帶有磁性的橡膠制品，橡膠按照來源分為天然橡膠和合成橡膠，天然橡膠的原材料來源于漆樹等天然植物，成本昂貴；合成橡膠是人工合成的高分子聚合物，為三大合成材料之一，產(chǎn)量很大。其中天然橡膠的物理性能等綜合性能優(yōu)異但價(jià)格較貴[7]。磁性橡膠內(nèi)填充有磁粉及其他助劑[8]。磁性橡膠的磁性主要取決于磁粉的性能和用量，磁粉很金屬磁粉和鐵氧體磁粉，金屬磁粉磁性強(qiáng)但價(jià)格貴，鐵氧體磁粉磁性弱但性價(jià)比高[9][10]。用于拋丸/噴砂前保護(hù)的磁性橡膠要具有一定的強(qiáng)度能抵御磨料的打擊[11]。而噴槍噴出的涂料和氣流最多使磁性橡膠移位元或脫落，不太可能對(duì)磁性橡膠本身造成破壞；另外前面說過保護(hù)材料應(yīng)該要能抵御涂料中化學(xué)物質(zhì)的侵襲，磁性橡膠能有化學(xué)惰性那最好；若沒有，只需在它的外表面貼一層具有化學(xué)惰性的膜就可以了，膜不能太薄，對(duì)磁性橡膠的吸附力不能太差，高壓無氣噴涂的過程中不能脫落或破損。因此，用于涂裝前保護(hù)的磁性橡膠只要能牢固吸附、不脫落不移位即可，在此基礎(chǔ)上，盡可能選擇價(jià)格便宜的磁性橡膠。故我們采購(gòu)了所能買到的最便宜的磁性橡膠。

    5.磁性橡膠涂裝前保護(hù)試板驗(yàn)證試驗(yàn)

    5.1試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作

    為了驗(yàn)證上節(jié)的推斷和磁性橡膠用于涂裝前保護(hù)的有效性，首先進(jìn)行試板試驗(yàn)。出于成本等因素本試驗(yàn)用自來水模擬涂料由普通長(zhǎng)江牌無氣噴漆泵進(jìn)行高壓無氣噴涂。試驗(yàn)用厚度為3mm厚且涂有60μm厚度防銹底漆并豎直放置的鋼板供磁性橡膠吸附。選用的磁性橡膠尺寸分別為100mm*100mm、150mm*75mm、300mm*75mm和30mm*30mm,其中100mm*100mm磁性橡膠是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的試驗(yàn)試板，為標(biāo)準(zhǔn)參照物；150mm*75mm、300mm*75mm的試驗(yàn)試板規(guī)格尺寸與待保護(hù)的小面積高強(qiáng)螺栓摩擦面相類似，用于模擬實(shí)際保護(hù)摩擦面的磁性橡膠，同時(shí)驗(yàn)證相同面積但不同形狀的磁性橡膠抵御高壓無氣噴涂（對(duì)其吸附力影響）的能力；30mm*30mm磁性橡膠用于驗(yàn)證磁性橡膠在尺寸很小的情況下抵御高壓無氣噴涂的能力。每種尺寸的磁性橡膠選用0.5mm、1mm、2mm、3mm等不同厚度的各四種，并且在不同的噴漆距離、噴漆角度下進(jìn)行試驗(yàn)，其目的在于：（1）測(cè)試不同厚度磁性橡膠抵御高壓無氣噴涂的能力；（2）測(cè)試噴漆距離、噴漆角度等數(shù)據(jù)是否會(huì)影響磁性橡膠對(duì)試板的吸附力。

    5.2試驗(yàn)過程及結(jié)論

    分別將不同規(guī)格（厚度、尺寸）的磁性橡膠貼在試板表面。從不同距離、不同角度對(duì)其進(jìn)行噴涂，若在試驗(yàn)過程中磁性橡膠未發(fā)生移位元或脫離，則視為合格，反之不合格。遠(yuǎn)距離指距離大于30cm，近距離指距離小于30㎝；小角度指角度小于45°，大角度指角度大于45°。

    根據(jù)的試驗(yàn)結(jié)果，可以得出以下結(jié)論：（1）使用磁性橡膠對(duì)鋼制品進(jìn)行涂裝前的保護(hù)這一理論成立成立；（2）一般情況下（只是在一般情況下是這樣），磁性橡膠越厚，其對(duì)鋼制材質(zhì)的吸附力越強(qiáng)；（3）磁性橡膠吸附在鋼板上后，高壓無氣噴涂槍嘴的噴漆角度以及槍嘴與磁性橡膠的距離是決定磁性橡膠能否在鋼板上牢固吸附的因素；（4）磁性橡膠的形狀和面積發(fā)生變化時(shí)對(duì)其能否牢固吸附住鋼板無明顯影響（不可能沒有影響，試驗(yàn)只能證明影響不明顯）；（5）為保證磁性橡膠對(duì)構(gòu)件的吸附力，若使用本次采購(gòu)的磁性橡膠進(jìn)行保護(hù)，在實(shí)際構(gòu)件噴涂中選用2mm厚度的磁性橡膠比較保險(xiǎn)。

    除了高壓無氣噴涂外，我還是用壓縮空氣噴涂的方法進(jìn)行了磁性橡膠涂裝前保護(hù)的試驗(yàn)，壓縮空氣噴涂法的噴涂壓力較小，根據(jù)試驗(yàn)，0.5mm厚度的磁性橡膠即可在噴涂的過程中對(duì)需保護(hù)區(qū)域起到良好的保護(hù)作用。

    因?yàn)樘畛浯欧鄯N類和數(shù)量的關(guān)系，厚的磁性橡膠不一定磁性強(qiáng)，我開發(fā)了一種能夠驗(yàn)證磁性橡膠吸附力的方法，詳見《磁性橡膠表面處理前保護(hù)技術(shù)》。

    6.磁性橡膠涂裝前保護(hù)的實(shí)體構(gòu)件試驗(yàn)

    從理論上和試板試驗(yàn)的結(jié)果上看，磁性橡膠用于鋼制品涂裝前的保護(hù)效果良好，為了在實(shí)踐中檢驗(yàn)這項(xiàng)新技術(shù)我們還要采用實(shí)體構(gòu)件進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)?zāi)康娜缦拢海?）測(cè)試磁性橡膠在實(shí)體構(gòu)件噴涂時(shí)能否牢固吸附在鋼制品上，噴涂中不發(fā)生移位和脫落。（2）噴涂完成并且鋼制品上的涂料表干后，附著在磁性橡膠上的涂層能否方便的去除，即使不去除也無影響。

    H型鋼梁是最普遍存在的鋼結(jié)構(gòu)之一，具有一定的代表性，因此選用H型鋼梁來進(jìn)行試驗(yàn)。采用2mm厚度的磁性橡膠對(duì)H型鋼梁的高強(qiáng)螺栓摩擦結(jié)合面進(jìn)行保護(hù)，規(guī)格尺寸為250mm*100mm，與需保護(hù)構(gòu)件高強(qiáng)螺栓摩擦結(jié)合面的尺寸相同。磁性橡膠本身易被涂料腐蝕，那就在磁性橡膠背面貼一層化學(xué)惰性的塑料透明膠帶；同時(shí)塑料透明膠非常光滑，涂料固化后無法長(zhǎng)時(shí)間吸附。試驗(yàn)過程將H型鋼梁完成拋丸工作后在其高強(qiáng)螺栓摩擦結(jié)合面貼上磁性橡膠，按照正常涂裝工藝進(jìn)行噴涂，噴涂完成待涂料表干后，取下磁性橡膠片。本次試驗(yàn)的成功實(shí)施證明了磁性橡膠在實(shí)體構(gòu)件上用于涂裝前保護(hù)的有效性。

    7.磁性橡膠對(duì)圓形高強(qiáng)螺栓摩擦面涂裝前的保護(hù)

    鋼結(jié)構(gòu)一般對(duì)整個(gè)高強(qiáng)螺栓摩擦面進(jìn)行保護(hù)，但也有一些業(yè)主要求僅對(duì)高強(qiáng)螺栓摩擦面上與高強(qiáng)螺栓上墊片接觸的區(qū)域進(jìn)行保護(hù)而無需涂裝或僅涂裝底漆，其他區(qū)域則正常涂裝，這樣保護(hù)區(qū)域?qū)⑹敲娣e和外形等于或略大于墊片的圓形，它一樣可以選用磁性橡膠進(jìn)行保護(hù)。相對(duì)于對(duì)圖3所示的整個(gè)高強(qiáng)螺栓面進(jìn)行保護(hù)的方法來說，用磁性橡膠對(duì)這樣的區(qū)域保護(hù)既有劣勢(shì)又有優(yōu)勢(shì)。劣勢(shì)在于摩擦面上有很多的螺栓孔，磁性橡膠是無法吸附在螺栓孔上的，若保護(hù)整個(gè)摩擦面，則螺栓孔的面積占整個(gè)摩擦面的比重很小，而僅保護(hù)墊片區(qū)域的話，螺栓孔的面積約為待保護(hù)區(qū)域的面積的一半，必將導(dǎo)致磁性橡膠的吸附力減弱；但它的優(yōu)勢(shì)可彌補(bǔ)其劣勢(shì)，高強(qiáng)螺栓墊片的規(guī)格就那么幾種，單一公司使用的規(guī)格種類就更少，因此用于保護(hù)它的磁性橡膠規(guī)格種類也較少，并且它們的面積都很小，全部使用3mm甚至更厚的磁性橡膠也不會(huì)顯著增加保護(hù)的成本，磁性橡膠對(duì)螺栓孔造成的吸附力的不足可以用增加單位面積的吸附力來抵消。

    8.本技術(shù)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益

    磁性橡膠在鋼制品制造中取代傳統(tǒng)的對(duì)構(gòu)件的保護(hù)方法，除了具有相當(dāng)?shù)募夹g(shù)優(yōu)勢(shì)外，還能帶來一定的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。首先是降低涂裝的成本，涂裝成本在鋼制品成本總占有一定的比重。造船業(yè)涂裝勞動(dòng)成本占總勞動(dòng)成本的10%~15%[12]。降低涂裝前保護(hù)的成本也就是降低了涂裝的成本，從而降低總成本，磁性橡膠本身的價(jià)格不貴，除了因現(xiàn)場(chǎng)管理不善造成磁性橡膠的丟失外，在用于涂裝前的保護(hù)時(shí)幾乎是一次投資永久受益。該技術(shù)的社會(huì)效益在于減少紙膠帶的用量能夠減少對(duì)森林的破壞和造紙過程中的環(huán)境污染，造紙業(yè)產(chǎn)生的污水會(huì)對(duì)環(huán)境造成極大的破壞，雖然這些污水能夠得到處理。但對(duì)污水的處理方式有多種，各有優(yōu)缺點(diǎn)，難免污染環(huán)境[13]。造紙業(yè)對(duì)水資源的污染甚至造成了當(dāng)?shù)鼐用竦目只牛?012年7月28日南通啟東因王子造紙排海工程發(fā)生萬人沖擊政府大樓的事件。同時(shí)該技術(shù)能夠減少對(duì)人工的依賴，能夠緩解目前我國(guó)日益緊張的勞動(dòng)力，我國(guó)的人口紅利正在消失，逐步放開的二胎政策和東南沿海等地的用工荒很好的證明了這點(diǎn)。在這樣的背景下，這項(xiàng)技術(shù)的社會(huì)效應(yīng)甚至可能超過它所能帶來的經(jīng)濟(jì)效益。

    9.本技術(shù)的弊端和缺陷

    磁性橡膠用于鋼制品涂裝前的保護(hù)雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)也很明顯：（1）磁性橡膠有一定的成本，因此使用磁性橡膠進(jìn)行保護(hù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的管理水平和工人的責(zé)任心有一定的要求，且適合大量相同面積的區(qū)域的保護(hù)；（2）只能用于保護(hù)平面和曲面，且被保護(hù)物需具有磁性，這兩點(diǎn)同用于表面處理前保護(hù)的磁性橡膠一樣；（3）用于鋼制品涂裝前的保護(hù)方法之一是抹油，抹油法除了防止涂料污染外還能起到防銹的作用，而磁性橡膠只能防止涂料的污染，沒有防銹的功能。本技術(shù)的這些缺陷決定了它只能部分替代傳統(tǒng)的紙膠帶和抹油保護(hù)法，而不能完全替代，但它與傳統(tǒng)保護(hù)方式配合使用可以減少成本和提高生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量。

    10.結(jié)語

    隨著自然資源和人力資源的緊張以及人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的利益重視，將磁性橡膠用于鋼制品涂裝前的保護(hù)除了能為使用企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)效益外，還能帶來一定的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。雖然它因?yàn)樽陨泶嬖诘囊恍┤毕荽嬖谝欢ǖ倪m用范圍而只能對(duì)傳統(tǒng)的涂裝前保護(hù)方法部分替代，但該技術(shù)仍然值得被大力推廣使用。