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    廣東迪愛生彤德樹脂有限公司
    2021-08-19 15:39

    新版ISO12944解讀

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    大家晚上好,今天有機會有幸在金色搖籃這樣一個平臺給大家介紹IOS12944的最新版。
     
      
     
    上面大家看到的圖片,就是廣州小蠻腰。
     
    發這張圖片的意思就是想告訴大家,類似于這樣的鋼結構項目,以及機場、展覽館、高鐵車站、石油化工等等都跟IOS12944有密切的關系。
     
     1.ISO12944簡介
     
    群里面有很多技術專家都是做涂料研發的,但是涂料研發出來以后的產品,最主要的還是要應用,那么怎樣去應用呢?以前的話就是幾底幾面,比如說兩底兩面等等,沒有一個具體的干膜厚度的概念。
    那么現在有了ISO12944的規范標準,就可以很好的來指導我們研發出來的產品在不同的環境下,怎樣滿足業主不同的防腐年限要求。
    這個標準大家應該算是比較熟悉了,在1999年,我記得我第一次把這個標準形成文章在《中國涂料》雜志上發表,但這個標準最早的一個版本,大家知道是1998年版本,所以說在國內,我算是第一個系統地給大家介紹過這個標準。
    ISO12944經歷了好幾次的升級,可以說是全世界都在討論。在2007年的時候曾經對第五部分,就是大家所關心的涂層系統結構,底漆做什么,中間漆做什么,面漆做什么有過一個探討。
    直到2017年和2018年年初,ISO12944才最終完成了最新版的更新。
    ISO12944是工業防腐涂料最重要的一個基礎性標準,今天我們就來介紹一下一些具體更新的內容,和老版本不同的地方,進行簡單的對比,讓大家有一個清晰的了解。
    剛才提及到IOS12944最早的版本是1998年的版本,那么在2007年就在十年以后這個版本對第五部分進行了更新,然后到2014年我們國家在這個標準的基礎上,有了我們國家類似的標準,就是GB/T30790。
    那么到了2017年,ISO12944的第一部分、第二部分、第三部分、第四部分、第七部分和第八部分正式發布。到了2018年,ISO12944的第五部分、第六部分和第九部分才正式發布。
     
         
    上面這張圖就是ISO12944標準版本的歷史沿革。
     
     2.ISO12944新版與以往版本的區別
     
    那么ISO12944的2017版和2018版跟以前的版本到底有多大的區別呢?
    最明顯的一個區別:原來的標準是分成1-8個部分,然而在ISO12944的第五部分,2007版本中,介紹到海洋工程方面的時候會說參考ISO20340。
    那么在最新的標準里把ISO20340的海洋工程這一塊增加成了第九部分:離岸設施和相關機構的防護涂料系統與實驗室性能測試方法。
     
         
    如上圖所示。
    大家可以清晰的看到我用筆把它畫出來的部分,就是原來的ISO20340的海洋工程部分。那么ISO20340這個標準在ISO12944第九部分發表以后,這個標準就不再采用了。
    以上是關于這個標準的一些基本變化,那么接下來我們講一下這個標準中非常關鍵的一個等級要求。
    大家知道,在鋼結構的防腐設計中,會想到鋼結構的涂層設計能夠保證多少年防腐,這是廣大業主最關心的問題。
    耐久性等級是非常重要的,意味著我們的防腐涂料系統選擇怎樣的涂料,系統是醇酸類別、丙烯酸類別、還是環氧聚氨酯系列,以及厚度要達到多少。
    如果對這個標準比較熟悉的人就知道,1998年的舊版本分成三個等級,就是短期(Low)、中期(Medium)、和長期(High)。短期是2-5年,中期是5-15年,大家發現5-15年,這跨度有點大,長期就是15年以上。
    2017年的新版本中把涂層系統的耐久性要求作了很大的更新,這個更新的我覺得是很貼合實際情況的。
    為什么這樣說呢?短期耐久性年限以前規定的是2-5年,2017年新版本中把短期耐久性年限提高到了7年。
    很多人都去過法國巴黎的埃菲爾鐵塔。我以前喜歡埃菲爾鐵塔的涂料涂裝系統,大家有興趣可以在網上搜一下,埃菲爾鐵塔的涂料涂裝系統其實很簡單,就是醇酸樹脂涂料。
    根據埃菲爾鐵塔的涂裝系統來說明一下這個涂裝年限是怎么設計的,它分成兩個部分,下面部分是5年,上面部分是7年,那也就是說埃菲爾鐵塔的涂料涂裝系統的設計年限是7年的。因為上面部分人活動比較少,下面部分人活動多一點,所以是五年時間。因此這個7年的涂裝系統是有這樣的一個著名的建筑鋼結構建筑的例子存在的。
    我們再來說一下中期,原來是5-15年,這次把它改成7-15年,這樣就比較合理了。我認為在10年左右,7-10年或者10-15年就比較合理了。長期的更改了,以前就是15年以上,現在規定為15-25年。
    在ISO1944的最新版本里面,除了短期中期長期以外還有一個耐久性等級,我把它叫做超長期(Very High),就是25年以上。
     
         
    如上圖所示。
     
     3.腐蝕環境的分類
     
    接下來我們介紹一下腐蝕環境的分類。腐蝕環境的分類也非常重要,無論是7年,15年還是25五年也好,在不同的環境中間是要選擇不同的涂料系統的。像一些醇酸類的,如果在高等級的腐蝕環境下,你說25年那顯然是不現實的。
    原來的ISO12944標準中對于腐蝕環境的分類是分成C1-C5。C5還分成C5I(工業)和C5M(海洋)。C5I工業環境中主要是硫離子,比如說電廠、煉化;C5M海洋環境中主要是指鹽分、氯離子的腐蝕。
    在新的ISO12944標準中,第5部分C5取消了工業環境跟海洋環境的區別。把I跟M并成一個,就只直接稱呼為C5,就沒有C5I跟C5M了,就是C5一個標準了。
    在C5等級以上,其實我們國家的科學家以及全世界腐蝕研究的科學家研究發現,有很多的地方的腐蝕環境等級,不管是碳鋼,還是鋁,還是銅等等,這些金屬腐蝕等級遠遠超過了C5的要求。
    所以有科學家曾經說在C5以上應該有C6、C7這樣的等級。那么在新的標準里把這個問題解決了,增加了一個CX就是extreme,極端的意思。也就是說新版的ISO12944第二部分中腐蝕環境的分類,現在是6個等級了。
     
         
    大家可以看到,我用那個熒光筆把它畫出來了,增加了一個CX(極端環境下)的等級,指高鹽度的離岸區域、極端高濕和侵蝕性大氣以及亞熱帶和熱帶的工業區。
    高鹽度的離岸區域有幾個例子,海上平臺就是屬于這一塊的。極端高濕和侵蝕性大氣,大家如果去海南島或者說看過一些關于腐蝕科學方面的書籍的話,就能知道海南的萬寧地區、三亞地區有我國的兩個腐蝕試驗站。
    比如說汽車的一些材料都會在這個試驗站進行一些腐蝕性試驗,包括掛板試驗等等。雖然這塊試驗平臺不是在海洋上面,但是屬于極端高濕和侵蝕性大氣,因為鹽分比較大,所以是CX等級。實際上,我們國家科學家很早就提出來了,萬寧和三亞這兩個地區的腐蝕是超過了原先C5等級的。
    上述的是大氣腐蝕環境,接下來我們說一下水和土壤的腐蝕等級。
    水和土壤的腐蝕等級原來分成三個等級,IM1,IM2,IM3分別對應了淡水環境,咸水(鹽水)環境,還有土壤的腐蝕環境。
    那么在新的標準里面增加了一個IM4。
    IM就是immerse,浸泡或者說是埋在地下的意思。IM1是淡水的浸泡環境,IM2是海水或者淡鹽水的腐蝕環境,IM3是土壤的腐蝕環境。那么IM4指的仍然是指海水或者淡鹽水,跟IM2的腐蝕環境的描述是一樣的,但實際上有著本質的區別。
    IM2的海水或者淡鹽水是指沒有陰極保護的。就是不做陰極保護就浸泡在水里面的結構。像港口區域的一些鋼結構閘門、棧橋等等。
    IM4雖然也是指海水或者淡水、鹽水里面,是指有陰極保護浸泡在水里面的鋼結構。比如說海上平臺一定是有陰極保護的,這就是IM2和IM4的最大區別。這個區別意味著IM4的腐蝕環境更厲害,所以需要涂層和陰極的雙重保護。如果IM2環境也要進行陰極保護,那就取決于你的設計。
     
         
    上圖就是水和土壤的腐蝕環境分類,增加了IM4,指有陰極保護的海水或淡水、鹽水。
    下面兩張圖就是一些基本的案例。
     
         
    這兩張圖都是長江的入???,有一定的海水倒灌,所以說屬于咸水或者危險的腐蝕區域。
    大家可以很清晰的看到,第一張圖就是沒有陰極保護的。第二張圖是海上平臺,那個橘黃色的是桂山三十三號,這是一個海上風電的裝機,采用了725所的涂料系統。
     
    4.新版ISO12944標準中第五部分講解
     
    腐蝕環境介紹完了,接下來我們先跳過第三部分、第四部分,因為表面處理這些我們就不在這里講了。接下來第五部分講的是底漆用什么,中間涂層用什么,面漆用什么,涂多厚,可以有多少年的耐久性。但是我們先跳過第五部分,先講第六部分實驗室的性能測試方法。
    第六部分實驗室的性能測試方法基本上沒有太多的變化,主要是講水的浸泡、冷凝、中性鹽霧試驗這三塊。但是新的ISO12944標準中增加了一個循環老化試驗用來取代前面的冷凝或者鹽霧試驗。
    循環老化試驗在高等級的腐蝕環境中特別需要,比如說C4、C5環境。因為C2、C3環境都比較溫和,一般的中性鹽霧試驗,或者冷凝試驗基本上就可以判斷出這個涂層系統的優劣好壞了。
    只有在C4、C5高等級的腐蝕環境中,以及要求非常高的耐久性年限,比如說15-25年、25年以上才用循環老化試驗。
    循環老化試驗是在C4、C5環境下,15-25年的耐久性年限要求進行循環老化試驗1680小時。
    C4環境下超長期(Very High)25年以上等級,是1680小時;相當于C5環境下的長期(High)15-25年等級,也是1680小時。
    在C5環境下需要達到25年以上的循環老化試驗要求為2688小時。循環老化試驗指一個周期168小時,就是一個星期。
    有些群里的大咖,如果大家對海洋平臺比較了解的話,就知道海洋平臺要求4200小時的循環老化試驗,一周內也是168小時。在新的ISO12944標準里不需要那么長時間,做了一些改變,但是基本試驗程序包括72小時的紫外線照射及冷凝,即4小時紫外線照射和4小時冷凝的交叉試驗。紫外線照射是60±3℃,冷凝是50±3℃,交叉進行4小時重復試驗,一共進行72小時。
    或者用UVA,就是340mm的紫外燈。進行3天72小時的中性鹽霧試驗,依據的標準就是ISO9227。最后一天,也就是第7天,進行24小時零下-20±2℃的低溫暴露試驗。
    通過下圖,大家可以有一個直觀的了解。
     
        涂層系統經過老化試驗以后,判斷它是否合格,我舉兩個例子,最主要的就是附著力這一塊。
    附著力有兩個要求,一個就是劃格法,有些人說百格法ISO2409。劃格法的要求是0-2級。其實大家都知道一般要求是0-1級,很多業主要求都是0-1級,但是在這個標準里面要求的是0-2級。
    大家知道主要是針對干膜厚度≤250微米時采用這個劃格法。
       另外一個就是拉開法。如果大家有印象的話,老的標準要求至少是5個兆帕才能合格。那這次有些很大的變化,要求有兩點,一是每一個點最小的拉開值不能低于2.5兆帕,就是說最低值是2.5兆帕,這里有一個先決條件,即在鋼材或者金屬底材和涂層之間是不能有任何拉開的。
    第一道涂層即底漆是不能是拉開的,只要拉到2.5兆帕,這個涂層應該沒有一點變化,沒拉起來就說明是合格。二是要是真完全想拉起來,那就拉到5個兆帕,拉開值至少是5個兆帕。
     
     5.保護涂料系統
     
    接下來我們回過頭來講第五部分,就是最核心的保護涂料系統部分。
    第五部分這個保護涂料系統只講到了C1-C5以及IM1-3,那么前面講的CX、IM4不在這里討論,因為那是屬于海洋環境,是在ISO12944第九部分闡述的,這里只講大氣腐蝕環境。
    我們先說一下涂料系統,在這里提到了好幾種產品的分類。首先是底漆,因為防腐涂料系統的底漆非常重要,底漆在這里基本上分為兩種,就是富鋅底漆和其它底漆兩種。
    富鋅底漆大家可能了解的比較多一點,在ISO12944中規定了干膜中的鋅粉質量含量不低于80%。有人說HDT3688里面講,60%的金屬鋅、70%的金屬鋅,那也是富鋅底漆。但是有一個區別,在ISO12944中講到富鋅底漆只有一個要求,就是干膜中鋅粉質量含量不低于80%。低于80%的都不能算富鋅底漆,這個標準就只有這一個數據。
    其它底漆就涉及到環氧聚氨酯、醇酸丙烯酸等等。
    需要說明一下,早期底漆分類就是富鋅底漆及其它底漆兩大類。其它類就包括環氧、聚氨酯、醇酸、丙烯酸等等。但是在新的標準中,把環氧、聚氨酯和醇酸、丙烯酸分開成兩類其它底漆來劃分。
    在傳統早期的標準里,面漆只會講什么丙烯酸、聚氨酯等。大家知道在這十幾年的應用中,又出現了什么聚硅氧烷、氟碳等等,就是說這些面漆在早期標準中是沒有體現的。
    新的ISO12944,除了聚氨酯面漆作為一個典型代表外,還把聚硅氧烷、氟碳及聚天門冬氨酸酯三類明確地歸到了標準體系的備注欄里。就是如果你不選擇聚氨酯可以選擇聚硅氧烷、氟碳及聚天門冬胺酯。
     
        
     
    我用熒光筆畫了一下那個地方,我覺得因為Low(L)、Medium(M)、High(H)、Very high(VH)腐蝕等級其實是一樣的,在這里說明一下底漆的等級。
    大家可以看到熒光筆畫圈的位置,在Low低等級Type of primer(底漆類型)中分成兩大類, Zn(R)就是富鋅, Misc就是其它類。往后一層Binder base of primer(底漆基料)中Zn(R)富鋅就分為無機硅酸鋅、環氧富鋅及聚氨酯富鋅。但是Misc(其它類別)的底漆除了EP(環氧)、PUR(聚氨酯)、ESI(硅酸乙酯)成一類外,還有AK(醇酸)、AY(丙烯酸)另一類。
    在其它類別中把這兩部分分開,是因為底漆系統中,環氧、聚氨酯底漆的耐久性、防腐年限方面要比醇酸和丙烯酸底漆更強,所以在新的ISO12944標準中就把這兩塊分開來了。原來的標準中是放在一起的。
    這張表還有一個中文的,先給大家簡單的說一下。
    前面是指碳鋼上面的腐蝕環境、不同膜厚及設計使用壽命的一張示例表。 
    實際上在熱浸鍍鋅表面,金屬熱噴涂表面,淡水和土壤的碳鋼表面,都有不同的涂層系統的設計厚度。
    所以我們就以碳鋼表面為例來說明一下,選擇C4環境,C4腐蝕等級下低碳鋼用的涂料信息系統。
     
       
     
    C4環境是比較常見的一類環境,比如說工業環境基本上就是C4環境,或者一些沿海的城市,像珠海、深圳、廈門、青島沿海市區的一些鋼結構,或者是火力發電廠化工廠等等,基本上可以作為C4腐蝕環境。
    所以把C4腐蝕環境放在這里是具有一個典型代表意義。
    大家看到我用熒光筆畫了一個圈。
     
       
     
    這就是講底漆系統的,我們以富鋅底漆為例,先說明下富鋅底漆體系編號C4.08中,NDFT(干膜厚度)是60μm(微米),體系編號C4.09-C4.11都是60-80μm(微米)。
    要設計好富鋅底漆的干膜厚度,需要熟悉ISO12944標準才知道其中的區別。在1998年版的ISO標準中,關于富鋅底漆的系統設計,是以80μm為標準。這就是為什么很多的環氧富鋅底漆系統都是設計成80μm的由來。
    那么到了2007年第五部分升級一次以后,富鋅底漆就變成了40-80μm。
    為什么是40-80μm?在廠家設計當中假如認為自家的富鋅底漆比較好,就會設計成40μm就夠了。但如果自家的比別人家的差一點就可能要設計成80μm,所以大家都拼命往低一點設計NDFT(干膜厚度)。
    但是在2018年新版ISO12944標準中,大家可以看到最低的富鋅底漆的干膜厚度要求是60μm,雖然80μm也可以。過厚的100μm也沒有意義,因為富鋅底漆不是單獨使用。
    然后大家可以看表格的最下面的備注,在注2中除了聚氨酯技術以外,其它涂層技術也可能適用,比如,聚硅氧烷、聚天門冬氨酸酯和氟碳聚合物【氟乙烯/乙烯基醚共聚物(FEVE)】。這個就是我前面講的面漆系統的選擇。
    還有一個就是整個涂層系統的厚度,這是很關鍵的一點。因為我對標準比較熟,所以在這里我大概說明一下(除了超長期部分)長期耐久性(15年以上)這部分。
    比如說在C4環境下,要求15年以上,如果不采用富鋅底漆,需要240μm的干膜厚度。
    原來的ISO標準就是不采用富鋅底漆,大家可以看體系編號C4.06中,干膜厚度是240μm。如果大家熟悉的話,在原來的標準中不采用富鋅底漆的話,至少要280μm。大家可以看到采用了富鋅底漆的體系編號C4.10,按原來的標準是240μm現在是降到了200μm。
    整個涂層系統比原來的干膜厚度薄了40μm,這就意味著給業主節省了成本。
     
         
    以C4環境為例說明一下C5環境,如上圖所示。
       因為表格比較多,我就不一一列出來了,將C4,C5給大家看一下,主要是干膜厚度,底漆厚度以及總體厚度,在不同耐久性腐蝕環境下的設計。
     
         
    上圖是中文版干膜厚度總表(對應前面英文版的干膜厚度總表)。
    這是一張總表,就是C2-C5的大氣腐蝕環境下,關于短期,中期,長期,超長期這樣的不同涂料系統下,總的干膜厚度到底要設計成多厚這張表里都有詳細的說明。
       以上涂料系統是同時適用于溶劑型涂料、高固體分涂料、無溶劑涂料以及水性防腐涂料。
       雖然水性涂料在這個標準里是同樣適用的,但唯一一個不能適用的地方就是水下環境或者說是浸泡環境,水性涂料目前是不推薦的。
    但是大家知道,其實我們國家的水性涂料,我可以毫不猶豫地自豪地說:我們國家的水性涂料在國家的高壓政策下,已經遠遠的超過了國外水性涂料的發展了,特別是在水性工業防腐涂料方面。
       實際上有些環境下,水性涂料在浸泡環境下是可以用的。最典型的例子就是集泰產品,它下面有高科力,大家知道用在儲罐內表面的水性環氧導靜電涂料,大概有十幾年的應用案例。我在很多年以前就關注這個產品,因此水性涂料在浸泡環境下面也是可以用的。
       那么在水性涂料中,尤其是水性無機富鋅產品,無論國外還是國內(國內用的最多),甚至是在海洋的浸泡環境下都有很多的案例來證明,水性無機富鋅涂料是可以用在海水的浸泡環境,以及一些容器的化學品浸泡環境中。 
    對于新的ISO12944標準我大概分成9個部分,第9部分就是講海洋腐蝕環境的。海洋環境部分以后我們有機會再跟大家來分享,今天我們主要是講大氣環境中以及淡水跟海水浸泡環境,不同的耐久性設計年限下,不同的涂層系統的選擇以及它的厚度的要求。
    最后我覺得這個標準雖然容量大,但是通過前面幾張圖的展示,整體標準輪廓還是比較清晰的。
    我出一個小題目,在這里給大家練習一下。
     
         
     
    大家可以嘗試著根據這張圖,制定一個用C3-C5環境下,模擬一個自定義涂料系統。比如說15-25年,就用長期耐久性25年的系統。用什么樣的底漆,用什么樣的面漆,底漆涂多厚,面漆涂多厚,底漆和面漆總共多厚。底漆是用富鋅還是不用,面漆用聚氨酯還是氟碳還是聚硅氧烷呢?
    就給大家出這么一個小小的練習題。
     
     6.總結
     
    好,由于時間有限,我大概花了五十分鐘的時間給大家簡單地介紹了一下ISO12944基本的一些內容。感謝大家今天晚上花時間來這里分享我的講解,今后有機會跟大家一起探討這個新的標準。有些地方可能說的不到位,或者有些錯漏的地方,請各位專家多多指正。謝謝! 
    問答環節
    問題1:請問老師,您對浸沒部位用富鋅漆的配套,是怎么看?這種配套是否有缺陷?浸沒部位用單膜富鋅涂層?
    答:富鋅漆在浸泡下單獨用沒有問題,復合涂層問題很多,是的。
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