环氧树脂在船舶制造中的防腐性能研究

一、研究背景 

海水高温高盐、干湿交替及紫外辐照使船体钢结构腐蚀速率是陆地环境的3–5倍。传统环氧涂层虽附着力强、耐化学介质优异，但脆性大、易紫外粉化、长期抗渗透性不足。近年来，通过分子结构设计、纳米/生物基复合改性及无溶剂化技术，环氧防腐体系在船舶压载舱、破冰船外板、饮水舱等苛刻部位均取得突破性进展。本文围绕“改性机理-工艺路线-服役验证”主线，系统阐述环氧树脂在船舶制造中的最新防腐研究成果。

二、改性机理与关键技术 

1. 石墨烯阻隔-导电协同防腐 

   1 wt %石墨烯均匀分散于环氧基体中，可形成迷宫式物理屏障，水蒸气渗透率下降46 %；同时石墨烯赋予涂层微导电性，电位负移至–0.55 V（vs. Ag/AgCl），抑制局部电偶腐蚀。实船挂片3年，锈点面积<0.5 %，明显优于纯环氧对照组。 

2. 壳聚糖-香草醛生物基紫外吸收 

   香草醛接枝壳聚糖（V-CTS）在环氧网络中构建动态氢键与席夫碱键，可吸收290–400 nm紫外光；分子动力学模拟表明，水分子扩散系数下降58 %，盐雾寿命由2000 h延长至3000h。 

3. 聚天门冬氨酸酯增韧-无溶剂化 

   利用聚天门冬氨酸酯开环氧环生成脲基结构，常温固化、零VOC；200 μm单道涂层耐盐雾3000 h无起泡、无脱落，已成功应用于船舶饮水舱、压载舱。 

4. 冰区超韧环氧体系 

   曼尼期碱固化剂（氢化DDM-甲醛-苯酚缩合）与聚氨酯改性环氧协同，使涂层常温抗压173 MPa、–65 ℃抗压219 MPa，1000 g载荷1000 r/min磨耗仅45 mg，满足破冰船外板抗冰磨蚀需求。

三、施工工艺要点 

1. 表面处理：Sa2.5级喷砂，粗糙度50–75 μm；高湿环境采用除湿机保持露点温差≥3 ℃。 

2. 无气喷涂：A/B组分1:1混合，40 ℃预热，喷幅0.38 mm，湿碰湿两道成膜200 μm，避免溶剂滞留。 

3. 低温固化：0–10 ℃环境下选用曼尼期碱固化体系，24h实干，7 d完全固化；冰区外板可加热毯60 ℃×2 h加速后固化。 

4. 在线监测：施工后采用7 kV电火花检漏，确保无针孔；同时利用便携式FTIR跟踪羰基指数，预警早期老化。

四、服役性能验证 

• 渤海客滚船压载舱涂层：3年实船跟踪，涂层完好率>95 %，压载水微生物附着量下降60 %。 

• 南极破冰船外板：–40 ℃反复撞击冰层，涂层无剥落，船体阴极保护电流密度降低30 %。 

• 大型集装箱船饮水舱：经FDA认证的无溶剂环氧体系，浸泡90天，水质指标满足WHO饮用水标准。

五、未来展望 

1. 自修复微胶囊：将缓蚀剂-环氧微胶囊引入涂层，划痕后24 h自修复效率>85 %。 

2. 数字孪生：通过电化学阻抗谱（EIS）在线数据与涂层老化模型耦合，实现船舶涂层寿命实时预测与维护决策。 

3. 绿色生物基：利用腰果酚、木质素等可再生资源合成环氧单体，进一步降低碳足迹。

结论 

现代改性环氧树脂体系通过纳米阻隔、生物基紫外吸收、无溶剂增韧及低温快速固化技术，显著提升了船舶在极端海洋环境下的长效防腐、耐磨与环保性能。石墨烯、聚天门冬氨酸酯、曼尼期碱固化剂等创新方案，已分别在高速客滚船、破冰船及饮水舱等典型部位实现规模化应用，为绿色、安全、长寿命船舶制造提供了可靠的材料支撑。