0.引言

    為了防止腐蝕要對鋼制品進行涂裝，但鋼制品某些部位還需兼顧其他性能而無需涂裝，傳統的鋼制品涂裝前保護方式存在一些弊端，因此一種新的技術被開發出來。

    1.鋼制品涂裝過程中需要進行保護的部位

    鋼制產品包括建筑鋼結構、海洋工程、工程機械等。這些鋼制品上或多或少存在著一些無需涂裝的區域。如建筑鋼結構[1]和船用克令吊[2]的高強螺栓摩擦面，僅噴砂/拋丸而無需涂裝以保證足夠的抗滑移系數。高強螺栓摩擦面之間的連接分為摩擦型連接和承壓型連接，抗滑移系數越高連接就越穩定，尤其是對摩擦型連接來說。摩擦面若涂裝將會影響其抗滑移系數[3]，而高強螺栓連接在鋼制品中大量存在，尤其是機械類的鋼制品。除此以外，有一些區域僅需涂裝底漆而無需涂裝中漆和面漆，還有的區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情況下在進行涂裝前都要進行保護。

    2.傳統的涂裝前保護方法

    對于僅需表面處理而無需涂裝的部位，根據對多家鋼結構制造企業的現場調研以及電話咨詢，國內傳統的保護方式有兩種——貼膠帶進行保護和涂抹油脂進行保護。對于國外，目前暫時沒有證據證明國外使用涂抹油脂的辦法進行鋼結構涂裝前的保護；但根據相關論文配圖，國外有使用膠帶進行涂裝前的保護[4]。除此以外也有其他的保護方法，但主要的保護方法是這兩種。

    貼膠帶進行保護是在表面處理結束后，在無需涂裝的區域貼上膠帶后再進行涂裝作業，完成全部涂裝作業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，國內一般使用貼紙膠帶的方法來進行保護，因為紙膠帶和傳統的塑料膠帶不同，它只需用手就能撕開，相對塑料膠帶來說操作方便且快速，因而在工業上大量作為涂裝保護用的材料使用。

    至于涂抹油脂進行保護的方法，油脂會破壞涂層對鋼制品的附著力，這個特性使得油脂被作用鋼制品涂裝前的保護。具體操作方法是在涂裝前對無需涂裝的區域涂抹油脂，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，保護用的油脂應當有一定的粘性、不易流掛并且經濟適用。

    紙膠帶保護法適合外觀比較規律的規則區域（如矩形或圓形）的保護，如建筑鋼結構的鋼梁、鋼柱的高強螺栓摩擦結合面（也有不規則的，但不多見）；抹油保護適合外觀比較復雜的不規則區域，比如圓形或小型多邊形的高強螺栓摩擦結合面。

    3.傳統的涂裝前保護方法的弊端及新的保護方法的要求

    3.1貼紙膠帶法帶來的弊端

    采用貼紙膠帶法進行保護具有以下弊端：（1）操作繁瑣浪費人工延誤工期，保護位置精度和保護范圍的尺寸不易保證。（2）膠帶剛貼的時候，膠帶與底材的結合力較差在無氣噴涂時易被噴出的高壓空氣掀開，待保護區域會被涂料污染；這一缺點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，若待保護區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間，因為時間較長紙膠帶上的膠體會變的較粘稠，紙膠帶難以完全去除；若選用粘性不強的紙膠帶在涂裝完成后會比較容易清除但在涂裝過程中低粘性的紙膠帶能夠經受住高壓無期噴涂中氣流的沖擊是個問題。（4）工人可能會為了偷懶而不去撕紙膠帶，影響構件外觀、公司形象并會遭到業主的投訴。我國目前對鋼制品涂裝并不重視，從業人員素質較低，尤其是建筑鋼結構[5][6]。

    3.2抹油保護法帶來的弊端

    使用抹油對構件進行涂裝前保護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超出應當保護的范圍；雖然工人會用布沾著溶劑采用擦拭的方法以去除超出保護范圍以外的油脂，但完全去除油脂需要擦拭好幾遍，若有微量難以被發覺的油脂殘留將會影響涂層的附著力。除此以外這個方法對工期和時間的消耗也是個問題，涂抹油脂本身就是一個很繁瑣的工作；為防止油脂殘留對附著力造成的隱患，一些鋼結構廠會派人對涂抹油脂的過程進行監控，并在油脂涂抹完成后檢查；以時間和人工的耗費來降低油脂殘留的可能。

    3.3新的保護方式的要求

    鋼制品涂裝前傳統保護方式存在的種種弊端要求研發一種新的保護方法，新的保護方法應當具備以下優點：（1）操作必須要方便；（2）保護的范圍要精確，應當盡可能與無需涂裝的區域重合；（3）噴涂尤其是高壓無氣噴涂噴出的涂料會以一定的速度和壓力沖擊到鋼制品上，若降低噴涂壓力會降低涂裝的質量，因此保護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物質，它們可能會對某些材料具有侵蝕性，保護材料應當具有化學惰性，能夠抵御絕大多數涂料中化學物質的侵蝕，保護材料本身不具備化學惰性的，應該采取一定的措施使其與涂料接觸的外表面具有化學惰性；（5）完成全部涂裝工作后，保護材料去除方便且沒有殘留物；（6）保護材料具有一定的經濟性，且能夠循環使用。為了滿足這些要求，初步選定磁性橡膠作為新的保護介質。

    4.磁性橡膠的簡介和選用

    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，產量很大。其中天然橡膠的物理性能等綜合性能優異但價格較貴[7]。磁性橡膠內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，金屬磁粉磁性強但價格貴，鐵氧體磁粉磁性弱但性價比高[9][10]。用于拋丸/噴砂前保護的磁性橡膠要具有一定的強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，不太可能對磁性橡膠本身造成破壞；另外前面說過保護材料應該要能抵御涂料中化學物質的侵襲，磁性橡膠能有化學惰性那最好；若沒有，只需在它的外表面貼一層具有化學惰性的膜就可以了，膜不能太薄，對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，用于涂裝前保護的磁性橡膠只要能牢固吸附、不脫落不移位即可，在此基礎上，盡可能選擇價格便宜的磁性橡膠。故我們采購了所能買到的最便宜的磁性橡膠。

    5.磁性橡膠涂裝前保護試板驗證試驗

    5.1試驗前的準備工作

    為了驗證上節的推斷和磁性橡膠用于涂裝前保護的有效性，首先進行試板試驗。出于成本等因素本試驗用自來水模擬涂料由普通長江牌無氣噴漆泵進行高壓無氣噴涂。試驗用厚度為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磁性橡膠是標準規格的試驗試板，為標準參照物；150mm*75mm、300mm*75mm的試驗試板規格尺寸與待保護的小面積高強螺栓摩擦面相類似，用于模擬實際保護摩擦面的磁性橡膠，同時驗證相同面積但不同形狀的磁性橡膠抵御高壓無氣噴涂（對其吸附力影響）的能力；30mm*30mm磁性橡膠用于驗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、噴漆角度下進行試驗，其目的在于：（1）測試不同厚度磁性橡膠抵御高壓無氣噴涂的能力；（2）測試噴漆距離、噴漆角度等數據是否會影響磁性橡膠對試板的吸附力。

    5.2試驗過程及結論

    分別將不同規格（厚度、尺寸）的磁性橡膠貼在試板表面。從不同距離、不同角度對其進行噴涂，若在試驗過程中磁性橡膠未發生移位元或脫離，則視為合格，反之不合格。遠距離指距離大于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°。

    根據的試驗結果，可以得出以下結論：（1）使用磁性橡膠對鋼制品進行涂裝前的保護這一理論成立成立；（2）一般情況下（只是在一般情況下是這樣），磁性橡膠越厚，其對鋼制材質的吸附力越強；（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生變化時對其能否牢固吸附住鋼板無明顯影響（不可能沒有影響，試驗只能證明影響不明顯）；（5）為保證磁性橡膠對構件的吸附力，若使用本次采購的磁性橡膠進行保護，在實際構件噴涂中選用2mm厚度的磁性橡膠比較保險。

    除了高壓無氣噴涂外，我還是用壓縮空氣噴涂的方法進行了磁性橡膠涂裝前保護的試驗，壓縮空氣噴涂法的噴涂壓力較小，根據試驗，0.5mm厚度的磁性橡膠即可在噴涂的過程中對需保護區域起到良好的保護作用。

    因為填充磁粉種類和數量的關系，厚的磁性橡膠不一定磁性強，我開發了一種能夠驗證磁性橡膠吸附力的方法，詳見《磁性橡膠表面處理前保護技術》。

    6.磁性橡膠涂裝前保護的實體構件試驗

    從理論上和試板試驗的結果上看，磁性橡膠用于鋼制品涂裝前的保護效果良好，為了在實踐中檢驗這項新技術我們還要采用實體構件進行試驗，試驗目的如下：（1）測試磁性橡膠在實體構件噴涂時能否牢固吸附在鋼制品上，噴涂中不發生移位和脫落。（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構之一，具有一定的代表性，因此選用H型鋼梁來進行試驗。采用2mm厚度的磁性橡膠對H型鋼梁的高強螺栓摩擦結合面進行保護，規格尺寸為250mm*100mm，與需保護構件高強螺栓摩擦結合面的尺寸相同。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惰性的塑料透明膠帶；同時塑料透明膠非常光滑，涂料固化后無法長時間吸附。試驗過程將H型鋼梁完成拋丸工作后在其高強螺栓摩擦結合面貼上磁性橡膠，按照正常涂裝工藝進行噴涂，噴涂完成待涂料表干后，取下磁性橡膠片。本次試驗的成功實施證明了磁性橡膠在實體構件上用于涂裝前保護的有效性。

    7.磁性橡膠對圓形高強螺栓摩擦面涂裝前的保護

    鋼結構一般對整個高強螺栓摩擦面進行保護，但也有一些業主要求僅對高強螺栓摩擦面上與高強螺栓上墊片接觸的區域進行保護而無需涂裝或僅涂裝底漆，其他區域則正常涂裝，這樣保護區域將是面積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行保護。相對于對圖3所示的整個高強螺栓面進行保護的方法來說，用磁性橡膠對這樣的區域保護既有劣勢又有優勢。劣勢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，若保護整個摩擦面，則螺栓孔的面積占整個摩擦面的比重很小，而僅保護墊片區域的話，螺栓孔的面積約為待保護區域的面積的一半，必將導致磁性橡膠的吸附力減弱；但它的優勢可彌補其劣勢，高強螺栓墊片的規格就那么幾種，單一公司使用的規格種類就更少，因此用于保護它的磁性橡膠規格種類也較少，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顯著增加保護的成本，磁性橡膠對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.本技術的社會經濟效益

    磁性橡膠在鋼制品制造中取代傳統的對構件的保護方法，除了具有相當的技術優勢外，還能帶來一定的社會經濟效益。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。造船業涂裝勞動成本占總勞動成本的10%~15%[12]。降低涂裝前保護的成本也就是降低了涂裝的成本，從而降低總成本，磁性橡膠本身的價格不貴，除了因現場管理不善造成磁性橡膠的丟失外，在用于涂裝前的保護時幾乎是一次投資永久受益。該技術的社會效益在于減少紙膠帶的用量能夠減少對森林的破壞和造紙過程中的環境污染，造紙業產生的污水會對環境造成極大的破壞，雖然這些污水能夠得到處理。但對污水的處理方式有多種，各有優缺點，難免污染環境[13]。造紙業對水資源的污染甚至造成了當地居民的恐慌，2012年7月28日南通啟東因王子造紙排海工程發生萬人沖擊政府大樓的事件。同時該技術能夠減少對人工的依賴，能夠緩解目前我國日益緊張的勞動力，我國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。在這樣的背景下，這項技術的社會效應甚至可能超過它所能帶來的經濟效益。

    9.本技術的弊端和缺陷

    磁性橡膠用于鋼制品涂裝前的保護雖然有很多優點，但其缺點也很明顯：（1）磁性橡膠有一定的成本，因此使用磁性橡膠進行保護對現場的管理水平和工人的責任心有一定的要求，且適合大量相同面積的區域的保護；（2）只能用于保護平面和曲面，且被保護物需具有磁性，這兩點同用于表面處理前保護的磁性橡膠一樣；（3）用于鋼制品涂裝前的保護方法之一是抹油，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。本技術的這些缺陷決定了它只能部分替代傳統的紙膠帶和抹油保護法，而不能完全替代，但它與傳統保護方式配合使用可以減少成本和提高生產效率及產品質量。

    10.結語

    隨著自然資源和人力資源的緊張以及人們對環境保護的利益重視，將磁性橡膠用于鋼制品涂裝前的保護除了能為使用企業帶來經濟效益外，還能帶來一定的社會和經濟效益。雖然它因為自身存在的一些缺陷存在一定的適用范圍而只能對傳統的涂裝前保護方法部分替代，但該技術仍然值得被大力推廣使用。