Page 85 - 2024年第55卷第3期

破裂能；Ｋ为材料体积模量；ｔ为涂层厚度。
又基于弹性力学可知，弹性材料弹性模量 Ｅ，体积模量 Ｋ，泊松比 ν 满足如下关系：
Ｅ ＝ ３ Ｋ（１ － ２ ν ） （６）
１?２
由式（５）（６）可知，Ｐ 与（ＥＧ） 存在的比例关系是弹性材料的固有属性；而弹性材料的 Ｇｒｉｆｆｉｔｈ
ｃ
ｃ
槡
ｃ
临界破裂能与临界表面张力 γ ｃ 相等，由此可知：临界垂向分离力 Ｐ 与 Ｅ γ ｃ 存在线性关系，即：
槡
ｃ
Ｐ∝ Ｅ γ ｃ （７）
基于式（７），污损脱除参量 Ｅ γ 值越小，在外力干扰下污损生物越容易脱除，因此，国内外大多
槡
学者以此为指标对涂层污损脱除性能进行评价。将本文研发的淡水壳菜防护涂层与国内外同类、异类
涂层进行对比，表 ６给出了对比结果。从表中可以看出，本文研发的涂层表面性能优异，表面能较
低，污损脱除参量 Ｅ γ 值为 ４．２７，相对较小，说明研发的涂层具备了较大污损脱除潜力。此外，有机
槡
硅类涂层污损脱除参数具有显著优势，因此，从污损脱除角度，选用有机硅类材料作为淡水壳菜防护
涂层较为有利。

表 ６ 不同涂层污损脱除参数对比
２
涂层名称 涂层类型 水接触角 θ １ ?（°） 表面能 γ ?（ｍＪ?ｍ ） 弹性模量 Ｅ?ＭＰａ 污损脱除参量 槡 Ｅ γ
本文研发涂层（ＴＦ － ０．５） 有机硅类 １１１．８０ ２０．０４ ０．９１ ４．２７
ＧＸ － ＢＩＯＸ涂层 ［２５］ 有机硅类 ８０．４３ ３５．８２
文献［２６］ 有机硅类 １００．３４ ２２．８３ ０．９８ ４．７３
文献［２７］ 有机硅类 １０７．３０ ２０．００ １９．９１ １９．９５
文献［２８］ 有机硅类 ２７．９０ １．６０ ６．９０
［２９ － ３０］
聚脲 聚脲类 ９５．６３ ４７．７９ ２０．００ ３０．９２
环氧树脂 ［３０］ 环氧类 ７１．５５ ６１．６９

４ 结论

输水建筑物服役过程中可能面临以淡水壳菜为代表的生物污损问题，给工程安全运行带来隐患。
针对该问题研发了一种有机硅弹性体淡水壳菜防护涂层，并分析了该涂层微结构、力学性能、防附着
性能等，通过平均附着率、平均垂向分离力定量评估了所研发涂层对淡水壳菜的防护性能；对比了所
研发涂层与 ６类现存涂层的淡水壳菜平均附着率、平均垂向分离力及污损脱除参数差异性，论证了所
研涂层的优势，深入阐述了所研涂层的防附着机理。研究成果可为输水建筑物表面淡水壳菜防治难题
提供新路径，亦可为进一步工程应用实践、探索提供参考。
（ １）对于现存涂层，淡水壳菜平均附着率排序为：渗透结晶涂层＞丙烯酸涂层＞环氧胶泥涂层＞聚脲涂
层＞环氧树脂涂层＞硅橡胶涂层；平均垂向分离力排序为：渗透结晶涂层＞丙烯酸涂层＞环氧胶泥涂层＞聚
脲涂层＞环氧树脂涂层＞硅橡胶涂层。总体来看，硅橡胶涂层防附着性能较好，平均附着率为 ４０．００％，平
均垂向分离力为 ０．３０Ｎ，为现有防护涂层中防护性能相对较好的涂层类型。
（ ２）研发涂层采用有机硅弹性体系配方设计，具有 “低表面能” “微结构” “弹性” “低污损脱除
参量” 等特性。低表面能、微结构特点增加了淡水壳菜附着难度；同时，弹性、低污损脱除参量特点
利于淡水壳菜与涂层分离，即利于脱除。上述 ４种特点的综合作用减小了淡水壳菜平均附着率和平均
垂向分离力，进而有效提高了涂层防附着性能。
（３）研发涂层与防附着效果较好的硅橡胶涂层相比，平均附着率下降 ５８．３３％，平均垂向分离力降低
２
４６．６７％，展现出一定防附着优势。所研发涂层的弹性模量 ０．９１ＭＰａ，表面能 ２０．０４ｍＪ?ｍ ，污损脱除参量
为 ４．２７，优于大多同类涂层。

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