CN104204770A - 船底涂膜的摩擦阻力预测方法以及使用该方法的涂膜性能评价方法、涂膜性能评价装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供能简便地、无差别地、并且迅速地获得评价结果的船底涂膜的摩擦阻力增加率的预测方法。该船底涂膜的摩擦阻力预测方法的特征在于，对于将船底涂料涂装在基材上而形成的涂膜，根据JIS B0601:2001(ISO 4287:1997)的规定，在粗糙度曲线要素的平均长度RSm为2，000～10，000μm的范围内，作为粗糙度高度R测定Rz(最大高度粗糙度)、Rc(粗糙度曲线要素的平均高度)、Ra(算术平均粗糙度)、Rq(均方平方根粗糙度)、RZJIS(十点平均粗糙度)中的任一个，并根据下式(1)，计算从镜面开始的摩擦阻力增加率FIR(％)。(此处，系数C是取决于粗糙度高度R的种类、以及摩擦阻力试验方法的常数，预先，对于粗糙度不同的多种船底涂膜，在一定的评价长度下进行粗糙度测定及摩擦阻力实验，根据式(1)的关系求取实际测得的粗糙度高度R、粗糙度曲线要素的平均长度RSm、以及摩擦阻力增加率FIR(％))。

Description

船底涂膜的摩擦阻力预测方法以及使用该方法的涂膜性能评价方法、涂膜性能评价装置

技术领域

本发明涉及能简便地、无差别地、并且迅速地获得评价结果的船底涂膜的摩擦阻力增加率的预测方法。此外，还涉及对于实船的船底涂膜简便地评价涂膜性能的方法以及评价装置。

背景技术

对于作为船舶节能措施的最重要项目的推进性能的提高，除了兴波阻力、粘压阻力以外，船底的摩擦阻力也起到较大作用。

该摩擦阻力占船体所受到的所有阻力的60～80％，降低摩擦阻力会减少船的燃料消耗，极其重要。

另一方面，为了防止生物贴附于船底，防止由于生物的贴附而导致燃料消耗变差，使用了防污涂料。由于在船底与海水相接的部分必需涂装防污涂料，因此在新造船阶段要进行适当的涂装管理，此外，通过采用平滑性能较高防污涂料来防止涂膜表面粗糙度的增大、降低摩擦阻力具有较大意义。作为具备这样的防污性能并且能期待减少摩擦阻力的涂料涂膜具有自己研磨型涂膜以及污损物脱落型涂膜等。

一般而言，认为表面粗糙度是摩擦阻力增大的主要因素，因此一直以来进行根据涂膜的表面粗糙度来预测船舶的性能的努力。

非专利文献1中记载了根据船底的粗糙度来评价船舶性能的方法，此处使用的粗糙度测定是使用由BSRA(British Ship Building Association：英国造船协会)所开发的BSRA粗糙度仪的接触式位移计来进行测定的方法。并提出了通过由该方法测量得到的粗糙度，并利用下式(1)或(2)来计算摩擦阻力的增加。下式(1)和(2)是通过利用BSRA粗糙度仪来测定实船的表面粗糙度，而获得的经验式。

【数学式1】

$\mathrm{\Δ}{C}_F\×{10}^3=105{\left(\frac{k}{L_{\mathrm{PP}}}\right)}^{\frac{1}{3}}-0.64---\left(1\right)$

【数学式2】

$\frac{{\mathrm{\ΔP}}_D}{P_D}\×100\%=3.8\×\{{\left(K_2\right)}^{\frac{1}{3}}-{\left\{K_1\right)}^{\frac{1}{3}}\}---\left(2\right)$

式(1)中，ΔCF表示摩擦阻力系数的增加，k是由BSRA粗糙度仪测定得到的平均粗糙度高度，Lpp是船长度。式(2)中，ΔPD/PD表示提供马力的增加率，K₁是初始船底粗糙度高度，K₂是最终船底粗糙度高度。

而且，仅利用粗糙度高度来推定摩擦阻力并不足够，非专利文献1中示出了利用例如表面形状参数t进行的评价方法。

【数学式3】

t＝f(α)  (α＝m₀m₄/m₂ ²)   (3)

此处，α是光谱参数，m₀是零维谱矩，m₂是二维谱矩，m₄是四维谱矩。此外，作为简便方法记载有利用(D_E/D_z)²(D_E：形状的最高-最低密度D_z：零点交叉)求取α的方法。报告得知，通过利用该表面形状参数t进行评价，即使是相同的BSRA粗糙度高度(450μ)，也由于表面形状参数t不同而导致提供马力表现出±4％左右的不同。

此外，非专利文献2中示出了由外观的波高(粗糙度高度)H与外观的波长λ所组成的H²/λ与实船以及平板试验的摩擦阻力的关系。然而，通过如下(i)-(viii)所示的步骤来求取此处所使用的粗糙度高度H以及波长λ。是在当时计算机并不发达的时代，通过人工操作，从截面曲线求取粗糙度高度以及波长的方法。

(i)以一定间隔(对于外板上的实际长度最初为20-50m位)对横向长记录图形划纵向的区分线。

(ii)各选取一个各区间的记录图形的最高点与最低点。

(iii)绘制连接相邻区间的最高点彼此、以及相邻区间的最低点彼此的两根曲线图。

(iv)在最初的操作中所划的纵向区分线被(iii)的两根曲线夹持并切取的长度为该区间的外观的波高(Hi)。此外，最初的纵向区分线间隔为外观的波长(λ)。

(v)对于作为一艘船或者一片试验钢板的λ，外观的波高H是以上操作所得的Hi的平均。

(vi)接着在纵向的区分线之间的中央再各绘制一根区分线，并重复(ii)-(v)的操作。

(vii)这样，将记录图形进行2m等分，以1/λ(与粗糙度频率相对应)为横轴，以H和H/λ为纵轴绘制曲线图。

(viii)若在(vii)中获得与测定数相对应的一艘船或者钢板的曲线图，则绘制这些整体的平均曲线，根据平均曲线来得到对于外观波长λ的H以及H/λ。

由此，外观的波高H、外观的波长λ与JIS的粗糙度高度R、粗糙度曲线要素的平均长度RSm定义不同。此外，非专利文献2中以长度3m、宽度0.7m、厚度6mm的试验钢板进行拖船试验，尝试确认同样的趋势，但揭示出最高速度被限定在6(m/s)，未发现粗糙度参数的影响。

如上所述，示出了摩擦阻力与表面粗糙度的关系，但未示出可利用表面粗糙度并以高准确率来预测摩擦阻力的方法。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1：D.Byrne；"Hull roughness and the impact of outer hullmaintenance decisions on ship efficiency(船体表面粗糙度和外部船体维修决策对船效率的影响)",TheFIRst International Shiprepair,Spares andMaintenance Conference(第一届国际船舶维修、备件以及维护会议)(1983)p33-51

非专利文献2：笹岛秀雄、寺尾贞一、横尾幸一、中渡道夫、小川阳弘、“关于船体外板粗糙度与摩擦阻力增加的实验研究”、造船协会论文集、Vol.117,p58-71,1965-06

发明内容

发明所要解决的技术问题

一般而言，由实船的表面粗糙度引起的摩擦阻力增加通过实船的马力预测来进行推定是最为现实的，但实际运行条件中包含兴波阻力、风、波浪、潮流、船底污损等影响，仅提取出摩擦阻力的影响来进行评价较为困难。此外，涂装于船舶外板上的涂膜的表面粗糙度的数据由BSRA所开发，以评价长度50mm下的最大高度的评价为主流。然而，在50mm长度下仅能测量最大高度，因此具有无法评价其他参数的影响等问题。此外，虽然示出了表示在高度与波长、或者高度与斜率的参数下实船的摩擦阻力的增加率，但未设定实际的船舶现场中最合适的评价方法、评价长度、截止波长等。

此外，由于如上述那样评价实船的摩擦阻力较为困难，因此作为代替，需要利用其他摩擦阻力评价方法来进行简单推定，限定为在与实船相当的粗糙度下，表示与实船相同的摩擦阻力增加的测量方法。通过恰当的粗糙度测定法、摩擦阻力测定法的组合，来推定与实船相当的阻力增加较为重要。

解决技术问题所采用的技术方案

在上述状况下，本发明人对更为简便、并且最适合实际船舶的涂膜评价的评价方法进行了潜心研究。

其结果是，发现通过以下的结构能够预测船舶涂膜的摩擦阻力，从而完成了本发明。

[1]本发明的船底涂膜的摩擦阻力预测方法的特征在于，对于将船底涂料涂装在基材上而形成的涂膜，根据JIS B 0601:2001(ISO 4287:1997)的规定，在粗糙度曲线要素的平均长度RSm为2，000～10，000μm的范围内，作为粗糙度高度R测定Rz(最大高度粗糙度)、Rc(粗糙度曲线要素的平均高度)、Ra(算术平均粗糙度)、Rq(均方平方根粗糙度)、RZJIS(十点平均粗糙度)中的任一个，并根据下式(4)，计算从镜面开始的摩擦阻力增加率FIR(％)。

【数学式4】

$\mathrm{RIF}(\%)=C\frac{R^2}{\mathrm{RSm}}---\left(4\right)$

(此处，系数C是取决于粗糙度高度R的种类、以及摩擦阻力试验方法的常数，预先对于粗糙度不同的多种船底涂膜，在一定的评价长度下进行粗糙度测定及摩擦阻力实验，根据式(4)的关系求取实际测得的粗糙度高度R、粗糙度曲线要素的平均长度RSm、以及摩擦阻力增加率FIR(％))。

[2]根据[1]所述的船底涂膜的摩擦阻力预测方法的特征在于，在JIS B0601:2001(ISO 4287:1997)的规定下，以评价长度为10，000μm以上、测定间隔为500μm以下的条件来进行粗糙度测定。

[3]根据[2]的所述的船底涂膜的摩擦阻力预测方法的特征在于，应用截止值λc为10，000μm以上的高通滤波器来进行粗糙度测定。

[4]根据[1]至[3]中任一项所述的船底涂膜的摩擦阻力预测方法的特征在于，作为摩擦阻力试验，使用双重圆筒装置，首先求取在使外筒旋转时的作用于镜面内筒中的转矩T₀，接着求取在使涂装了船底涂料的内筒以相同条件旋转时的转矩T，并利用下式(5)实际测得摩擦阻力增加率FIR(％)，

【数学式5】

$\mathrm{FIR}(\%)=\frac{T-T_0}{T_0}x100---\left(5\right)$

根据涂装于内筒的涂膜的粗糙度高度R以及粗糙度曲线要素的平均长度RSm之间式(4)的关系式，来预先求得常数C。

[5]根据[1]至[4]中任一项所述的船底涂膜的摩擦阻力预测方法的特征在于，利用触针式粗糙度测定装置或激光位移式粗糙度测定装置来测定粗糙度高度R以及粗糙度曲线要素的平均长度RSm。

[6]本发明的船底涂膜的涂膜性能评价方法的特征在于，使用预先求得的常数C，对于在基材上涂装船底涂料而形成的涂膜，测定粗糙度高度R以及粗糙度曲线要素的平均长度RSm，并利用所述式(1)来预测摩擦阻力增加率FIR(％)。

[7]根据[6]所述的船底涂膜的涂膜性能评价方法的特征在于，对于实船涂装后的涂膜利用热可塑性树脂来取得模型，从而评价粗糙度高度R以及粗糙度曲线要素的平均长度RSm。

[8]本发明的船底涂膜的涂膜性能评价装置是在实船涂装中进行涂膜性能评价的装置，包括：测定粗糙度高度R以及粗糙度曲线要素的平均长度RSm的测定部；以及使用所述式(4)来计算摩擦阻力增加率FIR(％)的摩擦阻力计算部。

发明效果

根据本发明，能仅利用评价粗糙度的非常简便的方法，来预测船底涂膜的摩擦阻力增加率。通过使用该方法，能应用于迅速选择具有更低摩擦阻力的防污涂料、判断涂装是否合格、把握涂装机的性能等中。此外，能应用于造船厂中将防污涂料涂装到实船上的管理中，或者能提供用于此的评价装置。由于通过限定粗糙度的波长范围，能固定测定条件，因此还能够使得评价装置较为廉价。

附图说明

图1示出了摩擦阻力增加率FIR(％)与Rz²/RSm之间的关系。

图2示出了摩擦阻力增加率FIR(％)与最大高度粗糙度Rz之间的关系。

图3示出了摩擦阻力增加率与粗糙度曲线要素的平均长度RSm之间的关系。

图4示出了实船底膜的粗糙度分布(复制法/评价长度30mm)。

图5示出了实船底膜的粗糙度取得例。

图6示出了摩擦阻力增加率FIR(％)的预测例(FIR(％)＝2.62XRz²/RSm)。

具体实施方式

以下，对本发明进行具体说明。

本发明所评价的船底涂料是用于防止船底的腐蚀、防止生物贴附等的涂料，本发明主要是用于钢船的船底涂料。

作为这样的防污涂料，例如可将本发明应用于自己研磨型防污涂料以及污损物脱落型防污涂料。

自己研磨型防污涂料通过使涂膜本身慢慢溶化，与此同时也使水栖生物不喜欢的成分即防污剂溶化，从而防止生物贴附。此外，污损物脱落型防污涂料通过具有平滑性、拒水性以及弹性的涂膜，使水栖生物难以贴附。

作为这样的防污涂料能够使用日本专利4884884107号、日本专利4846093号、日本专利4837668号、日本专利4813608号、日本专利4812947号、日本专利4812902号、日本专利4812895、日本专利4806769号、日本专利4786053号、日本专利4777591号、日本专利4776839号、日本专利4769331号、日本专利4745351号、日本专利4709370号、日本专利4694583号、日本专利4684465号、日本专利4675624号、日本专利4651792号、日本专利4647060号、日本专利4644238号、日本专利4642204号、日本专利4641563号、日本专利4633224号、日本专利4621901号、日本专利4610763号等公知的防污涂料，而并无特别限制。

本发明对将上述船底涂料涂装在基材上而获得的涂膜进行评价。作为基材，并无特别限制，通常使用非处理钢材、喷砂处理钢材、酸处理钢材、镀锌钢材、不锈钢材等钢材；铝(合金)材料、铜(合金)材料等非铁金属材料；混凝土、氯乙烯等塑料材料等。而且，所述基材的形状也无特别限制，但通常使用圆筒状、船形状、平板状、管状的基材来进行评价。

船底涂膜能通过以下方法形成：即，在根据常规方法在基材的表面涂装防污涂料后，根据需要在常温下或者加热状态下使溶剂挥发去除。作为涂布方法并不作特别限定，能够举出例如浸渍法、喷涂法、毛刷法、辊、静电涂布、电着涂装等现有公知的方法。为了在宽大的船底进行均匀涂布，优选采用喷涂法。

对于膜厚并不作特别限定，只要具有规定的厚度即可，但通常为50～1，000μm，不会使基材露出，且不会影响基材表面的凹凸的厚度即可。

摩擦阻力预测方法

对于将船底涂料涂装在基材上而形成的涂膜，根据JIS B 0601:2001(ISO4287:1997)的规定，在粗糙度曲线要素的平均长度RSm为2，000～10，000μm的范围内，作为粗糙度高度R测定Rz(最大高度粗糙度)、Rc(粗糙度曲线要素的平均高度)、Ra(算术平均粗糙度)、Rq(均方平方根粗糙度)、RZJIS(十点平均粗糙度)中的任一个，并根据下式(4)，计算从镜面开始的摩擦阻力增加率FIR(％)。

【数学式6】

$\mathrm{RIF}(\%)=C\frac{R^2}{\mathrm{RSm}}---\left(4\right)$

此处，常数C是取决于粗糙度高度R的种类、以及摩擦阻力试验方法的常数，预先在一定的评价长度下进行粗糙度测定及摩擦阻力实验，根据式(4)的关系求取实际测得的粗糙度高度R、粗糙度曲线要素的平均长度RSm、以及摩擦阻力增加率FIR(％)。

RSm是粗糙度曲线要素的平均长度，由下式(6)来表示各粗糙度曲线要素的长度XS的平均。

【数学式7】

$\mathrm{RSm}=\frac{1}{m}\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Xsi}---\left(6\right)$

Rz表示最大高度粗糙度，是在基准长度中粗糙度曲线的最大峰值与最大谷值的和。Rc表示粗糙度曲线要素的平均高度，Ra表示算术平均粗糙度、Rq表示均方平方根粗糙度、RZJIS表示十点平均粗糙度，是以从高到低的顺序从最高的峰值开始到第5位的峰值为止的平均值与以从深到浅的顺序从最深的谷值开始到第5位的谷值为止的平均值的和。这些根据JIS B0601:2001(ISO 4287:1997)的规定来测定。

本发明中，粗糙度的评价只要测定Rz(最大高度粗糙度)、Rc(粗糙度曲线要素的平均高度)、Ra(算术平均粗糙度)、Rq(均方平方根粗糙度)、RZJIS(十点平均粗糙度)中的任一个即可。

上述粗糙度的测定通过接触式、非接触式、手动、自动等表面粗糙度测定装置来进行评价。优选通常使用的，并且在简便性等点上具有优势的触针式、激光位移式的装置。

测定所取得的数据可以进行保存，或者在位移计的内部进行模拟/数字处理。另外，本发明中为了测定对象粗糙度，将评价长度设为10，000μm以上，将测定间隔设为500μm以下。

在分析参数时，优选直接利用截面曲线，但在具有10，000μm以上波长的波纹的影响时，能够根据JIS B 0601:2001(ISO 4287:1997)的规定，引入截止值(波长)λc为10，000μm以上的高通滤波器，来求取粗糙度曲线。

本发明中，为了正确地评价该粗糙度而需要的评价长度以及截止值λ_c为10，000μm以上，此外测定间隔为500μm以下。另外，若将测定间隔设为500μm，则能测定的最低波长为2，000μm，但由于低波长粗糙度的测定误差较大，因此较为实用的测定间隔为250μm左右。若使测定间隔变小，其结果是会耗费测定时间，并且与摩擦阻力增加无关，而会对低粗糙度高度的波长造成影响，因此在实用性上测定间隔在100μm以上较为恰当。此外，在将测定间隔设定地较小的情况下，当受到不对摩擦阻力产生贡献的较小的粗糙度或噪声的影响而使外观的波长变小时，也可以利用低通滤波器来截止。

系数C的求取方法

式(4)中的斜率C根据粗糙度高度R的种类以及摩擦阻力试验方法而改变。预先在规定的基材上制作粗糙度不同的多种船底涂膜，利用摩擦阻力试验来评价摩擦阻力，求取式(4)中的常数C。例如在评价长度50mm下测定Rz、RSm，并使用双重圆筒装置进行摩擦阻力试验时，系数C在2～3左右。此处进行的摩擦阻力试验对于由上述粗糙度测定方法取得的粗糙度高度R为100μm、RSm为2，000-4，000μm的涂装涂膜，需要在示出了5％以上的摩擦阻力增加率的方法下进行。这是在与实船相当的高雷诺数、较薄的粘性底层厚度下获取的摩擦阻力增加率，因此在船体评价所通常使用的水槽拖船试验、回流水槽试验中，由于速度较慢、试验板长较短，因此粗糙度会隐藏在粘性底层下方，没有充分表现出粗糙度的影响，因此并不恰当。

为了实现与船体相当的粘性底层厚度，采用使主流与壁面的距离靠近，并尽可能加快流速的方法较为优异。能获得上述结果的试验具体是双重圆筒装置、管内流路，空化水槽等。

在使用双重圆筒装置的情况下，预先在外筒以规定的转速进行旋转时，求取作用于此时的镜面内筒中的转矩T₀，接着求取在使涂装了船底涂料的内筒以相同条件旋转时的转矩T，并利用下式(5)实际测得摩擦阻力增加率FIR(％)。

【数学式8】

$\mathrm{FIR}(\%)=\frac{T-T_0}{T_0}x100---\left(5\right)$

接着，根据实际测得的FIR(％)与涂装在内筒中的涂膜的R以及RSm之间式(4)的关系，求取系数C。

通过将求得的系数C使用于式(4)中，并测定R与RSm，就能预测涂装涂膜的摩擦阻力增加率，而与船底涂料的种类无关。

如上所述，使用预先求得的常数C，对于将船底涂料涂装在基材上而得到的涂膜测定粗糙度高度R以及粗糙度曲线要素的平均长度RSm，能通过利用式(4)预测摩擦阻力增加率FIR(％)，来评价船底涂膜的涂膜性能。

此外，在造船厂的船舶涂装现场，通过将热可塑性树脂按压到模具里，来采取复制(replica)，若利用上述方法来测定船底涂膜的表面粗糙度，则能够评价实船涂膜的摩擦阻力增加率。

具体而言，为了以充分的精度来获得涂装于内筒的涂膜的表面粗糙度，利用激光位移计从内筒的下部到上部，从下部50mm开始以25mm为间隔来测量，并测量10根线。在试验装置中安装激光位移计，通过使圆筒旋转来测定表面粗糙度。每250μm取得一次位移数据，在1，000mm之间取得4，000点的数据，1根线的测定数据以50mm的评价长度分割为20份，之后通过利用均方来减少近似曲线，从而计算截面曲线。

本发明所涉及的船底涂膜的涂膜性能评价装置使用上述预测方法，包括测定粗糙度高度R以及粗糙度曲线要素的平均长度RSm的测定部、以及使用式(4)来计算摩擦阻力增加率FIR(％)的摩擦阻力计算部。

在该测定部中设置有如上所述的粗糙度测定装置，预测部监控获得的数据，使得能够根据式(4)来预测摩擦阻力增加率。

通过使用该涂膜性能评价装置，在造船厂的船舶涂装现场能够简单地预测船底涂膜的摩擦阻力增加率，评价涂膜性能。

此外，为了限定粗糙度的波长范围，能够固定作为粗糙度测定条件的评价长度、测定间隔、截止值λc，因此能够提供一种廉价的涂膜性能评价装置。

(实施例)

接着，根据实施例对本发明进一步进行详细说明，但本发明并不局限于这些实施例。

(实施例1)摩擦阻力试验

(i)使用双重圆筒装置的情况

使用双重圆筒装置来评价粗糙度高度R以及粗糙度曲线要素的平均长度RSm与摩擦阻力增加率的关系。

双重圆筒装置是在不锈钢槽(外筒，直径320mm)内充满的离子交换水(23℃)中设置利用喷涂涂布了涂料的氯乙烯制试验圆筒(内筒，310mm)。

涂料使用BANNOH 500N(中国涂料株式会社制)作为粘结层，使用SEAGRANDPRIX 500、SEA GRANDPRIX 1000、SEAFLO NEO、或者BIOCLEAN HB(均未中国涂料株式会社制)作为防污涂料。涂膜的厚度为总厚度125μm或者250μm。

使外筒以1000rpm进行旋转，测定作用于形成有涂膜的内筒中的转矩。接着，在使外筒以1000rpm进行旋转时，在膜厚125μ的状态下作用于完全镜面的转矩为6.55N·m、在膜厚250μm的状态下转矩为6.63N·m，从而计算摩擦阻力增加率FIR(％)。

形成有各涂膜的内筒的摩擦阻力增加率FIR(％)由式(5)计算得到。另外，关于式(5)中的T₀，在使外筒以转速1000rpm进行旋转时，在涂料膜厚125μm的状态下作用于镜面的内筒中的转矩为6.55N·m、在膜厚250μm的状态下转矩为6.63N·m，T是以相同条件使涂装了船底涂料的内筒旋转时的转矩。

接着，对形成有各涂膜的内筒进行粗糙度测定。

为了以充分的精度来获得形成有涂膜的内筒的表面粗糙度，利用激光位移计从试验体上部到下部，从上部50mm开始以25mm为间隔来测量，并测量10根线。在双重圆筒装置中安装激光位移计，通过使形成有涂膜的内筒旋转来测定表面粗糙度。每250μ取得一次位移数据，在1，000mm之间取得4，000点的数据。1根线的测定数据以50mm的评价长度分割为20份，之后通过利用均方来减少近似曲线，从而计算截面曲线。

计算通过喷涂形成的涂膜的Rz(最大高度粗糙度)、粗糙度曲线要素的平均长度RSm的结果为在50mm的评价长度下，Rz为30μm-200μm、RSm为2，000μm～10，000μm。为了正确地评价该RSm的范围而需要的评价长度以及截止值λc为10，000μm以上，此外测定间隔为500μm以下。另外，若将测定间隔设为500μm，则能测定的最低波长为2，000μm，但由于低波长下的Rz、RSm的测定误差较大，因此较为实用的测定间隔为250μm左右。此外，若测定间隔较小，则其结果是需要测定时间，因此在实用性上测定间隔在100μm以上较为恰当。此外，在将测定间隔设定地较小的情况下，当受到不对摩擦阻力产生贡献的较小的粗糙度或噪声的影响而使外观的波长变小时，也可以利用低通滤波器来截止。为了在进行实际评价时，去除长波长的波纹影响，优选引入截止波长λs的低通滤波器来求取粗糙度曲线，但在经精密加工后的圆筒中，由于无法确认长波长的波纹的影响，直接进行截面曲线的评价。

利用截面曲线计算出Rz(最大高度粗糙度)、Rc(粗糙度曲线要素的平均高度)、Ra(算术平均粗糙度)、Rq(均方平方根粗糙度)、RZJIS(十点平均粗糙度)以及RSm。

表1中示出了使用双重圆筒装置进行测定时的Rz、Rc、Ra、Rq、RZJIS以及RSm与摩擦阻力增加率FIR(％)。此外，进行了Rz、Rc、Ra、Rq、RZJIS以及RSm彼此的相关性分析，并将结果显示在表2中。由于Rz、Rc、Ra、Rq、RZJIS彼此示出了较高的相关性，因此使用任一粗糙度高度R来进行评价均可。在对RSm、Rz与FIR(％)的关系进行评价的情况下，如图1所示，若将Rz的平方除以RSm的值Rz²/RSm为横轴，以FIR(％)为纵轴，则确认到以近似直线高度相关。然而，若如图2以及图3那样以Rz、RSm为横轴，以FIR(％)为纵轴，则由于偏差较大，因此利用Rz²/RSm来预测FIR(％)较为恰当。该例中的近似线为通过0的斜率为2.62的曲线。因此，若利用该数学式进行倒算，则能根据Rz、RSm计算出FIR(％)。另外，如表2所示，Rc、Ra、Rq、RZJIS与Rz示出了较高的相关性，因此能够利用它们中的任一项进行相同的评价。其中，伴随粗糙度高度R的种类的不同，系数C变成不同的值。

[表1]

表1 粗糙度高度R、RSm、Rz²/RSm与磨擦阻力增加率FIR(％)(评价长度50mm)

[表2]

表2 粗糙度高度R、RSm的彼此相关性(评价长度50mm)

(实施例2)  实船底涂膜的粗糙度测定

表3示出了实船底(4艘)中测定得到的Rz、Rc、Ra、Rq、RZJIS以及RSm。4艘船舶的船底分别涂布有防污涂料((a)：SEAFLO NEO、(b)SEAGRANDPRIX 500 HS、(c)：SEA GRANDPRIX 500、(d)SEA GRANDPRIX 1000(均为中国涂料(株)制)。通过热可塑性树脂取得涂膜的粗糙度的模型，并利用取回激光位移计来测定表面粗糙度。将评价范围设为30mm×30mm，测量间隔为250μm、评价长度为30，000μm。如图4所示，通过该测定能够测定出粗糙度分布。Rz、Rc、Ra、Rq、RZJIS以及RSm与实施例1中所获得的值相同。由此，在实船底涂膜上也能在与实施例1相同的RSm范围中进行测定。

[表3]

表3 实船外板上表面粗糙度分析例(复制法/评价长度30mm)

图5中以三维柱状图示出了Rz、RSm的值的分布。通过该结果示出了利用本发明的方法能评价船舶外板的粗糙度。此外，根据各船的Rz、RSm的平均值，将系数C设为2.62，计算出预测FIR(％)。

(实施例3)摩擦阻力的增加率预测法

图6中示出了由实施例1获得的摩擦阻力增加率的预测例。确认到在将系数C设为2.62来计算FIR(％)时，伴随着Rz增大、RSm变小，FIR(％)具有变大的趋势。通过这样的图，能简单地预先预测到在哪个粗糙度范围中，FIR(％)的增加变得较为显著。并且，能通过直接将Rz、RSm代入预测式中来比较FIR(％)的差异。

Claims (8)

1.一种船底涂膜的摩擦阻力预测方法，其特征在于，

对于将船底涂料涂装在基材上而形成的涂膜，根据JIS B 0601:2001(ISO4287:1997)的规定，在粗糙度曲线要素的平均长度RSm为2，000～10,000μm的范围内，作为粗糙度高度R测定Rz(最大高度粗糙度)、Rc(粗糙度曲线要素的平均高度)、Ra(算术平均粗糙度)、Rq(均方平方根粗糙度)、RZJIS(十点平均粗糙度)中的任一个，并根据下式(1)，计算从镜面开始的摩擦阻力增加率FIR(％)。

【数学式1】

$\mathrm{FIR}(\%)=C\frac{R^2}{\mathrm{RSm}}---\left(1\right)$

(此处，系数C是取决于粗糙度高度R的种类、以及摩擦阻力试验方法的常数，预先对于粗糙度不同的多种船底涂膜，在一定的评价长度下进行粗糙度测定及摩擦阻力实验，根据式(1)的关系求取实际测得的粗糙度高度R、粗糙度曲线要素的平均长度RSm、以及摩擦阻力增加率FIR(％))

2.如权利要求1所述的船底涂膜的摩擦阻力预测方法，其特征在于，

在JIS B 0601:2001(ISO 4287:1997)的规定下，以评价长度为10,000μm以上、测定间隔为500μm以下的条件来进行粗糙度测定。

3.如权利要求2所述的船底涂膜的摩擦阻力预测方法，其特征在于，

应用截止值λc为10,000μm以上的高通滤波器来进行粗糙度测定。

4.如权利要求1至3中任一项所述的船底涂膜的摩擦阻力预测方法，其特征在于，

作为摩擦阻力试验，使用双重圆筒装置，首先求取在使外筒旋转时的作用于镜面内筒中的转矩T₀，接着求取在使涂装了船底涂料的内筒以相同条件旋转时的转矩T，并利用下式(2)实际测得摩擦阻力增加率FIR(％)，

【数学式2】

$\mathrm{FIR}(\%)=\frac{T-T_0}{T_0}\×100---\left(2\right)$

根据涂装于内筒的涂膜的粗糙度高度R以及粗糙度曲线要素的平均长度RSm之间式(1)的关系，来预先求得常数C。

5.如权利要求1至4中任一项所述的船底涂膜的摩擦阻力预测方法，其特征在于，

利用触针式粗糙度测定装置或激光位移式粗糙度测定装置来测定粗糙度高度R以及粗糙度曲线要素的平均长度RSm。

6.一种船底涂膜的涂膜性能评价方法，其特征在于，

使用预先求得的常数C，对于在基材上涂装船底涂料而形成的涂膜，测定粗糙度高度R以及粗糙度曲线要素的平均长度RSm，并利用所述式(1)来预测摩擦阻力增加率FIR(％)。

7.如权利要求6所述的船底涂膜的涂膜性能评价方法，其特征在于，

对于实船涂装后的涂膜利用热可塑性树脂来取得模型，从而评价粗糙度高度R以及粗糙度曲线要素的平均长度RSm。

8.一种船底涂膜的涂膜性能评价装置，该装置在实船涂装中进行涂膜性能评价，其特征在于，包括：测定粗糙度高度R以及粗糙度曲线要素的平均长度RSm的测定部；以及使用所述式(1)来计算摩擦阻力增加率FIR(％)的摩擦阻力计算部。