CC BY
112
УДК 628.742.2
Е. В. Сечко, Р. М. Хузаханов, Я. В. Капицкая,
Л. Ф. Стоянова, Р. Я. Дебердеев, О. В. Стоянов
ИССЛЕДОВАНИЕ АДГЕЗИОНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ МОДИФИЦИРОВАННОГО ПОЛИЭТИЛЕНА
Изучены адгезионные свойства композиции на основе полиэтилена низкого давления для использования в качестве клея-расплава в трехслойной конструкции заводского покрытия стальных труб.
Современная наружная антикоррозионная изоляция нефтепроводов, водопроводов, газопроводов осуществляется путем покрытия поверхности труб полимерными материалами. В ряду технологий нанесения защитного полимерного покрытия широко используются методы напыления, экструзии, а также их сочетание. В настоящее время широко распространены трехслойные полимерные покрытия, состоящие из эпоксидного прайера (грунтовки), внешнего защитного слоя и промежуточного слоя адгезионной композиции. Наружный слой предохраняет от внешних механических и химических воздействий, поэтому изготавливается из прочных, химически стойких полимеров, главным образом из полиэтилена. На слой адгезива возлагается ответственность за функционирование покрытия как цельного композиционного материала, что в значительной степени определяет срок эксплуатации покрытия. Выбор адгезива в системе трехслойного покрытия является наиболее сложной задачей, поскольку праймер и наружный слой существенно отличаются по своим физико-химическим свойствам.
В процессе эксплуатации магистральные нефте- и газопроводы разогреваются на отдельных участках до 60°С. Вследствие этого адгезионная и когезионная прочность системы покрытия значительно снижается и антикоррозионная защита может быть нарушена. Поэтому имеется необходимость создания полимерных покрытий для антикоррозионной защиты трубопроводов с высокой теплостойкостью. Следует отметить, что на сегодняшний день отсутствует промышленное производство отечественных адгезивов, обладающих требуемой адгезионной прочностью при 60°С.
Учитывая повышенную теплостойкость полиэтилена низкого давления (ПЭНД) по сравнению с сополимером этилена и винилацетата (СЭВА), традиционно применяемым для получения адгезионных композиций [1,2], представляло интерес изучить возможность его использования в качестве адгезива в трехслойном покрытии, включающем в качестве праймера порошковую эпоксидную краску.
Первоначально проведено сравнительное исследование адгезивов на основе индивидуальных СЭВА с содержанием винилацетатных групп 14%, 22% и 29% (СЭВА14,
СЭВА22, СЭВА29) их смесей. Также в качестве основы адгезивов иследовались полиэтилен низкого давления (ПЭНД) различного назначения: литьевой марки 277, экструзионных марок 273, 276; полиэтилен высокого давления (ПЭВД) марок 108, 153. В качестве основных модификаторов были использованы полиизоцианат марки Б (ПИЦ), 4,4'-диамино-3,3'-дихлордифенилметан (ДХ), наполнитель - тальк (Т) ТРПН. Образцы покрытия формировались на стальных пластинах. Температура формирования адгезионного соединения составляла 200°С. Время формирования 20 мин, время охлаждения 5 мин. Порошковая эпоксидная грунтовка наносилась на предварительно разогретые до 200°С пластины, при этом
время между нанесением грунтовки и остальных слоев покрытия составляло 8-10 секунд (необходимое время гелеобразования). В качестве эпоксидного слоя была использована эпоксидная краска «ЭПП-5» фирмы «Славич».
Прочность адгезионного соединения образцов трехслойных покрытий оценивали при различных температурах (20-80°С) методом отслаивания со скоростью 10 мм/мин
под углом 180° в соответствии с ГОСТ 411-77.
Первоначально нами была испытана предложенная ранее [2] система СЭВА14+СЭВА22 исходная, наполненная тальком и модифицированная ПИЦ. Модифицированная композиция на основе смеси СЭВА14+СЭВА22 успешно внедрена в качестве адгезива для двухслойного полиэтиленового покрытия. Результаты оценки адгезионной прочности трехслойного покрытия представлены на рис.1. Как следует из экспериментальных данных, введение модификаторов увеличивает величину адгезионной прочности системы, что полностью удовлетворяет требованиям действующего ГОСТ Р51164-98 и требованиям АК «Транснефть» при нормальных температурах. Адгезив 5 (рис.1) успешно прошел долгосрочные лабораторные испытания в трехслойной конструкции покрытия.
Однако следует отметить, что повышение температуры испытания до 60оС снижает усилие при отслаивании в 5 раз и адгезив не отвечает более высоким требованиям АК «Транснефть» и ОАО «Газпром» из-за недостаточной теплостойкости СЭВА.
Рис. 1 - Усилие при отслаивании системы трехслойного покрытия на основе смеси СЭВА14-СЭВА22 (I):
1 - I; 2 - 1+Т+ПИЦ; 3 - 1+СЭВА29;
4 - 1+СЭВА29+Т; 5 - 1+СЭВА29+ПИЦ;
6 - 1+СЭВА29+ПИЦ+Т.
*- норма АК «Транснефть» при 20оС для труб диаметром более 820 мм (тип 1), нормальное исполнение.
**- то же по ГОСТ Р 51164 для труб диаметром до 1020 мм.
Так как полиэтилен обладает более высокой по сравнению с СЭВА теплостойкостью, мы опробовали полиэтилены различных марок в качестве адгезива для трехслойного покрытия. Оказалось, что полиэтилены обладают низкой адгезией в системе трехслойного покрытия, за исключением неста-билизированного газофазного ПЭНД марки 273.
С целью улучшения технологических свойств материала при сохранении адгезионной прочности при повышенных температурах (60оС) в ПЭНД вводили адгезив 5 (рис. 1) до 40% мас. Это не дало положительных результатов: адгезионная прочность снижалась
пропорционально массовой со- А, кН/м
ставляющей сэвиленовой композиции. В дальнейшем в качестве адгезива для трехслойного покрытия мы исследовали ПЭНД, модифицированный ДХ. ДХ содержит первичные аминогруппы и способствует интенсификации взаимодействия на межфазной границе [3]. Температурная зависимость прочности при отслаивании представлена на рис.2. Характер разрушения при 20°С определить не представляется возможным (происходит разрыв образца, покрытие остается на подложке).
Значения адгезионной прочности исследуемых систем при температурах 40-60°С имеют стабильно высокие значения более 10 кН/м.
При 40°С разрушение носит ярко выраженный когезионный характер, а при 60°С становится смешанным. При дальнейшем увеличении температуры до 80оС отрыв становится адгезионным.
Таким образом, по адгезионным свойствам рассмотренный материал на основе ПЭНД соответствует требованиям, предъявляемым к трехслойному покрытию стальных труб. Перспективы его практического использования определяются получением по стандартной технологии, низкой стоимостью и доступностью компонентов, а его конкурентоспособность с импортными аналогами может быть выявлена в ходе технологических и аттестационных испытаний.
Литература
1. Талалай А.В., Кочергин Ю.С. Исследование адгезива в трехслойном полимерном покрытии труб большого диаметра А // Клеи. Герметики. Технологии. 2006. №4. С.15-17
2. Капицкая Я.В. Адгезионные материалы на основе сэвиленовых смесей: Дисс. ... канд. техн. наук/ Казань: КГТУ, 2004. 171с.
3. Стоянов О.В. Модификация структуры и свойств полиэтиленовых покрытий веществами полифункционального действия: Дисс. ... д-ра техн. наук/ Казань: КГТУ, 1997.
Т, оС
Рис. 2 - Температурная зависимость усилия при отслаивании: 1 - норма АК «Транснефть» при 20оС для труб диаметром более 820 мм (тип 1), нормальное исполнение; 2 - то же, при 60оС
© Е. В. Сечко - асп. каф. ТПМ КГТУ, Р. М. Хузаханов -канд. техн. наук, докторант той же кафедры; Я. В. Капицкая - канд. техн. наук, асс. каф.ПБ КГТУ, Л. Ф. Стоянова - канд. техн. наук, доц. каф. ОХТ КГТУ; Р. Я. Дебердеев - д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой ТППиКМ КГТУ; О. В. Стоянов - д-р техн. наук, проф., декан факультета ТПиСПиК КГТУ.
