CC BY
119
Д. Г.Богатеев, Г. Г. Богатеев, И. А. Абдуллин,
Р. Р. Димухаметов, Н. А. Моисеева
ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛИМЕРНЫХ ПОКРЫТИЙ ДЛЯ ЗАЩИТЫ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ ОТ КОРРОЗИИ
Ключевые слова: полимерное покрытие, праймер, прочность на растяжение и изгиб.
Приведены результаты исследований характеристик защитных покрытий в зависимости от соотношения компонентов. Показано, что образцы из исследованных составов обладают требуемыми физико-механическими характеристиками и выдерживают более 50 циклов нагружения на изгиб без видимых признаков разрушения. Составы праймера могут быть взяты в качестве основы полимерного покрытия для защиты металлических конструкций от коррозии.
Keywords: polymeric covering, primer, durability on a stretching and a bend.
Results of researches of characteristics protective depending on a parity of components are resulted. It is shown that samples from the investigated structures possess demanded physicomechanical harak-teristikami and maintain more than 50 cycles stressing on a bend without see ive destruction signs. Primer compositions can be are taken as a basis of a polymeric covering for protection of metal constrac-tions against corrosion
Известные способы защиты металлических конструкций полимерными покрытиями отличаются как составом, так и технологией их нанесения [1, 2]. Технология нанесения покрытий очень трудоемкая, требует дорогостоящего оборудования. Для изоляции труб большого диаметра используют трехслойные покрытия. Трехслойные покрытия состоят из термически активируемого праймера, слоя термопластичного эластомерного покрытия с пространственной структурой и прочного наружного полиолефиного слоя или - из рулона термопластичного композиционного материала и жидкого двухкомпонентного эпоксидного праймера.
Анализ основных свойств и, особенно - технологии нанесения известных защитных покрытий показывает, что такие материалы не всегда могут быть использованы для проведения изоляционных и ремонтных работ в нестационарных условиях.
В настоящее время проблема совершенствования основных направлений внедрения новых материалов и ресурсосберегающих технологий является актуальной, особенно при производстве изоляционных и ремонтных работ.
В работе [3] предложена термоусаживающаяся манжета, состоящая из праймера с полиэтиленовой пленкой и выполненная в виде полотна, заранее сформированного в стационарных условиях. В отличие от рассмотренных защитных покрытий использование разработанной манжеты менее энергоемко и может быть реализовано даже в суровых климатических условиях.
Ранее нами было показано [4], что наилучшими характеристиками обладают композиции, включающие отвердители аминного типа (ПЭПА, МФБА или их сочетаний). В та-
ких композициях содержание эпоксидной смолы не более 40%, а соотношение между МФБА и ПЭПА близко к 1:1. Однако прочностные характеристики образцов были недостаточными. Предел прочности образцов при растяжении составлял 1,40...1,60 МПа, при этом относительная деформация изменялась в пределах 50.55 % и независимо от начальной температуры пластины выдерживали 50 циклов изгиба, при этом на поверхности образцов практически не наблюдалось видимых изменений.
В связи с этим нами были продолжены исследования по оптимизации рецептуры праймера и определению основных характеристик полимерных композиций.
Исследования проводили с использованием метода симплекс-решетчатого метода планирования на диаграммах «состав-свойство». Изготовление композиций, составов и формование образцов осуществляли по принятым в отрасли методикам. Отверждение образцов проводили при различных температурно-временных режимах.
Из составов были изготовлены опытные образцы, которые подвергали испытаниям на растяжение и циклическим нагрузкам - на изгиб при различных температурах (комнатная - 200С и при отрицательной - при - 30 0С).
По результатам выполненных исследований с учетом прочностных характеристик образцов, значений относительной деформации и результатов испытаний на изгиб при различных начальных температурах нами была уточнена область по содержанию компонентов: ЭД - 20 -27.35%, СКН 10-1- 47.54%, СФ - 342А- 15.22% (рис. 1).
хз
>
СФ
Рис. 1 - Уточненная область исследований по оптимизации рецептуры праймера
Исследования показали (рис. 2), что с увеличением количества смолы СФ-342А и каучука в составах прочность образцов при растяжении при нормальных условиях уменьшается, а основной вклад в прочностные характеристики образцов вносит эпоксидная смола. Предел прочности образцов при растяжении изменяется в пределах 1,42 .3,41МПа.
Уравнение регрессии: У=3,41х1 + 1,42х2+14,2хз-1,26х1х2-25,86х1хз-18,68х2хз +58,2х1 х2 х3.
Рис. 2 - Зависимость прочности образцов при растяжении от соотношения компонентов при нормальной температуре
Анализ уравнения регрессии показывает, что существенный вклад в прочность образцов вносит эпоксидная смола, а вклад каучука примерно на порядок меньше. Наименьший вклад в показатели прочности образцов вносит смола СФ - 342А. Это объясняется, прежде всего, как собственными свойствами индивидуальных компонентов, так и технологией переработки композиций в изделия. Так, прочность вулканизатов из смолы ЭД - 20 в 2.3 раза выше, чем прочность образцов из каучука или смолы СФ -342А. Предпочтительнее использовать сочетание смолы ЭД - 20 с каучуком, а вклады в значения прочности образцов пар эпоксидная смола - СФ -342А и каучук - СФ -342А являются понижающими факторами. В тоже время, совместное использование всех составляющих праймера в определенном соотношении приводит к увеличению прочности образцов.
Относительная деформация изменяется в пределах 20.32 % и имеет ярко выраженный максимум (30.32 %), соответствующий центральной части выбранной области исследований (см. рис.3).
Установлено, что с увеличением содержания смолы ЭД -20 при одновременном уменьшении содержания каучука и смолы СФ -342А предел прочности на растяжение увеличивается (рис. 2). С увеличением количества каучука в составах при умеренном содержании эпоксидной смолы и при введении большого количества смолы СФ - 342А предел прочности на растяжение уменьшается плавно. Изменение относительной деформации проходит через максимум при содержании смолы ЭД - 20 примерно 30 . 32 % (рис. 3). На указанную характеристику наибольшее влияние оказывает содержание каучука в составе. Об этом свидетельствуют и значения коэффициентов в уравнении регрессии, вычисленные по результатам эксперимента.
Рис. 3 - Зависимость относительного удлинения образцов при растяжении от соотношения компонентов при нормальной температуре
Уравнение регрессии:
У=25х1+27,5х2+25,5хз+-25х1х2-21х1хз-6х2хз +331,5x1 х2 х3.
Исследования по изучению поведения образцов при отрицательных температурах показали (см. рис. 4, 5), что с увеличением содержания смолы СФ-342А прочность образцов при растяжении уменьшается в меньшей степени, чем при увеличении количества каучука. Прочность образцов составляет 1,8.4,2 МПа, а максимальное значение прочности соответствует следующему соотношению компонентов: смола СФ - 20, каучук - 49, а смола ЭД-20 - 31 %.
Изменение значений относительной деформации при отрицательной температуре имеет экстремальное значение с минимумом, соответствующим содержанию - смола СФ -16.18, каучук - 49.50, а смола ЭД-20 - 31.33 %.
Образцы из изученных составов, независимо от начальной температуры, при испытаниях на циклический изгиб показали удовлетворительные результаты и выдержали более 50 циклов нагружения без видимых признаков разрушения.
нентов при отрицательной температуре
Уравнение регрессии:
У=2,66х1 + 1,61х2+3,43х3+5,168х1х2+4,396х1х3+0,008х2х3 +0,534х1 х2 х3.
Рис. 5 - Зависимость относительного удлинения образцов при растяжении от соотношения компонентов при отрицательной температуре
Уравнение регрессии:
У=17,5х1 + 17,5х2+ 25х3+80х1х2+5х1х3-35х2х3 -352,5х1 х2 х3.
Выбранные соотношения ингредиентов полимерной основы праймера позволили получить эластичные, прочные, с высокой плотностью образцы, обладающие хорошей адгезией к полиэтиленовой пленке, независимо от ее толщины. Предел прочности образцов при растяжении при нормальных условиях составляет 3,0-3,6 МПа при относительной деформации в пределах 30-32 %.
Отличительной особенностью универсального праймера для защиты поверхностей металлических конструкций от коррозии в нестационарных условиях является то, что при совместном использовании теплового состава и праймера одновременно решаются несколько важных задач, а именно:
- изоляция и защита поверхности от воздействия влаги, влияния атмосферы;
- создание надежного, прочного и эластичного адгезионного слоя;
- использование термоусаживающегося полиэтилена в составе универсального праймера обеспечивает плотное прилегание эпоксидного компаунда к металлу и обеспечивает защиту поверхности от воздействия корродирующих агентов;
- существенное снижение затрат на проведение работ по изоляции и ремонту, в том числе и заводского покрытия и ряд других.
Таким образом, разработаны составы полимерного праймера, удовлетворяющие основным требованиям, и могут быть взяты в качестве основы полимерного покрытия для защиты металлических конструкций от коррозии.
Заключение
1 Оптимизирован состав праймера для защиты металлических поверхностей от коррозии. Эластичные, прочные, с высокой плотностью образцы обладают хорошей адгезией к полиэтиленовой пленке.
2 Образцы из исследованных составов обладают требуемыми физико-механическими характеристиками - предел прочности при растяжении 1,4.4,2 МПа при относительной деформации 20.32 %.
3 Установлено, что, независимо от начальной температуры, образцы из изученных составов выдерживают более 50 циклов нагружения без видимых признаков разрушения.
Литература
1. Бобрышев, А. Н. Влияние эпоксидного модификатора на полиуретановые полимеры / А. Н. Бобрышев и [др.]. // Строительные материалы, 2005. - № 6. - С. 67-69.
2. Преимущества полиуретановых покрытий для защиты резервуаров и металлоконструкций // Коррозия территории нефтегаз, 2006. - № 2(4). - С. 30-32.
3. Разработка и технология перспективных конструкционных композиционных материалов/ Отчет о НИР; руководители Абдуллин И.А., Богатеев Г. Г. - Казань, 2007. - 42 с.
4. Богатеев, Д. Г. Оптимизация рецептуры и определение характеристик праймера для защиты металлических конструкций от коррозии / Д. Г. Богатеев и [др.]. // Материалы докладов Международной научно-технической и методической конференции «Современные проблемы специальной технической химии» - Казань: КГТУ, 2009.- С. 196-204.
© Д. Г. Богатеев - асп. каф. химии и технологии гетерогенных систем КГТУ; Г. Г. Богатеев -канд. техн. наук, доц. той же кафедры; И. А. Абдуллин - д-р техн. наук, проф. каф. химии и технологии гетерогенных систем КГТУ, проректор КГТУ, ilnur@cnit.ksu.ras.ru; Р. Р. Димухаметов -канд. техн. наук, асс. той же кафедры; Н. А. Моисеева - асп той же кафедры.
