CC BY
4
УДК 667.6
Зеленская А.Д., Федякова Н.В., Павлов А.В.
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ НАПОЛНИТЕЛЕЙ В РЕЦЕПТУРЕ ЭПОКСИДНОЙ МЕЖОПЕРАЦИОННОЙ ГРУНТОВКИ НА СВАРОЧНЫЕ РАБОТЫ
Зеленская Александра Дмитриевна - аспирант кафедры химической технологии полимерных композиционных лакокрасочных материалов и покрытий; aleksandra_zel@mail.ru.
Федякова Наталия Владимировна - кандидат технических наук, доцент кафедры химической технологии полимерных композиционных лакокрасочных материалов и покрытий;
Павлов Александр Валерьевич - старший преподаватель кафедры химической технологии полимерных композиционных лакокрасочных материалов и покрытий;
ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева», Россия, Москва, 125047, Миусская площадь, дом 9.
Основной целью работы является подбор инертных наполнителей для эпоксидной межоперационной грунтовки, отверждаемой кислотным разбавителем. При этом наполнители не должны препятствовать проведению резки и сварочных работ. Критериями выбора наполнителей были выбраны следующие характеристики: общая площадь порообразования по стандарту DVS 0501, качество сварного шва, качество провара и площади искрения при проведении сварочных работ.
Ключевые слова: лакокрасочные покрытия, эпоксидные лакокрасочные материалы, межоперационная грунтовка.
EVALUATION OF THE INFLUENCE OF TINTERS IN THE FORMULATION OF THE EPOXY SHOPPRIMER ON WELDING WORKS
Zelenskaya A.D., Fedyakova N.V., Pavlov A.V.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russian Federation
The main purpose of the work is the selection of inert tinters for an epoxy shop primer cured with an acid thinner. At the same time, fillers should not interfere with cutting and welding. The following characteristics were selected as criteria for the selection offillers: the total area ofpore formation according to the DVS 0501 standard, the quality of the weld, the quality of penetration and sparking areas during welding. Key words: paint coatings, epoxy paints and varnishes, shopprimer.
Рецептуры лакокрасочных материалов постоянно нуждаются в модификациях, направленных на снижение себестоимости продукции, поиска аналогов сырьевых компонентов и др. Постоянный рост цен на сырьевые компоненты вынуждает искать решение проблемы поиском эффективных, но гораздо более дешевых компонентов -наполнителей. С помощью подбора наполнителей можно оказывать влияние на физико-механические, реологические, малярные, защитные и прочие свойства лакокрасочных материалов и покрытий [1].
Для межоперационных грунтовок помимо высоких требований к физико-механическим характеристикам важным показателем является склонность к проведению сварочных работ покрытий на их основе. Подходящим наполнителем для рецептуростроения таких лакокрасочных материалов является каолин, так как он не должен способствовать порообразованию в сварном шве. Однако, доступные литературные источники не приводят такие исследования, и выбор каолина остается гипотетическим.
В настоящее время ведутся работы по исследованию составов межоперационных грунтовок на основе различных пленкообразующих веществ. Так, в работе [2] проводятся испытания грунтовок в зависимости от толщины покрытия и вида
пленкообразователя, а также типа сварки. В работе [3] было проведено сравнение разработанной межоперационной грунтовки на основе различных наполнителей: каолина и диоксида титана (в данной работе использованного как наполнитель).
Основная задача данной работы заключалась в подборе наполнителей, не препятствующих сварке, сравнительный анализ свойств полученных грунтовочных межоперационных покрытий с покрытием на основе каолина. Главным параметром, по которому проводилась оценка, являлась общая площадь порообразования после излома сварного шва. Также, внимание уделялось качеству и быстроте провара, искрению и внешнему виду сварного шва. Подбор наполнителей был основан на анализе составов сварочных электродов. Помимо защиты дуги и сварочной ванны от содержащихся в воздухе различных газов: кислорода, азота и водорода, обмазка позволяет обеспечить стабильное горение дуги, простое зажигание и шов без пор и трещин.
Различают четыре основных типа покрытии сварочных электродов (или обмазок): кислое, основное, рутиловое, целлюлозное, а также смешанные покрытия, например, кисло-рутиловые, рутилово-основные и другие (Таблица 1).
Таблица 1. Состав основных типов покрытий сварочных электродов
Тип покрытия Состав
Кислое оксиды железа, марганца и кремния
Основное карбонаты магния и кальция (доломит, мрамор, магнезит) и плавиковый шпат (CaF2)
Рутиловое рутила (двуокиси титана TiO2), кремнезема (гранита, полевого шпата, слюды), карбонатов кальция и магния, ферромарганца
Целлюлозное До 50% целлюлоза, органические смолы, ферросплавы, тальк и другие
После сравнительного анализа составов покрытий электродов были выбраны следующие наполнители: каолин, микротальк, микроволластонит, микробарит, кварцевая мука и диоксид титана рутильной модификации (в данном случает пигмент использован как наполнитель).
На основе каждого наполнителя был получен образец лакокрасочного материала с одинаковой константой наполнения. Разработанный образец лакокрасочного материала представляет собой двухупаковочную межоперационную грунтовку на основе высокомолекулярной эпоксидной смолы. Отверждение покрытия достигается путем протекания реакции высокомолекулярной эпоксидной смолы с ортофосфорной кислотой, содержащейся в составе кислотного разбавителя, который представляет собой раствор ортофосфорной кислоты в бутаноле. Выбор наполнителя также был ограничен инертностью наполнителя по отношению к кислотному разбавителю.
Для полученных шести образцов лакокрасочного материала были определены основные физико-механические свойства лакокрасочных покрытий. Были проведены следующие испытания: адгезия методом решетчатых надрезов, прочность при ударе, прочность при изгибе, стойкость к статическому воздействию жидкостей, выполненных в соответствии с ГОСТ 15140, ГОСТ 4765, ГОСТ 52740 и ГОСТ 9.403 соответственно. Требования для межоперационных грунтовок к адгезии методом решетчатых надрезов предъявляют высокие - 1 балл по ГОСТ 15140. На
данном этапе такому показателю адгезии не соответствовали образцы на основе диоксида титана и микроволластонита. Прочность при ударе для всех образцов составила 50 см, прочность при изгибе 1 мм, а стойкость к воздействию 3% раствора №С1 и дистиллированной воды - 8 ч и 24 ч соответственно. Данные результаты полностью соответствуют требованиям, предъявляемым к межоперационным грунтовкам.
Для оценки влияния различных наполнителей на склонность к свариванию были проведены сварочные работы согласно Руководству морского и речного регистра БУБ 0501. Согласно Руководству параллельно на 8 образцах проводятся сварочные работы в среде защитного газа в таком положении, в котором покрытие наиболее склонно к образованию пористости (рис. 1).
200
„ смр<мм*я гордо»
50
приммишц» сил*
Рис. 1. Схема сборки и сварки образца для определения склонности покрытия к порообразованию
На одну из пластин наносилась разработанная межоперационная грунтовка, вторая пластина - без покрытия. После проведения сварочных работ проводилась визуальная оценка качества шва. Перед изломом сварной шов надрезался и пластины погружали в жидкий азот для охрупчивания металла. Оценка излома сварного шва проводилась с помощью электронного микроскопа с увеличением 20X-200X (микроскоп USB Digital Microscope) на участке 10 см. Внешний вид полученного излома сварного шва представлен на рисунке 2.
Рис. 2. Внешний вид излома сварного шва
Для каждой пластины производился расчет количества пор и общая площадь порообразования. Итоговое значение площади порообразования рассчитывается как среднеарифметическое по 8 образцам. Каждая пора, согласно стандарту, рассматривается как эллипс, поэтому площадь поры рассчитывается по формуле:
'эллипса
= " 1 т1 з ■ Ь ,
где а - наименьшая перпендикулярная ось эллипса; Ь - наибольшая перпендикулярная ось эллипса.
Несмотря на то, что образцы, содержащие в качестве наполнителей диоксид титана и микроволластонит, обладали недостаточной адгезией, сварочные испытания были также проведены с целью возможного использования данных наполнителей в другом типе эпоксидных межоперационных грунтовок, где для отверждения используется аминный отвердитель.
На этапе проведения сварочных работ были выявлены некоторые особенности свариваемости наполнителей:
^ По качеству провара (хороший провар, дугу не нужно долго задерживать на одном месте сварного шва и соответственно скорость сварки).
Каолин Микроволластонит Диоксид титана Микротальк Кварцевая мука Микробарит
Ухудшение свойств
^ По склонности к искрению
Каолин Микроволластонит Микротальк ^ Диоксид титана
Кварцевая мука
Ухудшение свойств
Микробарит -►
^ По общей площади порообразования
Каолин Микротальк Диоксид титана Микроволластонит Кварцевая мука Микробарит
Ухудшение свойств
Кроме того, были выявлены отличия формы и размера пор для различных наполнителей (Таблица 2). Поры образца с наполнителем - каолином в среднем составляют 2-3 мм в ширину и 4-5 мм в высоту.
Таблица 2. Внешний вид пор сварного шва на основе различных наполнителей
% is 'i-
¿iV * h ■
Mff
Поры образца с диоксидом титана преимущественно двойные с шириной 2-3 мм и высотой 5-6 мм. Образцы с микроволластонитом и микротальком отличаются крупнопористостью по сравнению с предыдущими наполнителями: 5-6 мм в ширину и около 10 мм в высоту.
Список литературы
1. Герасимова Л.Г., Скороходова О.Н. Наполнители для лакокрасочной промышленности. М.: ЛКМ-пресс, 2010. 224с.
2. L. Zhabrev, D. Kurushkin, I. Mushnikov, O. Panchenko. The coatings breakdown products influence on the gas metal arc welding parameters // Coatings. -2020. - V.10, -P.1061-1120
3. Эпоксидная межоперационная грунтовка для судостроения и судоремонта / Зеленская А.Д., Малявина Я.М., Федякова Н.В., Павлов А.В. // Успехи в химии и химической технологии. - 2021. -Т. 35, -№ 7(242). - С. 19-21.
