CC BY
61
УДК 629.7.023.222
Н.Е. Малова1, Э.К. Кондрашов1, Н.П. Веренинова1, А.А. Козлова1
ТЕРМОСТОЙКАЯ АТМОСФЕРОСТОЙКАЯ ФТОРПОЛИУРЕТАНОВАЯ ЭМАЛЬ
Приведены основные свойства атмосферостойкой фторполиуретановой эмали с термостойкостью 200°С. Представлены результаты аналитических исследований в этой области за рубежом.
Ключевые слова: лакокрасочные материалы, камуфлирующая эмаль, спектральные коэффициенты отражения (СКО), атмосферостойкость, термостойкость.
Basic properties of atmosphere resistant fluoride polyurethane enamel with heat resistance of200°C are hereby provided. The results of analytical investigations in this field abroad are presented.
Keywords: paintwork materials, camouflage enamel, spectral reflectance (SRF), atmosphere resistance, heat resistance.
^Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов» Государственный научный центр Российской Федерации
[Federal state unitary enterprise «All-Russian scientific research institute of aviation materials» State research center of the Russian Federation] E-mail: admin@viam.ru
Введение
В России для окраски военной техники применяется целый ряд эмалевых покрытий: акриловые (АК-5178М, АК-5178Т), фторэпоксидные (ВЭ-46К), пентафталевые (ПФ-115М), нитроцел-люлозные (НЦ-1200М), алкидномеламиновые (МЛ-12М), перхлорвиниловые (ХВ-518М), которые имеют показатели атмосферостойкости не более 3-5 лет, а термостойкости - не более 120°С.
За рубежом для аналогичных целей и того же диапазона длин волн в последние годы запатентованы покрытия нового типа [1-4], но практическое применение в России нашли полиуретановые эмали марок HFA-132 и HFA-133 производства фирмы Akzo Nobel (Голландия), атмосферостойкость которых составляет 7-9 лет, а термостойкость: 120°С.
В соответствии со стратегическими направлениями развития материалов [5-7] атмосферостой-кость лакокрасочных покрытий должна быть доведена до 20 лет.
Материалы и методы
Известно, что высокой стойкостью к термоокислительной и фотоокислительной деструкции [8] обладают растворимые сополимеры трифтор-хлорэтилена с винилиденфторидом и находят применение в рецептурах функциональных лакокрасочных материалов [9-13] наряду с другими галоидсодержащими полимерами [14-16].
В ВИАМ разработана опытно-промышленная технология изготовления фторполиуретановой эмали семи цветов на основе смесовых связующих. В качестве пигментной части используются специально разработанные смесовые неорганические пигменты с заданными оптическими характеристиками [17]. Термостойкость такой эмали 200°С, аналогов данной эмали нет.
Спектральные отражательные характеристики (СКО - спектральный коэффициент отражения) разработанной эмали определяли с помощью спектрофотометра Solid Spec 3700 фирмы Ши-мадзу.
Блеск определяли на фотоэлекрическом блес-комере БФ5-45/0/45.
Декоративные свойства (изменение цвета Д£) определяли на спектроколориметре «Спектротон-1».
Устойчивость к воздействию УФ-излучения и атмосферостойкость определяли с помощью аппарата искусственной погоды «Атлас».
Термостойкость при температуре 200°С определяли в сушильном шкафу СНОЛ-58/350, твердость к царапанию после испытаний к агрессивным средам - по твердомеру Клемана (ISO 1518), коррозионную стойкость покрытий - в камере солевого тумана (КСТ-35) по ГОСТ 9.308-85.
Атмосферостойкость исследовали в различных климатических зонах в условиях умеренного теплого климата (ГЦКИ, г. Геленджик) и промышленной зоны умеренного климата (МЦКИ, г. Москва).
Микробиологические исследования грибостой-кости проводили в соответствии с ГОСТ 9.049-91.
Результаты
Исследованы стойкость данной эмали к воздействию УФ-излучения [17] и атмосферостой-кость в аппарате искусственной погоды «Атлас» в течение 1000 ч и установлена не только более высокая стабильность ее оптических свойств по сравнению с импортными эмалями Aerodur фирмы AkzoNobel, но и совпадение с заданными значениями СКО (минимальными и максимальными), что отсутствует у импортных эмалей.
Исследования термостойкости эмали при температуре 200°С в течение 100 ч показали, что
Сравнительные свойства эмалей
Свойства эмалей Значения свойств покрытий на основе
термостойкой фторполиуретановой эмали штатной эмали АК-5178М эмали Aerodur (HFA-132)
Атмосферостойкость, годы Не менее 20 3-5 7-9
Температура эксплуатации, °С 200 100 120
Стойкость к действию агрессивных сред (топлив, масел, рабочих жидкостей) - твердость по ИСО 1518, г 1300 Не стойка 1200
Стойкость к УФ-излучению без изменения СКО систем ЛКП в диапазоне длин волн 0,4-1,1 мкм, ч 1000 400
Твердость по М-3, усл. ед. 0,52-0,58 0,35 -
Грибостойкость, балл 0-2 3-4 3
Блеск по блескомеру БФ5-45/0/45, ед. блеска 0,8-1,3 10 3
блеск эмалевых покрытий в исходном состоянии и после испытаний на тепловой ресурс не изменился по сравнению с исходным, физико-механические свойства (прочность при ударе, адгезия) также остались на исходном уровне.
Испытания на термоциклирование по циклу ЛИ-14 (ММ 1.05-15-133-2002) в течение 10 циклов при температуре -60^+200°С показали, что оптические и декоративные свойства (блеск и цветовое различие ДЕ) практически не изменились. Физико-механические свойства после испытаний остались на исходном уровне - прочность пленки при ударе 5/50 Дж/см; прочность пленки при изгибе 1 мм; адгезия (исходная и после выдержки в дистиллированной воде в течение 10 сут) соответствует 1 баллу.
Покрытие эмали обеспечивает стойкость ее к агрессивным средам: пресной и морской воде, топливу ТС-1, гидравлической жидкости 7-50С-3, маслу синтетическому ИПМ-10, маслу авиационному Б-3В. Это подтверждено испытаниями на твердость к царапанию (по твердомеру Клемана, ИСО 1518), которая составила в исходном состоянии и после испытаний соответственно по 1300 г, при этом внешний вид и цвет покрытия эмали после испытаний не изменились.
Термостойкая фторполиуретановая эмаль семи цветов является грибостойкой: для эмалей серо-зеленого и серо-коричневого цветов - балл 1-2, для эмалей остальных цветов - балл 0. Это подтверждено микробиологическими исследованиями гри-бостойкости в соответствии с ГОСТ 9.049-91 в течение 3 мес.
Испытания разработанного покрытия в различных климатических зонах (г. Геленджик, г. Москва) в течение 1,5 лет показали [18], что изменений оптических (СКО) и декоративных свойств (цветовое различие ДЕ), а также адгезии к алюминиевым сплавам (ГОСТ 15140-78) не наблюдается.
Ускоренные коррозионные испытания эмали в камере солевого тумана (КСТ) в течение 150 сут показали высокую стойкость покрытия: внешний вид ЛКП остался без изменений (коррозионные поражения отсутствуют).
Основные характеристики эмали в сравнении с аналогами приведены в таблице.
Обсуждение и заключения
В ходе анализа научно-технической и патентной документации выявлены следующие тенденции развития объекта техники:
- расширение диапазона длин волн, в котором покрытие способно поглощать электромагнитные волны, за счет уменьшения размера частиц наполнителя и расширения их распределения по размерам, а также благодаря многослойности и трехмерности покрытия;
- повышение прочности и атмосферостойкости эмалей путем оптимального подбора полимерных добавок, вводимых в связующее, а также за счет введения в связующее нанотрубок.
По техническому уровню выявлены следующие показатели:
- все камуфлирующие покрытия обладают поглощением в основном в инфракрасном и видимом диапазонах. Покрытие по патенту 8220379 показало самый широкий диапазон поглощения (заявителем которого является фирма Reed F. Curry, США), охватывающий ультрафиолетовую, видимую и инфракрасную области;
- чаще всего в качестве связующего для камуфлирующих составов выбирают полиуретаны и фторкаучуки;
- в основном все известные камуфлирующие эмали могут использоваться в условиях воздействия температуры до ~120°С;
- наилучшую атмосферостойкость показывают камуфлирующие эмали известной нидерландской фирмы AkzoNobel;
- в зависимости от цели маскировки рассматривается возможность быстрого удаления краски -запатентованная компанией Potter Paint Company атмосферостойкая краска (патент 5041488, США) выдерживает различные погодные условия, включая арктические, и смывается раствором аммиака.
Новая атмосферостойкая термостойкая эмаль рекомендуется к применению в системах ЛКП для окраски авиационной и ракетной техники, наземных объектов инженерных войск, требующих
маскировки, и для автотранспортной техники военного назначения, а также для антикоррозионной защиты алюминиевых сплавов и защиты полимерных композиционных материалов от атмосферного воздействия. Применение ЛКП на основе данной эмали позволит снизить оптическую контрастность в видимой и ИК областях и повысить срок эксплуатации объектов при температуре от -60 до +200°С во всеклиматических условиях.
ЛИТЕРАТУРА
1. Краска с низким излучением: пат. 8187503 США; опубл. 29.05.2012.
2. Камуфляжное покрытие: пат. 20140004279 США; опубл. 02.01.2014.
3. Камуфляж в ближнем ультрафиолетовом спектре: WO
2011094381 США; опубл. 04.08.2011.
4. Пустынный камуфляж: WO 2009052609 Канада; опубл. 30.04.2009.
5. Каблов Е.Н. Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года //Авиационные материалы и технологии. 2012. №S. С. 7-17.
6. Каблов Е.Н. Современные материалы - основа инно-
вационной модернизации России //Металлы Евразии. 2012. №3. С. 10-15.
7. Каблов Е.Н. Материалы и химические технологии для авиационной техники //Вестник Российской академии наук. 2012. Т. 82. №6. С. 520-530.
8. Кондрашов Э.К., Кузнецова В.А., Лебедева Т.А., Семенова Л.В. Основные направления повышения эксплуатационных свойств, технологических и экологических характеристик лакокрасочных покрытий для авиационной техники //Российский химический журнал. 2010. Т. LIV. №1. С. 96-102.
9. Бейдер Э.Я., Донской А.А., Железина Г.Ф. и др. Опыт применения фторполимерных материалов в авиационной технике //Российский химический журнал. 2008. Т. LII. №3. С. 30-44.
10. Кондрашов Э.К., Семенова Л.В., Кузнецова В.А. и др. Развитие авиационных лакокрасочных материалов //Все материалы. Энциклопедический справочник. 2012. №5. С. 49-54.
11. Кондрашов Э.К., Кузнецова В.А., Лебедева Т.А., Малова Н.Е. Антикоррозионные, терморегулирую-щие, термостойкие и влагозащитные лакокрасочные покрытия МКС «Буран» //Авиационные материалы и технологии. 2013. С. 137-141.
12. Семенова Л.В., Малова Н.Е., Кузнецова В.А., Пожога А.А. Лакокрасочные материалы и покрытия //Авиационные материалы и технологии. 2012. №S. С. 315-327.
13. Бузник В.М. Сверхгидрофобные материалы на основе фторполимеров //Авиационные материалы и технологии. 2013. №1. С. 29-33.
14. Кондрашов Э.К., Семенова Л.В. Модифицированные бромэпоксидные лакокрасочные покрытия с высокими влагозащитными свойствами //Материаловедение. 2010. №5. С. 37-40.
15. Семенова Л.В., Кондрашов Э.К. Модифицированный бромэпоксидный лак ВЛ-18 для защиты полимерных композиционный материалов //Авиационные материалы и технологии. 2010. №1. С. 29-32.
16. Кондрашов Э.К., Козлова А.А., Малова Н.Е. Исследование кинетики отверждения фторполиуретано-вых эмалей алифатическими полиизоцианатами различных типов //Авиационные материалы и технологии. 2013. №1. С. 48-49.
17. Гуревич М.М., Ицко Э.Ф., Середенко М.М. Оптические свойства лакокрасочных покрытий. 2-е изд. СПб.: Профессия. 2010. С. 68-95, 150-152.
18. Панин С.В., Курс М.Г. Применение лакокрасочных покрытий для ремонта строительных конструкций, эксплуатирующихся в жестких климатических условиях //Авиационные материалы и технологии. 2014. №2. С. 68-71.
