close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

kursach organicheskie nemetallich pokrytia

код для вставкиСкачать
 РЕФЕРАТ
Пояснительная записка содержит: 58 страниц, 26 рисунков, 2 таблицы.
ЛАКОКРАСОЧНЫЕ ПОКРЫТИЯ, ПЛАСТМАССЫ, ГУММИРОВАНИЕ, КЕРАМИКА, ЭПОКСИДНЫЕ СМОЛЫ, РОЛИКИ ПОЛИУРЕТАНОВЫЕ, НАПЫЛЯЕМЫЕ РЕЗИНОВЫЕ ПОКРЫТИЯ, ЖИДКО-КЕРАМИЧЕСКАЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЯ.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ............................................................................................4
1 КЛАССИФИКАЦИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ....5
2 НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ.........................................................9
2.1 Неорганические покрытия и способы их нанесения...................................9
2.2 Органические полимерные покрытия...................................................10
2.2.1 Полиолефиновые покрытия.........................................................10
2.2.2 Полиамиды...........................................................................11 2.2.3 Поливинилхлорид (ПВХ)............................................................11
2.2.4 Пентапласт.............................................................................12
2.2.5 Фторопласты...........................................................................12
2.2.6 Кремнийорганические покрытия..................................................12
2.2.7 Эпоксидные смолы...................................................................13
2.2.8 Резиновые покрытия.................................................................14
3 ЛАКОКРАСОЧНЫЕ ПОКРЫТИЯ............................................................15
3.1 Система лакокрасочного покрытия и их классификация............................15
3.2 Достоинства и недостатки лакокрасочных покрытий................................19
3.3 Компоненты лакокрасочных материалов................................................19
3.4 Экологические требования.................................................................23
3.5 Способы получения лакокрасочных покрытий........................................24 3.5.1 Распыление..............................................................................24
3.5.2 Нанесение лакокрасочных материалов вальцами..............................25
3.5.3 Нанесение лакокрасочных материалов методом плоского налива..........26
3.5.4 Нанесение лакокрасочных материалов методом окунания...................26
3.5.5 Нанесение лакокрасочных покрытий методом протягивания...............27
4 РЕЗИНА.............................................................................................30
4.1 Свойства резиновых покрытий..............................................................30
4.2 Технология нанесения резинового напыления...........................................31
4.3 Сферы использования и производимая продукция......................................35
4.4 Гуммирование...................................................................................37
5 ПЛАСТИЧЕСКИЕ МАССЫ (ПЛАСТМАССЫ)...........................................40
6 КЕРАМИКА.......................................................................................44 6.1 Свойства керамических покрытий........................................................44
6.2 Области применения керамических покрытий.........................................49
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ..........................................56
ВВЕДЕНИЕ
Понятие неметаллические материалы включает большой ассортимент материалов таких, как пластмассы, композиционные материалы, резиновые материалы, клеи, лакокрасочные покрытия, древесина, а также силикатные стекла, керамика и другие.
Неметаллические материалы являются не только заменителями металлов, но и
применяются как самостоятельные, иногда даже незаменимые материалы.
Отдельные материалы обладают высокой механической прочностью, легкостью, термической и химической стойкостью, высокими электроизоляционными характеристиками, оптической прозрачностью и т. п. Особо следует отметить технологичность неметаллических материалов.
Применение неметаллических материалов обеспечивает значительную экономическую эффективность.
Основой неметаллических материалов являются полимеры, главным образом
синтетические. Создателем структурной теории химического строения органических соединений является великий русский химик А. М. Бутлеров.
Промышленное производство первых синтетических пластмасс (фенопластов) явилось результатом глубоких исследований, проведенных Г. С. Петровым (1907-1914 гг.). Блестящие исследования позволили С. В. Лебедеву впервые в мире осуществить промышленный синтез каучука (1932 г.). Н. Н. Семеновым разработана теория цепных реакций (1930-1940 гг.) и распространена на механизм цепной полимеризации. Успешное развитие химии и физики полимеров связано с именами видных ученых: П. П.. Кобеко, В. А. Каргина, А. П. Александрова, С. С. Медведева, С. Н. Ушакова, В. В. Коршака и др. Важный вклад внесен К. А. Андриановым в развитие химии кремнийорганических полимеров, широко применяемых в качестве термостойких материалов [1].
1 КЛАССИФИКАЦИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЙ ПОКРЫТИЙ
Для защиты металлических поверхностей от коррозии широко применяются неметаллические покрытия. По химическому составу они подразделяются на две группы: неорганические и органические. К органическим покрытиям относятся гуммировочные, лакокрасочные и пластмассовые.
Металлические изделия имеют на своей поверхности пленку загрязнений, приобретенную в процессе изготовления. Для обеспечения хорошей прочности сцепления покрытия с металлом необходимо произвести очистку поверхности от загрязнений. Очистка поверхности может осуществляться механической, химической или термической обработкой. Механическая обработка позволяет убрать с поверхности окислы или продукты коррозии. Она может состоять из пескоструйной обработки, зачистки наждачным полотном или полирования. После механической проводят химическую обработку для удаления органической пленки (масла, жиры, полимерные пленки). Химическая обработка состоит из обезжиривания и травления. Обезжиривание проводят в щелочных растворах с высокими значениями рН, а травление осуществляется в растворах соляной или серной кислот.
При термической обработке поверхность изделия обрабатывают пламенем кислородно-ацетиленовой горелки или выдерживают в муфельной печи. Вследствие разницы в коэффициентах теплового расширения металла и ржавчины, последняя разрыхляется и отслаивается. При этом с удалением окалины происходит и обезжиривание. Но для тонкостенных изделий этой обработкой не пользуются, т.к. под влиянием высоких температур возможна деформация изделий.
Гуммировочные или резиновые покрытия изготовляют на основе натурального или синтетического каучука. Каучук обладает высокой эластичностью вследствие свернутого строения молекул полимера, которые при растяжении расправляются, а при снятии нагрузки вновь свертываются. Кроме каучука в состав резины входят вулканизирующие вещества (сера, оксиды металлов и др.), наполнители, красители и др. Основным вулканизирующим веществом является сера. В зависимости от процентного содержания серы гуммировочные покрытия подразделяются на:
- мягкую резину, содержащую от 0,8 до 4% S;
- полутвердую резину (полуэбонит), содержащую от 12 до 20%S;
- твердую резину (эбонит), содержащую от 30 до 50%S.
Мягкая резина обладает высокой эластичностью и используется для защиты деталей подверженных встряске, ударам, колебаниям температуры, а также обладают высоким сопротивлением истиранию.
Эбонитам присуща более высокая химическая стойкость, большая твердость и меньшая эластичность по сравнению с мягкой резиной.
Эбонитовые покрытия плохо работают в условиях абразивного износа, знакопеременных деформаций, ударов и резких перепадов температур.
По назначению и свойствам резины классифицируются на:
- резины общего назначения, эксплуатируемые при -500 до +1500С;
- теплостойкие, используемые для длительной эксплуатации при температурах выше +1500С;
- химически-кислотостойкие, т.е. устойчивые к кислотам, щелочам и растворам солей;
- маслостойкие, т.е. устойчивые в бензине, керосине, нефти;
- морозостойкие;
- диэлектрические.
Лакокрасочные покрытия имеют в своем составе следующие компоненты: пленкообразователи, растворители, пигменты, наполнители и пластификаторы.
Пленкообразователи являются основными компонентами лакокрасочных материалов, так как способствуют образованию защитной пленки на металлической поверхности. В качестве пленкообразующих веществ используют алкидные, эпоксидные и виниловые смолы, аминосмолы и пр.
Под растворителями подразумевают летучие компоненты лакокрасочных материалов, обеспечивающие растворение пленкообразующих веществ. Классификацию растворителей, как правило, производят в соответствии с их химическим составом, например, алифатические или ароматические углеводороды, спирты, эфиры, кетоны и т.д. После окрашивания растворитель полностью удалится из покрытия.
Основная функция пигмента - определять цвет, однако совершенно очевидно, что в целом пигмент также должен повышать прочность всей системы и улучшать другие свойства покрытий. Пигменты - высокодисперсные окрашенные порошки, нерастворимые в компонентах, применяемых для составления рецептуры лакокрасочных материалов. В качестве пигментов используют свинцовый сурик, хромат цинка, плюмбат кальция и др. Пигменты подбирают не только по цветовой гамме. Они не должны взаимодействовать с компонентами краски и быть стабильными в условиях применения и эксплуатации на воздухе.
Наполнители - вещества, которые вводят для улучшения прочностных свойств и уменьшения количества дорогостоящих пигментов. В качестве наполнителей используют мел, тальк, каолин и др.
Пластификаторы - вещества, которые повышают пластичность покрытий и их устойчивость в процессе эксплуатации.
По химическому составу лакокрасочные материалы подразделяются на:
краски - покрытия, состоящие из пленкообразователя, растворителя и большого количества пигментов и наполнителей;
лаки - покрытия, состоящие только из пленкообразователя и растворителя;
эмали - покрытия, состоящие из суспензии небольшого количества пигментов и наполнителей в лаке.
По назначению лакокрасочные материалы делятся на: грунтовые, промежуточные и покровные [2].
Основными недостатками лакокрасочных материалов являются: паро-, газо-, влагопроницаемость и низкая теплостойкость.
Пластмассовые покрытия могут быть на основе термопластичных (термопласты) и термореактивных (реактопласты) полимеров. Пластическим материалам присущ ряд ценных свойств. Они имеют низкую плотность, устойчивы в атмосфере и многих кислотах, щелочах, растворах солей.
Пластмассы являются хорошими диэлектриками, а по удельной прочности некоторые из них превосходят, углеродистые стали и сплавы цветных металлов. К недостаткам пластмассовых покрытий относятся: низкая твердость, низкая теплостойкость, подвержены старению и имеют ярко выраженную зависимость механических свойств от температуры и продолжительности действия нагрузки. Основным свойством термопластичных полимеров является их способность размягчаться и плавиться при нагревании и вновь затвердевать, сохраняя первоначальные свойства. Для противозащитных покрытий в основном применяют химически стойкие такие термопласты как: поливинилхлорид, полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен, фторопласт, которые наносят на поверхность в виде листовых и пленочных материалов.
Термореактивные пластмассы при нагревании в результате химической реакции переходят в твердое нерастворимое состояние. При повторном нагревании, неразмягчаясь, разлагаются при достижении определенной температуры. Любая композиция на основе реактопластов включает в себя:
- смолу или смеси смол,
- пластификаторы для повышения эластичности отвержденных композиций,
- растворители (ацетон, толуол, ксилол и т.п.), применяемые для понижения начальной вязкости смолы,
- наполнители (графит, асбестовое волокно и т.п.).
Для защиты от коррозии применяют эпоксидные, фенолоформальдегидные, фурановые смолы и различные их комбинации.
Наносят реактопласты на металлические поверхности в виде растворов, паст
и листовых материалов.
Наиболее дешевыми и простыми в нанесении являются лакокрасочные покрытия. Однако лакокрасочная пленка состоит из участков различной плотности с многочисленными микропорами. При соприкосновении с агрессивной средой вследствие диффузии начинается ее проникновение через пленку к поверхности металла, а также наблюдается адсорбция влаги активными центрами пленкообразующего (набухание). В связи с этим при оценке качества покрытия важное значение приобретает определение пористости, особенно субмикроскопических пустот (диаметр 10-5-10-7см), а также микроскопических пустот - проколы, кратеры, трещины и другие дефекты пленок (диаметр >10-2 см).
Критерием оценки изолирующей способности лакокрасочных пленок является высокое омическое сопротивление пленки (незначительная проницаемость), низкая емкость (небольшая набухаемость) и медленное изменение этих свойств во времени.
Пористость пленок является важным показателем защитного действия покрытий. К стандартным методам определения пористости покрытий относятся химический; электрохимический (измерение электрохимического потенциала в системе: электрод - электролит - металл с лакокрасочным покрытием) и электрический (измерение электропроводности в системе: металл с лакокрасочным покрытием - электролит - электрод).
Химический метод определения пористости лакокрасочных покрытий состоит в обнаружении нарушения сплошности по образованию турнбуллевой сини в результате реакции гексацианоферрата (III) калия с ионами двухвалентного железа по реакции (при рН≤7):
2Fе2+ + 2[Fе(СN)6]3 → Fе3[Fе(СN)6]2 Сущность метода заключается в восстановлении ионами железа металла, выделившегося из соли при проникновении раствора сульфата меди соответственно к поверхности металла через поры в покрытии [3].
2 НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ
2.1 Неорганические покрытия и способы их нанесения
К неорганическим неметаллическим материалам, применяемым для защиты от коррозии металлических поверхностей, относятся эмали, стекло и цемент.
Эмалью называют стекловидную застывшую массу, полученную в результате полного или частичного расплавления и состоящую в основном из кварца и других оксидов. На изделие эмаль наносят одним или несколькими слоями.
Различают два основных способа эмалирования. Наряду с эмалированием, при котором изделие покрывается грунтовкой и покровными эмалями и при этом дважды обжигается, широко используется в последние годы однослойное прямое эмалирование, при котором слой эмали (0,2 - 0,3 мм) может быть уменьшен наполовину. При специальном эмалировании, применяемом в химическом и пищевом машиностроении, обычно наносится многослойная эмаль.
Перед нанесением эмали поверхность стальной детали должна быть обезжирена и протравлена. При этом удаляется некоторое количество металла и поверхность листа становится шероховатой, что способствует адгезии эмалевого покрытия.
С целью снижения пористости при обжиге за счет образования СО2 для эмалирования применяют низкоуглеродистые стали.
Стеклоэмалевое покрытие обладает не только высокой химической стойкостью, износостойкостью, но и обеспечивает незначительное налипание остатков продукта, благодаря чему аппаратура легко моется. Покрытие имеет высокую адгезию к металлу. Общая толщина эмалевого покрытия 0,8 - 1,0 мм.
Кроме стеклообразующих веществ, в шихту вводят оксиды хрома, титана, цинка, повышающие жаростойкость, сцепляемость с металлом и придающие эмали нужную окраску.
Высокая химическая стойкость эмалей обусловлена присутствием буры и кремнезема; термостойкость обеспечивается близостью температурных коэффициентов линейного расширения покрытия и металла.
При эксплуатации эмалированной аппаратуры не допускается превышать давление или резко повышать его даже в пределах рабочего давления, резко нагревать и заполнять переохлажденным продуктом или водой, производить местные термические и механические воздействия, оставлять аппараты открытыми, использовать в качестве моющих и дезинфицирующих средств щелочные растворы.
Недостатки стеклоэмалевых покрытий: чувствительность к ударам, резкой смене температуры, местным перегревам, воздействию щелочей.
Высокую долговечность водопроводных труб обеспечивают цементные покрытия. Для покрытий используется портланд-цемент с наполнителем в виде мелкого песка.
Наиболее жаростойкие эмали (так называемые керамические) выдерживают температуру 1100 С, а в отдельных случаях до 1400 С.
Эмалевые покрытия стойки к минеральным и органическим кислотам, солям, газовым средам, но разрушаются горячими растворами концентрированных щелочей, плавиковой кислоты и рядом фтористых соединений.
Эмалевую суспензию наносят на очищенную поверхность изделия погружением в расплав или пульверизацией из специального пистолета, после чего обжигают до спекания в пламенной или муфельной печи при температуре 880-1050 С [4].
2.2 Органические полимерные покрытия
Рассмотренные выше методы защиты металлов от коррозии более дороги, менее эффективны, и возможности их ограничены. Поэтому использование органических покрытий по-прежнему остается важным средством борьбы с коррозией.
Полимерные покрытия не только защищают металлы от воздействия агрессивных сред, но и повышают их износостойкость, снижая прилипаемость различных веществ к рабочим поверхностям, позволяют экономить цветные металлы и другие дефицитные материалы.
В различных областях промышленности для защиты внутренних поверхностей аппаратов, трубопроводов и арматуры применяются винилхлоридные, фторопластовые, пентапластовые, полиолефиновые, полиуретановые, феноло-формальдегидные, кремнийорганические, каучуковые, эпоксидные и другие покрытия [1].
2.2.1 Полиолефиновые покрытия
К наиболее распространенным полиолефинам относятся полиэтилен, полипропилен и их сополимеры.
Покрытия из полиолефинов отличаются высокой химической стойкостью к действию многих агрессивных сред. Полиэтилен используют в качестве упаковочного материала для хранения продуктов и получения антикоррозионных покрытий. Свойства полиэтилена и полипропилена практически не меняются при воздействии концентрированными соляной и серной кислотами при 20°С, а также растворами щелочей. Однако органические растворители при комнатной температуре вызывают некоторое набухание, а при температурах выше 100 - 120°С растворяют полиолефины.
Полиолефины имеют низкую проницаемость по отношению к жидким и газообразным агрессивным средам.
Полиолефины используются для нанесения покрытий почти всеми известными методами, включая напыление порошкообразных полимеров, плакирование пленками и листами, футерование литьем под давлением, а также формирование покрытий из дисперсий в водноорганических средах [3].
2.2.2 Полиамиды К полиамидам относятся капрон и капролон. Покрытия из полиамидов обладают высокими антифрикционными характеристиками. По износостойкости при сухом и жидкостном трении полиамиды превосходят не только другие классы полимеров, но и многие металлы, применяющиеся в антифрикционных целях. Низкий коэффициент трения при высоких нагрузках позволяет использовать полиамиды в тяжелогруженых узлах трения, о чем свидетельствуют значения коэффициентов трения покрытий из полиамидов при трении со смазкой по стали. Недостатком полиамидных покрытий является склонность к старению и значительное водопоглощение. С повышением температуры гигроскопичность возрастает.
Полиамидные покрытия наносят на поверхность изделий напылением порошков, литьем под давлением, а также из растворов.
Следует отметить низкую стойкость полиамидов к окислению, что препятствует длительной эксплуатации полиамидных покрытий на воздухе при температурах выше 60 - 100°С. В целях повышения термостабильности полиамидов применяют различные стабилизирующие добавки органического и минерального происхождения. Для улучшения адгезионных и когезионных свойств, повышения эксплуатационных характеристик в покрытия из полиамидов вводят различные наполнители. Введение небольших количеств оксидов титана, меди, железа, свинца и алюминия способствует росту прочности и твердости, несущей способности и износостойкости покрытий при незначительном изменении коэффициента трения. Повышение теплостойкости и несущей способности подшипников с полиамидными покрытиями достигается введением порошков металлов (алюминия, свинца, бронзы и др.). Снижению коэффициента трения также способствует добавка фторопласта-4, дисульфида молибдена, графита.
Модифицированные покрытия на основе полиамидных слоев применяют для изготовления таких деталей как шестерни, подшипники и т. д. Полиамидные смолы используют для получения защитных покрытий, а полиамидные порошки - для нанесения тонкого антифрикционного износостойкого покрытия [5].
2.2.3 Поливинилхлорид (ПВХ)
Благодаря низкой стоимости сырья, высокой химической стойкости, хорошим физико-механическим и удовлетворительным электрическим свойствам, ПВХ является самым распространенным материалом, применяющимся для создания защитно-декоративных, химически стойких и электроизоляционных покрытий.
В состав поливинилхлоридных композиций, предназначенных для покрытий, помимо пластификаторов, входят стабилизаторы, наполнители, смазки, пигменты и другие добавки, концентрация и природа которых оказывают существенное влияние на свойства покрытий.
Материалом для покрытий в основном служит пластифицированный поливинилхлорид, реже используется непластифицированный ПВХ, типичным представителем которого является винипласт. Листовой и пленочный винипласт применяются в химической промышленности для футеровки металлической аппаратуры и трубопроводов, эксплуатирующихся в агрессивных средах.
Пластифицированный поливинилхлорид обычно наносят на поверхность обрабатываемых деталей в виде порошка или пленки.
Высокая химическая стойкость поливинилхлорида позволяет успешно использовать покрытия на его основе в агрессивных средах.
Поливинилхлорид является основным компонентом для изготовления лакокрасочных материалов. Путем обработки ПВХ получают винипласт, листы которого легко поддаются механической обработке и хорошо свариваются. Это позволяет использовать их для нанесения сплошного покрытия на фундаменты, цокольные части и другие конструкции. Поливинилхлоридный пластикат применяют как обкладочный материал для защиты аппаратуры от коррозии, устройств полов в помещениях, где требуется герметичность. Для устройства химически стойких полов, а также для гидроизоляции используют поливинилхлоридную пленку [2].
2.2.4 Пентапласт Обладает высокой водостойкостью, прочностью, низким коэффициентом трения по стали. Он стоек к воздействию грибковой плесени, устойчив к воздействию растворов щелочей, кислот и солей.
Пентапласт наносят на поверхность защищаемых изделий в порошкообразном виде и из дисперсий в органических средах. Кроме того, производится защита изделий футеровочными листами и готовыми вкладышами из пентапласта.
2.2.5 Фторопласты Для изготовления различных деталей и для защитных покрытий применяются фторопласт-4 и фторопласт-3. Фторопластовые покрытия исключительно устойчивы к агрессивным средам и в этом отношении превосходят даже благородные металлы и сплавы. На покрытия из фторопласта-4 не действуют окислительные среды, включая и царскую водку, кипящие щелочи, растворы солей. Фторопластовые покрытия вполне устойчивы по отношению к жирам, маслам, влаге, кислотам и т. д.
Покрытия из фторопластов применяют для защиты различных технологических емкостей.
2.2.6 Кремнийорганические покрытия Отличаются многими ценными свойствами, из которых наиболее характерны термостойкость, а также стойкость к воздействию целого ряда химических агентов и растворителей. По термостойкости они значительно превосходят органические полимеры.
Кремнийорганические полимеры сравнительно инертны по отношению к большинству реагентов за исключением сильных оснований и концентрированных кислот. Разбавленные сильные кислоты и щелочи, а также слабые кислоты и основания оказывают на них незначительное действие.
К недостаткам кремнийорганических полимеров следует отнести их невысокую химическую стойкость к действию органических растворителей и окислительных сред [6].
2.2.7 Эпоксидные смолы В своем составе имеют реакционноспособные эпоксидные и гидроксильные группы, способные вступать в химические реакции с различными веществами с образованием более сложных соединений. При введении в них отвердителей холодного или горячего отверждения такие смолы способны переходить в неплавкое и нерастворимое состояние. В качестве отвердителей могут применяться органические и неорганические кислоты, ангидриды кислот, амины и амиды, а также синтетические смолы.
Свои ценные физико-механические свойства эпоксидные смолы приобретают при взаимодействии с отвердителями. Отвердители аминного типа выполняют функции сшивающих реагентов. Реакционноспособные группы отвердителей взаимодействуют с эпоксидными группами смолы. Скорость процесса отверждения зависит от температуры. Некоторые отвердители реагируют со смолой при комнатной температуре, другие - лишь при нагревании. Наиболее полное отверждение полиаминами достигается при температуре выше 100°С. Долговечность материалов, полученных отверждением при комнатной температуре, ограничена. Материалы, полученные отверждением эпоксидной смолы при нагревании, более долговечны.
На основе эпоксидных смол изготовляют лакокрасочные материалы, применяемые для защитных покрытий.
Покрытия на основе эпоксидных смол с такими наполнителями, как уголь, графит, кремнезем, кварцевая мука, измельченный мрамор, в пищевой промышленности использовать нельзя по санитарным нормам.
Для защиты сепараторов перспективны комплексные покрытия, состоящие из одного слоя грунта, двух слоев эмали и одного слоя лака на основе эпоксидной смолы. Отвержденное покрытие промывается раствором уксусной кислоты, затем раствором соды и ополаскивается водой. Полимерные покрытия на основе виниловых, каучуковых и эпоксидных смол применяются для защиты сепараторов, в которых технологические процессы протекают под избыточным давлением.
Для защиты некоторых железобетонных (бетонных) внутренних поверхностей стационарных баков используют эпоксидное покрытие, состоящее из 82 % смолы, 13 % этилового спирта и 5 % полиэтиленполиамина. Покрытие затвердевает при комнатной температуре, но для ускорения процесса повышают температуру до 70°С. Перед нанесением покрытия железобетонная поверхность обязательно должна быть хорошо очищена, просушена и прогрета электрообогревателем любого типа. Покрытие четырехслойное, общей толщиной до 0,6 - 0,8 мм. Эпоксидные смолы также используют для защиты внутренней поверхности железных чанов и цистерн.
Для защиты железобетонных емкостей, применяемых для хранения пищевых продуктов, используют трехслойное эпоксидное покрытие: первый слой грунта и два покровных слоя. Сушка каждого слоя осуществляется в воздушно-сухих условиях в течение 24 ч с последующей сушкой всех трех слоев в течение 28 суток. Высушенное покрытие промывают раствором соды с последующим ополаскиванием.
Пластмассы и смолы обладают высокой коррозионной стойкостью во многих агрессивных средах, в том числе в воде и ряде кислот и щелочей. Поэтому покрытия из этих материалов применяют для защиты металла от коррозии. Их наносят послойно в жидком состоянии (нагретом или растворенном) пламенным напылением или футеровкой листовым материалом.
Лаки на основе фенол-формальдегидных смол, известные под общим названием бакелитовых, стойки по отношению к большинству агрессивных сред, за исключением окислителей, щелочей и некоторых органических соединений. Их достаточно широко используют в химической промышленности. Лак готовят растворением резольной смолы в спирте. Обычно наносят 4-5 слоев лака, причем каждый слой сушат при температуре до 160-170° С. Недостаток бакелитового лака - хрупкость.
Значительный интерес представляют лаки и композиции на основе эпоксидных смол, которые успешно применяют для защиты от коррозии емкостей, трубопроводов, цистерн и различных деталей химической аппаратуры.
Эпоксидные смолы - продукты поликонденсации многоатомных фенолов и соединений с эпоксигидрогруппой (например, эпихлоргидрином). Они стойки к щелочам, ряду растворителей (бензин, ацетон), нестойки к сильным окислителям. Эпоксидные смолы имеют хорошую адгезию с поверхностью металла. Высокой химической и термической стойкостью обладают кремнийорганические (силиконовые) смолы. Это органические соединения, в цепях которых кислород частично замещен кремнием. Силиконовая пленка, нанесенная на какой-либо материал, делает его поверхность водоотталкивающей. Лаки, приготовленные на основе кремнийорганических соединений, могут длительное время подвергаться действию температуры свыше 200°С, не изменяя внешнего вида и не становясь хрупкими. Особенно ценны в этом отношении фенилселиконы. Смешивая их с оксидами титана, можно получить покрытие, стойкое к нагреву до 600°С. Силиконовые покрытия характеризуются высокими диэлектрическими свойствами.
Для защиты металлических сооружений от подземной коррозии широко применяют битумно-пековые композиции. Их высокая химическая стойкость связана с присутствием в составе высокомолекулярных соединений, с трудом вступающих во взаимодействие с большинством агрессивных сред.
Футеровка стальной аппаратуры листами пластмасс достаточно хорошо защищает от коррозии в кислотах, щелочах и других агрессивных жидкостях. Наиболее стойким пластиком, не разрушающимся даже в растворах царской водки, плавиковой кислоты, органических растворителях, является фторопласт (тефлон). Однако его прочность относительно невелика. В качестве футеровочного материала используют также фаолит, винипласт, полиизобутилен, полиэтилен и др [5].
2.2.8 Резиновые покрытия
В качестве материалов для покрытий применяются резины на основе натурального и синтетических каучуков. В состав композиций входят стабилизаторы, вулканизирующие агенты и другие добавки. В процессе вулканизации образуется трехмерная структура, обеспечивающая покрытиям хорошие механические свойства.
Для футеровки изделий простой формы используют листовые материалы из сырой резины с последующей вулканизацией на подложке. Для защиты изделий сложной конфигурации находят применение жидкие материалы в виде дисперсий или растворов.
Высокой эластичностью и хорошими адгезионными свойствами обладают покрытия из резин на основе натурального каучука, которые используются для защиты от минеральных кислот и щелочей.
Мягкие резины в основном применяются для покрытия различных аппаратов, деталей, цистерн, труб. Они представляют собой полимерные композиции сложного состава на основе эластомеров линейного или разветвленного строения (каучуков) в виде латексов или клеев.
Например, для футеровки емкостей внутреннюю поверхность подвергают дробеструйной обработке и оклеивают листовой смесью резины с феноло-формальдегидной смолой. После этого поверхность облицовывают кислотоупорной плиткой на диабазовой замазке.
Разработку теплостойких резин ведут с учетом специфики свойств агрессивных сред. Наибольший интерес представляют жидкие силоксановые каучуки, которые обладают высокой теплостойкостью (до 250°С) и нетоксичны.
Благодаря высокой сопротивляемости истиранию резины применяют для аппаратов, работающих с жидкостями, содержащими взвешенные вещества (насосы, трубопроводы). Иногда применяют твердые резины - эбониты. Эбониты по сравнению с резинами имеют более высокую химическую стойкость.
Защита от коррозии химических аппаратов, трубопроводов, емкостей для перевозки и хранения химических продуктов резиной или эбонитом называется гуммированием. Аппараты, подвергающиеся сотрясениям, ударам, резким колебаниям температур, гуммируются мягкими резинами, содержащими от 2 до 4% серы, а аппараты, работающие при постоянной температуре и не подвергающиеся механическим воздействиям, - твердыми резинами (эбонитом). Применяют и комбинированные футеровки из резины и эбонита.
Нанесение покрытий производится путем облицовки поверхности изделий сырой резиновой смесью, которую прикатывают валиками, а затем вулканизируют. Для гуммирования чаще всего применяются резины и эбониты, получаемые на основе натурального, бутадиен - стирольного, бутадиен - нитрильного, бутил - каучука, хлоропреновых и фторсодержащих каучуков. Такие покрытия устойчивы к хлороводородной, фтороводородной, уксусной, лимонной кислотам любой концентрации до температуры 65 С, к щелочам, нейтральным растворам солей, к 50% серной и 75% фосфорной кислотам, но они разрушаются сильными окислителями (азотной, концентрированной серной кислотами).
Покрытия смазками и пастами. Защитные смазки и пасты имеют ряд преимуществ перед другими покрытиями. Они легко наносятся на поверхность изделий, легко удаляются с нее и являются недорогими. Применяют эти покрытия для предохранения металлических изделий при хранении в закрытых помещениях и на открытых площадках, а некоторые смазки предохраняют изделия и во влажной атмосфере при наличии в ней CO2, SO2 и других газов.
Механизм защитного действия смазок состоит в создании на поверхности изделия тонкого защитного слоя, препятствующего проникновению агрессивной среды к поверхности металла.
Жидкие смазки получают на основе минеральных масел (авиационного, трансформаторного, машинного и других) с введением в их состав других добавок (парафин, мыла жирных кислот, нитрата натрия и др.) Например, смазка К-17 содержит девять компонентов, каждый из которых выполняет определенные функции
Защитные пасты получают из суспензий минерального воска (церезина), парафина, каучука, полиизобутилена в уайт-спирите. Их наносят на изделия тампоном, распылением. Для предохранения поверхности изделия от плесени в состав паст вводят фунгициды [7].
3 ЛАКОКРАСОЧНЫЕ ПОКРЫТИЯ
3.1 Система лакокрасочного покрытия и их классификация
Лакокрасочные материалы - это составы, наносимые на защищаемую поверхность тонкими слоями и образующие после высыхания и отверждения твердую, плотную и прочно сцепленную с поверхностью пленку. Они состоят из основных материалов (связующие - пленкообразующие вещества, пигменты, наполнители) и вспомогательных (пластификаторы, отвердители, растворители и другие).
Пленкообразование при формировании лакокрасочного покрытия происходит следующими способами: испарением растворителей (например, для поливинилхлоридных покрытий); взаимодействием с отверждающими агентами (для эпоксидных покрытий); поликонденсацией (для фенольных покрытий); окислением (для маслосодержащих покрытий); расплавлением и напылением (для полиэтилена и др.).
Системой лакокрасочного покрытия называют сочетание слоев лакокрасочных материалов, последовательно нанесенных на защищаемую поверхность (рисунок 1).
Рисунок 3.1 Схема системы лакокрасочного покрытия: 1 - грунт; 2 - шпаклевка; 3 - эмаль; 4 - покрывающий лак [6]
Все лакокрасочные материалы по своему виду (грунтовки, эмали, краски, лаки) в зависимости от рода основного пленкообразующего вещества подразделяются по составу на группы, например:
КО - кремнийорганические;
ХС - сополимерно-винилхлоридные;
ЭП - эпоксидные;
ПФ - пентафталевые.
По преимущественному назначению:
1 атмосферостойкие; 2 ограниченно атмосферостойкие;
3 консервационные; 4 водостойкие;
5 специальные;
6 маслобензостойкие; 7 химически стойкие;
8 термостойкие;
9 электроизоляционные;
10 грунтовки;
11 шпатлевки.
На рисунке 3.2 представлены различные области применения лакокрасочных покрытий.
Рисунок 3.2 Примеры применения лакокрасочных покрытий
3.2 Достоинства и недостатки лакокрасочных покрытий
Защита металлов лакокрасочными покрытиями - наиболее старый и один из самых распространенных способов защиты от коррозии.
Основными достоинствами лакокрасочных покрытий являются:
сравнительная дешевизна;
относительная простота нанесения;
легкость восстановления разрушенного покрытия;
сочетаемость с другими способами защиты, например протекторной защитой, фосфатными и оксиднымипокрытиями;
возможность получения покрытий любого цвета, обладающих наряду с защитными свойствами красивым внешним видом.
При соответствующем подборе материалов и способа нанесения эти покрытия обеспечивают достаточно надежную защиту металлических конструкций от коррозии в атмосфере и ряде коррозионных сред (окраска речных и морских судов, водонапорных баков и др.)
К недостаткам лакокрасочных покрытий следует отнести малую термостойкость (предельная температура наиболее термостойких красок 150 - 200 С), сравнительно невысокую механическую прочность, недостаточную стойкость в водной среде.
Ежегодно более 80 % металлоизделий, используемых в народном хозяйстве, подвергают окрашиванию. В 1999 г производство лакокрасочных материалов достигло 26,7 млн. т. Это свидетельствует об огромных масштабах средств, вовлеченных в сферу производства этого вида противокоррозионной защиты.
Эффективность применения лакокрасочных покрытий целесообразна при условии долговечности эксплуатации не более 10 лет и скорости коррозии металла до 0,05 мм/год. Если требуется повышение долговечности или скорость коррозии металла составляет 0,5-1,0 мм/год, то следует применять комбинированные покрытия. Например, цинковые плюс лакокрасочное покрытие. Такое покрытие позволяет увеличить срок защиты до 30 лет.
Защитные действия лакокрасочного покрытия заключаются в создании на поверхности металлического изделия сплошной пленки, которая препятствует агрессивному воздействию окружающей среды и предохраняет металл от разрушения [8].
3.3 Компоненты лакокрасочных материалов
Компонентами лакокрасочных материалов служат пленкообразующие вещества, растворители, пластификаторы, пигменты, наполнители, катализаторы (сиккативы).
Лаки - это коллоидные растворы высыхающих масел или смол в органических растворителях. Защитное твердое покрытие образуется вследствие испарения растворителя или полимеризации масла или смолы при нагревании или под действием катализатора.
Краски представляют собой суспензию минеральных пигментов в пленкообразователе.
Эмали (покрывные слои) - это пигментированные и наполненные лаки, предназначены для обеспечения защиты металла от коррозии совместно с грунтовками и придания объекту требуемого декоративного вида. Как правило, их наносят на предварительно загрунтованные поверхности.
Пленкообразователи - это природные масла, естественные или искусственные смолы. Масла по своему составу представляют собой сложные эфиры, т.е. являются продуктом взаимодействия кислот и спиртов. В основу классификации масел положена их способность к высыханию.
Наиболее распространенный масляный пленкообразователь - олифа. Натуральную олифу получают из высыхающих растительных масел, обработанных при 300 °С с целью частичной полимеризации. На воздухе олифа окисляется и полимеризуется до твердого состояния.
Растворители пленкообразующих веществ придают лакокрасочным покрытиям такую вязкость, при которой они легко наносятся на поверхность. В дальнейшем растворители испаряются. Растворителями могут быть: спирты, ацетон, бензин, скипидар, толуол, ксилол, этилацетат и др.
Растворители (разбавители) - это органические жидкости, однокомпонентные растворители или их смеси. Они предназначены для разведения лакокрасочных материалов до рабочей вязкости и улучшения их технологических свойств.
Растворители должны иметь хорошую растворяющую способность, оптимальную температуру кипения и минимальную токсичность.
Отвердители - это химические соединения, добавляемые в состав только определенных лакокрасочных материалов (эпоксидных, уретановых и др.) для их отверждения.
Пластификаторы или смягчители - это вещества, повышающие эластичность пленок после высыхания. К ним относятся касторовое масло, каучуки, дибутилфталат, трикрезилфосфат, эфиры адипиновой кислоты. Пластификаторы - это низколетучие растворители, изменяющие вязкость системы и повышающие эластичность, предназначены для облегчения условий пленкообразования, повышения стойкости к растрескиванию при цикле нагрев - охлаждение, регулирования таких физико-механических свойств, как хрупкость, повышение удлинения, сопротивление удару, эластичность.
Количество пластификаторов, вводимых в смесь, составляет 20-75 % от массы пленкообразователя.
Краски и пигменты вводят в состав лакокрасочных композиций для придания им определенного цвета. Краски растворяются в растворителях, а пигменты находятся в них в нерастворимом мелкодисперсном состоянии. Размер частиц от 0,5 до 5 мкм. В качестве пигментов используют охру, сурик свинцовый, хром свинцовый, цинковые белила, порошки металлов. Пигменты повышают твердость, атмосферную и химическую стойкость, износостойкость и т.д.
Грунтовки - это пигментированные растворы пленкообразователей в органических растворителях. Они служат для создания на защищаемой поверхности антикоррозионного слоя и обеспечения высокой прочности сцепления как с поверхностью, так и с последующими покрывными слоями. В системе поверхность-грунтовка-покрывной состав (эмаль) грунтовка выполняет роль "химического мостика".
В различных отраслях промышленности лакокрасочные композиции часто изготовляют на месте на основе таких связующих, как эпоксидные, кремнийорганические, полиуретановые, сополимерно-винилхлоридные смолы. В них добавляют пигменты и наполнители, а также вспомогательные материалы (пластификаторы, растворители, разбавители, отвердители). Все компоненты перемешивают, перетирают и фильтруют до получения готовых к употреблению составов.
Пигменты - это тонкоизмельченные цветные природные и синтетические неорганические оксиды, соли металлов, органические или металлические вещества (порошки), не растворимые в дисперсных средах, воде и способные создавать с пленкообразующим покрытием защитное покрытие. Многие пигменты обладают высокими противокоррозионными свойствами. Они предназначены для получения окрашенных покрытий и обеспечивают твердость, снижают набухание пленки в воде.
Наполнители - это дисперсные неорганические природные или синтетические вещества, не растворимые в растворителях, воде и дисперсионных средах. Они предназначены для повышения адгезии, модуля упругости, твердости, прочности, тепло-, огне-, кислото-, щелоче- и атмосферостойкости покрытий, снижения стоимости покрытия, придания композиции требуемой теплопроводности, снижения температурного коэффициента расширения покрытий до значений, характерных для металлов. Их добавляют до 25 % от количества вводимых пигментов.
Наполнители образуют прочную основу всей пленки. Частицы наполнителя распределяются в пленке между частицами пигмента и заполняют имеющиеся в ней промежутки. Благодаря этому пленка приобретает повышенную влагостойкость и антикоррозионные свойства. Сиккативы или катализаторы представляют собой магниевые и кобальтовые соли жирных органических кислот. Их вводят в состав композиций для ускорения высыхания масляных пленок.
Успешная противокоррозионная защита лакокрасочными материалами в значительной степени зависит от соблюдения технологии получения покрытий. Основными факторами, влияющими на срок службы покрытия, являются:
1) способ подготовки поверхности;
2) методы нанесения и отверждения лакокрасочного покрытия;
3) толщина комплексного покрытия.
Для оценки влияния подготовки поверхности можно привести такой пример. Срок службы покрытия эмалью МЛ-12 (3 слоя), нанесенной по грунтовке ГФ-12 при пескоструйной обработке поверхности - 7 лет, при абразивной обработке - 9 лет, при обезжиривании - 3 года, при фосфатировании с активатором - 12 лет. Активатор способствует формированию на поверхности малопористого мелкокристаллического фосфатного слоя с хорошей адгезией к металлу. Размер кристаллов 5-20 мкм.
Метод нанесения также оказывает влияние на срок службы покрытия. Так, срок службы покрытия алкидной эмалью ПОМ 15 (желтой) при нанесении в электрополе - 12 лет, пневмораспылением - 11 лет, безвоздушным распылением - 10 лет, струйным обливом - 9 лет, окунанием - 8 лет. Разницу в сроках службы покрытий объясняют различной структурой сформированных покрытий. Более мелкие и плотноупакованные структуры образуются при нанесении покрытий методом электростатического распыления.
Существуют противоречивые мнения по вопросу выбора толщины защитного лакокрасочного покрытия. По некоторым данным защитные свойства покрытия пропорциональны его толщине, по другим - повышение толщины не всегда приводит к увеличению его долговечности. Поэтому в каждом отдельном случае подбирается оптимальная толщина лакокрасочного покрытия.
Выбор лакокрасочного покрытия определяется условиями его эксплуатации. Для защиты аппаратов от воздействия кислот, щелочей, растворителей и агрессивных газов готовят лакокрасочные покрытия на основе фенолоформальдегидных, полихлорвиниловых, эпоксидных и фторорганических полимеров.
Лакокрасочные покрытия на основе эпоксидных соединений устойчивы в растворах NaOH (до 25%) при нагревании до 125 °С, в соляной (до 25%), серной (до 70%), фосфорной и азотной кислотах. Они эластичны, влаго- и атмосферостойкие в средах, содержащих CI2, HC1, хлороформ. Обладают высокими электроизоляционными и механическими свойствами.
Лаки и краски на основе полихлорвинила устойчивы к азотной, соляной, серной, уксусной и другим кислотам, щелочам и маслам. Они хорошо зарекомендовали себя в атмосферах, содержащих SO2, SO3, N2O3, NH3, HC1. Их используют для защиты гальванических ванн, аппаратов химводоочистки и др.
Полиуретановые лаки и краски применяют для защиты изделий из магниевых и алюминиевых сплавов. Они стойки в атмосфере нефтепродуктов.
Термостойкие покрытия получают на основе кремнийорганических соединений. Они могут длительно работать при температуре до 300°С, кратковременно выдерживают 500-800°С. Такие краски и эмали используют для окрашивания вентиляционных и сушильных установок, теплообменников и др [5].
3.4 Экологические требования
Требования по экологии создают самые большие сложности при разработке прогрессивного ассортимента лакокрасочных материалов. По данным зарубежных фирм газовые выбросы, включающие растворители, составляют 100-185 г/м2 окрашиваемой поверхности. В 1991 г. на автомобильных производствах Европы этот показатель составлял 90 г/м2. В 1993 г. он снизился до 50 г/м2. Этому способствовало создание новых прогрессивных лакокрасочных материалов, отвечающих современным экологическим требованиям: с высоким сухим остатком (ВСО), водоразбавляемые и порошковые. В таблице 1 показана общая тенденция к переходу на использование экологически благоприятных лакокрасочных материалов в трех основных регионах мира.
Материалы с высоким сухим остатком (ВСО) позволяют сократить на 30% потребление органических растворителей, снизить в среднем на 20-30 % расход лакокрасочных материалов, а также увеличить в 1,5-2 раза срок службы покрытия. В странах СНГ эти материалы находятся на стадии промышленного внедрения: полиэфир-меламиновая эмаль ПЭ-1282 (содержание нелетучих соединений - 65%, режим сушки - 30 минут при 130°С); эпоксиперхлорвиниловая эмаль ЭП-2154 (соответственно - 50 % и 3-5 часов при 20°С); эпоксидная грунт-эмаль ЭП-5227.
Водоразбавляемые лакокрасочные материалы занимают одно из ведущих мест в ассортименте продукции, отвечающей современным экологическим требованиям. Водные материалы применяются в основном при окрашивании изделий методом электроосаждения. Для этой цели используются водоразбавляемые лакокрасочные материалы на основе пленкообразователей-электролитов. Для электроосаждения используют грунтовки В-КЧ-0207, В-КФ-093, ВЭП-0190, эмали В-ФЛ-11990, МС-278, В-ЭП-2100.
Порошковые краски - новый вид современных лакокрасочных материалов. Их применение позволяет практически исключить опасность загрязнения окружающей среды, снизить пожаро- и взрывобезопасность при работе. В настоящее время ведутся работы, направленные на усовершенствование и удешевление этого вида покрытий. Новым классом современных лакокрасочных материалов являются модификаторы ржавчины.
Эффективность грунтовок-модификаторов определяется не только природой пленкообразователя, но и наличием специальных добавок, обеспечивающих пропитку ржавчины и максимальную стабилизацию продуктов коррозии. Промышленность выпускает грунтовки-модификаторы на основе водоразбавляемых пленкообразователей (ВА-ВА-0112, ВД-ВА-01 ГИСИ, ВД-К4-0184, ВД-К4-0251) и эпоксидные модификаторы (ЭП-0180, ЭП-0199 и ЭП-0191).
Одним из направлений повышения защитных свойств покрытий является направленная модификация серийных лакокрасочных материалов. В качестве модификаторов могут быть использованы различные поверхностно-активные вещества, выпускаемые промышленностью. Защитные свойства таких покрытий обусловлены образованием на поверхности комплексов, обеспечивающих пассивность металла.
Замедлить протекание анодного коррозионного процесса можно и введением в лакокрасочную композицию ингибиторов коррозии. К ним относятся хроматы, фосфаты металлов, азотсодержащие и силаксановые соединения. Эффект действия таких соединений связан с растворением ингибитора в диффундирующей воде из внешней среды и последующей адсорбцией его ионов или молекул на активных центрах металла [9].
Таблица 3 - Распределение основных видов лакокрасочных покрытий [9]
Тип лакокрасочного материалаСШАЕвропаЯпонияОбщий объем производства, млн т6,47,92,0Доля в общем объеме, %ВСО2,715,01,4Водные111111Порошковые5,212,33,6Органоразбавляемые555580 3.5 Способы получения лакокрасочных покрытий 3.5.1 Распыление
У этого способа нанесения краски есть несколько преимуществ, особенно если красятся большие однородные, ничем не перекрываемые поверхности. Лакокрасочные материалы всех видов таким способом наносятся быстро и равномерно.
Для окраски труднодоступных поверхностей этот способ также удобен, например внутренних частей радиаторов центрального отопления. В процессе распыления мельчайшие частицы краски попадают на окрашиваемую поверхность, соединяются одна с другой и образуют равномерный слой (рисунок 3.3).
При нанесении краски таким способом нужно закрыть все окружающие поверхности, которые не подлежат окраске, чтобы потом не тратить время и силы на их очистку. Для этой цели подойдут клейкие ленты, которыми можно закрепить бумагу или пленку.
Рисунок 3.3 Схема нанесения лакокрасочного
покрытия распылением [10] Для получения ровного края окрашиваемой поверхности можно использовать самоклеящуюся ленту, наклеиваемую на заранее отбитую с помощью шнура или отвеса линию. Как только уровень жидкости упадет, емкость нужно наполнить, иначе после всасывания воздуха краскораспылитель выбросит неконтролируемое количество краски.
3.5.2 Нанесение лакокрасочных материалов вальцами
Преимуществами вальцового метода являются высокая производительность, незначительные потери материала, возможность нанесения материалов различной вязкости, очень тонких слоев, а также легкая встраиваемость станков в автоматические линии (рисунок 3.4).
Рисунок 3.4 Принцип работы машины для окраски полотен методом наката:
1 - транспортер; 2 полотно; 3 - бачок с краской; 4- струя краски; 5 - валики; 6 - конвекционная сушильная камера; 7 -возвратно-поступательный механизм
3.5.3 Нанесение лакокрасочных материалов методом плоского налива
Плоский налив получил широкое распространение, так как он обеспечивает высокую производительность. За одну операцию можно нанести большое количество материала при сравнительно высокой вязкости, т. е. с малым расходом растворителей. Метод налива имеет небольшие потери ЛКМ, правда, он не обеспечивает нанесение малых расходов лака за один проход (менее 90 г/м2), а при встраивании лаконаливных машин в линии требуется применение специальных систем для разгона и торможения деталей, поскольку скорость в машине выше, чем в линии.
Сущность нанесения ЛКМ методом налива состоит в том, что уложенные на движущийся конвейер плоские детали проходят через завесу жидкого материала, который вытекает из наливной головки. Завеса отделочного материала может быть образована различными способами, в зависимости от схемы головок лаконаливных машин [10].
3.5.4 Нанесение лакокрасочных материалов методом окунания
Окунание применяют для отделки деталей обтекаемой формы. Детали или изделия погружают в ванну с ЛКМ, затем извлекают из нее, выдерживают до отекания излишков лака или краски и сушат.
На толщину и равномерность лакового покрытия оказывают влияние различные факторы. Толщина покрытия тем больше, чем выше вязкость лака, содержание нелетучих, скорость испарения растворителей и вытягивание из ванны и чем меньше плотность лака.
Метод окунания производительный, ЛКМ используются экономно, хорошо поддается механизации и автоматизации. Его недостаток - неравномерное по толщине покрытие, по всей длине детали, так как с верхней части детали стекает больше лака, чем с нижней. С увеличением скорости вытягивания увеличивается неравномерность покрытия по длине детали.
В производстве мебели окунанием наносят красители, грунтовки, шпатлевки, нитроцеллюлозные лаки и эмали, реже - беспарафиновые полиэфирные лаки. Таким способом отделывают ножки столов, плоскоклееные и гнуто-клееные боковины стульев, кресел и т. п [10].
3.5.5 Нанесение лакокрасочных покрытий методом протягивания
Протягивание (экструзию) используют для нанесения ЛКМ на детали постоянного сечения, например на палочки детских кроватей. Деталь проходит через закрытую камеру с ЛКМ сквозь резиновые шайбы (фильеры), которые обжимают деталь и не дают лаку вытекать из камеры (рисунок 3.5). Детали должны подаваться торец в торец, без остановки. Лаки должны иметь высокую вязкость. Так как лаки с такой вязкостью не выпускаются, на практике применяют нитролаки НЦ-218, НЦ-223, предварительно выпарив из них растворитель. Количество наносимого лака регулируют жесткостью фильеры и степенью обжатия деталей.
Рисунок 3.5 Схема установки для нанесения лакокрасочных
материалов методом протягивания: 1 - подающие вальцы; 2 - деталь; 3 - ванна; 4 - фильера; 5 - ленточный конвейер сушильной камеры [10] Способ протягивания прост, производителен, почти полностью автоматизирован, при этом способе совсем малые потери лака, но им можно отделывать практически только круглые и шестигранные в сечении детали.
Нанесение лакокрасочных материалов методом струйного облива с выдержкой в парах растворителя
Сущность этого метода заключается в окраске вертикально подвешенных деталей при пересечении ими многоструйной (ламинарного типа) завесы краски с последующей выдержкой в паровой зоне, что создает благоприятные условия для окраски труднодоступных мест, замедляет испарение растворителя из окрасочного слоя, улучшая тем самым разлив краски и способствуя достижению равномерной толщины покрытия.
Струйный облив осуществляется путем подачи краски через сопла неподвижного контура, охватывающего деталь, или через систему сопел на качающейся трубе (осцикаторе), расположенной под конвейером с деталями (рисунок 3.6). Необходимая концентрация паров в паровом туннеле создается, главным образом, счет испарения растворителей с окрашенных деталей. Продолжительное пребывание изделий в паровом туннеле и концентрация растворителя снижают толщину окрасочного слоя, в первую очередь, на кромках изделий. Вологодским станкостроительным заводом выпускается полуавтоматическая линия окраски столярно-мебельных изделий ДЛ38М, планировка которой показана на рисунке 3.7. В модификации ДЛ38М исключена камера обдува перед обливом (детали должны поступать на окраску очищенными от древесной пыли и стружки), спрямлен паровой туннель. При окраске блоков в собранном виде скорость конвейера не должна превышать 0.7 м/мин. Максимальные размеры окрашиваемых изделий, мм: высота до 2000, ширина до 110, ширина транспортного проема 450.
Скорость конвейера линии ДЛ38М составляет 0,4 - 1,8 м/мин. При варьировании скорости конвейера продолжительность облива должна быть не менее 2 мин, а выдержка в парах растворителя 10 - 12 мин.
Установка струйного облива имеет неподвижный контур и осцикатор, однако, облив столярных изделий обеспечивается, как правило, только через осцикатор.
Рисунок 3.6 Схема установки струйного облива: 1- изделия; 2 - конвейер; 3 - привод; 4 - коллектор; 5, 11 -трубы; 6 - бак с эмалью; 7, 8 - вентиль; 9 - насос; 10 - бак с растворителем; 12 - поддон Рисунок 3.7 Схема полуавтоматической линии ДЛ-38М: 1 - изделие; 2 - держатели; 3 - каретка; 4 - цепь конвейера; 5 - камера облива; 6 - камера выдержки в парах растворителя; 7 - сушильная камера [10]
4 РЕЗИНА
4.1 Свойства резиновых покрытий
Резина - один из самых распространенных конструкционных материалов. Применяется во многих отраслях промышленности, народного хозяйства, в особенности, в автомобилестроении. Существует большое количество различных видов и марок резины, которые используются для изготовления определенных изделий, например шин, втулок, шланги, изоляционные материалы и др.
Любая резина изготавливается из каучука.
Каучуки - высокомолекулярные соединения, которые обладают способностью выдерживать большие механические нагрузки, даже при пониженных температурах. Особенностью каучуков можно считать то, что эти нагрузки обратимы.
Каучуки обладают высокой эластичностью, т.к. их молекула в нормальном виде (не под воздействием каких-либо напряжений) находится в свернутом состоянии. При приложении напряжения она просто выпрямляется и приходит в нормальное состояние по окончанию воздействия нагрузки.
Существуют натуральные и синтетические каучуки, которые используются для производства резины и некоторых других материалов специального назначения.
Резина - материал, который способен выдерживать большие обратимые нагрузки. Свойства резины, в большей степени, определяются свойствами исходного материала (каучука), содержание которого от 10 до 98 %. Кроме каучуков в состав резины входят пластификаторы (для придания мягкости), наполнители, красители, вулканизирующие вещества, противостарители и др.
Пластификаторы вводятся в резину для равномерного распределения компонентов смеси и облегчения формования. В качестве пластификаторов применяют мазут, различные каменноугольные и нефтяные смолы, парафин и др.
Наполнителями служат ткани, сажа, оксиды титана, "белая сажа". Они значительно снижают себестоимость готовой продукции и улучшают или придают какие-то новые свойства готовой продукции.
Красители вводятся не во все резины для придания им цвета, красивого внешнего вида.
Вулканизирующие вещества добавляют в смесь для преобразования структуры каучука (линейной в сетчатую). Вулканизирующими веществами служат органические перекиси, оксиды металлов, сера.
Для ускорения процесса вулканизации вводят ускорители (дитиокарбонаты, полисульфиды и др.)
Также в состав резины входят противостарители и, при необходимости, армирующие материалы.
Противостарители препятствуют старению изделий из резины за счет реакции с кислородом (быстрее, чум у каучука). В качестве противостарителей используются воск, фенолы и др.
Для придания изделиям из резины большей упругости, сохранения их свойств под нагрузкой их дополнительно армируют. При формировании изделия в состав резиновой смеси вводится ткань, стальная проволока, корд и др.
Резины подразделяют по назначению на теплостойкие, морозостойкие, маслостойкие, общего назначения, диэлектрические, газонаполненные, стойкие к воздействию химических веществ, радиации [9].
4.2 Технология нанесения резинового напыления
Резиновые напыляемые покрытия, становятся все более и более популярными, поэтому имеют очень широкую сферу применения.
Напыляемые резиновые покрытия, могут наноситься на любое достаточно твердое основание: деревянный пол, бетонный или металлический, на ПВХ и даже на асфальт.
Также возможно нанесение поверх уже существующих покрытий: песчано-бетонных, резиновых, полимерно-песчаных и т.д. Кроме полов, резиновое напыление наноситься на любые другие вертикальные или горизонтальные поверхности из стекла, металла, пластика, керамики, дерева... Резиновые напыляемые покрытия используются в качестве покрытия трубопроводов, металлических конструкций кранов, палуб судов, различных элементов в автомобилях (бамперы, пороги, кузовные отделения и т.д.). Еще их используют для гидроизоляции кровли и фундамента, стен и различных сооружений.
Эти покрытия пользуются хорошим спросом, благодаря отличным характеристикам: высокой шумоизоляции, износостойкости, влагостойкости, антикоррозийным свойствам, стойкости к химическим воздействиям, стойкости к разрыву и излому, антискользящим характеристикам.
Стадии напыления:
- перед нанесением покрытия поверхность очищается от влаги и всех загрязнений;
- делается замес резиновой крошки и клея в соотношении 1:1 (рисунок 4.1);
Рисунок 4.1 Фракционированная резиновая крошка Изношенные шины помимо резины содержат большое количество армирующих текстильных и металлических материалов, и являются тем самым, источником экономии природных ресурсов. Перспектива и потенциал переработки изношенных шин и получения регенерата, резиновой крошки, металлического корда и текстиля заключается в широком спектре использования данных материалов и высоком спросе на рынке.
Одним из основных компонентов всех типов покрытий является фракционированная резиновая крошка. Данный компонент делает покрытия износостойкими, эластичными, упругими, ударопрочными, а также придаёт покрытиям уникальные свойства. Например, именно благодаря эластичности резиновой крошки покрытия можно заливать льдом зимой, не боясь повредить или деформировать покрытия. Но также именно упругость резиновой крошки позволяет применять такие покрытия на детских площадках, т.к. резина обладает высокой травмобезопасностью, и оберегает детей от ушибов при падении. В зависимости от типа покрытия применяется резиновая крошка разных фракций. Производится резиновая крошка путем переработки изделий из резины. В основном, в производстве резиновой крошки используются старые автомобильные покрышки, но также применяются и РТИ (медицинские крышечки, оконные уплотнители, обшивка подводных лодок, резиновая обувь и т.д.). Фракция - 2,5-3,5 мм.
Практически во всех типах покрытий используется полиуретановое связующее или просто клей. Это необходимая составляющая, которая надежно скрепляет резиновую или каучуковую крошку и позволяет покрытию не разрушаться на протяжении долгих лет. Именно от качества связующего зависят такие характеристики, как прочность и долговечность. Но помимо этого качество связующего и правильное обращение с ним влияет и на мягкость покрытия, ровность, однородность окраски и т.д. Однокомпонентное полиуретановое связующее. Свойства: Не содержит органические растворители. Оптимальная вязкость, хорошая совместимость с различными видами фракционированных наполнителей.
В сочетании с резиновой или ЭПДМ крошкой образует бесшовное, упругое, стойкое к абразивному износу и ударным нагрузкам шероховатое покрытие, препятствующее скольжению. Благодаря высокой пористости покрытие на основе связующего и резиновой крошки хорошо пропускает воду и всегда остается сухим. Гигиеничность и высокая травмобезопасность. Материал широко применяется при устройстве покрытий детских игровых площадок, спортивных покрытий, дорожек, отмостков и пр.
- необходимый слой покрытия наносится распылителем (толщиной от 4-х до 20-ти мм).
Это покрытие полностью высыхает за 12 - 20 часов, его срок службы - не менее 15 лет. Для спортивных или игровых площадок на покрытии можно делать любую разметку или рисунки. Напыляемое резиновое покрытие может быть однотонным и цветным (рисунок 4.2), с вкраплениями или рисунком, а также двухслойным или просто черным. Зимой на такой поверхности можно залить каток.
Рисунок 4.2 Схема резинового покрытия Общие свойства напыляемого покрытия: - высокая износостойкость, стойкость к разрыву, излому, скручиванию;
- отличные антискользящие характеристики;
- способность гасить ударные нагрузки, шумоизоляция;
- высокая адгезия.
- антикоррозийные свойства;
- стойкость к атмосферным воздействиям;
- стойкость к солям, щелочам и кислотам;
- снежный покров и наледь с таких покрытий сходят в несколько раз быстрее, чем с обычных;
- вес 1 м2 покрытия толщиной 1.5-3 мм - 1.3 кг, при этом выход материала из распылителя 9-10 м2/ мин [7]. Принцип работы Распылитель предназначен для покрытия поверхностей шинной и EPDM крошкой как на открытых площадках, так и в помещениях. Распыление смеси клея (связующего) и гранул происходит через пистолет распылителя посредством высокого давления, создаваемого воздушным компрессором (рисунок 4.3). Рисунок 4.3 Напыление резинового покрытия
Оборудование для нанесения резиновых напольных покрытий изображено на рисунке 4.4.
абвРисунок 4.4 Оборудование для нанесения
резиновых напольных покрытий:
а - PTJ-100 Распылитель резиновой крошки;
б - гидравлический скип-миксер тип JBJ-200;
в - укладчик TPJ-2.5 4.3 Сферы использования и производимая продукция
Верхний слой на ранее нанесенные резиновые и другие напольные покрытия. Напыление на: брусчатку (из резины, песко-бетонную, полимеро-песчаную); бесшовные покрытия из резиновой крошки, выполненные холодным методом.
В качестве самостоятельного напольного покрытия, слоя на твердое основание. Напыление на бетон, асфальт, деревянный, металлический пол, ПВХ, коммерческий линолеум. В качестве напыления на горизонтальные и вертикальные поверхности (не напольное покрытие): металл, дерево, бетон, асфальт, битум, стекло, пластик, керамика и др. (рисунок 4.5). В качестве напыления на металлические конструкции (палубы и корпуса судов, заборы, краны, трубопроводы).
В качестве гидроизоляционного и атмосферостойкого материала для изоляции подвалов, фундаментов зданий, кровли, стен жилых и не жилых сооружений, деревянных корпусов малых плавсредств. Напыление на элементы корпусов автомобилей (днище, пороги, кузовные и багажные отделения, бампера, подножки). Рисунок 4.5 Примеры использования резиновых покрытий Покрытия для открытых площадок
Покрытие представляет собой материал, состоящий из резиновой крошки, полученной в результате переработки автомобильных покрышек, и полиуретанового связующего, являющегося последним достижением химической промышленности. Каждая составляющая придает напольному покрытию уникальные свойства. Резина в структуре покрытия делает его необыкновенно упругим и прочным. Напольное покрытие выдерживает гигантские нагрузки и удары при самых разнообразных условиях, не подвергаясь при этом деформации. Прорезиненное покрытие не ломается, не рвется, обладает эластичными свойствами. Полиуретан, скрепляющий состав, обеспечивает покрытию очень высокую адгезию, поэтому покрытие укладывается практически на любую твердую поверхность - бетон, асфальт, металл, дерево. При этом отделить покрытие от основания крайне сложно. Материал не содержит органические растворители.
Применяется:
1) Открытые спортивные площадки
2) Беговые дорожки
3) Теннисные корты
4) Открытые игровые детские площадки
5) Покрытие вокруг бассейна
6) Пешеходные зоны, дорожки
7) Отмостки вокруг коттеджа или дома
8) Покрытия для помещений, в которых содержатся животные
Рисунок 4.6 Разновидности резиновых покрытий
для открытых площадок Преимущества:
1) Высокая прочность и необычайная долговечность покрытия, благодаря особой технологии и компонентам не рвется, не ломается.
2) Отсутствие стыков и швов, которые причиняют неудобства.
3) Высокая эстетичность - покрытие выглядит красиво и оригинально.
4) Легкий уход - покрытие легко моется струей обычной воды, при этом из его пористой поверхности под напором выбивается вся грязь.
5) Покрытие не требует нанесения каких-либо специальных защитных средств.
6) Не дает усадки - после укладки остается таким же по размеру и по толщине.
7) Не портится от сигарет - поверхность остается неповрежденной.
8) Высокая упругость, которая обеспечивает комфорт при ходьбе и беге, а при падении смягчает удары.
9) Поглощение шумов.
10) Хорошая устойчивость к воздействию химическими препаратами (машинное масло, моющие средства, бензин), покрытие не повреждается при кратковременном воздействии растворителей, разбавленных кислот и щелочей.
11) Антистатичные свойства покрытия позволяют не бояться ощутимых человеком разрядов.
12) Нескользкая, шероховатая поверхность - качество, присущее покрытиям на основе резиновой крошки.
13) Простота ремонта - любой поврежденный участок легко можно удалить и заменить новым, не меняя все покрытие и не боясь возникновения проблем со стыком.
14) Экологичность - долговечность и высокая износоустойчивость позволяют меньше истощать природные ресурсы и заметно снизить количество отходов [8].
4.4 Гуммирование
Гуммирование, нанесение резинового или эбонитового покрытия на металлические изделия с целью защиты их от коррозии и др. вредных воздействий. Высокая стойкость резин и эбонитов к действию агрессивных сред превращает Г. в один из лучших способов защиты химической аппаратуры. Так, при температуре окружающей среды до 65 °С эти материалы устойчивы к воздействию соляной кислоты и щелочей любой концентрации, серной и фосфорной кислот до концентрации 50 и 85% соответственно. Покрытия из мягких резин эффективно защищают аппаратуру от действия слабой азотной кислоты (до 5% ), уксусной кислоты (до 15% ), водных растворов аммиака. Мягкие резины обладают также устойчивостью к истиранию, выдерживают резкие колебания температур и механических знакопеременных деформаций. Эти свойства отсутствуют у эбонита, который, однако, обладает более высокой химической стойкостью. Промежуточное положение занимают жёсткие резины (полуэбониты).
Свойства покрытий зависят от природы каучука, а также от состава резиновой смеси. Карбоцепные каучуки (бутадиеновые, бутадиен-стирольные, изопреновые, хлоропреновые, бутилкаучук и др.) значительно более стойки к растворам кислот и щелочей, чем гетероцепные (полисульфидные, кремнийорганические и др.), которые имеют некоторые др. ценные свойства. Так, полисульфидные каучуки обладают более высокой стойкостью к бензину и минеральным маслам. В свою очередь, покрытия из кремнийорганических каучуков можно эксплуатировать при температурах до 200-250 °С. Химическая стойкость одного и того же гуммировочного материала может изменяться в некоторых пределах в зависимости от способа вулканизации каучука.
Изделия гуммируют следуюшими способами: а) оклейкой (обкладкой) невулканизованными листами резиновой или эбонитовой смеси, нанесением резиновой смеси в виде пасты, раствора и т. п. с последующей вулканизацией; б) нанесением латексов, которые образуют покрытия в результате коагуляции; в) газопламенным и вихревым напылением порошкообразных резиновых смесей (см. Напыление полимеров); г) применением вулканизованных вкладышей или оболочек, надеваемых на изделия. Срок службы покрытий зависит от температуры и характера окружающей агрессивной среды. В благоприятных условиях покрытия сохраняют защитные свойства до 7 лет.
Рисунок 4.7 Примеры гуммирования в промышленности
Ролики полиуретановые, а также гуммированные валы и ролики используются (рисунок 4.7):
В целлюлозно-бумажной, полиграфической и прочих отраслях. Здесь гуммирование применяется при производстве "сэндвич-панелей" для роликов формирующих профиль, с целью получения более тонкого слоя наносимого клея и краски;
В прокатном производстве. Здесь гуммирование роликов производится для повышения сопротивляемости к деформации. В частности ролики полиуретановые (а также гуммированные) применяются в прокате цветных металлов, где деформация изделий является недопустимой. Покрытие полиуретаном осуществляется на раскатывающие, транспортерные и досылочные ролики (Р=750 МПа).
В бумажном производстве. Гуммирование роликов (прижимных) в этой отрасли производится для получения более высокого качества порезки бумаги и картона, для которой они предназначены.
Ролики, имеющие полиуретановое покрытие (или ролики полиуретановые) применяются в качестве ведущих колес, колес фрикционных приводных, поддерживающих роликов для гусеничного транспорта или транспортирующих элементов при перевозке стеклопакетов ("мягкие" ролики).
Гуммирование валов полиуретаном осуществляется для металлургической промышленности (в частности прокат металлов). Также, покрытие вала полиуретаном может производиться на заказ для ювелирного производства (заготовочные работы). Здесь гуммирование валов выполняется для работы с драгоценными металлами (прокат пластины/бруса) или подготовки проволоки для браслетов, цепей и пр.
Кроме того, гуммирование валов применяется во многих других отраслях, требующих высоких технических характеристик элементов и деталей [4].
5 ПЛАСТИЧЕСКИЕ МАССЫ (ПЛАСТМАССЫ)
Пластмассы - это высокополимерные материалы или композиции из них, которые при определенных условиях (изменение температуры и давления) могут переходить в пластическое состояние или же менять свою форму.
В противокоррозионной защите пластические массы нашли широкое применение, т.к. сочетают в себе ряд полезных и очень ценных свойств. Этот вид материалов не подвергается атмосферной коррозии, имеет невысокую плотность (что отражается сильно на их весе), не разрушаются под воздействием многих растворам солей, щелочей и кислот. Пластические массы являются хорошими диэлектриками, обладают теплоизоляционными свойствами, а также могут быть эластичными или упругими, радио- и оптически прозрачными.
Из пластических масс легко формовать изделия. Материал хорошо поддается механической обработке. По прочности некоторые виды пластмасс могут превосходить сплавы цветных металлов и углеродистые стали. Все пластические массы проявляют высокую стойкость во многих коррозионных средах, но в то же время имеют и свои недостатки. Они подвержены старению, быстро плавятся при повышении температуры, относительно легко ломаются (имеют невысокую твердость), плохо проводя тепло.
Широкое распространение получили сложные (композиционные) пластмассы и простые (ненаполненные). В состав сложных пластических масс входит смола и другие вещества, которые выполняют функции наполнителей, связующего, отвердителей, пластификаторов, красителей и др. При изготовлении простых пластмасс используется только одно вещество, от характеристик которого и зависят свойства пластической массы.
Наполнители в пластмассы вводятся для улучшения их внешнего вида, придания диэлектрических и механических свойств, удешевления и снижения горючести. Наполнители могут иметь вид листовых, порошковых или волокнистых материалов. В качестве листовых наполнителей пластмасс могут использоваться древесный шпон, ткани, бумага и многое другое. Среди порошковых наполнителей можно отметить графит, кварцевую и древесную муку и др. Синтетические, натуральные и асбестовые волокна используются в качестве волокнистых наполняющих пластмассы веществ.
Красители используются для придания пластмассе желаемой окраски (если есть повышенные требования к декоративным свойствам). Краситель должен легко смешиваться с пластической массой и не выгорать в процессе эксплуатации. Кроме того, совмещаться с полимером, выдерживать воздействие температуры.
Пластификаторы в пластмассы вводятся для придания требуемой эластичности и пластичности. Пластификаторами могут служить: алифатические и ароматические карбоновые кислоты, эфиры, полиэфиры, эфиры фосфорной и некоторых других кислот, др. Кроме того, некоторые пластификаторы могут улучшать и другие свойства пластмасс, например, светостойкость, негорючесть и устойчивость к воздействию повышенной температуры.
На рисунке 5 приведены некоторые области применения пластиковых покрытий.
Рисунок 5 Примеры применения пластмассовых покрытий Кроме основных, указанных выше, в состав пластических масс могут вводиться многие другие вещества, в той или иной степени, влияющие на свойства высокополимерных материалов. К таким веществам можно отнести отвердители, которые способны преобразовывать линейную структуру полимеров в сетчатую. В состав многих сложных пластических масс вводятся смазки (облегчают формование), стабилизаторы (для сохранения первоначальных свойств), фунгициды (для того, чтоб пластмасса не подвергалась воздействию плесени и грибков), порообразователи (для получения поропластов и пенопластов).
К простым пластическим массам относятся: полипропилен, поливинилхлорид, полиэтилен, полистирол, фторопласты и др.
К сложным пластическим массам относятся: текстолит, фенопласты, фаолит, стеклотекстолит, гетинакс, стеклопластики, стекловолокна и др.
Нанесение пластмассовых покрытий
Пластмассовые покрытия наносят одним из следующих основных способов: вихревым, газопламенным или газоструйным напылением, вибрационным способом и oпрессoвкoй.
Вихревoе нaпыление зaключaется в следующем. Нaгретую дo oпределеннoй темперaтуры детaль пoмещaют в кaмеру, в кoтoрoй нaхoдится взвихренный пoрoшкooбрaзный пoлимер; чaстицы пoрoшкa, стaлкивaясь с нaгретoй детaлью, oплaвляются и oбрaзуют нa ее пoверхнoсти плaстмaссoвый слoй.
Перед пoкрытием у детaли зaкругляют oстрые крoмки, oчищaют oт ржaвчины и зaгрязнений, пoдвергaют метaллoпескoструйнoй oбрaбoтке (для чугунa), oбезжиривaют или фoсфaтируют (для стaли). Местa, не пoдлежaщие нaпылению, пoкрывaют силикoнoвым лaкoм с жидким стеклoм либo зaкрывaют листoвым aсбестoм или фoльгoй. Зaтем детaль нaгревaют дo темперaтуры 280-300° С и oпускaют в устaнoвку для нaпыления.
Аппaрaт для вихревoгo нaпыления сoстoит из кaмеры, рaзделеннoй сетчaтoй перегoрoдкoй и ткaнью, предoхрaняющей oт зaсoрения oтверстия перегoрoдки. Нa ткaнь нaсыпaют пoрoшкooбрaзный пoлимер (кaпрoлaктaм, пoлиэтилен или др.), рaзмер чaстиц кoтoрoгo сoстaвляет 0,12-0,22 мм, a тoлщинa слoя - не менее 100 мм. Вoсстaнaвливaемую детaль, предвaрительнo нaгретую дo темперaтуры нескoлькo выше темперaтуры плaвления применяемoгo пoлимерa, пoмещaют в верхней чaсти кaмеры, нaд перегoрoдкoй. Из бaллoнa пo трубoпрoвoду пoдaют пoд дaвлением 0,1 - 0.2 Мн/м2 инертный гaз (углекислый гaз или aзoт), кoтoрый, прoйдя через перегoрoдку, взмучивaет пoрoшoк, перевoдя егo в псевдoсжиженнoе сoстoяние. Чaстицы пoрoшкa, кoнтaктируя с рaзoгретoй детaлью, плaвятся, oбрaзуя рaвнoмернoе пoкрытие.
При рaбoте дaннoй устaнoвки нaблюдaется бoльшaя летучесть пoлимернoгo пoрoшкa, пoэтoму в кaмере предусмoтренo вытяжнoе устрoйствo с пылесoсoм.
Тoлщинa пoкрытия, пoлученнoгo вихревым спoсoбoм, oбычнo не превышaет 1 -1,5 мм, тaк кaк плaстмaссы, имея низкую теплoпрoвoднoсть, препятствуют oплaвлению нoвых чaстиц нa уже пoкрытoй детaли. Прoдoлжительнoсть выдержки детaли в кaмере сoстaвляет 8- 30 сек и зaвисит в первую oчередь oт неoбхoдимoй тoлщины слoя. Пoсле нaплaвки детaль пoдвергaют мехaническoй oбрaбoтке теми же спoсoбaми, чтo метaллическую.
Детaли, пoкрытые слoем кaпрoлaктaмa, пo изнoсoстoйкoсти в ряде случaев не уступaют нoвым, причем сoпряженные с ними детaли изнaшивaются в нескoлькo рaз медленнее.
Процесс вихревoгo покрытия прост и не требует слoжнoгo oбoрудoвaния. Недoстaтoк спoсoбa - летучесть пoлимернoгo пoрoшкa, вреднoгo для здoрoвья, пoэтoму устaнoвкa дoлжнa быть рaзмещенa в oтдельнoм пoмещении с хoрoшей вентиляцией. Потери пoрoшкa дo 10% [9].
6 КЕРАМИКА 6.1 Свойства керамических покрытий
Для повышения прочности, отражательной способности и абляционных характеристик внешней поверхности теплозащитных материалов их покрывают слоем эмали толщиной около 300 мкм. Эмаль, содержащую SiC или 94 % SiO2 и 6 % В2О3, в виде шликера наносят на поверхность, а затем подвергают спеканию при 1470 К. Плиты с покрытиями используют в наиболее нагреваемых местах космических кораблей, баллистических ракет и гиперзвуковых самолетов. Они выдерживают до 500 десятиминутных нагревов в электродуговой плазме при температуре 1670 К. Варианты системы керамической теплозащиты лобовых поверхностей летательных аппаратов приведены на рисунке 6.1.
Рисунок 6.1 Система керамической теплозащиты лобовых поверхностей летательных аппаратов для температур от 1250 до 1700ºС: 1 - керамика на основе SiC или Si3N4; 2 - теплоизоляция; 3 - спеченная керамика
Высокопористый волокнистый слой теплоизоляции на основе FRCI, АЕТВ или HTR защищен облицовкой из слоя карбида кремния. Облицовочный слой предохраняет теплоизолирующий слой от абляционного и эрозионного разрушения и воспринимает основную тепловую нагрузку.
Жидкая теплоизоляция, которую часто называют также - керамическая теплоизоляция или сверхтонкая теплоизоляция, предназначена для получения покрытия на поверхностях любой формы, обладают теплоизоляционными, а также, звукоизоляционными, гидроизоляционными и антикоррозионными свойствами с очень широкой областью применения. Жидко керамические теплоизоляционные покрытия были впервые разработаны NASA (Национальным аэрокосмическим центром США), как изоляторы поверхности для космических кораблей серии "Шатл". Успешные испытания в космических условиях позволили широко применять их, в дальнейшем, в строительстве, промышленности, бытовой и других сферах деятельности.
Наибольшее распространение жидкая теплоизоляция получила, как теплоизоляционный материал для покрытия: трубопроводов пара, горячей воды, водонагревательного оборудования котельных; ограждающих конструкций, потолков, стен и крыш жилых, общественных и промышленных зданий, как нового строительства, так и реконструируемых (как с внутренней, так и с внешней стороны).
Сфера применения жидко-керамических изоляционных покрытий постоянно расширяется. Творческий подход к использованию теплоизоляции позволяет производителям и потребителям открывать и осваивать всё новые области применения уникальных материалов.
Теплоизоляционное покрытие, при нормальной эксплуатации, имеет гарантию - 10 лет, при внешнем использовании и 25 лет - при нанесении внутри помещений.
Преимущества жидко - керамических теплоизоляционных покрытий:
• можно наносить на любую поверхность - металл, пластик, бетон, кирпич и другие строительные материалы, а также на оборудование, трубопроводы и воздуховоды.
• Имеют идеальную адгезию к металлу, пластику, пропилену, что позволяет изолировать покрываемую поверхность от доступа воды и воздуха.
• Не проницаемы для воды и не подвержены влиянию водного раствора соли. Покрытия обеспечивают защиту поверхности от воздействия влаги, атмосферных осадков и перепадов температуры.
• Эффективно снижает теплопотери и обеспечивает антикоррозионную защиту (рисунок 6.3 и 6.4).
• Предохраняет поверхность от образования конденсата.
• Малая толщина покрытия при высочайшей эффективности (слой покрытия толщиной в 1 мм обеспечивает те же изоляционные свойства, что и 50 мм минераловатной изоляции или кирпичная кладка толщиной в 1-1,5 кирпича).
• Наносятся на поверхность любой формы.
• Не создают дополнительной нагрузки на несущие конструкции.
• Предотвращает температурные деформации металлических конструкций.
• Отражают до 85 % лучистой энергии.
• Обеспечивают постоянный доступ к осмотру изолированной поверхности без необходимости остановки производства, простоев, связанных с ремонтом, и сбоями в работе производственного оборудования.
• Не разрушается под воздействием УФ излучения.
• Быстрая процедура нанесения покрытий снижает трудозатраты по сравнению с традиционными изоляторами (легко и быстро наносятся кистью или аппаратом безвоздушного нанесения).
• В случае повреждения, покрытие легко ремонтируется и восстанавливается.
• Не поддерживает горение (при температуре +260°С обугливается, при +800°С разлагается с выделением окиси углерода и окиси азота, что способствует замедлению распространения пламени).
• Экологически безопасны, нетоксичны, не содержат вредных летучих органических соединений.
• Высокая химическая устойчивость к щелочам, солевым растворам и пр.
• Пожаро и взрывобезопасны
• Низкая цена, при высочайшем качестве • Самая низкая расчетная теплопроводность среди всех известных изоляционных материалов - 0, 001 Вт/м °С (при +20°С).
Схемы нанесения жидкой теплоизоляции на различные конструкции и сравнение с традиционными способами утепления представлены на рисунке 6.2.
Рисунок 6.2 Схемы нанесения жидко-керамической
теплоизоляции на различные конструкции
Рисунок 6.3 Инфракрасный снимок поверхности стен жилого дома до нанесения жидко-керамического покрытия
Рисунок 6.4 Инфракрасный снимок поверхности стен жилого дома после нанесения жидко-керамического покрытия
После нанесения покрытия, температура внешней поверхности стен уменьшилась на ~4,5°C. Теплоизоляция здания значительно увеличилась.
Жидко - керамическая теплоизоляция - это микроскопические, заполненные вакуумом керамические и силиконовые шарики, которые находятся во взвешенном состоянии в жидкой композиции, состоящей из синтетического каучука, акриловых полимеров и неорганических пигментов (рисунок 6.5 и 6.6). Эта комбинация делает материалы легкими, гибкими, растяжимыми, обладающими хорошей адгезией к покрываемым поверхностям. Уникальность изоляционных свойств этой теплоизоляционной краски - результат интенсивного молекулярного воздействия воздуха, находящегося в полых шариках [2].
вакуумный силиконовый шарик диаметром 0,02 мм
вакуумный керамический шарик диаметром 0,01 ммлатексная смесь с акриловыми переплетениями
Рисунок 6.5 Принципиальная схема структурного строения жидко - керамического изоляционного покрытия; разрез одного слоя (0,38 мм)
Рисунок 6.6 Структура жидко - керамической теплоизоляция
Сверхтонкая жидко - керамическая теплоизоляция - это суспензия белого цвета, которая после высыхания образует эластичное покрытие. Жидкая керамическая теплоизоляция разбавляется водой, что позволяет работать с ней в помещениях без дополнительной вентиляции. Керамическая теплоизоляция не поддерживает горение. Пленка толщиной 1 мм разлагается при температуре + 840 °С, выделяя окись углерода и азота, поэтому жидкая теплоизоляция задерживают и замедляют распространение пламени и дыма.
Жидко-керамические покрытия наносится с помощью распылителя высокого давления предназначенного для красок с высокой вязкостью, валика или кисти. Перед нанесением покрытия на бетонную или оштукатуренную поверхность ее желательно предварительно покрыть акрилатной грунтовкой глубокого проникновения. Металлические поверхности предварительно очистить от грязи и обезжирить. Поверхность, покрытую ржавчиной по возможности максимально очистить, затем покрыть преобразователем ржавчины на основе ортофосфорной кислоты, а потом специальным лаком. После чего на эту поверхность можно наносить покрытие. Толщина одного слоя покрытия не более 0,04см, время сушки одного слоя 24 часа с периодом полимеризации 12 часов при комнатной температуре. Норма расхода материала при однослойном покрытии - 1литр на 2 квадратных метра. Трудоемкость нанесения покрытия при использовании краскораспылителя соизмерима с трудоемкостью обычной покраски. Теплоизоляционное покрытие при его нормальной эксплуатации служит не менее 10 лет. Покрытия данного типа являются экологически чистым продуктом, разбавляются водой, что позволяет работать с ними в помещениях без дополнительной вентиляции.
Жидкая теплоизоляция может наноситься на металлическую, бетонную, кирпичную, деревянную, стеклянную, пластиковую, резиновую, картонную и некоторые другие поверхности. Поверхность, на которую наносятся составы, должна быть чистой, обезжиренной, без грязи, ржавчины и иметь температуру от +7°С до +150 °С. Эксплуатационная температура от - 47°С до +260 °С (в зависимости от материала).
Материалы наносятся обычным распылителем, а также малярной кистью или валиком. Работа с безвоздушным распылителем обеспечивает более высокую производительность.
Максимальная толщина одного слоя покрытия составляет примерно 0,38 мм. В течение 10-20 минут, после нанесения покрытия, возникает влагонепроницаемая пленка. Время сушки однослойного покрытия 24 часа, при комнатной температуре. Нанесение очередного слоя осуществляется после полного высыхания предыдущего слоя.
6.2 Области применения керамических покрытий
Возможное использование этих уникальных изоляционных покрытий значительно шире, их можно применять и как высокоэффективную теплоизоляционную, антикоррозионную и химически стойкую защиту для:
- металлических конструкций и сооружений;
- подкрановых балок;
- мостов и путепроводов;
- трубопроводов тепловых систем отопления;
- паропроводов и газопроводов;
- систем кондиционирования воздуха;
- труб с холодной водой (для предотвращения конденсации);
- гидрантов, водонагревателей и бойлеров;
- теплообменников;
- паровых котлов;
- нефтепроводов - подземных и наземных, нефтехранилищ;
- горячих химических смесительных баков;
- емкостей и баков для хранения воды, химических реактивов;
- покрытие внутренней части корпуса средств военного и специального назначения;
- автомобильные и железнодорожные цистерны для различных жидкостей;
- пассажирские ж\д вагоны и вагоны метро (тепло и звукоизоляция);
- машинные отделения кораблей;
- корпуса судов, подводных лодок, катеров, яхт и т.д.
Примеры использования керамических покрытий в промышленности представлены на рисунке 6.7.
Рисунок 6.7 Примеры использования керамических покрытий в промышлености Поколение нано-материалов, ионо-силикатов, полисилазана (Polysilazane) и конечно же новейшее керамическое соединение.
Они не содержат вакс, паст, силиконов и т.п. Они работают непосредственно с Лаком, на молекулярном уровне, создавая, единое целое с ЛКП и обладают высокой износостойкостью и отличным блеском.
Последней разработкой стало керамическое соединение, соответствующее структуре новейших лакокрасочных материалов. Активные керамические соединения, связанные с комплексом полимеров, позволили создать уникальный, по толщине и твердости на сегодняшний день, состав.
Покрытие позволяет наносить защитный слой не только на лакокрасочную поверхность, но и на любую другую часть экстерьера автомобиля, включая колесные диски, хром и стекла.
Внедряясь в кристаллическую решетку обрабатываемой поверхности он создает прочное, супертвердое и стойкое защитное соединение, надежно и гарантированно качественнее, по своим защитным свойствам. Создает самое прочное, не требующее ухода, долговечное покрытие (рисунок 6.8).
Рисунок 6.8 Схема керамического соединения для защиты полированных поверхностей
4-х слойное антипригарное покрытие ТИТАНпк обладает повышенной износостойкостью (рисунок), достигаемой за счет особой структуры и специальной технологии нанесения. Это собственная запатентованная разработка компании, не имеющая аналогов в России. Прототип покрытия применялся при постройке космического корабля Буран и орбитальных спутников.
Покрытие равномерно нагревается за счет особой конструкции корпуса по принципу "золотого сечения", толстого дна (6-8 мм) и чуть более тонких стенок (4-4,5 мм). Рисунок 6.9: 1 - высококачественный противопригорающий слой; 2 - промежуточный слой повышающий прочность сцепления противопригорающего слоя с керамическим; 3 - полимер-керамический слой высокой прочности; 4 - твёрдый керамический слой на алюминиевой поверхности корпуса [3].
Рисунок 6.9 Схема четырехслойного антипригарного покрытия
Другие примеры керамических покрытий в быту (рисунок 6.10).
Рисунок 6.10 Примеры использования керамических покрытий в быту Нанесение керамических покрытий - общепризнанный способ защиты растущих кристаллов от науглероживания со стороны графита подложки. Высокая адгезия позволяет многократно использовать графитовую пластину или матрицу. Керамическое покрытие наносится тонким слоем при помощи плазменного напыления. Экономичность, равномерность и высокую повторяемость свойств обеспечивает роботизированный комплекс.
Благодаря технологичности производства, керамические покрытия, наносимые методом плазменного напыления, получили широкое распространение в промышленности. Они используются во многих отраслях - энергетике, авиации и при транспортировке газов - для напыления термобарьерных покрытий на горячие элементы газотурбинных двигателей. В металлургии - для уплотнительных поверхностей насосов, для защиты от науглероживания от графитовой подложки (рисунок 6.11).
Рисунок 6.11 Керамическое покрытие полученное методом плазменного напыления Керамические покрытия имеют и дополнительные свойства. Они обеспечивают термозащиту, термостойкость, электроизоляцию, возможность качественной лазерной гравировки. Напыление производится как на внешние, так и на внутренние поверхности деталей.
Для создания износоустойчивых поверхностей используется Al2O3 или электрокорунд. Оксид алюминия является инертным экономичным материалом, обладающим большой прочностью. Керамическое покрытие на его основе может эксплуатироваться при температуре до 1100°C. Идеально подходит для напыления электроизоляции.
Использование теплозащитных покрытий (ТЗП) для охлаждаемых лопаток является актуальным направлением совершенствования газовых турбин. В отличие от широко применяемых жаростойких покрытий, ТЗП защищают не только поверхность лопаток от высокотемпературной коррозии, но и материал лопатки от разупрочнения в результате воздействия высоких температур. Использование ТЗП позволяет понизить температуру лопаток и увеличить их долговечность. На стационарных и переходных режимах ТЗП выравнивает температуру поверхности лопатки и понижает термические напряжения в ней. Керамический слой нанесенный непосредственно на поверхность жаропрочного сплава не обладает необходимой долговечностью. Проникновение кислорода через керамический слой к поверхности жаропрочного сплава приводит к ее быстрому окислению и к скалыванию керамического слоя. Поэтому, как правило, теплозащитное покрытие состоит не менее чем из двух слоев - внешнего керамического и внутреннего жаростойкого. В зависимости от опыта применения защитных покрытий для конкретного двигателя, от требований к физико-механическим свойствам и защитным функциям подслоя, это может быть диффузионное алюминидное покрытие легированное кремнием (Al-Si), хромом (Al-Cr), платиной (Al-Pt); конденсационное или плазменное покрытие типа (Ni,Co)Cr-Al-Y. К свойствам подслоя предъявляются те же требования, что и к свойствам жаростойких защитных покрытий. Существуют и специфические требования к подслою: подслой обязательно должен обладать высокой жаростойкостью, оксиды образующиеся на его поверхности должны иметь высокую прочность связи с подслоем и внешним керамическим слоем. При выборе состава подслоя следует обратить внимание на концентрацию в них иттрия или других элементов, обеспечивающих высокое сцепление оксидов с поверхностью. Это особенно важно в случае нанесения подслоя электроннолучевой технологией (ЭЛТ), при которой концентрация иттрия в подслое может быть значительно ниже требуемой концентрации.
Необходимо учитывать, что ТЗП обычно используется на лопатках высокотемпературных турбин. Лопатки таких турбин имеют направленную или монокристальную структуры, тонкие стенки и высокую эффективность охлаждения. При работе в этих лопатках и особенно на их поверхности возникают высокие термические напряжения и деформации. Поэтому характеристики термомеханической усталости являются наряду с жаростойкостью основными при выборе состава подслоя.
Внешний керамический слой ТЗП на основе оксидной системы ZrO2-Y2O3 (YSZ) может формироваться двумя способами: плазменным напылением на воздухе соответствующих порошков и конденсацией пара образующегося при электроннолучевом испарении керамических брикетов. Обычно, для формирования керамического слоя применяют составы ZrO2-(6-9%)Y2O3, которые по результатам многочисленных исследований обладают высокой долговечностью. Однако, необходимо иметь в виду, что долговечность ТЗП связана не только с его химическим составом, но также со структурой керамического слоя и адгезионной прочностью границы между керамическим слоем и подслоем, которые зависят от способа нанесения керамического слоя. Способ нанесения определяет так же термические напряжения в керамическом слое и шероховатость его поверхности.
Основную сложность в создании ТЗП для лопаток турбин представляет сочетание керамики, расположенной на поверхности лопатки с жаропрочным сплавом из которого она изготовлена. Существенное различие в коэффициентах термического расширения керамики и жаропрочного сплава в интервале температур от 20 до 1200 ºС приводит к образованию при циклах "нагрев - охлаждение" высоких термических напряжений в керамике и в результате - к скалыванию керамического слоя с поверхности. Для снижения термических напряжений применяют различные технологические приемы дробления керамики. В керамическом слое нанесенным плазменным способом специальной термической обработкой формируют сетку микротрещин разбивающих керамику на отдельные фрагменты. При использовании электроннолучевой технологии, в керамическом слое за счет высокой разности температур между паром и подложкой, формируется специфическая столбчатая структура легко дробящаяся на фрагменты при появлении в ней напряжений растяжения [6].
Одним из главных моментов, определяющим успех в создании теплозащитных покрытий, является получение необходимой адгезионной прочности между керамическим слоем и жаростойким металлическим подслоем, обеспечивающей сохранение керамики на поверхности лопатки в течении всего времени эксплуатации.
В авиационном двигателестроении, как правило, плазменная технология нанесения керамического слоя ТЗП применяется для камер сгорания и некоторых поверхностей сопловых лопаток. Электроннолучевая технология нанесения керамического слоя ТЗП применяется для рабочих лопаток турбин. В таблице приведены некоторые сравнения керамических слоев теплозащитных покрытий нанесенных плазменной и электроннолучевой технологиями.
Сравнение свойств ТЗП с керамическим слоем ZrO2-8%Y2O3, нанесенных плазменной (ПТ) и электроннолучевой (ЭЛТ) технологиями (таблица 6).
Таблица 6 Сравнительная характеристика ПТ и ЭЛТ технологий [9]
СвойствоПТЭЛТТеплопроводность, Вт/м·К0,8-1,11,5-1,9Шероховатость, мкм10,01,0Адгезионная прочность, МПа20-40400Модуль Юнга, ГПа20090Относительная скорость эрозии71 Ведущие производители авиационных двигателей в настоящее время применяют ТЗП для повышения надежности и долговечности лопаток турбин. General Electric использует ТЗП на рабочих лопатках двигателей CFM-56-7 и многих других. По оценкам исследователей фирмы эффект снижения температуры лопаток в результате применения ТЗП составляет до 90С и зависит от теплового потока в турбине, толщины керамического слоя ТЗП, его теплофизических характеристик и конструкции лопаток. Использование ТЗП позволило исключить аксиальные и радиальные трещины лопаток, коробление выходных кромок.
Высокая эффективность применения ТЗП получена на рабочих лопатках различных двигателей. На двигателях Pratt-Whitney: PW 2040 и PW 4000 получено снижение температуры лопаток на ~ 120 ºС при этом долговечность лопаток с ТЗП увеличена в 3-5 раз.
Высокая эффективность ТЗП была отмечена на рабочих лопатках двигателей СНТК им. Н.Д.Кузнецова. После проведения стендовых и летных испытаний двигателей НК - на рабочих лопатках турбин с ТЗП отсутствовали термоусталостные трещины (фрагментации), в 2-3 раза уменьшилась вытяжка лопаток.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1 Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева. Материаловедение. М.:Машиностроение, 1990. - 532 с.
2 Под редакцией С.И. Богодухова, В.А Бондаренко. Технологические процессы машиностроительного производства. Оренбург, ОГУ, 1996.
3 Арзамасов Б.Н. Материаловедение. - М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2003. - 648 с.
4 Глинка Н.Л. Общая химия. - Л.: Химия, 1988. - 702 с.
5 Горчаков Г.И., Баженов Ю.М. Строительные материалы. Учебник для вузов. Стройиздат. 1986.
6 Гуляев А.П. Материаловедение. - М.: Металловедение, 1986 . - 542 с.
7 Дринберг С.А., Ицко Э.Ф. Растворители для лакокрасочных материалов: Справочное пособие. - 2-е изд., перераб. и доп.- Л.: Химия, 1986. - 208 с.
8 Карапетьянц М.X., Дракин С.И. Общая и неорганическая химия. - М.: Высш. шк., 1981. - 632 с.
9 Основы материаловедения. / Под ред. И.И. Сидорина. - М.: Машиностроение, 1976. - 436 с.
10 Рыбьев И.А. Общий курс о строительных материалах. Учебник для вузов. Москва. 1987.
2
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1 005
Размер файла
4 894 Кб
Теги
organicheskie, nemetallich, kursach, pokrytia
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа