Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
Технологические процессы получения лакокрасочных покрытий (ЛКП) разнообразны. Это связано с функциональным назначением окрашиваемого изделия, условиями эксплуатации, характером окрашиваемой поверхности, применяемыми методами окрашивания и формирования ЛКП.
Процесс получения ЛКП заключается в выполнении следующих обязательных стадий [1]:
Каждая стадия оказывает влияние на качество получаемого ЛКП и его долговечность. Немаловажное значение в обеспечении защитного действия ЛКП при прочих равных условиях имеет природа применяемого грунтовочного слоя как фактора обеспечения хорошей адгезии комплексного ЛКП и общая толщина покрытия. В связи с этим при разработке конкретных технологических процессов окрашивания для получения долговечного ЛКП важен оптимальных выбор каждой стадии процесса окрашивания, грунтовочного слоя и толщины ЛКП. Рассмотрим влияние указанных факторов на долговечность ЛКП в отдельности.
Подготовка поверхности перед окрашиванием играет важную роль в обеспечении долговечности всего ЛКП. Многолетний опыт применения ЛКП в различных отраслях промышленности показывает, что их долговечность на 65-75 % определяется качеством подготовки поверхности перед окрашиванием. Недостаточная подготовка поверхности металла перед окрашиванием вызывает ряд нежелательных последствий:
Между долговечностью ЛКП и степенью очистки поверхности существует четко прослеживаемая зависимость. В случае применения механических способов подготовки поверхности ориентировочные коэффициенты повышения сроков службы систем ЛКП в зависимости от подготовки поверхности можно представить следующим образом [2, 3]:
В качестве примера можно привести данные по долговечности комплексного ЛКП на основе хлорвинилового пленкообразователя толщиной 120 мкм в зависимости от способа подготовки поверхности перед окрашиванием, представленные в табл. 1. Данные получены при проведении натурных испытаний ЛКП эмалью ХВ-16 (4 слоя) по грунтовке ФЛ-03к (2 слоя) на атмосферной станции в г. Хотьково (Московская область).
В табл. 1 показаны также данные по влиянию способа подготовки поверхности на долговечность системы ЛКП грунтовкой ГФ-017 и эмалью МЛ-12 красной толщиной 80 мкм в условиях умеренного климата.
Таблица 1. Долговечность комплексного ЛКП в зависимости от способа подготовки поверхности перед окрашиванием
Способ подготовки поверхности | Долговечность, лет | |
Эмаль ХВ-16 | Эмаль МЛ-12 | |
Ручная очистка | 3 | — |
Механическая очистка | 4 | — |
Травление | 6 | — |
Пескоструйная очистка | 8 | — |
Обезжиривание | — | 3 |
Пескоструйная очистка | — | 7 |
Фосфатирование без активатора | — | 10 |
Фосфатирование с активатором | — | 12 |
Нами было изучено влияние свойств фосфатных слоев на защитные и физико-механические характеристики покрытия эпоксидно-перхлорвиниловой эмалью ЭП-1267 при ее нанесении на стальную поверхность, подвергающуюся при эксплуатации воздействию нефти, пластовых вод, повышенной температуры до 100 °C. Как правило, в указанных условиях эксплуатации ЛКП выходят из строя из-за отслаивания пленки в следствии плохой адгезии, связанной с недостаточной подготовкой поверхности [4].
На основании проведенных испытаний и сравнения защитных свойств ЛКП, сформированных на поверхностях, обезжиренных уайт-спиритом, специальным моющим составом КМ-17, а также обработанных фосфатирующим составом КФА-8, было установлено, что защитные свойства ЛКП на поверхности, обработанной составом КФА-8, увеличиваются в 2,5 раза по сравнению с поверхностью, обезжиренной уайт-спиритом.
Влияние способов подготовки поверхности на защитные свойства ЛКП объясняется тем, что в случае применения механической и тем более пескоструйной очистки повышается адгезия ЛКП к поверхности металла; в случае применения фосфатных слоев наряду с повышением адгезионной прочности [5]. ЛКП наблюдается сохранение ее стабильности в процессе эксплуатации. Имеющиеся на поверхности металла фосфатный слой препятствует распространению под пленочной коррозии при воздействии агрессивных факторов. При этом фосфатирование с активаторами способствует образованию на поверхности металла малопористого кристаллического слоя, что также повышает физико-механические показатели ЛКП.
Таким образом, по степени увеличения защитных свойств комплексных ЛКП способы подготовки поверхности располагаются в следующем ряду: обезжиривание, ручная очистка, механическая очистка, пескоструйная очистка, фосфатирование, фосфатирование с активаторами.
Метод окрашивания и условия нанесения ЛКМ существенно влияют на долговечность ЛКП. Определение долговечности ЛКП на основе эмали ПФ-115, полученного различными методами, при эксплуатации в атмосферных условиях показало следующее. Более высокая устойчивость декоративных и защитных свойств наблюдается у ЛКП, нанесенных методом электростатического распыления. Затем по убыванию долговечности ЛКП следуют пневматическое распыление, обезвоздушное распыление, струйный облив, окунание. Разница в сроках службы ЛКП при переходе от одного метода окрашивания к другому может составлять 15...25 %. Объясняется эта разница различием в структуре сформированных ЛКП.
Условия нанесения ЛКМ (влажность и температура окружающего воздуха) влияют на качество и долговечность ЛКП. При несоблюдении температурно-влажностных параметров процесса окрашивания на поверхности сформированного ЛКП появляются различные дефекты (шагрень, проколы), которые приводят не только к ухудшению внешнего вида ЛКП, но и значительно снижают его долговечность. Температурно-влажностные параметры окрашивания регламентируются ГОСТ 9.105 «Покрытия лакокрасочные. Классификация и основные параметры методов окрашивания». Согласно указанному стандарту, температура воздуха при окрашивании должна быть не менее 15 и не более 30 °C, относительная влажность — не выше 80 %. Тем не менее часто возникает вопрос о возможности окрашивания при другой влажности и температуре. Стандартом допускаются другие значения указанных параметров при достижении требуемого качества ЛКП.
Режим отверждения также влияет на защитные и физико-механические свойства ЛКП. Покрытия, сформированные в результате горячей сушки, более устойчивы к воздействию климатических факторов и агрессивных сред. Это объясняется тем, что формировании ЛКП при повышенных температурах образуется более плотная сшивка ЛКП. Физико-механические свойства неоднозначно зависят от применяемой температуры сушки ЛКМ. Часто при горячей сушке наблюдается охрупчивание ЛКП, что приводит к снижению их прочностных свойств.
Природа грунтовочного слоя определяет защитное действие ЛКП. Грунтовочный слой обеспечивает прочную адгезионную связь покрытия с металлом, изоляция его от проникновения коррозионно-активных реагентов, пассивация металла.
Механизм действия грунтовок разнообразен. В соответствии механизмом защитного действия грунтовки долговечность комплексного ЛКП различна в одних и тех же условиях эксплуатации. По механизму защитного действия грунтовки подразделяются на изолирующие (ГФ-020, ГФ-021), фосфатирующие (ВЛ-02, ВЛ-08), пассивирующие (ГФ-017, ФЛ-03К, ГФ-0119), протекторные (ЭП-057), модификаторы ржавчины (ЭП-0199, ЭП-0180).
Пассивирующие грунтовки имеют лучшие защитные свойства по сравнению с изолирующими грунтовками, так как наряду с барьерной защитой металлической поверхности обладают и ингибирующими действием.
Исследовано влияние грунтовок различной природы на долговечность ЛКП эмалью ХВ-774 при воздействии уксусной кислоты. Полученные экспериментальные данные приведены в Таблице 2, откуда видно, что в данном случае влияние природы грунтовочных слоев на долговечность комплексного ЛКП связано с развитием подпленочных коррозионных процессов и характером его подавления грунтовочным слоем.
Таблица 2. Влияние грунтовочного слоя на долговечность покрытий эмалью ХВ-774 (6 сл.) при воздействии 60%-ной уксусной кислоты
Грунтовки | Скорость подпленочной коррозии, мм/год | Индукционный период, ч | Эффективный коэффициент диффузии, Д · 10–10, см2 · с–1 |
ХС-068 | 0,701 | 112,2 | 0,59 |
ФЛ-03К | 0,894 | 78,8 | 0,85 |
ХВ-050 | 5,430 | 66,6 | 0,99 |
ХС-059 | 7,880 | 57,6 | 1,16 |
Толщина ЛКП, обеспечивающих противокоррозионную защиту, должна быть достаточно большой. Толщина ЛКП влияет на скорость проникновения агрессивных агентов к поверхности металла. Поэтому для условий эксплуатации с различными параметрами агрессивности толщина ЛКП устанавливается в соответствии со степенью агрессивности среды. Так, рекомендуемая толщина ЛКП для сельской атмосферы — 120 мкм, промышленной — 150 мкм, морской — 200 мкм, химической — 300 мкм. Вместе с тем существует мнение, что не всегда наращивание толщины ЛКП приводит к повышению его противокоррозионных свойств. При значительной толщине в ЛКП могут возникать внутренние напряжения, приводящие к его растрескиванию. О целесообразности чрезмерного наращивания толщины ЛКП свидетельствуют литературные данные, приведенные в [1]. Толщина ЛКП должна гарантировать отсутствие капиллярной проницаемости, т. е. быть несколько больше критической толщины ЛКП. Для различных условий эксплуатации превышение толщины ЛКП сверх критической колеблется в 1,5–5 раз. В идеальном случае этот коэффициент подбирается экспериментальным путем.
Таким образом, высокая долговечность и хорошие физико-механические свойства ЛКП обеспечиваются при выборе оптимальных стадий технологических операций получения ЛКП с учетом правильного выбора ЛКМ, грунтовочных слоев и толщины покрытия.
