Влияние технологических факторов на долговечность лакокрасочных покрытий

Лакокрасочные покрытия (Пк) являются одним из основных средств защиты металла от коррозии. Долговечность лакокрасочного Пк зависит от многих факторов: природы применяемых ЛКМ, физико-химического воздействия окружающей среды, технологии получения Пк. При правильном выборе ЛКМ и системы защитного Пк в зависимости от условий эксплуатации окрашиваемых изделий решающее влияние на долговечность лакокрасочного Пк оказывает технология его получения на окрашиваемой поверхности. В настоящей статье рассматривается влияние некоторых технологических факторов на защитные свойства лакокрасочных Пк.

Технологические процессы получения лакокрасочных Пк разнообразны. Это связано с функциональным назначением окрашиваемого изделия, условиями его эксплуатации, характером окрашиваемой поверхности, применяемыми методами окрашивания и формирования Пк.

Процесс получения лакокрасочного покрытия заключается в выполнении следующих обязательных стадий:

• подготовки поверхности перед окрашиванием;
• нанесении ЛКМ на окрашиваемую поверхность;
• отверждении ЛКМ.

Каждая из этих стадий оказывает влияние на качество получаемого лакокрасочного Пк и его долговечность. Немаловажное значение в обеспечении защитного действия лакокрасочного Пк при прочих равных условиях имеет природа применяемого грунтовочного слоя как фактора обеспечения хорошей адгезии комплексного лакокрасочного Пк и общая толщина Пк. В связи с этим при разработке конкретных технологических процессов окрашивания для получения долговечного Пк важен оптимальный выбор каждой стадии процесса окрашивания, грунтовочного слоя и толщины Пк. Рассмотрим влияние указанных факторов на долговечность лакокрасочных Пк в отдельности.

Подготовка поверхности перед окрашиванием играет важную роль в обеспечении долговечности всего лакокрасочного Пк. Многолетний опыт применения Пк 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 [1, с. 124]:

• ухудшение сцепления Пк с основой (адгезии);
• развитие под Пк коррозионных процессов;
• образование в Пк пузырьков;
• растрескивание и расслоение Пк;
• ухудшение декоративных свойств Пк.

Все это приводит к ухудшению защитных свойств Пк.

Между долговечностью Пк и степенью очистки поверхности существует четко проявляющаяся зависимость.

В случае применения механических способов подготовки поверхности ориентировочные коэффициенты повышения сроков службы систем Пк в зависимости от подготовки поверхности можно представить следующим образом:

•     окрашивание по ржавой или неподготовленной поверхности − 1,0;
•     очистка ручным способом − 2,0−1,5;
•     абразивная очистка − 3,5−4,0.

Нами было изучено влияние свойств фосфатных слоев на защитные и физико-механические характеристики Пк эпоксидно-перхлорвиниловой эмалью ЭП-1267 при ее нанесении на стальную поверхность, подвергающуюся при эксплуатации воздействию нефти, пластовых вод, повышенной температуры до 100 ºС. Как правило, в указанных условиях эксплуатации Пк выходят из строя из-за отслаивания пленки вследствие плохой адгезии, связанной с недостаточной подготовкой поверхности.

На основании проведенных испытаний и сравнения защитных свойств Пк, сформированных на поверхностях, обезжиренных уайт-спиритом, специальным моющим составом КМ-17, а также обработанных фосфатирующим составом КФА-8, было установлено, что защитные свойства Пк 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 Пк объясняется тем, что в случае применения механической и, тем более, пескоструйной очистки повышается адгезия Пк к поверхности металла; в случае применения фосфатных слоев наряду с повышением адгезионной прочности Пк наблюдается сохранение ее стабильности в процессе эксплуатации. Имеющийся на поверхности металла фосфатный слой препятствует распространению подпленочной коррозии при воздействии агрессивных факторов. При этом фосфатирование с активатором способствует образованию на поверхности металла малопористого кристаллического слоя, что также повышает физико-механические показатели Пк.

Таким образом, по степени увеличения защитных свойств комплексных лакокрасочных Пк способы подготовки поверхности располагаются в следующий ряд: обезжиривание, ручная очистка, механическая очистка, пескоструйная очистка, фосфатирование, фосфатирование с активатором.

Метод окрашивания и условия нанесения ЛКМ существенно влияют на долговечность лакокрасочного Пк. Определение долговечности лакокрасочного Пк на основе эмали ПФ-115, полученного различными методами, при эксплуатации в атмосферных условиях показало следующее. Более высокая устойчивость декоративных и защитных свойств наблюдается у Пк, нанесенных методом электростатического распыления. Затем по убыванию долговечности Пк следуют пневматическое распыление, безвоздушное распыление, струйный облив, окунание. Разница в сроках службы Пк при переходе от одного метода окрашивания к другому может составлять 15−25 %. Объясняется это разница различием в структуре сформированных Пк.

Условия нанесения ЛКМ (влажность и температура окружающего воздуха) влияют на качество и долговечность лакокрасочных Пк. При несоблюдении температурно-влажностных параметров процесса окрашивания на поверхности сформированного Пк появляются различные дефекты (шагрень, проколы), которые приводят не только к ухудшению внешнего вида Пк, но 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 ºС и не более 30 ºС, 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 лакокрасочного Пк.

Режим отверждения также влияет на защитные и физико-механические свойства лакокрасочных Пк. Пк, сформированные в результате горячей сушки более устойчивы к воздействию климатических факторов и агрессивных сред. Это объясняется тем, что при формировании Пк при повышенных температурах образуется более плотная сшивка Пк. Физико-механические свойства неоднозначно зависят от применяемой температуры сушки ЛКМ. Часто при горячей сушке наблюдается охрупчивание Пк, что приводит к снижению их прочностных свойств.

Природа грунтовочного слоя определяет защитное действие лакокрасочных Пк. Грунтовочный слой обеспечивает прочную адгезионную связь Пк с металлом, изоляцию его от проникновения коррозионно–активных реагентов, пассивацию металла.

Механизм действия грунтовок разнообразен. В соответствии с механизмом защитного действия грунтовки долговечность комплексного Пк 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 более высокие защитные свойства по сравнению с изолирующими грунтовками, так как наряду с барьерной защитой металлической поверхности обладают и ингибирующим действием.

Толщина лакокрасочных Пк, обеспечивающих противокоррозионную защиту, должна быть достаточно большой. Толщина Пк влияет на скорость проникновения агрессивных агентов к поверхности металла. Поэтому для условий эксплуатации с различными параметрами агрессивности толщина Пк устанавливается в соответствии со степенью агрессивности среды. Так, рекомендуемая толщина Пк для сельской атмосферы – 120 мкм, промышленной – 150 мкм, морской – 200 мкм, химической – 300 мкм. Вместе с тем существует мнение, что не всегда наращивание толщины Пк приводит к повышению его противокоррозионных свойств. При значительной толщине в Пк могут возникать внутренние напряжения, приводящие к его растрескиванию. Толщина Пк должна гарантировать отсутствие капиллярной проницаемости, т.е. быть несколько больше критической толщины Пк. Для различных условий эксплуатации преышение толщины Пк сверх критической колеблется в 1,5−5 раз. В идеальном случае этот коэффициент подбирается опытным путем.

Таким образом, высокая долговечность и хорошие физико-механические свойства лакокрасочных Пк обеспечиваются при выборе оптимальных стадий технологических операций получения лакокрасочных Пк с учетом правильного выбора ЛКМ, грунтовочных слоев и толщины Пк.

Г.А. Миронова, В.Н.Ратников