Что представляют собой защитные полимерные покрытия?

 Защитные покрытия - описание и функциональные особенности

Защитные покрытия используют в противокоррозионной практике для изоляции металла от агрессивной среды. Чтобы обеспечить хорошую защиту от коррозии покрытие должно быть сплошным, иметь хорошую адгезию с основным металлом (сцепление), быть непроницаемым для агрессивной среды, равномерно распределятся по поверхности, обладать высокой износостойкостью, жаростойкостью и твердостью (в отдельных случаях).

Защитные покрытия подразделяют на металлические и неметаллические.

Металлические защитные покрытия

Металлические защитные покрытия наносятся на поверхности (металл, стекло, керамика, пластмассы и др.) для защиты их от коррозии, придания твердости, электропроводности, износостойкости и в декоративных целях.

Защита от коррозии металлическими покрытиями  осуществляется следующими способами:

-  металлизация напылением - распыление на обрабатываемую поверхность  расплавленного металла при помощи воздушной струи;

- горячий способ нанесения защитного покрытия -  окунание изделия в ванну с расплавленным металлом;

- гальванический (электролитический) - осаждение металла или сплава из водных растворов их солей на поверхность изделия, постоянно пропуская через электролит электрический ток;

- плакирование (термомеханический) - нанесение на поверхность основного металла - другого, более устойчивого к агрессивной среде, применяя литье, совместную прокатку или деформированное плакирование (прессование, ковка);

- диффузионный - суть способа заключается в проникновении металлопокрытия в поверхностный слой основного металла под воздействием высокой температуры.

По способу защиты металлические защитные  покрытия   разделяют на катодные и анодные. Характер такой защиты от коррозии обусловлен тем, что металлопокрытие, по отношению к покрываемому изделию, может быть анодом или катодом (зависит от электрохимической характеристики металла покрытия).

Электрохимическую защиту от коррозии осуществляют только анодные покрытия. На поверхности защищаемого изделия,  при наличии влаги в окружающей среде, образуются замкнутый  гальванический    элемент. Металл с более электроотрицательным электрохимическим потенциалом (покрытие) будет играть роль анода, при этом подложка - катод.

Вследствии работы гальванического элемента металл, являющийся анодом, будет под воздействием окружающей среды постепенно разрушаться, этим самым защищая изделие.

При защите от коррозии с помощью анодных покрытий важным аспектом можно считать то, что металлопокрытие будет  защитным  даже при наличии на нем пор и царапин. Хорошим примером анодного покрытия является цинковое покрытие не железе.

Защита от коррозии катодными покрытиями осуществляется реже, так как катодное покрытие защищает изделие лишь механически. Катодное защитное покрытие имеет более положительный  электродный потенциал.  При этом основной металл изделия является анодом и при подводе к нему влаги начнется интенсивное его растворение. Именно поэтому катодное покрытие должно быть сплошным, без малейших признаков пор и, желательно, равномерное, относительно большой толщины. Примером катодного покрытия служит оловянный или медный сплошный слой на железе.

Неметаллические защитные покрытия

Неметаллические защитные покрытия применяются для изоляции металлических изделий, их защиты от воздействия внешней среды (влаги), придания красивого вида.

Неметаллические защитные покрытия принято разделять на лакокрасочные, полимерные, покрытия резинами, смазками, силикатными эмалями, пастами.

Лакокрасочные защитные покрытия.

Лакокрасочные защитные покрытия широко распространены и применяются наиболее часто. В состав покрытия входят пленкообразующие вещества, наполнители, пигменты, пластификаторы, растворители, катализаторы. Покрытие такого рода не только хорошо защищает изделие в различных атмосферах, но и придают ему приятный внешний вид. Кроме того, варьируя состав и используемые материалы, получают покрытия с специфическими свойствами (токопроводящие, необрастающие, светящиеся, декоративные, с повышенной прочностью, жаростойкостью, кислотостойкостью и т.п.).

Лакокрасочные защитные покрытия в свою очередь подразделяются на лаки, краски, эмали, грунтовки, олифы и шпаклевки.

Полимерные защитные покрытия.

Полимерные защитные покрытия наносятся на поверхность изделия в виде горячей смолы с целью защиты его от внешней среды. Покрытие смолой может осуществляться окунанием, газотермическим или вихревым  напылением, а также обычной кистью. После остывания на поверхности образуется защитная сплошная пленка из полимера, толщиной обычно пару миллиметров.

Наиболее распространенные полимеры, применяющиеся с целью защиты от коррозии, это: полистирол, полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен, фторопласты, эпоксидные смолы и др.

Полимерные защитные покрытия могут быть применены в качестве футеровки химических аппаратов, резервуаров (емкостей).

Защитное покрытие резинами (гуммирование).

Защитное покрытие резинами (гуммирование) осуществляется резиной и эбонитом для защиты от воздействия внешней среды  различных емкостей, трубопроводов, цистерн, химических аппаратов, резервуаров для перевозки и хранения химических веществ. Защитное покрытие может быть сформировано из мягкой  (при воздействии на эксплуатируемое изделие ударных, растягивающих, колебательных и других видов нагрузок) или твердой резины (которые работают при постоянной температуре, не подвергаются нагрузкам). Мягкость резины контролируется добавками серы. Мягкая  содержит от 2 до 4% серы, а твердая - 30 - 50%. Для получения прочного защитного покрытия часто применяют как резину, так и эбонит.

Наносят резину на предварительно очищенную и обезжиренную поверхность, сначала обрабатывая ее резиновым клеем, потом валиком выдавливая скопившийся  воздух. Заключительным этапом в гуммировании является вулканизация.

Резиновые защитные покрытия являются хорошими диэлектриками, обладают высокой стойкостью во многих кислотах и щелочах. Разрушающие действие на резиновые покрытия оказывают лишь сильные окислители. Резиновые покрытия, как и все полимерные материалы, обладают негативным свойством - со временем стареть.

Защитные покрытия силикатными эмалями.

Защитные покрытия силикатными эмалями применяют для изделий, работающих при высоких температурах, давлениях, в очень агрессивных, химически активных средах. Формирование эмалевого защитного покрытия возможно двумя способами: сухим (наносят порошок) или мокрым (пасту).

Процесс нанесения эмали ведется в несколько этапов. Сначала наносят непосредственно на изделие порошкообразную грунтовую эмаль, которая улучшает адгезию, а также уменьшает термические и механические напряжения. Проводят  спекание при температуре  880 - 920оС. Далее покрывают слоем покровной эмали, потом  спекают при температуре 840 - 860 оС.

Если требуется нанести несколько слоев силикатной эмали, вышеописанные операции проводят поочередно еще несколько раз. Обычно изделия из чугуна покрывают двумя - тремя слоями силикатной эмали, общей толщиной до 1 миллиметра.

Основным недостатком эмалевого защитного покрытия можно назвать низкую прочность при воздействии ударных нагрузок, т.е. растрескивание, скалывание.

Защитные покрытия из паст и смазок.

Защитные покрытия из паст и смазок используют в основном при длительном хранении и перевозке металлоизделий. Пасты или смазки наносятся на поверхность защищаемого объекта распылением, кистью или специальным тампоном. После высыхания образуется защитная пленка. Она ограждает изделия от воздействия влаги, пыли, различных газообразных веществ.

Смазки изготовляются на основе минеральных масел (вазелинового, машинного) с примесью воскообразных веществ (воска, парафина, мыла). Если изделие стальное, то в смазку дополнительно вводят немного щелочи. Очень популярна смазка, в состав которой входит 5% парафина и 95% петролатума (смесь парафинов, масел, церезинов).

Из суспензий минеральных восков (церезина) или парафина и каучука, а также полиизобутилена в уайт-спирите изготавливают защитные покрытия на основе паст.

Защитные покрытия из паст и смазок очень эффективны, но главным их недостатком можно считать то, что целостность образовавшейся пленки очень легко нарушить.

Нанесение защитного покрытия на автомобиль

 В качестве защитного барьера от внешних агрессивных факторов окружающей среды традиционно используется защитное покрытие для автомобилей. Нанесение покрытия на лакокрасочный слой кузова и на стекла производится с целью предотвращения воздействия солей, едких химических элементов, влаги, содержащихся в окружающей природной среде.

Благодаря такому защитному слою блокируются царапины, вызывающие возникновение коррозии металла. Защитные покрытия автомобилей бывают восковые и полимерные.

Полимерный полироль гораздо дороже воскового. Он выпускается в пастеризованном виде, либо в виде жидкости или аэрозоля, и нанесение такого покрытия на автомобиль доступно каждому, даже самому начинающему автомобилисту. Полимерное покрытие значительно видоизменяет внешний вид автомобиля, скрывая мелкие дефекты кузова, придавая ему безупречный глянцевый блеск. Восковые защитные покрытия придают несомненный визуальный эффект, но слабо защищают автомобиль и смываются при посещении автомойки. Чаще всего такие покрытия используются для придания машине товарного вида накануне ее продажи.

Самым долговечным признано полимерное защитное покрытие для автомобиля, созданное на основе уретана и тефлона. Его гарантийный срок эксплуатации – от 3 до 6 месяцев. Сам по себе эффект полимеризации вызывается соприкосновением полироля и лакокрасочного покрытия.

Покрытия полимерные защитные изолирующие локализирующие, дезактивирующие и аккумулирующие.

ГОСТ 4.54-79 - действующий. Покрытия полимерные защитные изолирующие локализирующие, дезактивирующие и аккумулирующие.

Номенклатура показателей
Актуализация текста и описания: 27.10.2010
Введен в действие: 01.01.1980

ГОСТ распространяется на изолирующие, локализирующие, дезактивирующие и аккумулирующие защитные полимерные покрытия для улучшения радиационной обстановки и устанавливает номенклатуру показателей, характеризующих их качество

    1  Основные сведения

     Полимерные покрытия из порошковых материалов, нанесенные на поверхность металлов, их сплавов, позволяют повысить ее коррозионную стойкость, устойчивость к изнашиванию, имеют высокие электроизоляционные и декоративные свойства. Нанесение покрытий полимеров может быть использовано и при восстановлении изношенных поверхностей, работающих, например, в условиях абразивного изнашивания.

    В настоящее время во всех промышленно развитых странах наблюдается стремительный рост спроса на порошковые лакокрасочные материалы из-за их преимущества по сравнению с традиционными красками.

    Порошковые краски композиционный материал на основе термопластичных и термореактивных полимеров. Это перспективный вид лакокрасочных материалов, что обосновано с экологических, экономических и технологических позиций.

    · Коэффициент использования материала при получении покрытий из дисперсных полимеров составляет 97 98 %, так как возможно улавливание и вторичное использование материала. При получении же покрытий из жидких красок коэффициент использования материала не превышает 85 %.

    · В связи с отсутствием органических растворителей и токсичных компонентов в порошковых красках при их применении улучшаются санитарно-гигиенические условия труда работающих в окрасочных цехах, уменьшаются загрязнения окружающей среды, снижается пожарная опасность производства.

    · Из-за большой скорости формирования покрытия при применении порошковых красок по сравнению с жидкими в десятки раз сокращается цикл производства покрытий.

    · Окраска порошковыми композициями позволяет получать покрытие с оптимальной толщиной 120 250 мкм за один прием, а такая же толщина пленки из жидких лакокрасочных материалов требует нанесения четырех восьми слоев краски с промежуточной сушкой каждого слоя. При использовании порошковых красок отпадает необходимость доведения вязкости красок до требуемого значения.

    · Порошковые полимерные покрытия значительно лучше жидких красок выравнивают шероховатости, что позволяет снизить требования к чистоте обработки поверхностей изделия на 1 2 класса. Высокая адгезия и хорошие свойства порошковых покрытий в ряде случаев позволяет отказаться от фосфотирования поверхностей деталей. Все это находит отражение в увеличении производительности труда, снижении трудоемкости основных и дополнительных операций окраски, уменьшении энергозатрат на производство покрытий.

    · Характерно, что при использовании порошковых материалов в качестве покрытий сокращается производственная площадь окрасочных цехов в 2 3 раза. Облегчается хранение и транспортировка красок, отпадает необходимость в герметичной жесткой таре для красок.

    · Покрытия из порошковых полимерных композиций имеют лучшие защитные и диэлектрические свойства ввиду меньшей пористости пленок, повышенную химическую стойкость и, самое главное, долговечность их выше в 2 6 раз.

    · По сравнению с гальванопокрытиями использование  полимерных покрытий позволяет получить экономию за счет уменьшения расхода дорогостоящих и дефицитных материалов: хрома, никеля и др.

    · При замене слоистой электроизоляции на порошковые покрытия главными статьями экономии являются: значительное снижение трудоемкости обмоточно-изоляционных работ за счет повышения уровня их механизации. Сокращается цикл пропиточно-сушильных работ с 30 40  до 1 2 ч.

    · В общем, производство покрытий из порошковых красок экономичнее жидких в среднем на 30 % и гальванических в 2 4 раза.

    Порошковые полимерные материалы используют для получения защитно-декоративных покрытий, окраски бытовых электроприборов, товаров народного потребления, защиты материалов от коррозии, электроизоляции, как антифрикционные и антиадгезионные материалы и т. д.

    Порошковые полимерные композиции применимы не только для окраски металла, но и для отделки древесины, окраски силикатных строительных материалов, пластмасс, изделий из стекла, гипса. С внедрением новых технологий наряду с мелкими изделиями возможна окраска изделий средних и больших размеров: кузова и кабины автомобилей, трубы большого диаметра, стеновые строительные панели и др.

    Потребителями порошковых красок являются автомобиле- и сельскохозяйственное машиностроение, радиопромышленность, строительство и др.

    Процесс формирования полимерного покрытия в общем случае предполагает последовательное проведение следующих операций: подготовка поверхности изделия; нанесение полимера на поверхность изделия; обработка с целью достижения необходимой адгезионной прочности соединения полимера с поверхностью, монолитизации слоя.

      1.1   Выбор материала покрытия

         Перед нанесением покрытия, исходя из условий его эксплуатации, конструкционных и материаловедческих особенностей изделия, имеющихся технических возможностей необходимо сделать выбор полимера и метода его нанесения. В таблице 1 приведены данные об условиях эксплуатации и назначении термопластичных и термореактивных полимеров.

    Достоинством термопластов как пленкообразователей является стабильность получаемых на их основе композиций, быстрое (в течениие нескольких минут) формирование покрытий, доступность, связанная с большими масштабами их производства. Покрытия из многих термопластов, однако, имеют низкую адгезионную прочность.

    В отличие от термопластов реактопласты образуют необратимые покрытия с повышенной адгезионной прочностью. Вследствие низкой вязкости их расплавов создаются условия для получения тонких покрытий с хорошим декоративным внешним видом. Время формирования таких покрытий, стабильность исходных составов при хранении определяются их реакционной способностью. Как правило, существужщие промышленные составы на реактопластах имеют большее время отверждения, чем составы на термопластах. Тем не менее благодаря комплексу ценных свойств получаемых покрытий и более низкой температуре их формирования предпочтение отдается термореактивным пленкообразователям.

    Известно, что более высокие эксплуатационные свойства реализуются при использовании наполненных полимерных материалов. В качестве наполнителей применяются неорганические (оксиды металлов, кварц, графит, тальк, барит и др.) и органические (диафен ФФ, тиоалкофен БМ, топанол СА и др.) материалы, а также смеси полимеров. Механические свойства композиционных материалов, их адгезия к подложке в сравнении с ненаполненными полимерами может быть выше в 2 10 раз. Качество наполненных составов во многом зависит от способа смешивания компонентов с пленкообразователем. В основном применяется сухое смешивание и смешивание в расплаве.

В основном вся современная продукция из металла, будь то профильные листы, металлочерепица или металлический водосток, производится с использованием специальных покрытий, которые выполняют одновременно защитную и декоративную функции. Существует несколько видов полимерных покрытий для профилированных изделий, а также покрытие из сплава двух металлов. Каждый из видов покрытий имеет свои уникальные особенности, обеспечивающие долговечность металлическому изделию.

Группа полимерных покрытий

Полимерное покрытие Полиэстер

Самое недорогое из покрытий оцинкованной стали с глянцевой поверхностью. Полиэстер очень популярен благодаря большому выбору цветовых решений, пластичности и хорошим показателям цветостойкости.

Использование материалов с покрытием из полиэстера универсально для кровли и стеновых конструкций как в частном, так и в промышленном и многоэтажном строительстве.

Номинальная толщина покрытия	Рисунок покрытия	Макс. температура для эксплуатации
25 мкм	гладкий глянцевый	120° С

 

Полимерное покрытие Матовый полиэстер

Отличается от обычного полиэстера матовой поверхностью и увеличенной толщиной. Покрытие стойко к ультрафиолету, химическому воздействию, обладает высокими показателями цветостойкости и, благодаря толщине, большей прочностью.

 

Полимерное покрытие на основе полиуретана (Colorcoat Prisma GraniteHDX)

Полиуретановое покрытие, сочетающее в себе свойства других покрытий, сегодня является одним из самых надежных и стойких к внешнему воздействию среды. Покрытие отлично выдерживает скачки в температуре, характерные для российского климата. Рекомендуется использовать покрытие в северных и южных районах, с большой влажностью и сильным солнцем. Цветовая гамма включает стандартные и металлические цвета отличной стойкости.

Номинальная толщина покрытия	Рисунок покрытия	Макс. температура для эксплуатации
55 мкм	гладкий шелковисто-матовый	120° С

 

Полимерное покрытие Пластизол (Solano 30)

Толстое органическое покрытие премиум-класса с тисненной поверхностью, подходит для использования в условиях с повышенными требованими к эксплуатации. Пластизолевое покрытие демонстрирует отличные грязеотталивающие свойства, стойкость к коррозии, защищает металл от царапин. Рельефная поверхность привлекательно смотрится на крыше и не дает бликов на солнце.

Номинальная толщина покрытия	Рисунок покрытия	Макс. температура для эксплуатации
100-200 мкм	тиснение «под кожу»	60° С

 

Полимерное покрытие Velur(Texture)

Оригинальное полимерное покрытие с необычной текстурной поверхностью и насыщенным цветом. Материал с покрытием Velur™ устойчив к появлению царапин, перепадам температур, выцветанию и коррозии. В сравнении с другими полимерными покрытиями на основе модифицированного полиэстера Velur™ обладает увеличенной толщиной стали и цинкового покрытия, поэтому и служит дольше без трещин и отслоений.

Номинальная толщина покрытия	Рисунок покрытия	Макс. температура для эксплуатации
35 мкм	текстурный матовый	120° С

 

Полимерное покрытие Wood

Полимерное покрытие на основе полиэстера для отделки фасада и возведения заборов. Двухслойная технология нанесения рисунка позволяет в точности воспроизвести фактуру дерева и придать дому неповторимый стиль. Wood — настоящее открытие для любителей подлинной природной красоты.

Номинальная толщина покрытия	Рисунок покрытия	Макс. температура для эксплуатации
35 мкм	гладкий с разнообразными оттенками и фактурой дерева	120° С

 

Полимерное покрытие CLOUDY

Уникальное покрытие для металлических изделий с неповторимым рисунком обжига керамики, который получается методом двухслойного нанесения. Покрытие изготовлено из полиэфирной краски и обладает гладкой матовой поверхностью. Преимуществом данного вида покрытия является высокая стойкость к ультрафиолету, агрессивной среде, перепадам в температуре, повышенной влажности и другим пагубным факторам среды.

Номинальная толщина покрытия	Рисунок покрытия	Макс. температура для эксплуатации
35 мкм	гладкий матовый «под обоженную керамику»	120° С

 

Полимерное покрытие PVDF (Поливинилфторид)

Полимерное покрытие с гладкой глянцевой поверхностью и эффектом «металлик». Такое покарытие самоомывается, стойко выдерживает УФ-излучение и практически не выгорает. PVDF — наиболее оптимальное решение для городских зданий, располженных в промышленных районах, около водоемов. Существенными недостатками покрытие не обладает (в сравнении с другими) и считается самым долговечным. Особенно покрытие PVDF рекомендуется использовать для стеновых материалов.

Номинальная толщина покрытия	Рисунок покрытия	Макс. температура для эксплуатации
27 мкм	гладкий глянцевый, «под металик»	120° С

 

Полимерное покрытие Viking MP (Викинг)

Полимерное покрытие для металлочерепицы, профнастила и других изделий металлопроката, стойкое к солнечному излучению. Материал придает поверхности изделия уникальную матовую структуру.

Номинальная толщина покрытия	Рисунок покрытия	Макс. температура для эксплуатации
35 мкм	гладкий матовый	120° С

Группа не полимерных покрытий

  Aluzinc (Алюцинк)

Покрытие стали из сплава алюминия, цинка и кремния, придающее металлоизделию уникальный серебристый узор. Алюцинк имеет высочайшую коррозийную стойкость. В отличие от простой оцинкованной стали и стали с полимерным покрытием, Алюцинк не сохраняет отпечатки пальцев и защищает материал во время перевозки. Покрытие Алюцинк находит очень щирокое применение в строительстве и отделке: металлочерепица и профнастил для кровли, водосточные системы, стеновой профнастил, металлический сайдинг.

Номинальная толщина покрытия	Рисунок покрытия	Макс. температура для эксплуатации
20 мкм	гладкий с серебристым блеском	-