Применение пластмасс для защиты металлических изделий от коррозии

Размещено на http://www.allbest.ru/

11

Размещено на http://www.allbest.ru/

Применение пластмасс для защиты металлических изделий от коррозии

В современности пластмассы получили широкое распространение. Они являются универсальным материалом, применяемым во многих отраслях промышленности. Это связанно с некоторыми свойствами пластмасс. Рассмотрим, чем же они являются.

Пластмассы - это полимерные смолы. То есть они состоят из очень длинных молекул. При нагревании полимерные смолы становятся более вязкими и легко принимают любую форму. Их можно штамповать, из них можно делать нити.

Больше других металлов от коррозии страдает самый распространенный конструкционный материал -- малоуглеродистая сталь. До недавнего времени основным средством ее защиты было покрытие никелем, хромом и другими коррозионно стойкими металлами либо лаками и красками. Однако нержавеющие металлы дороги, а применение их только в качестве покрытий нерационально, так как при этом не используются другие их ценнейшие свойства. Кроме того, металлопокрытия и лакокрасочные пленки не так долговечны, как хотелось бы.

В ХХ веке технический арсенал антикоррозионных средств обогатился еще одним видом покрытия -- пластмассовым. Главное его достоинство определяется тем, что полимерные пленки, например, поливинилхлорида или полиэтилена, совершенно непроницаемы для влаги.

Что бы понять, как с помощью пластмасс можно бороться с коррозией, следует так же разобраться и в самом явлении коррозии.

Как приводится во многих источниках, коррозия - это самопроизвольное разрушение металлов в результате химического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой. Причиной коррозии служит термодинамическая неустойчивость конструкционных материалов к воздействию веществ, находящихся в контактирующей с ними среде.

В борьбе с коррозией был разработан целый комплекс средств защиты металлов и сплавов, металлических изделий и сооружений от коррозии. Антикоррозийную защиту следует предусматривать на всех стадиях производства и эксплуатации металлических изделий - от проектирования объекта и выплавки металла до транспортировки, хранения готовых изделий, монтажа металлических сооружений и их эксплуатации. Потери от коррозии составляют около 12% годовой выплавки металла. Коррозия металлов приводит не только к безвозвратным их потерям, но и к преждевременному выходу из строя дорогостоящих и ответственных изделий и сооружений, к нарушению технологических процессов и простоям оборудования. В ряде случаев коррозия вызывает аварии.

К основным методам антикоррозийной защиты относятся: легирование металлов, термообработка, ингибирование окружающей металл среды, деаэрация среды, водоподготовка, защитные покрытия, создание микроклимата и защитной атмосферы.

В данном реферате будет подробно рассмотрен метод защитных неметаллических покрытий.

1. ПЛАСТМАССОВЫЕ ТОНКОСЛОЙНЫЕ ПОКРЫТИЯ

пластмассовый покрытие коррозия

Всё больше распространяются пластмассовые покрытия из полиэтилена, полиизобутилена, фторопласта, найлона, поливинилхлорида и др., обладающих высокой водо-, кислото- и щёлочестойкостью.

Полиэтиленовые покрытия, нанесенные на металлические поверхности и детали обладают эластичностью и удовлетворительной прочностью, термо- и электроизоляционными и высокими антикоррозийными свойствами, позволяют изготовлять изделия различной конфигурации, гибкой штамповкой, механической обработкой на станках, точечной и роликовой сваркой, дают возможность получать рифленую (узорчатую) поверхность; при применении полиамидных и некоторых других пленок обладают хорошими антифрикционными свойствами. Полиэтилена толщиной 0,2-- 0,5 мм наносятся на стальные, алюминиевые и магниевые листы (толщиной 0,4-- 1,5, шириной 100--1700 мм). Толщина пластмассового покрытия может быть различной, но для стали и алюминия толщиной 1 мм не должна превышать 0,2--0,3 мм. Пластмассовое покрытие может быть нанесено с одной или двух сторон. При нанесении с одной стороны вторая обычно фосфатируется или покрывается цинком (в отдельных случаях -- медью, никелем или хромом). До охлаждения на покрытия можно наносить различные рельефы, рисунки. В качестве тонкослойных пластмассовых покрытий чаще всего используют поливинилхлорид, реже полиэтилен, пенополистиролы), изготовляемых из термопластических полимеров по прессовой технологии, относится к пенопластам; на основе тех же полимеров при соответствующем изменении рецептуры исходной композиции и приемов их вспенивания могут быть получены поропласты.

Такой вид антикоррозионной защиты как, полиолефины (полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен) обладают почти универсальной химической стойкостью и высокими физико-механическими показателями. Сырье для получения полиолефинов недефицитно и имеет относительно низкую стоимость. Создана промышленная база по производству этих материалов, которая с каждым годом расширяется.

Полиолефины в виде пленок различной толщины используются для защиты от коррозии оборудования, специальных сооружений и строительных конструкций. Однако ввиду отсутствия надежных методов крепления этих материалов к защищаемой поверхности в настоящее время область применения их в значительной мере ограничена.

Для облицовки емкостей в качестве защитного материала в ряде случаев используют полиэтилен и в последнее время полипропилен, предварительно подвергнутые специальной обработке (инфракрасными лучами, горячими газами, хромовой кислотой или раствором хромового ангидрида в тетрахлорэтане). Приклеивают полиэтилен и полипропилен клеями на основе синтетических каучуков. Полученные таким образом покрытия, к сожалению, не всегда оказываются долговечными вследствие растрескивания при деформациях, возникающих из-за большого (в 8--10 раз) градиента линейного расширения термопласта и металла.

Одним из методов повышения эффективности крепления листовых полиолефинов к защищаемой поверхности является создание дублированных материалов, состоящих из термопласта и эластичной подложки и способных надежно приклеиваться к бетону и металлу. Применением эластичного подслоя достигается выравнивание разности температурных деформаций облицовочного материала и защищаемой конструкции, и таким образом предотвращается возникновение внутренних напряжений в футеровке.

Широкое распространение при защите от коррозии бетонных и железобетонных конструкций нашел полихлорвиниловый пластикат - листовой материал, получаемый вальцеванием смеси полихлорвиниловой смолы с пластификатором (дибутилфталатом) и стабилизатором (стеаратом кальция). Пластикат водостоек, не подвержен действию кислот, щелочей слабых и средних концентраций и многих органических растворителей, обладает довольно высокими физико-механическими показателями.

Для крепления пластиката к защищаемой поверхности до последнего времени использовался клей 88-Н, а также перхлорвиниловые клеи.

Большой интерес представляет также применение в качестве облицовочных материалов при антикоррозионной защите железобетонных и металлических конструкций фторопластов, обладающих универсальной химической стойкостью. Облицовка, как правило, ведется по сетке. Пленка из фторопластов, нагретых до размягчении, накладывается на сетку и прессуется. Наиболее перспективны двухслойные материалы, наружный слой которых состоит из фторопласта-4 (тефлон), а внутренний - из этого же материала с минеральными наполнителями, которые без всякой обработки могут приклеиваться любыми клеями к защищаемой поверхности.

Использование дублированных полимерных материалов для защиты от коррозии бетонных и металлических строительных конструкций и сооружений позволит резко увеличить срок их службы, полностью исключить толстостенные дорогостоящие и многодельные футеровки.

Но, как известно, металл и пластик не состоят в родстве. Поэтому проблема их прочного соединения явилась, по сути дела, главной трудностью при работе над созданием пластмассовых покрытий. Поэтому большое внимание уделяется способам нанесения пластмассы на металлические изделия. (источник 4).

2.СПОСОБЫ НАНЕСЕНИЯ ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ

Из истории: В 1953 году был пущен первый промышленный агрегат для покрытия (плакирования) металла пластмассовой пленкой.

В качестве исходных материалов были выбраны малоуглеродистая конструкционная сталь и поливинилхлорид, который иногда называют «спинным хребтом» пластмассовой промышленности. Он отлично зарекомендовал себя высокой коррозионной стойкостью, а также низкой стоимостью по сравнению с другими пластиками, что предопределило относительную дешевизну будущего материала-гибрида.

Пластик (пленка), пластизоль (паста), порошок -- в любом из этих видов можно попытаться уложить поливинилхлорид на металл, но на готовом материале покрытие должно быть пленочным. Чтобы пленка приросла к металлу, нужен слуга двух господ -- клей.

Химики предложили два сорта клея. Первый -- на основе винилитовой смолы, разведенной в растворителе, например, в циклогексаноне. Чтобы клей отвердел, образовал прочное соединение, надо удалить растворитель. Для этого металл с нанесенной клеевой подложкой выдерживают при температуре до 100--140° в течение 30--40 секунд.

Казалось бы на нагрев тратится не так уж много времени. Но если учесть, что покрытие ведут в одной цепочке с металлургическим процессом, как операцию, завершающую прокатку, то получается, что нагрев клея сильно тормозит скорость основного процесса. Чтобы сохранить эту скорость на уровне 40--50 метров в минуту, для прогрева клеевой подложки нужна печь по меньшей мере тридцатиметровой длины. В печи металлическая полоса должна двигаться, ее надо поддерживать какими-то роликами и т. д. Словом, 30-- 40 секунд оборачиваются серьезными осложнениями, с которыми, в общем-то, поначалу нужно было мириться: ведь иного клея не было.

Потом появилась другая беда. Проходило совсем немного времени с момента выхода защищенного листа из установки, а поливинилхлоридная пленка уже отслаивалась от металла. Картину прояснили исследования: винилитовый клей вступал в химическую реакцию с пластификатором пленки и быстро размягчался. Но без пластификатора обойтись нельзя: пленка потеряет гибкость, не сможет деформироваться вместе с листом при изготовлении из него различных деталей. Оставался один выход: найти такой пластификатор, к которому клей относится безразлично. Хотя нужный пластификатор и был найден, им оказалось сильно ядовитое вещество -- трикрезилфосфат, а пленки, пластифицированные ядом, разумеется, не годятся для серийного выпуска. Химики решили попытаться подобрать другой клей.

Выбор пал на эпоксидные смолы. Хорошая сцепляемость их с металлом не была секретом. Это свойство сравнительно недавно стали использовать для склеивания стали, алюминия и других материалов. Кроме того, эпоксидные смолы отличаются малой усадкой, морозостойкостью, скорость размягчения их очень низка. Правда, они неважно переносят удар, но этот недостаток можно исправить добавлением наполнителей и пластификаторов.

Научно-исследовательский институт пластических масс создал на основе эпоксидных и перхлорвиниловых смол клей марки ПЭД-Б. Этот клей прочно связал металл с поливинилхлоридной пленкой, приготовленной без участия токсичных веществ.

Природа сил, обеспечивающих сцепление клея с металлом и пластмассой, исследована еще не во всех деталях. Известно, что соединение клея с металлом в какой-то мере механическое: клей заполняет мельчайшие впадины, имеющиеся на металлической поверхности, как бы цепляясь за них. Поэтому поверхность, на которую накладывается клей, должна быть шероховатой. С пластиком соединяется перхлорвиниловая группа клея. По мере того, как улетучивается растворитель, клей буквально срастается с пленкой. Он не только соединяет ее с металлом, но и сам по себе является неплохим антикоррозионным покрытием.

Получение надежного клея было важным этапом на пути создания оригинальной отечественной установки для покрытия стали полимерной пленкой.

В наше время существуют также следующие методы:

1.Нанесение покрытий вихревым напылением в псевдоожиженном слое.

Согласно этому способу, через пористую металлическую или стеклянную перегородку в полимерный порошок подают воздух. При определенной критической скорости подачи воздуха в массе образуются вихревые потоки, способствующие увеличению ее объема примерно на 30--40%; при этом порошок приобретает свойства жидкости. Если на несколько секунд опустить в емкость с псевдоожиженным полимером обезжиренные или очищенные пескоструйным аппаратом и предварительно нагретые до 250--450 °С (в зависимости от типа наносимого полимера) металлические изделия, а затем их извлечь и охладить, то на изделиях останется слой отвердевшего равномерного покрытия.

При выбранной температуре процесса толщина покрытия возрастает с увеличением толщины изделия и продолжительности погружения. Однако, как правило, нанесение покрытия осуществляют при самой низкой температуре, при которой возможно получение равномерного покрытия и хорошая адгезия полимера к металлической основе. Иногда для улучшения адгезии наносят грунтовочный слой. При нанесении покрытия на крупногабаритные изделия особенно важно проводить процесс при низких температурах, в противном случае может наблюдаться деструкция полимера и вздутие покрытия. При нанесении покрытия на толстостенные изделия можно использовать способ «ударного нагрева», при котором изделие выдерживают при очень высокой температуре в течение периода времени, продолжительность которого намного меньше, чем при обычном проведении процесса. Длительность нагревания, которому в большей степени подвержены поверхностные слои, и охлаждения, а также момент начала плавления полимера с образованием покрытия необходимой толщины определяются эмпирически.

Интервал температур, в пределах которого предварительно подогревают изделия для нанесения покрытий вихревым напылением, определяется типом используемого полиамида.

2. Нанесение покрытий методом пламенного напыления.

Известно много способов нанесения покрытий методом пламенного напыления. Согласно одному из них, порошкообразный полимер с помощью пульверизатора направляют в воздушное сопло. Выходное отверстие сопла обогревают теплом, выделяемым при сгорании пропана или кислород-ацетиленовой смеси, которая подается в пульверизатор по другому каналу. Температуру сопла регулируют, исходя из требования получения покрытия необходимой толщины. Аппаратура для нанесения покрытия методом пламенного напыления может быть переносной. Поэтому этот способ удобен для нанесения покрытий на большие поверхности стационарных установок.

3. Нанесение покрытий в электростатическом поле

Способ нанесения покрытий в электростатическом поле, позволяет получать прочные беспористые полиамидные покрытия, причем в некоторых случаях их толщина оказывается намного меньше толщины, которую можно достичь, используя методы вихревого и пламенного напыления. Согласно этому способу, порошок полимера уносится сжатым воздухом и поступает к пульверизатору, где под действием сильного электростатического поля частицы порошка приобретают отрицательный заряд и направляются на очищенное и предварительно подогретое изделие. Расплавление полимера и образование покрытия происходят при дальнейшем нагревании детали.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Акимов Г.В., Основы учения о коррозии и защите металлов, М., 1946

2.Томашов Н.Д., Теория коррозии и защиты металлов, М., 1959

3.Сайт «Библиотекарь.ру».

4. http://www.autowelding.ru

Размещено на Allbest.ru