28. Каучуки и резины: номенклатура, химическая стойкость, основные свойства, области и условия применения, изделия

Среди полимерных материалов, применяемых в антикоррозионной техники, наиболее старыми являются материалы и композиции на основе каучуков, к которым, в частности, относятся клеи и резины. Особенно распространен метод защиты металлических конструкций обкладкой из резины, получившей название «гуммирование» («гуммировка»).

Гуммирование используется для защиты от химического, кавитационного, эрозионного и других видов воздействия, приводящих к разрушению металла и других конструкционных материалов. На защищаемую поверхность резины наносят с помощью клеев, изготовленных, как правило, из каучуков.

В последние годы достаточно широко используют в антикоррозионной техники жидкие каучуковые составы и различные композиции для ремонта гуммировочного покрытия. Все перечисленные материалы объединены общим названием «гуммировочные материалы».

Для изготовления резин, предназначенных для обкладки (гуммирования) используют натуральные и синтетические (изопреновые, хлоропреновые, бутадиеновые, бутадиеннитрильные и др.), а также смеси натурального и синтетических каучуков. Гуммировочные резиновые смеси легко перерабатываются на специальных станках – каландрах или вальцах, откуда и получили названия каландрованной или вальцованной резины. Для химической защиты используют только каландрованную резину, соответствующую требованием ТУ 381051559 – 83 «Смеси резиновые невулканизованные каландрованные для гуммирования химической аппаратуры».

Известно, что процесс вулканизации каучуков осуществляется, как правило, серой, которая при нагревании каучука присоединяется к двойным связям линейной молекулы полимера, образуя пространственно сшитую структуру – резину. Сырая резиновая смесь или «сырая резина» представляет собой смесь каучука с серой или другими вулканизирующими агентами и ингредиентами (ускорители и активаторы вулканизации, противостарители, мягчители, наполнители и др. добавки).

В зависимости от количества серы, вводимой в сырую резину при вулканизации получают мягкую резину (0,8 – 4,0% S), полутвердую резину – полуэбонит (12 – 20% S) и твердую резину – эбонит (30 – 50% S).

Мягкая резина обладает высокой эластичностью, способностью смягчать удары, противостоять истиранию, однако по химической стойкости она несколько уступает эбонитам. Эбониты наоборот, обладая высокой химической стойкостью, плохо сопротивляются абразивному износу, знакопеременным деформациям, ударам и резким перепадам температур. Но они лучше привулканизовываются к металлам, что позволяет наносить на защищаемые конструкции эффективные двухслойные покрытия «эбонит – мягкая резина».

Химическая стойкость гуммировочных материалов определяется составом и строением каучуков. Следует, однако, отметить, что материалы на основе НК, СКБ, СКИ и СКМС имеют низкую масло- и бензостойкость.

28. Углеграфитовые материалы: номенклатура, химическая стойкость, основные свойства, области и условия применения, изделия

Исходным сырьем для получения углеграфитовых материалов служит природный графит или искусственный (пирографит), получаемый путем прокаливания каменноугольного пека или нефтяного кокса. Графит – это единственный конструкционный неметаллический материал, обладающий высокой теплопроводностью при достаточно большой инертности к действию многих агрессивных сред. Его характеризуют высокая термическая стойкость при резких перепадах температур, низкое омическое сопротивление. Графит имеет хорошие механические свойства, он податлив механической обработке на обычных токарных, фрезерных, сверлильных станках.

Теплопроводность графита выше теплопроводности многих металлов и сплавов. В частности, его теплопроводность выше теплопроводности свинца и хромоникелевых сталей в 3 – 5 раз. Поэтому он нашел широкое применение как конструкционный материал для изготовления различной теплообменной аппаратуры, предназначенной для эксплуатации в условиях воздействия таких агрессивных сред, как серная кислота определенных концентраций, соляная и плавиковые кислоты и т.п., для которых непригодны известные и экономически доступные металлы и сплавы. Графитовые блочные и кожухо - блочные теплообменники, теплообменные элементы погружного типа и других конструкций успешно эксплуатируют в различных отраслях промышленности

Графит применяют и в качестве штучных футеровочных материалов для защиты оборудования в особо агрессивных условиях эксплуатации (например, экстракторов в производстве фосфорной кислоты).

Наряду с достоинствами графит обладает и недостатками, которые следует учитывать при конструировании из него изделий. К ним относятся низкий модуль упругости и хрупкость, незначительная прочность при растяжении и изгибе.

Серьезным недостатком графита является пористость, делающая его проницаемым не только для газов, но и для жидких сред. Этот недостаток устраняют либо путем пропитки готовых изделий веществами, закрывающими поры без существенного изменения свойств самого графита, либо созданием композиций из графита и синтетических смол, изделия из которых получают методами прессования или литья.

1. Пропитанный графит

Изделия из графита, предназначенные для пропитки получают формованием из искусственного графита и каменноугольной смолы с последующей термической обработкой при 2400 – 25000С без доступа воздуха в течение 50 ч. Полученные заготовки в виде блоков легко обрабатываются на металлорежущих станках, что позволяет придать им необходимую форму и размеры. Для пропитки выбирают лаки или смолы, химически стойкие к заданной среде. Чаще всего – это бакелитовый лак, фенолоформальдегидные, фуриловые и др. смолы. Пропитку осуществляют в автоклаве, чередую давление и вакуум. По окончании пропитки проводят процессе термической обработки изделия при температуре 120 – 1300 для поликонденсации смол. В настоящее время в производстве изделий используют фуриловую смолу ФЛ –2 (70%), совмещенную с фенолоформальдегидной (30%). Такие изделия обладают высокой стойкостью в минеральных кислотах (за исключением азотной), в щелочах различной концентрации, хлорорганических средах и в некоторых растворителях. Температура эксплуатации 150 – 1700.

2. Композиции на основе графита и синтетических смол

В настоящее время применяют два способа получения композиций на основе графита и синтетических смол: 1) прессование при повышенном давлении и термообработке и 2) холодное литье, не требующее прессования и термообработки. Материалы полученные первым способом называют «графитопластами», а вторым – «графитолитами».

Из графитопластов наиболее распространенным является материал, где связующим является фенолоформальдегидная смола, который получил название «антегмит». Антегмит марки АТМ-1 выпускается в виде труб различных диаметров и длины, а также в виде футеровочных плиток. Химическая стойкость антегмита АТМ-1 практически такая же как у пропитанного графита

28. Лакокрасочные материалы: общие сведения о классификации, номенклатуре, маркировке. Основные типы лакокрасочных материалов, применяемых для защиты от коррозии, их химическая стойкость, свойства, области и условия применения.

Лакокрасочные материалы используются для создания защитного или декоративного пленочного покрытия на поверхностях оборудования, трубопроводов и строительных конструкций. Этот метод защиты широко используется благодаря относительно низкой стоимости самих материалов, легкости их нанесения на защищаемую поверхность и возможности защиты изделий сложной конфигурации.

Лакокрасочные материалы многокомпонентны. Они состоят из смеси основного пленкообразующего вещества с растворителями, пластификаторами, пигментами, наполнителями и различными добавками (инициаторы, ускорители, стабилизаторы, эмульгаторы и др.).

Основное пленкообразующее вещество может растворяться в воде (животные клеи, крахмал, козеин, жидкое стекло) и не растворяться (олифы, синтетические смолы, битумы, каучуки). В качестве растворителей используются скипидар, уайт-спирит, толуол, спирты этиловый и бутиловый, ацетон и пр. Растворители необходимы для придания лакокрасочному материалу необходимой вязкости.

Пластификаторами служат каучуки (тиокол, термопрен), хлорированный нафталин, дибутилфталат, касторовое масло, фосфаты и др. Они придают покрытию из лакокрасочного материала нужную эластичность.

Пигменты придают материалу необходимый цвет, а в ряде случаев и повышают механическую прочность покрытия. Пигменты могут быть природными, т.е. полученными из рудного или нерудного сырья его обогащением и тонким помолом, или искусственными, полученными химической или термической обработкой и последующим тонким измельчением различных оксидов.

В качестве наполнителей применяют барит, мел, тальк, слюду, кварцевую муку, маршалит и т.п. Растворы смол называют лаками, а при добавлении в лак пигментов получают материалы, названные эмалями.

Лакокрасочный материал, полученный на основе водорастворимых пленкообразующих веществ или олифы, называют краской.

В системе лакокрасочных покрытий применяют также грунтовки и шпатлевки, изготовленные на основе лаков с различными добавками.

Грунтовки предназначаются для обеспечения хорошего сцепления (адгезии) основного покровного слоя из лака или эмали с защищаемой поверхностью, их наносят первыми.

Шпатлевки используют для выравнивания загрунтованной поверхности и устранения дефектов перед нанесением защитного покрытия.

Лакокрасочные материалы по химическому составу классифицируются следующим образом (в скобках приведены сокращенные буквенные обозначения – индексы):

Лаки, эмали, грунтовки и шпатлевки на поликонденсационных смолах:

алкидно-уретановые (АУ), фенольные (ФЛ),

глифталевые (ГФ), фенолоалкидные (ФА),

кремнийорганические (КО), циклогексановые (ЦГ),

меламиновые (МЛ), эпоксидные (ЭП),

мачевинные (карбамидные) (МЧ), эпоксиэфирные (ЭФ),

пентафталевые (ПФ), этрифталевые (ЭТ);

полиэфирные насыщенные (ПЛ),

полиэфирные ненасыщенные (ПЭ),

Лаки, эмали, грунтовки и шпатлевки на полимеризационных смолах:

каучуковые (КЧ), поливинилацетатные (ВА),

масляно- и алкидностирольные (МС), на основе сополимеров

перхлорвиниловые (ХВ), винилацетата (ВС)

полиакрилатные (АК), винилхлорида(ХС),

поливинилацетальные (ВЛ), фторопластовые (ФП),

на основе хлорсульфированного полиэтилена (ХП);

Лаки, эмали, грунтовки и шпатлевки на природных смолах:

битумные (БТ), шеллачные (ШЛ),

канифольные (КФ), янтарные (ЯН);

масляные (МА),

Лаки, эмали, грунтовки и шпатлевки на эфирах целлюлозы:

нитрацеллюлозные (НЦ),

ацетобутиратцеллюлозные (АБ),

ацетилцеллюлозные (АЦ),

этилцеллюлозные (ЭЦ).

Лакокрасочные материалы используемые для защиты от коррозии.

Краски на основе растительных масел. Масляные краски, изготовленные на натуральной или полунатуральной (оксоль) олифе, обладают хорошей атмосферостойкостью. Их можно использовать для окраски наружных поверхностей оборудования и конструкций, установленных на открытых площадках или помещениях, но не подвергающихся воздействию сильных агрессивных сред.

Битумные и каменноугольные краски и лаки Для изготовления лакокрасочных материалов этой группы используют битумы нефтяные и каменноугольные в сочетании с растительными маслами и смолами.

Покрытия из этих лакокрасочных материалов обладают хорошей водостойкостью и химической стойкостью в слабо агрессивных средах.

Лаки и эмали на основе перхлорвиниловой смолы Перхлорвиниловые лаки и эмали представляют собой смеси перхлорвиниловой смолы с летучими растворителями с добавлением других смол, пластификаторов и

пигментов.

Покрытия из перхлорвиниловых лаков и эмалей обладают достаточной хими­ческой стойкостью и высокими атмосферостойкостью и защитными свойствами. Их применяют как наружное защитное покрытие оборудования и строительных конструкций в химических цехах с атмосферой, загрязненной парами минеральных кислот и хлора. Эти покрытия стойки и при кратковременном воздействии на них растворов минеральных кислот низких концентраций (до 10%).

Лаки на основе фенолоформальдегидной смолы. Покрытия из лаков, получаемых на основе фенолоформальдегидной смолы, обладают хорошей химической стойкостью в растворах минеральных кислот, солей и в ряде органических растворителей (этиловый и метиловый спирт, толуол, бензол) ; они не стойки в щелочах и окислительных средах.

К недостаткам этих лакокрасочных материалов следует отнести сравнительно сложную термическую обработку, которой необходимо подвергать покрытие (горячее отверждение).

Из этой группы лакокрасочных материалов наиболее распространен бакелитовый лак.

Бакелитовый лак — это раствор резольных смол в этиловом спирте с добавкой пластификатора.

Первые слои бакелитового покрытия (грунтовка) наносят лаком с наполнителем для лучшей адгезии. В качестве наполнителя можно использовать графит или андезитовую муку в количестве до 40%.

Каждый слой покрытия из бакелитового лака сначала высушивают при комнатной температуре до «отлипа», а затем подвергают термообработке.

Лаки и эмали на основе эпоксидных смол Покрытия, полученные из лакокрасочных материалов на основе эпоксидных смол, обладают хорошей кислото-, щелоче- и атмосферостойкостью.

Покрытие имеет хорошую адгезию к металлам, бетону и пластмассам. Усадка покрытия при сушке незначительна.

Лаки и эмали на основе фуриловых смол. Покрытия на основе фуриловых смол обладают хорошей теплостойкостью, стойкостью в растворах минеральных и органических кислот и щелочей, а также в некоторых растворителях и ароматических углеводородах.

Лаки и эмали на основе кремнийорганических смол. В качестве пленкообразующего вещества в производстве кремнийорганических лакокрасочных материалов применяют разветвленные полиорганосилоксаны, отличающиеся высокой термостойкостью в течение длительного времени (от 200 до 500 – 7000С). В основном применяют соединения, содержащие и метильные, и фенильные группы – полиметилфенилсилоксаны, которые хорошо растворяются в толуоле и ксилоле, в их смесях с простыми и сложными эфирами, кетонами, спиртами и хлорированными углеводородами. Полиметилфенилсилоксаны наряду с высокой термостойкостью обладают морозостойкостью до минус 45 – 600С, гидрофобностью, негорючестью. Покрытия на их основе стойки к действию различных химических реагентов (2 – 10%-ных растворов неорганических кислот, разбавленных растворов щелочей, солей, аммиака, фенола и др.), обладают хорошей атмосферо- и влагостойкостью. В состав кремнийорганических лаков вводят модификаторы, ускорители высыхания и растворители. В качестве пленкообразующего вещества используют лаки КО-08, КО-85, КО-815, КО-921 и др. Выпускается широкий ассортимент термостойких, электроизоляционных и атмосферостойких лакокрасочных материалов. Кремнийорганические покрытия наряду с термостойкостью хорошо работают в атмосферных условиях, включая влажный тропический климат. Они сохраняют хороший внешний вид после длительного воздействия высоких температур (до 2500С), устойчивы к окислительной деструкции и действию солнечной радиации. Кремнийорганические эмали способны длительно защищать от атмосферной коррозии изделия и сооружения из черных и цветных металлов, бетона и дерева.