книги из ГПНТБ / Цуркан И.Г. Смазочные и защитные материалы учебник

ной, уксусной, винной кислот, а также растворов аммиака, тринатрийфосфата, соды и формальдегида, но они не стойки против концентри­ рованных кислот, бензина, фенола. При нагревании до 200° С они желтеют, но сохраняют защитные свойства до 250° С.

В вагонном хозяйстве применяются покрытия из грунтовки КЧ-075, эмалей КЧ-172 или КЧ-749 разных цветов. Эти продукты готовятся на основе хлоркаучука с добавлением пластификатора, а эмаль КЧ-172 содержит еще и алкидную смолу. Высыхают покрытия практически за 2 ч, а полностью за 24 ч. Покрытия с эмалью КЧ-749 химически стойки, но не атмосферостойки, а с эмалью КЧ-172 обладают ограниченной атмосферостойкостью. На основе циклокаучука готовятся грунтовка КЧ-034 и эмаль КЧ-728, устойчивые к действию кислот и щелочей

5. Лакокрасочные материалы на основе эфиров целлюлозы

Из лакокрасочных материалов этого типа на железнодорожном транспорте применяются только краски и эмали на основе нитро­ целлюлозы, которую получают действием на хлопок или древесную целлюлозу азотной кислотой в присутствии серной кислоты. Для лакокрасочных материалов применяют нитроцеллюлозу с содержанием 11 — 12% азота — ее называют коллоксилином (в отличие от пироко­ ллодия и пироксилина, содержащих соответственно 12— 12,5 и 12,5— 13,9% азота). При растворении коллоксилина в амилацетате получают простейший нитролак — коллодий. Покрытия на основе чистой нитро­ целлюлозы имеют плохую адгезию и низкую эластичность. Для устра­ нения этих недостатков лакокрасочные материалы готовят на основе нитроцеллюлозы с добавкой пластификаторов или смол. Нитролаки по дереву "содержат 18—20% нитроцеллюлозы (лакового коллоксилина), 6—7% глифталевой смолы, 2% дибутилфталата и 71—74% раствори­ телей. Нитроэмали для наружных покрытий содержат- 15—20% лакового коллоксилина, 10— 11% смолы, 2—3% пластификатора.

-6— 10% пигментов и 56—67% растворителей. Но даже при этом они недостаточно устойчивы к атмосферным воздействиям и поэтому быстро стареют под влиянием влажного воздуха, солнечного света и коле­ баний температур. Для улучшения атмосферостойкости нитроцел­ люлозных покрытий в лакокрасочный материал вводят пигменты, не пропускающие ультрафиолетовые лучи, — алюминиевую пудру. '

Большим недостатком нитроцеллюлозных материалов и покрытий

является их взрывоопасность и горючесть. Поэтому применяют их только для окраски платформ, путевых сигнальных знаков и некоторых других изделий. Нитроцеллюлозные материалы быстро высыха­ ют — через 20—30 мин после нанесения уже образуется твердое покрытие.

Чаще всего нитроцеллюлозные краски и эмали наносят пневмати­ ческим распылением. В электрическом поле высокого напряжения их можно наносить только при наличии искропредупреждающих устройств (ИПУ).

130

Нитроцеллюлозные эмали обладают плохой адгезией и их наносят или по нитроглифталевым грунтовкам № 147, 148, 622, или по грунтшпатлевкам горячей сушки № 178, 180, ГФ-018-2, ГФ-018-3 и ГФ-018-4. На основе нитроцеллюлозы выпускаются быстровысыхающие шпат­ левки (1 — 3,5 ч при 18—25° С) марок НЦ-007, НЦ-008 и НЦ-009.

6. Водоэмульсионные лакокрасочные материалы

Значительный интерес представляют водоэмульсионные лакокра­ сочные материалы холодной сушки, которые получают на основе раз­ ного типа синтетических смол: поливинилацетатных, дивинилстирольных, акриловых и др. Эмульсии этих смол в воде называются ла­ тексами. Применяют материалы также на. основе масляных и алкидных связующих, которые сушат при температуре 70—80° С.

Водоэмульсионные краски представляют собой эмульсию пленко­ образующего (латекс), пигментов и наполнителей в воде. Кроме того, водоэмульсионные латексные краски содержат эмульгаторы, загусти­ тели, защитные коллоиды, пластификаторы, антисептики, пеногасители, ингибиторы коррозии, а также некоторые смолы (алкидные, фенольные и др.).

Водоэмульсионные лакокрасочные материалы стойки к заморажи­ ванию до температуры— 40° С и последующему оттаиванию. Их нано­ сят на поверхность-различными методами: кистью, валиком, распы­ лением.

Водоэмульсионные материалы имеют хороший розлив. Покрытия стойки к истиранию и действию щелочных растворов; их можно мыть теплой водой с применением различных моющих средств. Адгезия таких покрытий значительно выше адгезии материалов на основе рас­ тительных масел. Покрытия из водоэмульсионных красок на потол­ ках пассажирских вагонов и на наружных деревянных поверхностях грузовых вагонов сохранились в эксплуатации более 4 лет. Водо­ эмульсионные краски на железнодорожном транспорте применяются для окраски зданий и сооружений.

7. Водоразбавляемые лакокрасочные материалы для электроосаждения

Водоразбавляемые лакокрасочные материалы — это композиции, состоящие из связующего, пигментной и летучей частей (амины, добав­ ки органических растворителей, вода). В качестве пленкообразующих применяются обычные лакокрасочные материалы, переведенные в во­ дорастворимое состояние: маленизированные масла, алкиды, эпокси­ эфиры, акриловые и виниловые сополимеры.

Процесс образования покрытия электроосаждением (электрофоре­ зом) заключается в осаждении частиц лакокрасочного материала из водного раствора под воздействием электрического тока. При этом

. 131

образуется плотная, беспористая, равномерная по толщине пленка на всех участках изделия сложной конфигурации без потеков, пузырей и прочих поверхностных дефектов.

Процесс образования покрытий электроосаждением связан с вы­ делением новой фазы на аноде (изделии) в результате химических пре­ вращений в приэлектродном пространстве под воздействием электри­ ческого тока. Основное требование к водоразбавляемым лакокрасоч­ ным материалам состоит в том, чтобы все их составные части в по­ стоянном электрическом поле осаждались на аноде с одинаковой ско­ ростью. Связующие (соли полнкарбоновых полимерных кислот) после взаимодействия с аминами или аммиаком хорошо диссоциируют в воде при pH раствора, равном приблизительно 7—8:

RCOONHg RCOO- + NH3+

При подкислении водного раствора пленкообразующего или в ре­ зультате взаимодействия полимерного аниона с ионом металла (при добавлении электролитов в виде солей металлов) полимер становится водонерастворимым. Степень ионизации его при этом чрезвычайно мала, в результате чего полимер (лакокрасочный материал) оседает на аноде (изделии).

В качестве лакокрасочных материалов для электроосаждения при­ меняются грунтовка ПФ-033, эмаль ФЛ-149Э, грунтовка ФЛ-093, эмаль ФЛ-116. Грунтовка ПФ-033 обладает грубой дисперсностью пигмен­ тов, требует корректировки ванны, вызывает осадки в ванне, уступает по водостойкости и противокоррозионной стойкости грунту ФЛ-093.

Все водоразбавляемые материалы наносятся электроосаждением (электрофорезом) за один раз.' Ведутся исследования по нанесению второго слоя. Нанесенные за один раз водоразбавляемые материалы являются хорошим грунтом для последующего нанесения покровных эмалей, в том числе водоразбавляемых методом пневматического или электрического распыления. Водоразбавляемые лакокрасочные ма­ териалы в качестве грунтовок применяются для отдельных узлов и деталей вагонов и измерительных приборов. Этот процесс безопасен в пожарном отношении.

8. Лакокрасочные материалы для окраски в электрическом поле

Окраска в электрическом поле получила широкое распространение на железнодорожном транспорте. Все вагоноремонтные заводы и ряд вагонных депо имеют разного типа (стационарные, самоходные, руч­ ные) установки для окраски отдельных узлов и деталей, а таклее ваго­ нов в собранном виде.

Мелкие распыленные капли краски, попадая в зону внешнего электрического поля (рис. 48), получают определенный заряд и пере­ мещаются к одному из электродов, которым является окрашиваемая поверхность, осаждаясь на ней в виде пленки. Для получения мелко-

132

Рис. 48. Схема работы электроокрасочной установки:

дробленных капелек краски применяют пневматические или центро­ бежные (с числом оборотов от 1200 до 10 000 в минуту) электрорас­ пылители. Лакокрасочные материалы для окраски в электрическом поле должны обладать определенными электрическими свойствами.

Качество и степень электроосаждения лакокрасочного материала обусловлены следующими основными физико-химическими и электро­ физическими свойствами: диэлектрической проницаемостью е, удель­ ным объемным сопротивлением р„, вязкостью и диаметром частиц крас­ ки, а также режимом окраски.

Оптимальные величины: диэлектрической проницаемости е =6-4-10; удельного объемного сопротивления р„ = 5 - 106 — 5 - ІО7 ом-см; вяз­ кости краски 15—25 сек по вискозиметру ВЗ-4 при наименьшем диа­ метре частиц краски (пигмента) от 1 до 10 мк.

Степень распыления лакокрасочных материалов в электрическом

Е — напряженность внешнего электрического поля.

При повышении удельного объемного сопротивления лакокрасоч-.

ного материала величина заряда частиц снижается и размеры распы­ ляемых в электрическом поле капель увеличиваются, т. е. качество

распыления ухудшается.

133

Максимально возможный радиус капли краски обусловлен дисперс­ ностью пигмента и размерами сольватной оболочки связующего, об­ волакивающей пигмент. По действующим стандартам и техническим условиям дисперсность пигмента пли нанесенной краски определяется величиной частиц в микронах (замеренной по микрометру), а слоя крас­ ки— степенью перетира, определенной методом «клина». Увеличение радиуса капли краски вызывает необходимость увеличения напряжен­ ности поля, которая лимитируется в определенных пределах.

Большинство лакокрасочных материалов, применяемых в вагон­ ном хозяйстве, не обладает необходимыми дисперсностью (1—3 мк) и степенью перетира до 10 по «клину» и электрофизическими свойст­ вами. Крупность частиц многих пигментов и красок очень велика. Если дисперсность двуокиси титана равна 1 мк по микрометру, эмали алкидно-меламиновой МЛ-12, составляет 10 по «клину», то степень перетира черной краски, зелени свинцовой и цинковой густотертых колеблется от 25 до 30 мк по микрометру, а эмалей пентафталевых ПФ-115, ПФ-133, грунтовок ФЛ-03к, ФЛ-013 от 30 до 40 по «клину» и масляных красок, готовых к употреблению, от 40 до 90 по «клину».

Достигнуть необходимой степени дисперсности красок и эмалей для распыления в электрическом поле можно при перетире микронизированных на струйной мельнице пигментов и наполнителей на би­ серных мельницах.

Для улучшения электрофизических свойств грунтовок, красок и эмалей при нанесении их в электрическом поле в вагонном депо, ваго­ норемонтных заводах и других предприятиях вагонного хозяйства следует подбирать рецептуру рабочего состава путем введения до полу­ чения необходимой вязкости краски различных растворителей или их смесей (РЭ-1В и РЭ-2В для эмалей МЛ; РЭ-ЗВ и РЭ-4В для эмалей ПФ; РЭ-5В, РЭ-6В и РЭ-7В для эмалей ХВ, ХС). Растворитель сле­ дует подбирать таким образом, чтобы при рабочей вязкости лакокра­ сочный материал имел оптимальные значения электрических харак­ теристик.

9. Порошковые лакокрасочные материалы

Порошковые материалы — непрерывная система дисперсных твер­ дых частиц или их конгломератов (зерен), находящихся одновременно в контакте друг с другом и с окружающей преимущественно газообраз­ ной средой.

Мелкодисперсные частицы . полимеров (порошки), наносимые на нагретую поверхность изделия, плавятся и растекаются по ней, обра­ зуя сплошную пленку, которая после искусственной сушки затверде­ вает. Такая пленка предохраняет окрашенную поверхность от кор­ розии, механического и атмосферного воздействия, а также обеспе­ чивает необходимый декоративный вид изделия.

В качестве порошковых материалов применяются: полиэтилен низкого, высокого и среднего давления ПЭНД, ПЗВД и ПЭСД; поли-

134

пропилен; сополимер этилена с пропиленом СЭП-10; фторопласт-4; фторопласт-3; фторопласт-42Л; полиамид П-68; поликапролактам; поливннилбутираль; полистирол; этилцеллюлоза; ацетобутиратцеллюлоза; полиметилметакрилат; эпоксиполимер — краска ПЭП-177.

Наиболее важными показателями порошковых материалов яв­ ляются форма и размер частиц, их строение, величина взаимодействия между ними (внутреннее трение) и т. д.

По форме различают частицы изометрические (равноосные), на­ пример кубические, шаровидные, и неизометрические (разноосные), например типа волокон, пластинок, пирамид и т. д. Размер частиц колеблется от долей микрона до нескольких сотен.

Порошкообразные тела являются высокопористыми из-за сквоз­ ных или замкнутых пор в частицах (внутричастичная пористость) и в промежутках между ними (межчастичная пористость). Плотность укладки технических порошкообразных материалов невелика (объем пор от 25 до 90%).

Одна из форм связи между частицами — механическое зацепление. Порошковые полимеры подвергаются пластификации (дибутилфталатом, диоктилфталатом, трифенилфосфатом и др.)( что облегчает условия пленкообразования и позволяет в широких пределах регули­

ровать физико-механические и другие свойства покрытий. Улучшение свойств порошковых покрытий может быть достигнуто

добавлением других полимеров, способных к пленкообразованию, т. е. получением композиций порошков.

Для придания необходимого цвета, повышения прочностных, за­ щитных свойств и атмосферостойкости, а также для направленного изменения электрических, теплофизнческих и других свойств покры­ тий в порошкообразные композиции вводятся пигменты и наполнители.

Температура пленкообразования порошковых красок колеблется от 180 до 280° С и более, что является тормозом к широкому примене­ нию их в вагонном хозяйстве. Однако для покрытия мелких деталей, арматуры и гарнитуры вагонов порошковые материалы применяют в вагонном депо и на заводах методом нанесения в псевдосжиженном состоянии (вихревое напыление) или в электрическом поле с предва­ рительным нагревом деталей и .последующей сушкой покрытий.

10. Противокоррозионные мастики, герметики, морилки, порозаполнители, замазки

П р о т и в о к о р р о з и о н н ы е м а с т и к и . Одной из наи­ более сложных проблем в вагонном хозяйстве является надежная за­ щита от коррозии внутренней поверхности кузова цельнометалличе­ ского вагона. Конденсирующаяся влага и различные загрязнения (со­ ляной рассол, щелочи, промывные воды, дезинфицирующие средства и т. д.) вызывают интенсивную коррозию обшивки пассажирских, изотермических и рефрижераторных вагонов, а также цельнометал­ лических крытых вагонов. Для противокоррозионной защиты этих поверхностей вагонов хорошо зарекомендовали себя битумные масти­

135

ки, которые по своей стойкости и долговечности превосходят другие покрытия (рис. 49).

Мастики № 579, 580, 213, 112 и др. представляют собой растворы специальных битумов или рубракса в органических растворителях с добавкой полимеризованного масла или алкидного лака и наполни­ теля — асбеста разных модификаций: в мастике № 579 — длинново­ локнистого асбеста (длина волокон 3—5 мм), в мастиках № 580, 213 и др. — асбестовой пыли, образующейся при обработке асбеста АТД. Добавка длинноволокнистого асбеста в мастику № 579, создающего

.каркас, скрепляющий защитное покрытие, обеспечивает длительную сохранность покрытий из этой мастики (14 лет эксплуатации). Она наносится слоем толщиной 3 мм по грунтовке из свинцового сурика на льняной натуральной олифе или по фенолформальдегидной грунтовке ФЛ-03к. Нанесение мастики № 579 с асбестом толщиной 1 мм и даже 2 мм не обеспечивало такой долговечности. Мастики № 580 и 213, нанесенные слоем разной толщины, а также другие лакокрасочные покрытия в условиях эксплуатации вагонов разрушались значительно быстрее (см. рис. 49).

Восстановление защитного покрытия в цельнометаллических ва­ гонах связано с необходимостью их полной разборки, которую из-за высокой стоимости производят не раньше чем через 16 лет. Применение

136

14 ТЭП-4 представляет собой раствор дивинилстирольного термоплас­

выявления структуры древесины, имитирования цвета ее поверхности под ценные породы дерева, выравнивания тона естественного цвета или придания древесине более темного цвета.

В качестве морилок применяют водные или водно-спиртовые рас­ творы органических красителей.

П о р о з а п о л н и т е л и представляют собой смеси наполните­ лей с небольшим количеством лессирующих (образующих прозрачные пленки) красителей со связующим (высыхающими маслами, олифами, лаками и т. п.). Порозаполнители впитываются в поры древесины, цементируя ее с образованием плотного слоя покрытия, сохраняю­ щего структуру древесины и препятствующего диффузии последую­ щих слоев лака в древесину.

З а м а з к и готовят смешением мела, железного или свинцового сурика с олифой для заполнения ими зазоров в местах контакта дета­ лей, промазки оконных рам и др.

11.Вспомогательные материалы

Ввагонном хозяйстве при выполнении окрасочных работ применяет­ ся ряд вспомогательных материалов: органические растворители и водные растворы щелочей для обезжиривания; растворы кислот для травления; растворы фосфатов для фосфатирования; преобразователи ржавчины; абразивные и шлифовочные материалы; смывки; моющие вещества и эмульсии; полировочные и профилактические составы.

О р г а н и ч е с к и е р а с т в о р и т е л и должны обладать вы­ сокой растворяющей способностью, стабильностью при применении, летучестью при низком поверхностном натяжении и регенерируемо­ стью. В качестве органических растворителей применяются ацетон, бензин БР-1 «калоша», бензол, 1—2 дихлорэтан, перхлорэтилен, трих­ лорэтилен, уайт-спирит, хлористый метилен.

В о д н ы е щ е л о ч н ы е р а с т в о р ы готовят из щелочей с добавкой поверхностно-активных веществ (ПАВ) и смачивателей (эмульгаторов) ОП-7, ОП-Ю или контакта Петрова— ДБ, ДС-РАС, сульфанола.

Обезжиривание этими составами проводят в ваннах или струйных установках преимущественно при подогреве до 70—90° С.

На процесс щелочного обезжиривания оказывают влияние: темпе­ ратура, механическое воздействие, перемешивание, жесткость воды.

Для т р а в л е н и я металлической поверхности (удаления окали­ ны, ржавчины) применяют растворы серной, соляной или фосфорной кислоты. Удаление окалины не является результатом непосредствен­ ного взаимодействия кислоты с окислами металла. Окисные пленки

137

удаляются с поверхности за счет процесса восстановительного травления, протекающего на участках металла с нарушенным слоем окисла.

Для предохранения самого металла от растворения в растворы кис­ лот вводят ингибиторы—катапин, ПБ-1, ПБ-5, 4M и др. — в коли­ честве 3—5 г!л для серной кислоты и 1—3 г!л для соляной.

При обработке поверхности изделий разбавленными растворами пер­ вичных фосфорнокислых солей цинка, марганца и железа в присут­ ствии свободной фосфорной кислоты получаются защитные ф о с ф а т ­ н ы е п л е н к и . При этом происходят следующие реакции вначале с образованием растворимой соли:

Fe + 2Н3Р 0 4 -*■ Fe (Н 2Р 0 4) 2 + Н 2 f

с последующим осаждением на поверхности нерастворимых солей железа:

Аналогичные реакции происходят с марганцем и цинком. Фосфатные пленки служат подслоем под следующие слон грунтов­

ки, краски и повышают долговечность покрытия.

О ч и с т к у поверхности при ремонте часто производят вручную — скребками и металлическими щетками, реже механизированным ин­ струментом. Однако при очистке механизированным и особенно ручным инструментом сильно заржавленной поверхности не удается полностью удалить все продукты коррозии; в некоторых случаях на металле мо­ жет остаться слой ржавчины толщиной до 100— 150 мк. Поэтому в последнее время большое внимание уделяется различным способам подготовки поверхности под окраску без удаления оставшихся про­ дуктов коррозии. Такая подготовка, как правило, сводится к нанесе­ нию специальных (пропитывающих или стабилизирующих) лакокра­ сочных материалов — так называемых преобразователей ржавчины на основе красной кровяной соли, танина, дубового экстракта и т. п.

При нанесении лакокрасочных материалов требуется обработка поверхности абразивными материалами. Для шлифования по металлу, краске, эмали, лаку и шпатлевке применяют кусковую и молотую пемзу, шлифовальные шкурки на тканевой или бумажной основе, связанные при помощи клея со слоем абразивного зерна, а также водостойкие шкурки, где абразив прочно сцеплен с бумагой янтарным лаком ЯК-1.

При заводском и деповском ремонтах вагонов необходимо с по­ верхности полностью или частично удалить старую краску. Для этого служат смывки на основе органических растворителей и щелочные пасты. Вместо органических смывок применяют органические раство­ рители и их смеси (составные растворители).

Органические смывки СД (сп), СД (об) легко удаляют нитроцел­ люлозные покрытия. Они состоят из органических растворителей с до­ бавкой парафина; для этих же целей могут применяться растворители

138

№ 646, 647 и др., а для удаления перхлорвиниловых покрытий — растворители Р-4, дихлорэтан и др.

Для удаления лаков и эмалей на основе поликонденсационных смол, естественной и горячей сушки применяют смывки СП-6, СП-7, в состав которых входят активные органические растворители — метиленхлорид, метилдиоксан, трихлорэтилен и др.

Кроме этих смывок, в вагонном хозяйстве применяют щелочные смывки «Тракторин», «Танкерная», а также новые растворители для смывок— метилхлороформ и др.

Чтобы сохранить лакокрасочное покрытие в период эксплуатации в хорошем состоянии, предотвратить преждевременную потерю блеска и цвета окраски, необходим регулярный, технически правильный уход за лакокрасочным покрытием. Профилактический уход за окрашенной поверхностью заключается в промывке или протирке ее моющими сос­ тавами, удаляющими пыль, грязь, жировые и прочие загрязнения, и последующей обработке профилактическими или полировочными пас­ тами или составами.

Для промывки сильно загрязненных поверхностей применяют моющие вещества (порошки и пасты), содержащие поверхностно-ак­ тивные вещества (ПАВ) — первичные и вторичные алкилсульфаты, алкил- и алкиларилсульфонаты, сульфанолы, сульфоуреиды и др. и ряд моющих составов на основе ПАВ. Для слабо загрязненных поверх­ ностей применяют э м у л ь с и и . Наиболее простой по составу яв­ ляется эмульсия, приготовленная из 0,2—0,3-процентного мыльного раствора с добавлением 1 % керосина.

Ряд эмульсий позволяет одновременно удалять гидрофильные и гидрофобные загрязнения, не разрушая металла и лакокрасочных покрытий и обладая пониженной горючестью. Их можно наносить без подогрева в струйных установках щетками, кистями или пульвериза­ тором. Повышенная вязкость эмульсий удерживает их от стекания с вертикальных поверхностей.

Регулярная мойка недостаточна для сохранения в течение длитель­ ного времени качественного внешнего вида и высокого зеркального блеска окрашенной поверхности. От воздействия солнца, ветра, дождя, песка и пыли лакокрасочное покрытие со временем теряет свой перво­ начальный вид. Для восстановления блеска покрытия необходимо пе­ риодически обрабатывать его п о л и р о в о ч н ы м и или п р о ­ ф и л а к т и ч е с к и м и п а с т а м и и с о с т а в а м и .

Г л а в а X. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ ЛАКОКРАСОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

1. Стандартные методы испытаний

Основные методы испытаний лакокрасочных материалов, указан­ ные в табл. 13, определены Государственными общесоюзными стандар­ тами, общесоюзным стандартом и Техническими условиями Минис­ терства химической промышленности СССР.

139