Главная|Услуги|Вакансии|Новости|Контакты  

(812)430-19-00
(812)430-21-00

Каталог

 
 
 

- Износостойкое покрытие для антикоррозийной защиты внутренней поверхности вагонов-зерновозов.

УДК 678.026
ИЗНОСОСТОЙКОЕ ПОКРЫТИЕ
ДЛЯ АНТИКОРРОЗИОННОЙ ЗАЩИТЫ
ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ВАГОНОВ-ЗЕРНОВОЗОВ

И.А.Сусоров, А.Л.Некрылов, Д.Ю.Ефимова
ОАО "Кронос СПб"
При эксплуатации вагонов-зерновозов (хопперов), предназначенных для транспортирования навалом зерна, продуктов его переработки и комбикормов, их внутренние поверхности подвергаются интенсивному коррозионному и эрозионному разрушению. Учитывая масштабность железнодорожных перевозок таких продуктов, потери от износа подвижного состава существенны [1, 2]. Наиболее интенсивно процесс разрушения кузовов вагонов-зерновозов проявляется в местах интенсивного абразивного воздействия зерна – в нижней части разгрузочных бункеров и в местах скопления водяных паров – поверхности крыш и загрузочных люков [3, 4].
Перевозимые зернопродукты, как правило, имеют высокую влажность и содержат следы минеральных удобрений, что способствует протеканию электрохимической коррозии металла. Этот процесс усугубляется тем, что влажное зерно в объеме способно саморазогреваться вплоть до температуры 60-70ºС. Скорость коррозионного разрушения углеродистой стали в таких условиях довольно высока, что согласно ГОСТ 5272-68 характеризует среду как агрессивную.
Комплексное воздействие электрохимической коррозии и эрозионного разрушения металла приводит не только к сокращению срока эксплуатации вагонов, но и к ухудшению качества перевозимых зернопродуктов за счет их загрязнения продуктами коррозии и абразивного износа.
Обеспечение качественной и количественной сохранности перевозимых грузов, а также повышение срока надежной эксплуатации несущих вагонных металлоконструкций вагонов-зерновозов до 10-12 лет позволяют современные защитные покрытия, получаемые путем нанесения лакокрасочных материалов или жидких полимерных композиций [1, 3 - 5].
В настоящее время ассортимент таких полимерных и лакокрасочных композиций, поступающих на рынки России и стран СНГ и пригодных для защиты внутренней поверхности вагонов-зерновозов от коррозионно-эрозионного разрушения, довольно немногочисленен. В частности, это связано с тем обстоятельством, что образующиеся полимерные покрытия должны быть допущены санитарно-гигиеническими органами к непосредственному контакту с пищевыми сыпучими продуктами. В России для этих целей традиционно используются комплексы лакокрасочных материалов на основе эпоксидных смол, позволяющие получать защитные покрытия суммарной толщиной 270-320 мкм [3, 6, 7].
Наряду с такими преимуществами эпоксидных покрытий, как высокий уровень защитных свойств, высокая твердость, низкая шероховатость, обеспечивающая практически полное опорожнение транспортного средства при разгрузке зерна, сыпучих зернопродуктов и комбикормов, для данного вида покрытий и полимерных композиций, на основе которых они получены, характерны существенные недостатки, а именно:

  1. двухупаковочность композиций (полимерная основа и отвердитель, смешиваемые непосредственно перед началом нанесения), что не всегда удобно для потребителей ввиду необходимости точного соблюдения соотношения между компонентами и ограниченной жизнеспособности смеси;
  2. невозможность проведения окрасочных работ при отрицательных температурах и при температуре окружающей среды ниже "точки росы";
  3. невозможность нанесения композиций на влажные поверхности;
  4. невысокая устойчивость покрытий к знакопеременным ударным нагрузкам – к прямому и обратному ударам, особенно в области отрицательных температур.

Для защиты различных транспортных металлоконструкций от коррозионного и эрозионного разрушения широко применяются разнообразные покрытия, получаемые методом "холодного" гуммирования за счет использования жидких резиновых смесей на основе реакционноспособных олигомерных каучуков [8, 9] или герметизирующих композиций высыхающего типа на основе термоэластопластов [10]. Полимерные антикоррозионные мастики на основе термоэластопластов более прогрессивны [11]. Они одноупаковочны, технологичны при изготовлении, хранении и в процессе нанесения. Образующиеся при этом защитные покрытия эластичны, устойчивы к абразивному износу, ударным и динамическим нагрузкам, стойки к гидролизу и воздействию химически агрессивных сред.
В ОАО "Кронос СПб" разработан ряд рецептур и с 1998 г. осуществляется промышленное производство серии полимерных мастик высыхающего типа под зарегистрированной торговой маркой "Гермокрон"®, предназначенных для получения антикоррозионных и гидроизоляционных покрытий в различных отраслях промышленности, транспорта и строительства методом "холодного" гуммирования [12 - 15], в том числе и для защиты внутренней поверхности вагонов-минераловозов от химического и абразивного воздействия при транспортировке сыпучих минеральных и комплексных удобрений, серы, поташа и т.п. [16 - 18].
В качестве полимерной основы таких композиций использован наиболее доступный дивинилстирольный термоэластопласт отечественного производства ДСТ-30Р (ТУ 38.40327-90), модифицированный синтетическими смолами различной химической природы. Термоэластопласт ДСТ-30Р представляет собой блок-сополимер стирола с бутадиеном, в котором микрофазные концевые блоки полистирола, обладающие свойствами микроузлов полимерной сетки, препятствуют течению эластичных блоков полибутадиена. Это обеспечивает такому полимеру высокую эластичность и способность к значительным обратимым деформациям в невулканизированном виде вплоть до температуры 50-60ºС.
В 2002 г. по техническому заданию ФГУП "ВНИИЖТ" на базе этого термоэластопласта специалистами ОАО "Кронос СПб" разработан и освоен в серийном производстве комплекс антикоррозионных материалов, включающий праймер "Гермокрон" (ТУ 2313-032-20504464-2002) и мастичный состав "Гермокрон-Аква" (ТУ 2513-006-20504464-2002), предназначенный для защиты внутренней поверхности вагонов-зерновозов от коррозионного и абразивного воздействия при транспортировке зерна, сыпучих зернопродуктов и комбикормов. Обоснованный выбор нетоксичных полимерных связующих, неорганических пигментов и наполнителей позволил сертифицировать "Гермокрон-Аква" в соответствующих санитарно-гигиенических органах для антикоррозионной защиты конструкций, имеющих непосредственный контакт с сыпучими пищевыми продуктами.
Учитывая высокую устойчивость полимерных покрытий на основе мастики "Гермокрон-Аква" к воздействию химически агрессивных сред и к истиранию, вагоны-зерновозы с таким защитным покрытием могут быть переориентированы на перевозку минеральных и комплексных удобрений, так как в России остро ощущается нехватка рабочего парка хопперов-минераловозов на фоне растущих объемов производства сыпучих удобрений различной химической природы.
В табл.1 приведены основные физико-химические характеристики исходных материалов разработанного комплекса – праймера и мастики, а в табл.2 представлены показатели готового покрытия "Гермокрон-Аква", полученного на их основе.
Таблица 1
Основные характеристики праймера "Гермокрон"
и мастики "Гермокрон-Аква"

Наименование
показателя

Норма

"Гермокрон"

"Гермокрон-Аква"

1

2

3

Внешний вид и цвет

Подвижная прозрачная жидкость светло-желтого цвета без механических включений

Однородная вязкая масса серого цвета без видимых механических включений. Оттенок не нормируется

Массовая доля нелетучих веществ, %, не менее

 

20

 

45


 

Продолжение таблицы 1

1

2

3

Степень перетира, мкм, не более

-

60

Время высыхания до степени 3 при температуре (20±2)ºС, ч, не более

 

0,5

 

1,0

Условная вязкость по вискозиметру ВЗ-246 при температуре (20±2)ºС, с, не менее:
при диаметре сопла 4 мм
при диаметре сопла 6 мм

 

 

25
-

 

 

-
200

Плотность при температуре (20±2)ºС, кг/м3

 

900-915

 

1050-1100

Таблица 2
Основные характеристики комплексного покрытия
"Гермокрон-Аква"

Наименование показателя

Норма

1

2

Эластичность пленки при изгибе, мм, не более

1

Прочность покрытия при ударе по прибору типа У-1, см, не менее

 

50

Адгезия покрытия к углеродистой стали:
методом отрыва, МПа, не менее
методом решетчатых надрезов, балл, не более

 

3,5
1

Интервал температур эксплуатации, ºС

минус 50…+60

Стойкость покрытия к истиранию кварцевым песком, кг/мкм, не менее

 

10,0

Водопоглощение до равновесного набухания при температуре (20±2)ºС, %, не более

 

2,0


Продолжение таблицы 2

1

2

Твердость покрытия по маятниковому прибору, усл.ед., не менее

 

0,10

Стойкость покрытия к статическому воздействию воды, сутки, не менее, при температуре:
(20±2)ºС
(60±2)ºС

 

60
7

Независимые комплексные испытания покрытия "Гермокрон-Аква" проводились в ряде лицензированных организаций и лабораторий: ФГУП "ВНИИЖТ", ЗАО "Полимертест", ОАО "НИИЛКП" с ОМЗ "Виктория", ЗАО "ИЦ ВНИИГС".
Защитные свойства покрытия (1 слой праймера "Гермокрон" и 3 слоя мастики "Гермокрон-Аква" суммарной толщиной 300-320 мкм) оценивали по 6-ти бальной системе в соответствии с ГОСТ 9.407-84. Определение стойкости покрытия к условиям повышенной влажности (100%) и повышенной температуры (28-35ºС) проводили в гидростатической камере, имитирующей условия эксплуатации во влажном климате при отсутствии солнечного облучения в течение 60-ти суток. Суточный режим работы гидростата следующий:
2 часа – подъем температуры от 15-20ºС до 28-35ºС;
6 часов – выдержка образцов при 28-35ºС;
3 часа – снижение температуры до комнатной;
13 часов – выдержка при комнатной температуре.
Испытания при переменном погружении в электролит (3%-ный раствор NaCl), имитирующие процессы смачивания и высыхания поверхности защитного покрытия, происходящие в атмосфере, например из-за дождей, проводили на установке типа "коррозионное колесо переменного смачивания". Полный оборот колеса установки происходит за 45 минут, испытуемые образцы с покрытием находятся в растворе электролита в течение 5-10 минут, а остальное время на воздухе при температуре (20±2)ºС.
Качественное определение водостойкости покрытия проводили в среде дистиллированной воды. Для этого образцы помещались вертикально на 2/3 высоты в воду.
Испытания на стойкость покрытия к "горящему" зерну проводили на специальной установке ФГУП "ВНИИЖТа". Образцы с покрытием размером 90х120 мм помещались в металлический стакан, свободный объем которого заполнялся необработанным овсом; зерно утрамбовывалось и увлажнялось. После этого стакан помещали в кипящую водяную баню на 8 часов ежесуточно.
Проведенные комплексные испытания показали, что защитные свойства покрытия на основе мастики "Гермокрон-Аква" полностью сохраняются и оцениваются баллом 1 – отсутствие точек коррозии, пузырей, отслаивания (табл.3).
Таблица 3
Защитные свойства покрытия на основе
мастики "Гермокрон-Аква"

Вид испытания

Оценка состояния покрытия после испытания, балл

1

2

Испытание в гидростате, сутки:
30
60

 

1
1

Переменное погружение в электролит, сутки:
30
60

 

1
1

Постоянное погружение в дистиллированную воду, сутки:
30
60

 

1
1


Продолжение таблицы 3

1

2

Кипячение в "горящем" зерне, час:
40

 

80
120

 

незначительное изменение цвета (легкое посветление в нижней части образца)
- " –
- " -

Результаты определения физико-механических свойств покрытия до и после термостарения (180 часов при температуре (60±2)ºС) приведены в табл.4, из которой видно, что величины адгезии и прочности покрытия при ударе не изменились, а эластичность несколько ухудшилась – с 1 до 3 мм. Однако, учитывая что кузова вагонов-зерновозов практически не испытывают изгибающих нагрузок, такое изменение можно считать незначительным.
Таблица 4
Физико-механические свойства покрытия
на основе мастики "Гермокрон-Аква"
до и после термостарения

Наименование показателя

Величина

Исходное покрытие

Покрытие после термообработки

Адгезия к углеродистой стали, балл

1

1

Прочность при ударе, см

50

50

Эластичность при изгибе, мм

1

3

Твердость по маятниковому прибору, усл. ед.

0,12

0,30

Устойчивость покрытия к абразивному износу (истиранию) оценивали по изменению его толщины, подвергая металлические образцы с покрытием воздействию гравия с размером частиц 3-5 мм и необработанного овса. Вращение цилиндра с образцами производили со скоростью 50 об/мин, при этом количество абразивного материала (гравий, зерно) составляло 1/3 объема цилиндра. Полученные экспериментальные данные представлены в табл.5.
Таблица 5
Изменение толщины защитного покрытия
на основе мастики "Гермокрон-Аква"
в процессе истирания сыпучими материалами

Наименование показателя

Величина, мкм

Исходная толщина покрытия

315-320

Толщина покрытия после истирания гравием через время, час:
120
240
480

 

313-318
311-316
307-312

Толщина покрытия после истирания необработанным зерном овса через время, час:
120
240
480

 

 

315-320
315-320
313-318

На основании проведенных исследований, прогнозируемый ФГУП "ВНИИЖТ" срок службы антикоррозионного покрытия "Гермокрон-Аква", применительно к условиям эксплуатации вагонов-зерновозов, перевозящих зерно, комбикорма и сыпучие зернопродукты, составит 8-10 лет.
В отличие от гуммированных покрытий, получаемых на основе жидких олигомерных каучуков, комплекс материалов "Гермокрон-Аква" (праймер и мастика) позволяет формировать защитные коррозионно- и эрозионностойкие покрытия с оптимальной толщиной 280-320 мкм, достаточной для всех видов перевозимых зерновых грузов. Причем, на боковых поверхностях кузовов вагонов, несущих меньшую химическую и абразивную нагрузку, эта величина может быть уменьшена до 200-240 мкм. Оптимальная толщина достигается за счет нанесения одного слоя праймера и 3-4 слоев мастики "Гермокрон-Аква" методом "мокрый по мокрому".
Праймер и мастика могут наноситься валиком или методом безвоздушного распыления с использованием аппаратов высокого давления. Для мастики рекомендуемое оборудование: аппараты фирмы "Grako" (США) модель "King" с усилением 68:1 (пневматический привод) или фирмы "WIWA" (Германия) модель "Магнум" (пневматический привод с усилением 53:1; 64:1 или 71:1) или модель "Геркулес" (усиление 57:1, 61:1 или 75:1). При этом желательно использование проточных электронагревателей.
Перед нанесением защитных покрытий обрабатываемые внутренние поверхности кузовов вагонов-зерновозов подвергают абразивно-струйной очистке до степени Sa 2,5 согласно ISO 8501-1, используя для этого кварцевый песок, металлическую дробь или купрошлак.
Отличительной особенностью комплекса материалов "Гермокрон-Аква" является быстрое время сушки, что особенно актуально для ремонтных предприятий, не имеющих специализированных окрасочно-сушильных участков. Покрытие может наноситься при отрицательных температурах вплоть до минус 20ºС.
Разработанная система покрытия "Гермокрон-Аква" включена ФГУП "ВНИИЖТ" дополнением в отраслевую нормативно-технологическую документацию [3] и в проект нового ГОСТа "Вагоны грузовые. Требования к покрытиям" для антикоррозионной защиты при изготовлении новых вагонов-зерновозов и ремонте старых. Покрытие "Гермокрон-Аква" было успешно апробировано в условиях Канашского вагоноремонтного завода.
На ежегодной Международной выставке "Интерлакокраска" в 2002 г. покрытие "Гермокрон-Аква" было удостоено золотой медали.


Литература

  1. Жулин С.Л., Лапшин В.Ф., Буткин М.Г. Очистка. Окраска. 2007. № 2. С.26-27.
  2. Битюцкий А.А. РЖД-Партнер. 2007 № 13-14. С.70-74.
  3. Типовой технологический процесс противокоррозионной защиты вагонов-зерновозов. М.: ФГУП ВНИИЖТ. 2001. № ТП-ЦВТР-5/30-2001. 69 с.
  4. ГОСТ 7409-90. Вагоны грузовые магистральные железных дорог колеи 1520 мм.
  5. Цырлин М.И. Железнодорожный транспорт. 2006. № 10. С.58-60.
  6. Сахарова Л.А. Приложение к еженедельнику "Снабженец". 2002/2003. С.73-74.
  7. Сахарова Л.А., Индейкин Е.А., Куликова О.А. и др. Материалы МНТК "Полимерные композицонные материалы и покрытия". Ярославль: 2-5.12.2002. С.123-124.
  8. Подлекарев Н.Н., Цапин М.Ю. Практика противокоррозионной защиты. 2003. № 1/(27). С.13-15.
  9. Лабутин А.Л. Антикоррозионные и герметизирующие материалы на основе синтетических каучуков. Л.: Химия, 1982. 214 с.
  10. Термоэластопласты/Под ред. В.В.Моисеева. М.: Химия, 1985. 184 с.
  11. Зерщиков К.Ю., Орлов М.А., Ваниев М.А. и др. Химическая техника. 2004. № 4. С 16-17.
  12. Сусоров И.А., Мироненко А.Б., Некрылов А.Л. и др. ЛКМ. 2002. № 1. С.10.
  13. Сусоров И.А., Некрылов А.Л., Ефимова Д.Ю. и др. Транспортное строительство. 2001. № 9. С.12-13.
  14. Сусоров И.А., Хаит Е.Л., Ефимова Д.Ю. и др. Материалы МНТК "Полимерные композиционные материалы и покрытия". Ярославль: 2-5.12.2002. С.119-120.
  15. Сусоров И.А., Ефимова Д.Ю. Межвузовский сборник научных трудов "Пластмассы со специальными свойствами". СПб.: СПб ГТИ (ТУ). 2006. С.143-146.
  16. Сусоров И.А., Ефимова Д.Ю., Корешонкова М.О. и др. Тезисы докл. 6-ой МНТК "Новые материалы и технологии защиты от коррозии". СПб.: 19-22.03.2003. С.69-70.
  17. Сусоров И.А., Хаит Е.Л., Романова Т.А. и др. Химическая техника. 2007. № 5. С.30-32.
  18. Сусоров И.А., Ефимова Д.Ю., Хаит Е.Л. Промышленная окраска. 2007. № 2. С.9-13.

Выставки

Статьи

Наши
объекты

карта сайта
 

197183, Санкт-Петербург, ул. Полевая Сабировская, 42, тел.: (812) 430-19-00, 430-21-00