WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

(п -с)Т - 3 вн =., (5) 1- µп 1/ Еп + (1+ Ес )[1- exp(- )] где п и с – коэффициенты теплового расширения лакокрасочного покрытия и подложки (стали) соответственно, град-1;

Еп – средний модуль упругости покрытия в интервале температур T1…T2, МПа;

Ес – средний модуль упругости подложки в интервале температур T1…T2, МПа;

µп - коэффициент Пуассона лакокрасочного покрытия;

- период релаксации напряжений, с;

3 - относительная пластическая деформация, %.

Результаты оценочного расчета напряжений приведены в таблице 1. Значения п, с, Еп, Ес принимали по данным справочной литературы.

Для анализа влияния наполнителя на коэффициент термического напряжения полимерной композиции использована известная зависимость Вэнга и Квея:

п = с[1 - 2(1 - К)С], (6) где С = (22(1- µ1)+ (1+ µ1))+ 2(1+ 2µ2)(1- µ2) - концентрация (доля) наполнителя;

К= п / с - отношение коэффициентов термического расширения полимера и подложки соответственно;

=Еп/Ен - отношение модулей упругости покрытия и наполнителя;

2 – объемная доля наполнителя.

µ1 и µ2—коэффициенты Пуассона покрытия и наполнителя соответственно.

В качестве покрытий использованы полимерные композиции с кварцем молотым (10-12 масс.ч.). Для отверждения эпоксидно-оксилиновой композиции КР-0 использовали аминофенольный отвердитель АФ-2 в количестве 5-7 мас.ч.

и полиэтиленполиамин (ПЭПА) в количестве 6-9 мас.ч.

Таблица 1 – Внутренние напряжения в эпоксидно-оксилиновых покрытиях, нанесенных на поверхность плоских образцов из стали (с = 10,5·10-6 1/град), возникающих под действием перепада температур 80оС Наименование п, 10-6, 1/град Е, МПа T, МПа композиции КР-1 (с кварцем молотым) 6,4 124 0,КР-0 (с алюминиевой пудрой) 42 610 1,Для получения покрытия с повышенными эксплуатационными характеристиками варьировали количество и тип наполнителя, изменяя при этом соотношение прочностных (р), сорбционных (m) свойств и внутренних напряжений (вн), характеризующих работоспособность эпоксидно-оксилиновых покрытий.

В таблице 2 показано влияние наполнения эпоксидно-оксилиновой композиции кварцем различной дисперсности на внутренние напряжения в покрытии, измеренные при комнатной температуре.

Таблица 2 - Влияние содержания наполнителей на внутренние напряжения в покрытиях, полученных нанесением эпоксидно-оксилиновой композиции Содержание Внутренние напряжения покрытий при удельной наполнителя, % поверхности наполнителя 35 м2/г, вн (МПа) 0 6,10 6,20 5,30 4,40 3,С целью поиска рабочего состава композиции проведен полный факторный эксперимент, в результате которого получен состав защитной лакокрасочной композиции КР-1 с оптимальным сочетанием свойств:

Наименование Содержание, мас. ч.

Эпоксидная смола ЭД-20 78…Смола оксилин-6 18…Отвердитель АФ-2 5…Аэросил 3…3,Полиэтиленполиамин 6…Толуол 12…Кварцевая мука 15…В пятой главе излагаются результаты исследований, направленные на снижение водопоглощения эпоксидного покрытия. Величину напряжений за счет сорбции среды и набухания полимерного покрытия оценивали по формуле Ен = v, (7) наб.

1- µп где Ен – модуль упругости набухшего (после экспозиции в среде) полимера, МПа;

v - степень набухания полимера:

V m пол = =, (8) V0 ж mm - приращение массы по истечении времени, г;

m0 - масса исходного образца, г;

-плотность жидкости, г/см3;

Ж пол - плотность полимера, г/см3;

µп - коэффициент Пуассона полимерного покрытия.

Поскольку для получения покрытий используются материалы и композиции с высокой химической стойкостью к действию сред, поэтому (с учетом ГОСТ 12020-72) можно считать оправданным принятие в качестве допускаемой степени набухания для всех композиций величину 0,05 (5 %).

В результате расчета напряжений определены напряжения за счет набухания, МПа:

- КР-0 (с алюминиевым порошком) - 2,0;

- КР-1 (с кварцем молотым) - 0,8.

Для сопоставления эксплуатационных свойств базовой (КР-0) и предложенной (КР-1) композиций проведены расчеты коэффициентов сорбции (S), диффузии (D) в соответствии с ГОСТ 12020-72, определены механические характеристики р,, по формуле 1 рассчитаны значения долговечности покрытий кр. Коэффициенты сорбции и диффузии рабочих сред через эпоксидные лакокрасочные покрытия определяли в условиях постоянного и периодического смачивания, что является характерным явлением при эксплуатации резервуаров.

Продолжительность и частота циклов воздействия жидкой и газовой фаз зависят от режима работы резервуара. При проведении экспериментов продолжительность одного цикла составляла 1 месяц. Общая продолжительность испытания составила 6 месяцев (6 полных циклов) (рисунок 2).

Результаты измерений приведены в таблице 3.

m, % 0 240 480 720 960 1200 1440, ч а р, МПа 0 240 480 720 960 1200 1440, ч б m, % 0 240 480 720 960 1200 1440, ч р, МПа в 0 240 480 720 960 1200 1440 1680, ч г ––– при постоянном воздействии; – – при периодическом заполнении и опорожнении;

m – относительное изменение сорбированной среды в образце; р – предел прочности при разрыве.

Рисунок 2 – Изменение свойств композиций КР-0 (а,б) и КР-1 (в,г) при постоянном и периодическом режимах смачивания нефтью.

Таблица 3 - Физико-химические свойства и долговечность эпоксидно-оксилиновых покрытий при экспозиции в течение 6 месяцев Рабочая Характер Шифр S, D, м2/с·1012 кр., годы среда воздействия композиции г/смПарогазо- постоянно КР-0 2,17 1,58 7,воздушная КР-1 2,10 1,44 8,среда периодич. КР-0 2,62 2,03 6,КР-1 2,57 1,77 8, постоянно КР-0 3,52 3,18 10,Нефть КР-1 3,40 3,07 12,периодич. КР-0 4,33 3,47 9,КР-1 4,18 3,31 11,Вода постоянно КР-0 2,48 1,71 7,подтоварная КР-1 2,41 1,52 8,периодич. КР-0 3,15 2,15 7,КР-1 3,03 1,89 7,Видно, что наименьшей расчетной долговечностью обладают покрытия, соприкасающиеся с водой и ее парами (в парогазовоздушной среде).

Дальнейшее исследование заключалось в поиске путей снижения водопоглощения композиции КР-1.

Одним из направлений по снижению водопоглощения эпоксиднооксилиновыми композициями является диспергирование частиц наполнителя. В ряде работ разных авторов показана экономическая целесообразность повышения дисперсности наполнителей в лакокрасочных композициях (даже с учетом роста энерго- и трудозатрат). Однако неоднозначность влияния дисперсности на различные характеристики лакокрасочных покрытий требует проведения специальных исследований в каждом конкретном случае. Поэтому нами изучалось влияние дисперсности наполнителя (кварца молотого) на свойства эпоксиднооксилиновой композиции. Степень дисперсности наполнителя определяли по прибору «клин».

Установлено, что увеличение дисперсности кварцевого наполнителя эпоксидно-оксилиновых композиций влечет за собой снижение газо- и водопроницаемости покрытий (таблица 4). Исследование долговечности эпоксиднооксилиновых композиций в парогазовоздушной среде показало, что она заметно зависит от степени дисперсности.

Таким образом, дисперсность кварца молотого оказывает влияние на защитно-диффузионные свойства покрытий, причем увеличение дисперсности способствует повышению защитного действия отвержденных лакокрасочных эпоксидно-оксилиновых композиций, и, предположительно, приводит к более равномерному их распределению в объеме пленок (рисунок 3) и усилению взаимодействия с пленкообразующим веществом.

Таблица 4 - Относительная газопроницаемость эпоксидных лакокрасочных покрытий в парогазовоздушной среде резервуара Дисперсность по «клину» (в мкм) Относительная газопроницаемость, % 50 40 30 20 10 Примечание: газопроницаемость покрытий при дисперсности 50 мкм (по прибору «клин») принята за 100 %.

В таблице 5 показано влияние дисперсности кварца на внутренние напряжения, модуль упругости и предел прочности покрытий при растяжении предлагаемой эпоксидно-оксилиновой композиции КР-1. Толщина исследуемых пленок составляла 200 мкм.

Таблица 5 - Механические свойства покрытий в зависимости от степени наполнения и диспергирования (при комнатной температуре) Содержание наполнителя, Наиболее вероятный Модуль упру- Предел прочности при % (об.) средний диаметр, мкм гости Е, МПа растяжении, р, МПа 15 50 4600 10 4800 1 5000 25 50 5300 10 5700 1 6000 Таким образом, направленное изменение дисперсности наполнителя позволило в определенной мере изменить механические свойства, существенно влияющие на долговечность покрытий.

Следующим направлением исследования было выбрано изучение возможности повышения гидрофобных свойств поверхности частиц кварцевого наполнителя путем модифицирования полиалкилгидридсилоксанами. Соединения этого класса эффективно использовали ранее другие авторы для модифицирования частиц наполнителя в эпоксидных композициях. Поэтому представляло интерес изучение возможности и эффективности модифицирования кварцевого наполнителя, вводимого в состав эпоксидно-оксилиновой композиции. Для исследова- а б в Рисунок 3 - Микроструктуры платиново-углеродных реплик с поверхности образцов эпоксидно-оксилиновой композиции без наполнителя (а); с кварцем молотым 20 масс.ч. дисперсностью 50 мкм (б); кварцем молотым 20 масс.ч.

дисперсностью 10 мкм (в) (х2500).

ния использовали метод определения краевых углов смачивания. Это позволило оценить степень гидрофильности поверхности модифицированного наполнителя и гидролитическую устойчивость модифицирующего слоя.

Измерения краевого угла проводили анализом формы сидячей капли (краевые углы воды на воздухе в = 93-97 0) на пластинках из кварца и исследуемой эпоксидно-оксилиновой композиции. В основу определения краевого угла положена численная процедура расчета увеличенного с помощью проектора профиля капли по ее экспериментальным координатам.

В качестве объекта исследования использовали пластинки кварцевого стекла и пластинки из отвержденной эпоксидно-оксилиновой композиции. Отверждение пластинок проводили на полированных поверхностях хромированных пластин фотоглянцевателя. Рабочие поверхности пластинок модифицировали полиметил- и полиэтилгидридсилоксанами (ГКЖ-94М и ГКЖ-94, соответственно).

Результаты измерений:

- кварц – 84°, КР-0 – 62°, КР-1 – 68 °, КР-1Д – 70 °, КР-1М – 78 °.

На рисунке 4 приведена структура платиново-углеродных реплик, снятых с поверхности модифицированного покрытия. Видно, что воздействие воды при С в течение 270 ч экспозиции приводит к образованию микротрещин на поверхности образцов, в то время как на поверхности образцов с модифицированным наполнителем таких явлений не установлено.

Таким образом, на основании полученных в работе значений краевых углов смачивания можно заключить, что модифицирование кремнезема полиалкилгидридсилоксанами позволяет получать покрытия с более выраженной гидрофобной поверхностью. Сформированный на поверхности кварцевых частиц модифицирующий слой достаточно устойчив к воздействию воды. Эпоксиднооксилиновые, наполненные полимеры, модифицированные полиалкилгидридсилоксанами, являются перспективными в нефтегазовой отрасли в качестве устойчивых в эксплуатации гидрофобных связующих для защитных покрытий.

В таблице 6 приведены составы предлагаемых рецептур лакокрасочных композиций, где КР-1Д – эпоксидно-оксилиновая композиция, наполненная кварцем молотым с дисперсностью 10 мкм; КР-1М - эпоксидно-оксилиновая композиция, наполненная модифицированным полиалкилгидридсилоксанами кварцем молотым с дисперсностью 10 мкм.

а б Рисунок 4 - Микроструктура платиново-углеродных реплик с поверхности образцов эпоксидной композиции без наполнителя (а); с модифицированным наполнителем (кварцем молотым) 20 масс.ч. (б); после экспозиции в воде при 30°С (х2000).

Таблица 6 - Состав лакокрасочных композиций, мас.ч.

Наименование Базовая Предлагаемые композиции композиция композиции КР-0 КР-1 КР-1Д КР-1М Эпоксидная смола ЭД-20 78…82 78…82 78…82 78…Смола оксилин-5 (6) 18…22 18…22 18…22 18…Аминофенольный отвердитель АФ-2 5…7 5…7 5…7 5…Аэросил 3…3,5 3…3,5 3…3,5 3…3,Полиэтиленполиамин 6…9 6…9 6…9 6…Толуол 12…18 12…18 12…18 12…Пудра алюминиевая 15…25 - - Кварц молотый - 15…25 - Кварц молотый (с дисперсностью 10 мкм) - - 15…25 - Кварц молотый (модифициро- ванный полиалкилгидридси- - - - 15…локсанами) Технологические параметры нанесения лакокрасочных покрытий сведены в таблицу 7.

Таблица 7 - Основные технологические параметры эпоксидно-оксилиновой композиции Компо- Количе- Суммарная Жизнеспособ- Продолжитель- Рабочая Ориентировочный зиция ство сло- толщина, ность, мин. ность сушки вязкость расход на 1 слой, ев мкм каждого слоя, ч по ВЗ-4, с г/мКР-0 3 150 60 24 12 КР-1 3 120 60 24 14 КР-1Д 3 120 60 24 16 КР-1М 3 120 60 24 16 Основные свойства и расчетная долговечность эпоксидно-оксилиновых покрытий приведены в таблице 8.

Таблица 8 – Основные свойства эпоксидно-оксилиновых покрытий Шифр р,, % D, м2/с S, г/см3 кр. (при кр.=0,7), годы компо- МПа вода нефть вода нефть вода нефть парогазовоззиции душная среда КР-0 18,2 5,2 1,71 3,18 2,48 3,52 7,4 10,6 7,КР-1 15,7 4,6 1,52 3,07 2,41 3,40 8,2 12,5 8,КР-1Д 20,8 4,4 1,08 2,24 2,15 3,21 9,5 13,7 9,КР-1М 22,8 4,4 0,80 2,28 1,47 3,24 10,8 14,9 12,Из рисунка 5 видно, что при проверке свойств (m, р) в условиях переменного смачивания образцов отвержденных композиций КР-1Д и КР-1М при m, % 0 240 480 720 960 1200 1440, ч а а р, МПа б 0 240 480 720 960 1200 1440, ч б m, % в, ч 0 240 480 720 960 1200 1440 в р, МПа г 0 240 480 720 960 1200 1440, ч г ––– при постоянном воздействии; – – при периодическом заполнении и опорожнении; m – относительное изменение сорбированной среды в образце; р – предел прочности при разрыве.

Рисунок 5 – Изменение свойств композиций КР-1Д (а,б) и КР-1М (в,г) при постоянном и периодическом режимах смачивания нефтью.

контакте с нефтью и водой. во всех случаях наблюдается уменьшение относительного изменения массы (m) по сравнению с композициями КР-0 и КР-1, а повышение прочности менее заметно, чем у композиций КР-0 и КР-1, что предположительно может свидетельствовать о большей пластичности материалов с мелкодисперсным и модифицированным наполнителем.

На основании полученных данных разработан и внедрен в ООО «Ремгазсервис» технологический регламент по нанесению защитных эпоксиднооксилиновых покрытий на внутреннюю поверхность стальных резервуаров.

Таким образом, предложены и апробированы эпоксидно-оксилиновые композиции для нанесения на внутренние поверхности резервуаров, имеющие существенные отличия по структуре, составу и свойствам вследствие использования мелкодисперсного и модифицированного наполнителей:

- КР-1 наполненная молотым кварцем;

- КР-1Д наполненная высокодисперсным кварцем;

- КР-1М наполненная модифицированным высокодисперсным кварцем.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»