РАЗРАБОТКА  МЕТОДИКИ  УСКОРЕННЫХ  ИСПЫТАНИЙ  ДЛЯ  ОПРЕДЕЛЕНИЯ  РЕСУРСА  ЛАКОКРАСОЧНЫХ  ПОКРЫТИЙ  В  АТМОСФЕРНЫХ  УСЛОВИЯХ

Кирбятьева  Татьяна  Владимировна

аспирант  Астраханского  инженерно-строительного  института  (АИСИ),  РФ,  г.  Астрахань

E-mail: 

Кортовенко  Любовь  Павловна

канд.  техн.  наук,  доцент  кафедры  ПГС  АИСИ,  РФ,  г.  Астрахань

Мордвинова  Ирина  Евгеньевна

лаборант  инженерно-технического  центра  ООО  «Газпром  добыча  Астрахань»,  РФ,  г.  Астрахань

DEVELOPMENT  OF  METHODS  FOR  ACCELERATED  TESTING  TO  DETERMINE  THE  RESOURCE  COATINGSIN  ATMOSPHERIC  CONDITIONS

Tatiana  Kirbyateva

graduate  student ,  Civil  Engineering  Institute,  Russia,  Astrakhan

Lyubov  Kortovenko

Ph.D,  assistant  professor  of  ICB  chair,  Civil  Engineering  Institute,  Russia,  Astrakhan

Irina  Mordvinova

laboratory  assistant  of  Ltd  "Gazprom  dobycha  Astrakhan»,  Russia,  Astrakhan

АННОТАЦИЯ

Целью  исследований  была  разработка  метода  ускоренной  оценки  качества  и  ресурса  ЛКП  в  атмосферных  условиях.  Данная  задача  решена  применением  электрохимического  емкостно-омического  метода.  Разработанная  методика  позволила  обойти  трудности,  связанные  с  интерпретацией  ускоренных  испытаний,  и  делать  прогнозную  оценку  ресурса  ЛКП  в  атмосферных  условиях.

ABSTRACT

Urpose  of  the  research  was  to  develop  a  method  of  rapid  assessment  and  resource  quality  paintwork  in  atmospheric  conditions.  This  problem  was  solved  by  using  an  electrochemical  capacitance-ohmic  method.  The  developed  method  has  allowed  to  overcome  the  difficulties  associated  with  the  interpretation  of  accelerated  testing.

Ключевые  слова:  лакокрасочные  покрытия;  ресурс;  ускоренные  испытания.

Keywords:  paint  and  varnish  coverings;  resource;  accelerated  testing.

Важной  проблемой  в  лакокрасочной  промышленности  при  создании  новых  покрытий  и  при  принятии  решения  об  использовании  того  или  иного  покрытия  является  оценка  их  качества.  Если  речь  идет  о  применении  лакокрасочных  покрытий  (ЛКП)  для  защиты  от  коррозии,  то,  в  первую  очередь,  необходимо  иметь  надежный  метод  прогнозирования  срока  службы  (ресурса)  предлагаемых  к  использованию  покрытий  в  натурных  условиях. 

Лакокрасочные  покрытия  для  защиты  от  коррозии  конструкций  из  мягкой  стали  в  умеренно  агрессивных  атмосферных  условиях  считаются  эффективными,  если  они  имеют  срок  службы,  по  меньшей  мере,  10  лет.  Для  более  агрессивных  сред  данный  параметр  может  быть  уменьшен,  но  обычно  не  более  чем  до  5  лет  [1,  с.  12].  Простые  эксплуатационные  испытания  при  столь  длительных  сроках  службы  покрытий  также  требуют  очень  много  времени.  Проведение  ускоренных  испытаний  имеет  определенные  трудности,  связанные,  в  первую  очередь,  с  интерпретацией  полученных  результатов  [2,  с.  192].  Разработка  методов  исследований  ЛКП,  позволяющих  как  обойти  трудности,  связанные  с  длительностью  натурных  испытаний,  так  и  исключить  недостатки  и  неоднозначность  трактовки  результатов  ускоренных  испытаний,  в  настоящее  время  очень  актуальна. 

Целью  наших  исследований  была  разработка  достаточно  простого  электрохимического  метода  для  оценки  качества  и  ресурса  лакокрасочных  покрытий  в  атмосферных  условиях.

С  этой  точки  зрения,  перспективными  являются  электрохимические  методы  оценки  качества  ЛКП,  в  качестве  одного  из  которых  может  быть  использован  метод  измерения  импеданса  на  переменном  токе,  называемый  еще  емкостно-омическим.  В  основе  данного  метода  лежит  тот  факт,  что  у  образцов  с  ЛКП  в  электропроводных  средах  по  мере  ухудшения  защитных  свойств  покрытия  уменьшается  сопротивление  изоляции  и  возрастает  емкость  на  межфазной  границе  за  счет  доступа  агрессивной  среды  к  поверхности  защищаемого  металла.  Данный  метод  является  неразрушающим  и  позволяет  наблюдать  поведение  нанесенных  на  металлические  образцы  ЛКП  в  условиях  эксплуатации  [2,  с.  192]. 

Суть  метода  определения  импеданса  образцов  с  ЛКП  состоит  в  определении  электрической  емкости  и  сопротивления  образцов,  погруженных  в  электропроводную  жидкость,  в  качестве  которой  возможно  применение  стандартного  раствора  3  %  NaCl  +0,5  М  Н₃ВО₃.  Для  исследований  может  быть  использован  лабораторный  переменнотоковый  мост  (типа  Р-5021),  позволяющий  проводить  измерения  в  широком  диапазоне  частот  (20—200000  Гц). 

Эквивалентная  электрическая  схема  для  системы  «металл-покрытие-раствор»  отличается  от  схемы  для  системы  «металл-раствор»  наличием  дополнительно  двух  элементов  —  электросопротивления  пленки  покрытия  R_пл  и  емкости  плоского  конденсатора,  образованного  подложкой  (металл)  с  пленкой  покрытия  (диэлектрик)  С_пл.  Остальные  элементы  эквивалентных  схем  двух  систем  совпадают  и  имеют  одинаковый  физический  смысл.

Лабораторные  исследования  показали,  что  на  начальной  стадии  испытаний  образцов,  когда  покрытие  еще  не  разрушено,  элементы  эквивалентных  схем  (например,  емкость  двойного  слоя  С_дв,  емкость  и  сопротивление  диффузии  С_диф  и  R_диф  ,  сопротивление  пленки  R_пл)  на  несколько  порядков  отличаются  от  параметров,  полученных  для  металлической  подложки  без  покрытия.  По  мере  разрушения  покрытия  указанные  параметры  изменяются  и  стремятся  к  значениям,  определенным  на  подложке  (металле  без  покрытия)  в  этом  же  растворе.

Практическое  определение  этих  параметров  позволяет  описать  полную  временную  зависимость  разрушения  лакокрасочного  материала  от  начала  испытания  до  предельного  разрушения  и,  следовательно,  пригодно  для  ускоренных  методов  определения  срока  службы  покрытия  в  натурных  условиях.

Для  определения  срока  службы  ЛКП  в  атмосферных  условиях  проводятся  комплексные  испытания,  включающие  ускоренные  лабораторные  исследования  и  экспозицию  образцов  с  ЛКП  в  натурных  условиях  с  последующим  определением  параметров  разрушения  в  лаборатории. 

На  первом  этапе  исследований  в  ускоряющем  лабораторном  растворе  определяют  электрохимические  параметры  системы  «металл-покрытие-раствор»,  являющиеся  одновременно  и  параметрами  разрушения  ЛКП.  Результатом  лабораторных  испытаний  является  получение  временной  зависимости  одного  (или  нескольких)  параметров  разрушения,  начального  значения  параметра  разрушения  П₀  и  ресурса  покрытия  Т₁  в  ускоряющем  лабораторном  растворе.  Для  экспериментально  полученной  зависимости  можно  подобрать  наиболее  подходящую  аналитическую  зависимость.  При  линейной  зависимости  параметра  разрушения  от  времени,  полученной  в  лабораторных  условиях,  и  предполагая  также  линейную  зависимость  для  реальной  среды,  легко  рассчитать  ресурс  покрытия  в  реальной  среде.  Проведя  испытания  на  начальной  стадии  разрушения  покрытия  и  получив  значения  времен,  для  которых  параметр  разрушения  П_изм  для  лабораторных  и  промышленных  испытаний  одинаков,  получим  для  ресурса  ЛКП  в  промышленной  среде  (Т₂)  следующее  выражение:

    (1)

где:  Т_изм1  ,  Т_изм2  —  времена  испытаний  в  лабораторных  и  реальных  средах,  соответствующие  параметру  разрушения  П_изм;

  Т₁  —  ресурс  покрытия  в  лабораторной  среде.

Отношение  Т_изм2/Т_изм1  назовем  коэффициентом  кратности  К.

Если  полученная  в  лабораторных  условиях  зависимость  параметра  разрушения  от  времени  отличается  от  линейной,  то  в  этом  случае  следует  подобрать  какую-либо  другую  аналитическую  зависимость,  наилучшим  образом  соответствующую  полученным  экспериментальным  данным. 

Разработанная  нами  методика  была  использована  при  прогнозировании  срока  службы  ЛКП  в  промышленной  атмосфере  Астраханского  ГПЗ. 

Образцы  с  покрытием  «Грэмируст»  экспонировались  в  атмосферных  условиях  АГПЗ  в  течение  4-х  месяцев.  После  экспозиции  образцы  перенесли  в  лабораторный  раствор  3  %  KCl  +  0,5М  Н₃ВО₃  и  определили  параметры  R_диф,  R_пл,  С_дв.  Установили,  что  наибольшие  изменения  наблюдаются  для  параметра  R_диф. 

Было  установлено,  что  полученная  в  лабораторных  условиях  зависимость  величины  R_диф  от  времени  разрушения  достаточно  хорошо  может  быть  описана  функцией  вида: 

    (2)

где:  Т₁  —  ресурс  покрытия  в  лабораторных  условиях;

П₀  —  начальное  значение  параметра  разрушения;

П_р  —  конечное  значение  параметра  разрушения.

Линейная  зависимость,  соответствующая  полученной  кривой,  имеет  вид:

При  этом  разность  между  значениями  t_кр  и  t_n,  соответствующими  некоторому  измеренному  параметру  П_изм,  может  быть  определена  как  t₁  =  аТ₁  (а  —  величина,  зависящая  от  значений  П₀  и  П_изм).

Приняв,  что  в  промышленных  условиях  кривая  разрушения  имеет  вид,  подобный  виду  полученной  в  лабораторных  условиях  кривой,  но  с  некоторым  другим  параметром  Т₂  (Т₂  —  ресурс  покрытия  в  промышленной  среде),  t₂  можно  представить  в  виде  t₂  =  аТ₂.

Времена,  соответствующие  параметру  П_изм,  для  линейных  зависимостей  в  лабораторной  и  промышленной  среде  имеют  вид:

  ;  (4)

  ;  (5) 

или 

t_л1  =  в  Т₁  ;  (6)

t_л2  =  в  Т₂  ,  (7)

где  в  =  (П₀  –П_и)/  (П_о-П_р).

Для  значений  времен,  соответствующих  параметру  П_и  и  лежащих  на  кривых  П  (t),  получаем  следующие  выражения:

t_k1  =  вТ₁  +  аТ₁  =  Т₁  (а+в);  (8)

t_k2  =  вТ₂  +  аТ₂  =  Т₂  (а+в).  (9)

Ресурс  покрытия  в  промышленной  среде  может  быть  найден  как

    (10)

Для  покрытия  «Грэмируст»  (t_k1  =  6  суток;  t_k2  =  120  суток;  Т₁  =  60  суток)  прогнозируемый  ресурс  составил  Т₂  =  1200  суток. 

Разработанная  комплексная  методика  ускоренных  испытаний  позволяет  оценивать  качество  лакокрасочных  покрытий  и  за  адекватно  короткий  срок  (не  более  года  для  покрытий  с  ресурсами  5—10  лет)  делать  прогноз  срока  службы  ЛКП  в  атмосферных  условиях. 

Список  литературы:

1.Субботина  О.Ю.  Современные  отечественные  материалы  для  комплексной  защиты  мостовых  конструкций  от  коррозии.  /  О.Ю.  Субботина,  М.В.  Вахрушев,  Н.В.  Герт  //  Транспортное  строительство.  —  2008.  —  №  8.  —  С.  12—18.

2.Cкентльбери  Дж.Д.  Органические  покрытии  и  перспектива  их  применения  для  антикоррозионной  защиты  //  Сб.  статей  под  ред.  Страффорда  К.Н.,  Датты  П.К.,  Гуджена  К.Дж.  «Покрытия  и  обработка  поверхности  для  защиты  от  коррозии  и  износа».  М.:  Металлургия,  1991.  —  240  с.