МИРОВОЙ ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ЦСС

«Икона» австралийской лакокрасочной индустрии - первый в мире опыт применения ЦСС На фото километровый надземный трубопровод Морган- Вьялла Дата окраски – 1942 г. Покрытие – термоотверждаемый цинксиликатный состав. Нынешнее состояние – на большей части трубопровода сохраняется первоначальное покрытие. По оценкам специалистов, оно еще прослужит неопределенно длительный срок.

Погрузочный терминал Хей Пойнт, Куинсленд, 1992 Дата окраски – 1992 г. Покрытие – ЦСС на водной основе Состояние на момент 2003 года –хорошее

Газонасосная станция (Gippsland, Victoria) Все металлоконструкции и оборудование окрашены в один слой (75 мкм) органоразбавляемым ЦСС. Спустя 23 года лишь в отдельных местах, где толщина покрытия оказалась ниже необходимой, проступили небольшие пятна ржавчины. По оценкам специалистов, ремонт покрытия не понадобится еще лет.

Морской терминал для погрузки древесной стружки Условия эксплуатации - жесткий морской климат. Все металлоконструкции над зоной заплеска волны окрашены в 1992 г. ЦСС толщиной мкм. Условия эксплуатации - жесткий морской климат. Все металлоконструкции над зоной заплеска волны окрашены в 1992 г. ЦСС толщиной мкм. Осмотр в 2005 году не выявил признаков ржавчины или разрушения покрытия Осмотр в 2005 году не выявил признаков ржавчины или разрушения покрытия

Мост «Бэтмэн» через реку Тамар (Тасмания) … получивший престижную награду «За инженерное искусство» в 1968 г.. Условия эксплуатации - жесткий морской климат. Вся конструкция окрашена в один слой (75 мкм) ЦСС в 1967 году. 30 лет спустя конструкции все еще были защищены первоначальным покрытием. В местах фрикционных зажимов многочисленных сочленений применялся тот же состав. … получивший престижную награду «За инженерное искусство» в 1968 г.. Условия эксплуатации - жесткий морской климат. Вся конструкция окрашена в один слой (75 мкм) ЦСС в 1967 году. 30 лет спустя конструкции все еще были защищены первоначальным покрытием. В местах фрикционных зажимов многочисленных сочленений применялся тот же состав.

Морская нетфтедобывающая платформа, Бассов пролив (Юг Австралии), окрашена ЦСС в 1990 г. Фото 2005 года

Морская нетфтедобывающая платформа, Мексиканский залив -15 лет службы.

Воздушный шлюз атомной станции

Нанесение промежуточного эпоксидно- асфальтного покрытия на стальной мостовой настил, покрытый ЦСС

Микрофотография горячецинкового покрытия. Четко выделяются 4 слоя. обеспечиваемая степень защиты зависит линейно от количества расходуемого анода на площадь поверхности стали, и одно из преимуществ такой системы состоит в ее предсказуемости, т.е. зная параметры среды эксплуатации и толщину покрытия, можно с достаточно большой точностью прогнозировать срок его службы. Или наоборот – рассчитать толщину покрытия на требуемый срок эксплуатации (это можно сделать с помощью программы, размещенной на интернет-сайте обеспечиваемая степень защиты зависит линейно от количества расходуемого анода на площадь поверхности стали, и одно из преимуществ такой системы состоит в ее предсказуемости, т.е. зная параметры среды эксплуатации и толщину покрытия, можно с достаточно большой точностью прогнозировать срок его службы. Или наоборот – рассчитать толщину покрытия на требуемый срок эксплуатации (это можно сделать с помощью программы, размещенной на интернет-сайте Слой цинка, нанесенный горячим методом, помимо изолирующего покрытия является также расходуемым анодом, распределенным по всей поверхности конструкции Слой цинка, нанесенный горячим методом, помимо изолирующего покрытия является также расходуемым анодом, распределенным по всей поверхности конструкции

Толщина горячецинкового покрытия в процессе эксплуатации уменьшается, отчетливо видно разрыхление поверхностных слоев покрытия (справа).

ЦИНКОНАПОЛНЕННЫЕ ПОКРЫТИЯ физико-химический механизм работы покрытий, полученных методом ГЦ и ХЦ существенно различаются. Если расход цинка ГЦ-покрытия происходит линейно, и продукты коррозии, не успевающие образовать достаточно стойкой к внешним воздействиям пленки, вымываются с поверхности свободно, то в пористом цинксиликатном покрытии они накапливаются, уплотняя и цементируя его.

Коррозия горячеоцинкованных поручней через 2,5 года в морских условиях

ЦСС, ТСП 75 мкм, после 1440 ч солевого тумана Горячецинковое покрытие, ТСП 75 мкм, после 1440 ч солевого тумана

Схема идеального покрытия Связующее в правильно подобранной пропорции обеспечивает целостность пленки и не мешает контакту частиц между собой и с подложкой Связующее в правильно подобранной пропорции обеспечивает целостность пленки и не мешает контакту частиц между собой и с подложкой Необходимое условие для обеспечения катодной защиты– контакт частиц цинка между собой и с подложкой Необходимое условие для обеспечения катодной защиты– контакт частиц цинка между собой и с подложкой

Зависимость катодных свойств покрытия от количества цинкового пигмента Органические связующие являются диэлектриками, поэтому для обеспечения необходимой степени электропроводности покрытия, при котором оно способно обеспечить катодную защиту, требуется высокое наполнение его цинком. Органические связующие являются диэлектриками, поэтому для обеспечения необходимой степени электропроводности покрытия, при котором оно способно обеспечить катодную защиту, требуется высокое наполнение его цинком. Рекомендуемое содержание цинка в сухой пленке таких покрытий - не менее 92% по весу Рекомендуемое содержание цинка в сухой пленке таких покрытий - не менее 92% по весу

Влияние различия плотности пигмента и связующего на однородность материала при хранении Чем более состав склонен к осаждению цинкового пигмента, тем более частого перемешивания требует в процессе нанесения

Влияние неоднородности материала на свойства пленки Различная концентрация пигмента в пленке при нанесении плохо перемешанного состава приводит к тому, что на одних участках частицы цинка изолированы друг от друга связующим и не обеспечивают катодной защиты, а на других недостаток связующего не обеспечивает необходимых физико-механических свойств пленки покрытия

Соотношение связующее:цинк 95% = 5:95 = 1:19 95% = 5:95 = 1:19 90% = 10:90 = 1:9 90% = 10:90 = 1:9 85% = 15:85 = 1:5,7 85% = 15:85 = 1:5,7 Приводимые в спецификациях о содержании цинка в покрытии зачастую вводят в заблуждение. Поскольку цинк в 7 раз тяжелее эпоксидного, полиуретанового или стирольного связующего, кажущаяся незначительной разница в 5% на самом деле резко отражается на объемном содержании цинкового пигмента в покрытии, что напрямую влияет на его электропроводность. Выше приведены примеры реальных весовых соотношений связующего и цинка (справа) в зависимости от % содержания цинка в покрытии (слева). Приводимые в спецификациях данные о содержании цинка в покрытии зачастую вводят в заблуждение. Поскольку цинк в 7 раз тяжелее эпоксидного, полиуретанового или стирольного связующего, кажущаяся незначительной разница в 5% на самом деле резко отражается на объемном содержании цинкового пигмента в покрытии, что напрямую влияет на его электропроводность. Выше приведены примеры реальных весовых соотношений связующего и цинка (справа) в зависимости от % содержания цинка в покрытии (слева). Устоявшееся мнение о необходимости содержания цинка в сухой пленке не менее 92% относится только к покрытиям на органических связующих. Содержание цинка в неорганических покрытиях варьируется в пределах 85-90,5% по весу. Связующее с высоким удельным весом занимает меньший объем и обеспечивает плотную упаковку цинкового пигмента

Степень контакта между частицами цинкового пигмента в покрытии в зависимости от удельного веса связующего При одинаковом соотношении связующее/цинк объемная концентрация пигмента существенно отличается в зависимости от удельного веса связующего. Если для цинксиликатных покрытий характерна низкая чувствительность к пониженному содержанию металлического цинка, то Напротив, незначительный сдвиг рецептуры в сторону снижения количества цинка или недостаточное перемешивание в процессе нанесения органических составов чреваты полным отказом функции катодной защиты. Содержание цинка в сухой пленке неорганических покрытий варьируется в пределах 85-90,5% по весу. Связующее с высоким удельным весом занимает меньший объем и обеспечивает плотную упаковку цинкового пигмента 1,6 г/см 3 Хлоркаучук 1 г/см 3 Полистирол 2,5 г/см 3 SiO2

Изменение электрического потенциала покрытия ЦСС во времени (наполнение цинком - 85%)

Классификация ЦНС по коррозионной стойкости 1. Термически отверждаемые 2. Химически отверждаемые 3. Самоотверждаемые а) двухупаковочные б) одноупаковочные 1. ЦНС на основе органических связующих (Тип IIA,В) A…-…Z

Микрофотография покрытия на основе ЦСС

ОСНОВА ОРГАНИЧЕСКОГО ПОЛИМЕРА Связующим компонентом органических ЦНС являются органические смолы, основой полимерной цепочки которых является последовательность атомов углерода: Связующим компонентом органических ЦНС являются органические смолы, основой полимерной цепочки которых является последовательность атомов углерода: - C - C - C - C - C - C - C -

ОСНОВА НЕОРГАНИЧЕСКОГО ПОЛИМЕРА Основой полимерной цепочки связующего НЦНС является последовательность атомов кремния и кислорода:

Благодаря связям между соседними цепочками образуется конденсированная кремневая кислота

для разрыва кремний-кислородной связи требуется большая энергия активации. Прочность кремний- кислородной связи - Si - O - Si - O - Si - - Si - O - Si - O - Si - = 445 КДж/моль Прочность углерод- углеродной связи - C - C - C - C - C – = 358 КДж/моль

Химические связи между элементами системы обеспечивают прочность покрытия в отличие от органических связующих, являющихся диэлектриками, силикатное связующее в процессе отверждения вступает в реакцию с цинком, образуя цинксиликатный полимер, окружающий частицы металлического цинка. В итоге формируется электропроводная матрица Наличием этих связей объясняется также низкая чувствительность цинксиликатной пленки к пониженному содержанию металлического цинка.

КОЛ-ВО МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ЦИНКА, ОБЕСПЕЧИВАЕМОЕ ЦНС НА 1 м 2 Цинксиликатный - ТСП 75 микрон Цинксиликатный - ТСП 75 микрон Водоразбавляемый - 280g/m 2 Водоразбавляемый - 280g/m 2 Органоразбавляемый -185g/m 2 Органоразбавляемый -185g/m 2 Органический - ТСП 75 микрон Органический - ТСП 75 микрон Органоразбавляемый -185g/m2 Органоразбавляемый -185g/m2

Однако новейшие разработки позволяют снизить содержание цинка в покрытии до 30%. Сегодня эти системы пока только проходят климатические испытания. На представленных фотографиях слева – обычное покрытие, справа – испытуемое.

сетчатый надрез на участке, покрытом ЦСС, произведенный за пять лет до снимка. Очевидно полное отсутствие распространения коррозии.

АБРАЗИВНАЯ СТОЙКОСТЬ ЦСС фрагмент оффшорной нефтедобывающей платформы. Все конструкции, включая настил, покрыты водным ЦСС

АБРАЗИВНАЯ СТОЙКОСТЬ СХЦ «ТЕРМОЦИНК» С октября 2005 года два оцинкованных люка проходят натурные испытания на тротуаре вблизи проезжей части, т.е. в высококоррозионной среде в сочетании с интенсивными истирающими нагрузками. Осмотр спустя 6 лет не выявил повреждений покрытия или признаков коррозии.

Покрытие на основе органического грунта относительно пластично, и в условиях повышенной влажности по мере накопления продуктов коррозии цинка в его плоскости нарастают напряжения сжатия, проявляющееся в итоге вздутием и отслоением или расслоением

Системы покрытий на основе различных типов ЦНС после испытаний Трехслойное покрытие на основе цинксиликатного грунта

Системы покрытий на основе различных типов ЦНС Трехслойное покрытие на основе эпоксидного цинконаполненного грунта

Системы покрытий на основе различных типов ЦНС Четырехслойное покрытие на основе эпоксидного цинконаполненного грунта

Тест "пулевое отверстие". Только 75% отдробеструенной поверхности стальной пластины покрыто цинконаполненным материалом. Пластина полностью погружается в 5%-й раствор поваренной соли. Качественные покрытия могут защищать оголенную поверхность до трех месяцев, а "слабые" - лишь несколько дней.

Способность Пк защищать поврежденные участки Стальная пластина, покрытая ЦНС, на которую затем была нанесена царапина до металла. За 800 часов последующих испытаний в камере 5-процентного соляного тумана на пластине не было отмечено никаких следов коррозии, а сама царапина запечаталась продуктами коррозии цинка. Затем пластина была извлечена, вдоль нижней половины старой царапины была нанесена свежая (снова оголившая сталь) и пластина была немедленно помещена назад в соляной туман. Только после этой процедуры незащищенный участок подвергся сильной коррозии.

Сравнительные свойства цинксиликатных материалов СвойстваЦССЭ/С Подготовка поверхности -/+-/+-/+-/++ Технологичность (лёгкость нанесения) -+ Склонность к появлению волосяных трещин ++ -/+-/+-/+-/+ Тведость+++ Содержание ЛОС +++- Пузырение при окраске -- Содержание сухого остатка ++++ Скорость отверждения (стойкость к воздействию влаги) ++++ Скорость отверждения (стойкость к механическим нагрузкам) ++++ Скорость отверждения (готовность к окраске) + -/+-/+-/+-/+ Хим. стойкость Коррозионная стойкость

Начальная стоимость 1 м.кв. (синий столбик) и затраты на ремонт покрытия (красный столбик) в течение периода эксплуатации Водоразбавляемый цинксиликатный Этилсиликатный +грунт+покрытие на основе железной слюдки ГорячеецинкованиеТермическоенапыление

Для абразивоструйной обработки поверхности необходимо применять только остроугольный абразив Угловатый профиль позволяет покрытию надежно «зацепиться», и даже при отслоении часть цинка останется в нишах, что обеспечит защиту на некоторое время На гладкой поверхности адгезия покрытия ниже и выше риск полного отслоения