Катодное отслаивание - распространенный тест, характеризующий качество как самой антикоррозионной системы, так и ее нанесения. При появлении новых спецификаций, при испытаниях новых материалов или системы часто встает вопрос: пройдет ли покрытие катодное отслаивание? Иногда случается, что уже аттестованные когда-то системы при проведении периодических испытаний «проваливают» этот тест. Что в таком случае делать? Как снизить вероятность провалов в будущем? В статье авторы рассматривают наиболее критичные, на их взгляд, факторы, влияющие на стойкость антикоррозионного покрытия к катодному отслаиванию. В качестве антикоррозионного покрытия рассматривается трехслойная полиэтиленовая система, которая состоит из эпоксидного праймера, полимерного адгезива, связывающего праймер с наружным полиэтиленовым слоем. В качестве эпоксидного праймера могут использоваться как порошковые, так и жидкие термоотверждаемые эпоксидные покрытия.
Стойкость к катодному отслаиванию - это комплексный показатель, то есть на его величину влияет целый ряд факторов. С точки зрения оценки, это, скорее, достоинство: как бы ни происходил процесс нанесения, стойкость к катодному отслаиванию позволяет оценить, насколько вообще покрытие защищает поверхность от коррозии и, тем самым, является очень важным базовым показателем. Что влияет на стойкость получаемого на заводе покрытия к катодному отслаиванию? Можно выделить три области для рассмотрения: подготовка поверхности, условия нанесения и свойства самих материалов.
Подготовка поверхности
Какой должна быть подготовка поверхности для обеспечения высокой стойкости покрытия к катодному отслаиванию? Выделим наиболее важные, на наш взгляд, факторы.
• Дробь и дробеметная очистка.
Для получения оптимального профиля поверхности желательно иметь два последовательно стоящих дробемета. В первом дробемете лучше использовать дробь типа GР или ее аналог, во втором - типа GL или аналогичную. Такая конфигурация позволит сначала убрать загрязнения с поверхности стали, а затем создать разветвленный профиль для большей площади контакта стали с эпоксидным порошковым покрытием. При этом нужно контролировать фракционный состав дроби и ее проводимость: согласно мировой практике [1], проводимость рабочей смеси должна быть ниже 70 мкСм.
Проводимость воды, которая используется для обмывки труб, также необходимо контролировать. Важно, чтобы новые порции дроби добавлялись к рабочей смеси небольшими порциями по мере ее расходования с целью поддержания ее оптимального фракционного состава.
В результате дробеметной очистки профиль поверхности должен составлять не менее 50 мкм [2].
• Степень очистки поверхности.
Степень чистоты поверхности оценивается визуальным осмотром и должна быть не ниже, чем Sa 2½ в соответствии со стандартом ИСО [3].
• Запыленность.
Запыленность поверхности должна быть не выше степени 2 [4]. Для измерения запыленности используются специальные ленты, требования к которым также прописаны в соответствующем стандарте [4]. Клейкая лента для измерения запыленности имеет адгезию не менее 190 Н/см. Здесь важно отметить, что при тестировании лента тщательно приклеивается к поверхности трубы. На рисунке 1 показан пример определения степени запыленности с различным усилием прижатия. Видно, что одна и та же лента на одной и той же трубе может давать разные результаты в зависимости от усилия прижатия. Конечно, в условиях реального производства сложно обеспечить требуемый уровень запыленности. Однако если трубы допускаются к нанесению покрытия при фактической запыленности выше допустимой, то это может приводить к проблемам со стойкостью к катодному отслаиванию и другим тестам адгезии покрытия. Реальный уровень запыленности может быть качественно оценен и после нанесения, что часто делают после неудачного прохождения тестов.
Для этого фрагмент эпоксидного покрытия скалывается с трубы, и под микроскопом исследуется его внутренняя поверхность. Пример, данный на рисунке 2, показывает сравнение качественно не допустимого уровня запыленности поверхности, полученного в заводских условиях, с уровнем запыленности, достижимым в лабораторных условиях. Частицы металлической пыли визуально различимы. Можно сделать вывод, что запыленность поверхности при нанесении была выше допустимой.
Загрязнения, попадающие на поверхность трубы после ее очистки также влияют на стойкость покрытия к катодному отслаиванию. На линии по нанесению на ролики, прикатывающие полиэтилен, часто распыляют силиконовую смазку. С ролика смазка неизбежно попадает на трубу и мигрирует дальше по всей поверхности. Проблема заключается в том, что смазка обладает очень низкой поверхностной энергией, хорошо смачивает и остается на поверхности, а значит, в той области, на которую она попала, контакта эпоксидного покрытия с металлом не произойдет. Возможно, со всем отказаться от использования силиконовых спреев сложно, но можно по крайней мере осознанно использовать смазку только в тех случаях и количествах, в которых это действительно необходимо. Другой источник загрязнений - растворители, испаряющиеся из гладкостного покрытия при разогреве трубы. Часто линии на заводах устроены таким образом, что сначала труба покрывается растворительным гладкостным покрытием, затем растворитель улетучивается, и труба идет на внешнюю изоляцию. На участке внешней изоляции труба разогревается выше 200 °С, при этом остатки растворителя и/или компоненты покрытия с внутренней поверхности трубы могут испаряться и попадать на ее внешнюю поверхность. Этот риск может быть снижен применением безрастворительных гладкостных покрытий.
Нанесение покрытия
С точки зрения нанесения можно выделить следующие аспекты.
• Толщина эпоксидного покрытия должна быть не меньше, чем это указано в спецификации (как правило, не менее 250 мкм для трехслойной системы) и стабильна в течение всей смены. Толщина должна набираться с применением максимально большого числа пистолетов, работающих на минимально возможном давлении. Рекомендуется в первый момент нанесения осуществить плавный и замедленный набор толщины покрытия, чтобы избежать его повышенной пористости на границе с металлом.
• Покрытие должно быть отверждено. Это фактор, наверное, можно отнести к очевидным, тем более, что и степень отверждения обычно регламентируется спецификацией. Но это важно подчеркнуть по крайней мере с точки зрения успешности теста на катодное отслаивание. Так, в случае провала теста бывает полезно конкретный образец/трубу и проверить степень отверждения покрытия.
• Температура нанесения. С точки зрения катодного отслаивания температура нанесения должна составлять 200-250°С и быть максимальной из возможных. Более высокую температуру нанесения обычно ассоциируют с лучшими результатами катодного отслаивания. Объясняется это более высокой растекаемостью порошка при повышенной температуре.
• Точка росы воздуха, используемого в системе подачи порошка, должна быть -30 °С [5] или ниже.
При более высоких значениях влага из воздуха будет аккумулироваться материалом покрытия, что приведет к увеличению пористости пленки и снизит стойкость покрытия к механическому воздействию и катодному отслаиванию. Уже по этому неполному перечню факторов видно, насколько комплексной величиной является к атодное отслаивание. Каждый этап нанесения вносит свой вклад. Могут ли производители материалов помочь заводам добиваться лучших показателей по «катодному»?
Конечно, могут.
Влияние формулы эпоксидного порошка на стойкость к катодному отслаиванию трехслойного полиэтиленового покрытия
Как показано ранее, катодное отслаивание в значительной степени определяется подготовкой поверхности и режимами нанесения материалов. Однако не менее значимым является сам эпоксидный праймер, его состав и свойства. К настоящему времени с точки зрения применения выделилось два класса эпоксидных порошковых покрытий. Это так называемые бесхроматные материалы и материалы, перед нанесением которых используется хроматирование.
• Бесхроматные материалы - это эпоксидные покрытия нового поколения, с повышенной адгезией к стали и, как следствие, обеспечивающие более высокую стойкость покрытия к катодному отслаиванию (рис. 3). Такая улучшенная адгезия позволяет отказаться от процесса хроматирования и наносить эпоксидное покрытие непосредственно на поверхность трубы, получая при этом стабильно высокую стойкость к катодному отслаиванию (табл.). Важно понимать, что несмотря на принятое название «бесхроматные», ключевым свойством этих материалов является высокая адгезия к стали, то есть такие материалы могут применяться как с хроматированием, так и без него.
Как и любая другая разработка, бесхроматные материалы существовали сначала только на бумаге, затем только в лаборатории, затем в виде отдельных экспериментальных партий для пробных внутренних испытаний на заводах. На сегодняшний день можно утверждать, что бесхроматные материалы перешли из разряда многообещающего эксперимента в разряд стандартной широко применяемой технологии. Так, например, бесхроматный эпокси ный праймер Scotchkote. 6233P компании ЗАО .3М Россия. аттестован на ряде трубных заводов в трехслойной полиэтиленовой системе на соответствие требованиям СТО Газпром [7]. При этом хроматная обработка трубы перед нанесением праймера не проводилась. Что касается промышленных поставок, уже есть российские трубопроводные проекты, в которых для строительства трубопровода применялись материалы, нанесенные по бесхроматной технологии.
В последние три года не менее 10 бесхроматных нанесений было проведено на трех российских заводах с использованием материала Scotchkote. 6233Р в трехслойной системе.
Нам показалось интересным обобщить полученные данные. Усредненные результаты долгосрочных тестов на катодное отслаивание приведены в таблице. Видно, что катодное отслаивание с существенным запасом превосходит требования спецификаций, даже при таких классически сложных температурах, как 80 градусов.
Таким образом, эпоксидные праймеры нового поколения, так называемые бесхроматные материалы позволяют исключить стадию хроматирования из процесса производства труб с покрытием. При этом результаты теста на катодное отслаивание, а также другие показатели таких покрытий с большим запасом укладываются в самые строгие требования. Важно, что на российских трубных заводах уже есть линии, аттестованные и работающие по бесхроматной технологии.
Можно резюмировать, что подготовка поверхности и правильно подобранные технологические режимы во многом определяют результаты испытаний. Однако и сами материалы вносят свой вклад в результаты теста. Причем разница между материалами нового и старого поколения чрезвычайно показательна. Таким образом, для стабильного достижения покрытием требуемой стойкости к катодному отслаиванию необходимо .всего. три вещи: следить за подготовкой поверхности; следить за технологическими режимами; использовать лучшие материалы из существующих в отрасли.
Автор: С.А. Хотеев, ведущий инженер, ЗАО «3М Россия»; Ю.Б. Хейфец, руководитель по технической поддерже, ЗАО «3М Россия»
