В статье рассматриваются технологии газопламенного напыления на металл, бетон, кирпич, стекло, дерево, оштукатуренные поверхности для получения защитно-декоративного и антикоррозионного покрытия с нужной цветовой гаммой. Оборудование для газопламенного напыления, разработано авторами и изготовлено на предприятиях РФ, а рекомендации основаны на результатах научных исследований и испытаний.
УДК 621.874.7
В.Г. ПОПОВ, канд. техн. наук, Череповецкий государственный университет, г. Череповец, evrika1812@rambler.ru, А.В. ПОПОВ, ООО «Златовест», г. Москва, zvest@yandex.ru, Т.Н. ЖИГУЛИНА, ООО «Научно-экспертный центр «Эврика», г. Череповец, tnpopova1985@rambler.ru
Ключевые слова: газопламенное напыление, порошковые полимерные композиции, покрытие, строительство, реконструкция, защита, коррозия
Keywords: flame spraying, powder polymer composition, coating, construction, reconstruction, protection, corrosion
Технология относится к области получения защитно-декоративных и противокоррозионных покрытий на изделия из металла, бетона, кирпича, дерева, оштукатуренные поверхности. Она может быть использована в металлургии, химической индустрии, в промышленности строительных материалов, а кроме того, при ремонте и реконструкции зданий и сооружений, мостов, кровли, эстакад, заборов и т.д.
Изначально данная технология была разработана в СССР в 1980-90 годы. Ее рекомендовали для получения защитно-декоративных покрытий для отделки фасадов, интерьеров, ограждений, малых архитектурных форм, для защиты арматуры, закладных деталей и т.п. Техническая задача заключалась в снижении энергоемкости и трудоемкости, а также в увеличении производительности технологического процесса, расширении областей применения. Газопламенное напыление – замечательная альтернатива традиционным методам защиты и декоративным покрытиям (окраске, грунтовке, облицовке плиткой и лентой).
Усовершенствование технологии, оборудования и составов порошковых композиций особенно актуально в нынешних условиях действия различного рода экономических санкций со стороны стран ЕС и США. Необходимо разрабатывать установки с учетом зарубежного и отечественного опыта с использованием полимерных материалов и композиций российского производства и обязательно запатентовать. Желательно организовать выпуск конкурентоспособного оборудования для газопламенного напыления полимерных порошков (композиций) в количестве, достаточном для широкого внедрения на территории России.
Технологический процесс заключается в том, что порошковый полимерный материал (с температурой плавления до 800°С), наполнитель и пигмент, транспортируемые воздухом, пропускаются через факел пламени и, нагреваясь до пластического состояния, при ударе о специально подготовленную поверхность сцепляются с ней, образуя равномерное покрытие. Срок эксплуатации таких покрытий составляет 10-50 лет, в зависимости от условий эксплуатации и экологии. Толщина покрытий – от 150 мкм и более.
Достоинства газопламенного порошкового напыления:
– нанесение защитно-декоративных и противокоррозионных покрытий на металл, бетон, кирпич, оштукатуренную поверхность, дерево, стекло, картон, асбоцемент, фаянс, текстолит, пластмассу и т.п.;
— равномерное покрытие больших площадей и ограниченных участков крупных изделий;
— возможность применения для напыления композиций с различными пигментами;
— покрытие выполняется без использования грунтовки и гарантирует отличную устойчивость цвета;
— относительно высокая производительность (до 12 кг порошка в час, или до 60 м3/час);
— толщина покрытий регулируется в широких пределах;
— возможность нанесения разных материалов с помощью одного и того же оборудования;
— относительно низкая трудоемкость процесса и сравнительная простота оборудования;
— возможность проводить работы в любое время года при любых погодных условиях;
— нанесения покрытий в полевых условиях;
— возможность нанесения на работающие недемонтируемые объекты, включая доступ к труднодоступным местам;
— ремонт и восстановление поверхностей с термопластическим покрытием, нанесенным с использованием других методов;
— нанесение различных типов термопластика (полиэтилен, полипропилен, поливинилбутераль, термопластичные порошки PLASCOAT, термопластичная порошковая краска РРА 571, сверхвысокомолекулярный полиэтилен СВМПЭ);
— одноэтапный цикл нанесения;
— полное восстановление поверхности и возможность последующего обновления покрытия;
— экологическая безопасность, нетоксичное нанесение;
— безопасность для оператора и окружающих;
— отсутствие избыточного распыления;
— возможность немедленной эксплуатации объекта после нанесения покрытий;
— долговечность покрытия 10-50 лет;
— устойчивость к воздействию агрессивных химических веществ и защита от коррозии и окисления;
— ремонт, обслуживание и нанесение термопластичных покрытий на неокрашенные изделия;
— экономичность.
Недостатки процесса:
— запыленность рабочих мест оператора во время подготовительной обработки поверхности объекта напыления;
— выделение пыли и дыма при напылении; дороговизна отдельных порошковых композиций;
— необходимость применения средств индивидуальной защиты.
Технология включает подготовку поверхности (прочность сцепления напыленного слоя с поверхностью объекта напыления зависит от качества подготовки поверхности: пескоструйная, дробеструйная, металлическими щетками, обеспыливание, обезжиривание); нанесение газопламенного напыления с помощью установки газопламенного порошкового напыления, работающей на пропан-бутане. Она используется для ручного газопламенного нанесения однослойного покрытия. Источники энергии – сжатый воздух, смесь газов (пропан-бутан).
Компания Tecno Supply – европейский лидер в области систем защитной и антикоррозийной обработки поверхностей, нанесения безопасных антикоррозионных покрытий. Кроме прочего компания занимается распространением порошков PLASCOAT. Поставляемое этой компанией оборудование GLADIATOR – самая эффективная технология предупреждения разрушения поверхностей. Оборудование компактное, отличается легкой транспортировкой, простотой использования, высокой скоростью нанесения и производительностью, работает на пропане и сжатом воздухе, включает приборы контроля – пирометр и толщиномеры серии Quanix.
Применение:
1. Противоосмотический барьер для наружных объектов:
— строительные конструкции, мосты, объекты, используемые в морской среде;
— поверхность против скольжения.
2. Постоянная диэлектрическая защита:
— защитные покрытия против блуждающих токов для подземных сооружений;
— защита от электрической и морской коррозии.
3. Химическая сопротивляемость, защита металла от окисления:
— покрытия, устойчивые к истиранию, с высокой механической прочностью;
— покрытие каналов выброса минеральных остатков и отработанной воды.
4. Оформление городов:
— фонарные столбы, балюстрады, ограды, сооружения парков, системы газо- и водоснабжения, бассейны, рекламные щиты, подземные и надземные пешеходные переходы, кровли домов, фундаменты и детские площадки.
5. Строительство и ремонт зданий и сооружений:
— защита бетонных фундаментов от коррозии в строительстве;
— ремонт кровли домов из любого материала.
Примеры практического применения: Чили – металлоконструкции на заводе по производству меди в г. Сантьяго, трубы кислосодержащих жидкостей в шахте, обработка половинок шламовых труб в шахтах; Канада – наружные стенки емкостей с серной кислотой, опорные конструкции. Широко применяется технология газопламенного напыления термопластиками в странах: США, Индия, Новая Зеландия, Южная Корея, Великобритания, Турция и др. кроме России.
Итак, еще раз о преимуществах технологии.
Одноэтапный цикл нанесения – нанесение термопластика осуществляется в один этап непосредственно на предварительно подготовленную и нагретую с помощью пистолета или дополнительной горелки поверхность. Полное восстановление поверхности и возможность последующей реставрации покрытия: для последующего ремонта или увеличения толщины покрытия достаточно повторно расплавить порошок на поверхности.
Экологически безопасное и нетоксичное нанесение – отсутствие растворителей, органических летучих соединений, пластификаторов, галогенов, изоцианатов и тяжелых металлов. Безопасность для оператора. Отсутствие избыточного распыления. Возможность немедленной эксплуатации обработанного изделия.
Долговечность покрытия – там, где использование других традиционных систем не дало желаемого результата. Устойчивость к воздействию агрессивных химических веществ и защита от коррозии и окисления – ремонт, обслуживание и нанесение термопластичных покрытий на неокрашенные изделия.
Однако существующие зарубежные технологии, установки для газопламенного напыления полимерных порошков (более 1 млн руб.), порошковые композиции для российского потребителя довольно дороги, поэтому отсутствует их широкое применение для нанесения противокоррозионного и защитно-декоративного покрытия на металл, бетон, кирпич, дерево и т. п.
Была поставлена цель – разработать недорогую, простую по конструкции установку и использовать полимерные порошки, выпускаемые российскими производителями, с обязательным применением наполнителей, улучшающих свойства покрытий для разных условий эксплуатации. На конструкции питателей, порошковых полимерных композиций отправлены заявки на получение патентов на изобретения и полезные модели.
В качестве наполнителей использовали бой битого автомобильного стекла тонкого измельчения на вибрационной мельнице (фото 1).
Вибрационная мельница [1, 2] позволяет получать порошок стекла фр. 50-100 мкм, можно использовать силикатный порошок (измельченный гранулированный доменный шлак), размер частиц порошка – не более 100 мкм. Перед применением тщательно перемешать с порошковым полимерным материалом. При прохождении через факел пламени порошок стекла не нагревается до пластического состояния, а при ударе о специально подготовленную поверхность заполняет неровности подготовленной поверхности совместно с порошковым полимерным материалом и способствует увеличению сцепления с поверхностью изделия. Способ покрытия защитно-декоративных покрытий на изделие газопламенным напылением [3] включает полимерный материал, силикатный порошок и пигмент.
Конструкция порошкового питателя [4] имеет коническую часть емкости, выполненную под углом 50-65 градусов к горизонту, что способствует исключению мертвых зон и равномерной подаче порошка. Одновременно через отверстие сжатый воздух поступает вниз, а затем вверх, с двух сторон огибая сопло, при этом насыщая порошок в отверстии забора порошка и конической части емкости воздухом, что способствует повышению производительности порошкового питателя, равномерной подаче и исключению «мертвых зон» в емкости. На фото 2 показана установка газопламенного напыления «Эврика» (УГПН – «Эврика»).
Производительность подачи порошка в горелку устанавливается давлением сжатого воздуха, поступающего через сопло в инжектор, а также соотношением диаметра сопла и диаметра смесительной камеры.
Испытание опытного образца порошкового питателя показало повышенную производительность, равномерную подачу разных полимерных порошков с наполнителями и отсутствие образование «мертвых зон» в конической части питателя.
Проведены лабораторные испытания противокоррозионных покрытий в агрессивных средах образцов, покрытых полиэтиленом, ПВБ (поливинилбутераль) без пигмента и с пигментом газопламенным напылением.
При испытании весовым методом определяли разность весов образца металла до и после коррозионных испытаний. Использована десятибалльная шкала оценки коррозионной стойкости металлов (см. ГОСТ 13819, ГОСТ 9.908-85, ГОСТ 9.904-82). В качестве образца взяты стальные пластинки. Агрессивная среда: кислая, щелочная и раствор соли.
Результаты испытаний:
— образец с ПФН-12. Группа стойкости – весьма стойкие и стойкие в щелочной среде и сульфате аммония, а в кислой – стойкие;
— образец с ПВБ (поливинилбутераль) без пигмента и с пигментом. Покрытия ПВФ+5% пигмента. Наличие пигмента повышает стойкость на 15%, а наличие порошкового наполнителя – на 15-25%. Пигмент применялся неорганический.
На фото 3 представлены образцы вариантов напыления разными порошковыми композициями:
— образец №1, полиэтилен порошковый (здесь и далее – производство Мытищи) 100% плюс порошок автостекла 25-30%, пигмент отсутствует;
— образец №2, полиэтилен порошковый 100% плюс порошок автостекла 25-30%, пигмент неорганический 2-5%;
— образец №3, полиэтилен порошковый 50% плюс порошок РР10 50%;
— образец №4, полиэтилен порошковый 50% плюс порошок РР10 50%, пигмент неорганический 2-5%: 4.1 – на бетонном образце; 4.2 – на стальном образце;
— образец №5, порошок РР10 100% плюс порошок автостекла 25-30%, пигмент отсутствует;
— образец №6, порошок РР10 100% плюс порошок автостекла 25-30%, пигмент неорганический 2-5%.
На фото 4 – образец напыления полиэтиленом на металлическое ограждение.
Разработаны рабочие чертежи на несколько вариантов исполнения установки газопламенного напыления «Эврика» (УГПН – «Эврика») с питателем разной емкости, без питателя. Испытание опытного образца порошкового питателя показало повышенную производительность, равномерную подачу разных полимерных порошков с наполнителями и отсутствие образования «мертвых зон» в конической части питателя. Авторы постоянно работают над совершенствованием выпускаемого оборудования в части улучшения его качественных и технических характеристик и конкурентоспособности, а также над разработкой новых полимерных композиций с улучшенными свойствами.
Библиографический список
1. А.С. СССР 1829196. Вибрационная мельница. Баловнев В.И., Шмыков И.Е., Попов В.Г. Опубл. 1993 г.
2. Патент на полезную модель № 88992 РФ. Вибрационная мельница. Попов В.Г., Габтыкаев Д.Ф., Баринов М.С., Широков М.В. Опубл. 27.11.2009 г. Бюлл. 23.
3. Заявка на изобретение № 2014122011 РФ. Способ получения защитно-декоративного покрытия на изделии газопламенным напылением. Попов В.Г., Попов А.В., Жигулина Т.Н. 2014 г.
4. Патент на полезную модель №155465 РФ. Порошковый питатель. Попов В.Г., Попов А.В., Попов С.В., Жигулина Т.Н. Опубл. 10.10.2015 г. Бюлл. № 28.
