Хрупкое покрытие на основе искусственных смол

Изобретение относится к тензочувствительному хрупкому покрытию для определения деформаций и напряжений в элементах нефтегазохимических аппаратов и трубопроводов. Состав для покрытия содержит резорциноформальдегидную смолу СФ-282 с добавлением карбамидоформальдегидного концентрата КФК-85, в качестве отвердителя жидкого карбамидоформальдегидного концентрата - водный раствор формалина, этиленгликоля и карбоксиметилцеллюлозы, и гексаметилентетрамин, при этом на 100 массовых частей резорциноформальдегидной смолы компоненты взяты в следующем соотношении, %: карбамидоформальдегидный концентрат КФК-85 35-50; отвердитель 22-25; гексаметилентетрамин 3-6. Покрытие имеет повышенную устойчивость к агрессивным средам. 1 табл.

 

Изобретение относится к определению деформаций и напряжений в элементах нефтегазохимических аппаратов и трубопроводов с помощью тензочувствительных хрупких покрытий, что позволяет получить наглядную картину распределения напряжений на поверхности большого размера, установить зоны наибольшей концентрации напряжений, получить данные для оценки прочности потенциально опасных объектов.

Для получения качественных тензочувствительных покрытий материал должен обладать хорошей адгезией к конструкционным материалам, иметь заданный предел прочности в интервалах эксплуатационной температуры, необходимую влажность и устойчивость к химическим средам.

Ранее были созданы покрытия на основе природных смол - хрупкие канифольные покрытия лакового и порошкового нанесения.

Основным недостатком канифольных покрытий является высокая чувствительность к температуре, влажности среды, и испытания могут проводиться в воздухе или вакууме, не содержащие пары масел или влаги. Канифольные лаковые покрытия требуют длительной сушки (не менее 48 ч) при температуре не ниже 20°С и влажности 40-60%. Для ускорения процесса сушки могут использовать лампы накаливания мощностью 500-1000 Вт.

Известен состав хрупкого тензочувствительного покрытия, включающий резинат бария, резинат марганца и эфир канифоли. Канифольные покрытия горячего нанесения лишены недостатков, но требуют определенных затрат, связанных с газопламенным нанесением /Патент РФ №2058016, опубл. 1996, БИ №10/.

Оксидные покрытия менее чувствительны к климатическим условиям и средам испытания, но требуют определенных мер по электробезопасности, т.к. используется оксидированная фольга /Пригоровский Н.И., Забугина Н.А., Безходарная Л.В. Хрупкие лаковые покрытия для исследования напряжений в деталях машин и конструкциях. - М.: ИТЭИ АН СССР, 1956, - 36 с./.

Хрупкие стеклоэмалевые покрытия также менее чувствительны к климатическим условиям и средам испытания, но существуют определенные трудности в нанесении покрытия - оплавление стеклоэмали в печи /Панских В.К. Тензочувствительные хрупкие покрытия для исследования полей деформаций. Дис. канд. техн. наук. М., 1977/.

Применение хрупких тензочувствительных покрытий дает возможность для выявления наиболее напряженных зон в детали и определения в них величин деформаций для проверки ее прочности /Васильев Е.И. Хрупкие стеклоэмалевые тензочувствительные покрытия для анализа напряженно-деформированного состояния конструкций, работающих в экстремальных условиях. Дис. канд. техн. наук. М., 1998/.

Однако использование таких возможностей хрупких тензочувствительных покрытий ограничено необходимостью иметь покрытие с соответствующими свойствами.

Известно покрытие, содержащее эпоксидную смолу, фталевый ангидрид и дибутилфталат в соотношении 1:0,4:0,01 /SU 1669991 А1, МКИ⁵ C21D 7/02, G01B 11/20, опубл. 15.08.1991/.

Известно полимерное покрытие на основе композиции из эпоксидной смолы и фталевого ангидрида, взятых в мольном соотношении (1-1,05):(2-2,08) /SU 1669991 А1, МКИ⁴ G01В 11/20, опубл. 23.10.1986/.

Известные и применяемые до сих пор покрытия не обладают достаточной стабильностью величины тензочувствительности при изменяющихся условиях испытаний.

Критерием прочности материала хрупкого покрытия является максимальное растягивающее напряжение, т.е. трещина в хрупком покрытии возникает тогда, когда величина максимального растягивающего напряжения в покрытии достигает определенной критической величины, не зависящей от типа напряженного состояния.

Лаки, получаемые на основе искусственных смол при высыхании, дают очень твердую, но хрупкую пленку, хорошо противостоящую морской воде, кислотам, слабым щелочам, растворам многих солей и углеводородным смесям. Разработка новых составов на основе искусственных смол в отличие от природных для анализа деформаций и напряжений в элементах нефтегазохимических аппаратов позволяет получить наглядную картину распределения напряжений на поверхности большого размера, установить зоны наибольшей концентрации напряжений, получить данные для оценки прочности ресурса нефтегазовых аппаратов в агрессивных средах.

Основная задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, - это оценка прочности и безопасности сложных технических систем. В тонком слое хрупкого покрытия на основе фенолформальдегидной смолы при деформации наблюдается картина трещин, отражающих поле наибольших главных напряжений, возникающих в конструкции, в процессе ее нагружения. Анализируя картины трещин, можно оценить не только нагруженность различных зон исследуемой конструкции, но и определить уровень этих напряжений с применением характеристик тензочувствительности хрупкого покрытия.

При осуществлении изобретения поставленная задача заключается в создании хрупкого тензочувствительного покрытия на поверхности конструкций для исследования напряжений, возникающих при деформациях.

Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в повышении устойчивости покрытия к агрессивным средам.

Указанный технический результат достигается тем, что хрупкое тензочувствительное покрытие на основе искусственных смол содержит резорциноформальдегидную смолу СФ-282 с добавлением карбамидоформальдегидного концентрата КФК-85, в качестве отвердителя жидкого карбамидоформальдегидного концентрата - водной раствор формалина, этиленгликоля и карбоксиметилцеллюлозы, и гексаметилентетрамин, при этом на 100 массовых частей резорциноформальдегидной смолы компоненты взяты в следующем соотношении, %: карбамидоформальдегидный концентрат КФК-85 - 35-50, отвердитель - 22-25, гексаметилентетрамин - 3-6.

В состав покрытия входят 4 компонента. На 100 массовых частей резорциноформальдегидной смолы СФ вводят карбамидоформальдегидный концентрат КФК-85, отвердитель жидкого карбамидоформальдегидного концентрата (ОЖ) и гексаметилентетрамин (ГМТА). Весовой состав трех последних компонентов можно изменять в соответствующих пределах, т.к. они используются для отверждения покрытия и для сшивания резорциновых новолаков.

Резорциноформальдегидная смола СФ-282 (ТУ 6-07-402-90) является продуктом поликонденсации резорцина с формальдегидом в среде этилового спирта, этиленгликоля и водного раствора щелочи.

Карбамидоформальдегидный концентрат КФК-85 (ТУ 2181-032-00203803-2003) используется для приготовления лаковых покрытий, представляет собой водный раствор формальдегида и низкомолекулярных производных конденсации карбамида с формальдегидом.

Отвердитель жидкого карбамидоформальдегидного концентрата ОЖ ТИ №74 (производитель г.Тюмень, завод Пластмасс) является водным раствором формалина, этиленгликоля и карбоксиметилцеллюлозы.

Гексаметилентетрамин ГМТА (уротропин) получают из формальдегида и аммиака, в водных растворах хорошо гидролизуется. Используются для сшивания новолаков.

Резорциноформальдегидная смола относится к новолачным смолам, которые получают конденсацией фенола с формальдегидом в кислой среде (рН от 1 до 4), обычно при мольном соотношении формальдегида и фенола (0,75-0,85):1. Новолаки представляют собой термопластичные, т.е. растворимые и плавкие, низкомолекулярные смолы, преимущественно линейного строения с метиленовыми группами между фенольными ядрами. Резорциноформальдегидная смола отверждается только при помощи ГМТА.

Данный состав смешивается при нормальных условиях, в весовых частях. Последовательность приготовления лакового покрытия: отмеряется необходимое количество СФ-282, затем, перемешивая, добавляется требуемое количество КФК-85, ОЖ и ГМТА (уротропин), который предварительно необходимо растворить в этиловом спирте.

Технология приготовления покрытия очень проста, не требует определенных затрат. Приготовленная смесь используется сразу же, при помощи лакового нанесения. Покрытие отверждается при температуре 0-50°С, влажности 0-95% в течение 20 часов. Изменение условий влияет лишь на скорость отверждения. В таблице представлены данные по составу, вес.ч.

Изменение вводимого в состав соотношения карбамидоформальдегидного концентрата КФК-85 ниже 35% или выше 50% снижает чувствительность покрытия, приводит к появлению пластичности, что снижает качество хрупкого покрытия. При содержании отвердителя жидкого ОЖ в составе более 25% заметно возрастает его чувствительность к изменению температуры и влажности среды, что оказывает воздействие на отверждение покрытия и при его охлаждении наблюдается появление усадочных трещин.

Содержание уротропина более 6% влияет на отверждение покрытия, увеличивает время высыхания.

Тарировочные испытания проводились при температуре воздуха 5, 10, 15, 25°С.

Для нанесения покрытия на образцы использовалась кисть. При тарировочных испытаниях образец консольно закрепляют и нагружают на свободном конце.

Для получения сопоставительных данных приготовленную смесь наносили на образцы размерами 285×20×0,6.

Таблица
Компонент	Соотношение компонентов в % на 100 массовых частей резорциноформальдегидной смолы СФ-282
1	2	3	4
Карбамидоформальдегидный концентрат КФК-85	35	40	45	50
Отвердитель ОЖ	22	23	24	25
Гексаметилентетрамин ГМТА	3	4	5	6

Хрупкое тензочувствительное покрытие на основе искусственных смол, отличающееся тем, что состав для покрытия содержит резорциноформальдегидную смолу СФ-282 с добавлением карбамидоформальдегидного концентрата КФК-85, в качестве отвердителя жидкого карбамидоформальдегидного концентрата - водный раствор формалина, этиленгликоля и карбоксиметилцеллюлозы, и гексаметилентетрамин, при этом на 100 массовых частей резорциноформальдегидной смолы компоненты взяты в следующем соотношении, %:

карбамидоформальдегидный концентрат КФК-85	35-50
отвердитель	22-25
гексаметилентетрамин	3-6