Система для обнаружения дефектов в покрытии стенки и способ изготовления такой системы
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и направлено на повышение оперативности и точности обнаружения различных дефектов и их месторасположения в покрытии стенок и самих стенок контейнеров. Этот результат обеспечивается за счет того, что покрытие имеет слой контроля, прикрепленный непосредственно или опосредованно к внутренней поверхности стенки. Этот слой состоит из частей с частями датчика, находящимися независимо друг от друга в функциональной связи с устройством обнаружения. В каждой части слоя контроля часть датчика выполнена из электропроводящего материала, нанесенного на пористый, гибкий слой основы, причем слой основы по меньшей мере частично пропитан затем затвердевающим ламинирующим материалом, содержащим синтетическую смолу в качестве связующего вещества. Каждая часть датчика имеет отдельное электрическое соединение с электрическим устройством обнаружения, а на слой контроля нанесен покрывающий слой, выполненный из синтетической смолы, стойкой к механическому и, возможно, химическому воздействию. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к системе для обнаружения дефектов стенки, используемой для ограничения пространства, в котором хранятся материалы, обычно жидкие материалы, и имеющей покрытие на внутренней стороне, в частности, стенки контейнера, и (или) дефектов в покрытии.
В многочисленных областях жизнедеятельности существует необходимость хранить всевозможные материалы, такие как химические вещества, растворители, нефть и нефтяные фракции и т.д., таким образом, чтобы исключить возможность попадания этих материалов в окружающую среду и смешивания других материалов, поступающих из окружающей среды, с хранящимися материалами. В большинстве случаев такие материалы хранятся в контейнерах, выполненных из различных материалов, преимущественно из металла, в стенках которых могут образоваться отверстия в результате коррозии и других повреждений, и через образующие отверстия могут проникать материалы либо снаружи внутрь контейнера, либо изнутри контейнера в окружающую среду, и тогда хранящиеся материалы могут стать непригодными для использования или может произойти опасное загрязнение окружающей среды. С целью недопущения ущерба используются различные системы контроля для скорейшего обнаружения отверстий, возникающих в стенках контейнера.
Одна из известных систем контроля имеет трехслойное покрытие, нанесенное на внутреннюю сторону стенки контейнера. Первый слой, наносимый непосредственно на стенку контейнера, выполнен из алюминиевой фольги с так называемыми "колоколообразными вмятинами", которая содержит непрерывную систему полостей, расположенных между выпуклостями. На этот слой алюминиевый фольги наносят слой эпоксидной смолы, армированной стекловолокном - ламинат, который представляет собой стекловолокнистый материал, пропитанным синтетической смолой - герметизирующий систему полостей, и на этот слой наносится третий слой, устойчивый к воздействию химических веществ и коррозии. Если в данном контейнере хранятся горючие и (или) взрывчатые материалы, наносится также четвертый антистатический слой. Систему полостей между первым и вторым слоем помещают в вакуум, и она находится в вакууме в течение всего времени контроля. Отверстия, которые потенциально образуются на стенке контейнера, можно обнаружить по изменению степени вакуума, за которым ведется непрерывное наблюдение. Местоположение дефектов выявляется при помощи специального высоковольтного электрического прибора, который перемещают вдоль внутреннего покрытия после обнаружения потери вакуума - о чем сообщает сигнализация - и опустошения контейнера, и отверстие можно обнаружить в том месте, где прибор вырабатывает искры на покрытии. Один из недостатков этой системы заключается в том, что при перемещении прибора вдоль всей внутренней поверхности стенки контейнера можно обнаружить отверстия только на самом первом слое. Применимость системы, в основном, ограничена тем, что в случае, если покрытие содержит также четвертый антистатический слой, способ применять нельзя, поскольку в этом случае прибор вырабатывает искры на всей поверхности. Существует также трудность с самим вакуумным пространством, поскольку слой алюминиевой фольги выполнен из перекрывающихся пластин, и даже в случае абсолютной точности изготовления конструкции в перекрывающихся областях могут образоваться щели, приводящие к потере вакуума; эти щели невозможно обнаружить, поскольку прибор может обнаружить только те отверстия, которые расположены под прямым углом к стенке контейнера. Из-за этого обстоятельства весь процесс обнаружения становится настолько неопределенным, что более чем в половине случаев местоположение дефектов установить нельзя. Следовательно, необходимо либо полностью удалить покрытие с внутренней поверхности контейнера, либо нанести новое - полное второе - покрытие на уже существующее покрытие. Ясно, что это значительно увеличивает затраты на устранение повреждений, которое, с другой стороны, возможно только в том случае, если повреждено внутреннее покрытие, а не внешняя стенка контейнера. Однако в последнем случае эта система вообще не годится для определения местоположения дефекта, поскольку место дефекта недоступно через множество слоев, а фольга с колоколообразными вмятинами искрит в любом месте, когда подносят прибор. Следует заметить, что в подземных контейнерах, для которых в основном и требуются системы контроля, контейнер практически недоступен с внешней стороны. (Боковые стенки свободно стоящих контейнеров, обычно вертикальных и имеющих цилиндрическую форму, как правило, вообще не содержат датчиков, такие устройства используются только на днище.) В случае повреждения внешней стороны подземных контейнеров, то есть самой стенки контейнера, дефект можно устранить, только если полностью извлечь внутреннюю систему контроля, обнаружить дефект и установить новую систему предупреждения.
Также известна и используется другая система для обнаружения дефектов в стенках контейнера - хотя она не удовлетворяет соответствующим рекомендациям по защите окружающей среды - в этой системе зазор между двумя слоями, нанесенными на стенку контейнера, заполняется некоторой жидкостью, и потеря жидкости свидетельствует о наличии отверстия в стенке. Однако эта жидкость не может быть водой, но является материалом, представляющим опасность для окружающей среды; по этой причине в случае наличия отверстия в стенке контейнера используемая для обнаружения жидкость, вытекающая через стенку контейнера, загрязняет окружающую среду.
В случае другой известной системы, используемой для обнаружения отверстий в стенках контейнера, в нижнюю точку воздушного зазора между слоями, нанесенными на боковую стенку контейнера, помещают обнаруживающий зонд. Если жидкость - хранящаяся в контейнере среда - поступает на зонд изнутри контейнера, зонд обнаруживает ее и сигнализирует об этом. Это решение является сомнительным, поскольку, с одной стороны, оно не позволяет обнаруживать возникновение отверстий непосредственно на стенке контейнера, поскольку снаружи в контролируемое пространство никакая жидкость не поступает, а с другой стороны, оно не позволяет обнаружить, когда отверстие образуется на внутреннем слое в верхней части резервуара или если имеется отверстие в стенке, поскольку обычно материал через определенные промежутки времени извлекается из контейнера, так что часто в верхней части контейнеров вообще нет жидкости.
Задача, которую должно решить изобретение, заключается в создании системы для обнаружения дефектов на стенках, используемых для ограничения пространства, в котором хранятся материалы, и имеющих покрытие на внутренней стороне, особенно на стенках контейнера, или (и) дефектов в покрытии, причем система, полностью преодолевающая недостатки других известных решений того же характера, которые описаны выше, позволяет быстро, точно, просто и за разумную стоимость определить местоположение внешних и внутренних дефектов и устранить их.
Изобретение основано на понимании того обстоятельства, что если вместо покрытия, состоящего из структурно отдельных слоев, система контроля имеет покрытие, созданное в виде твердого единого целого, в который вставлен фактический слой контроля, и она электронным образом показывает наличие отверстий во внутреннем покрытии, то покрытие может быть более прочным, чем известные покрытия, местоположение дефекта можно определить быстро и точно, и потому риск загрязнения окружающей среды и (или) потери материала может быть сведен к минимуму, и при этом можно также быстро и безопасно обнаруживать наличие материалов, проникающих в контейнер снаружи.
На основе вышеуказанного понимания была, в соответствии с изобретением, решена поставленная задача при помощи системы для обнаружения дефектов в стенках, ограничивающих пространство для хранения материалов, особенно в стенках контейнера, которые имеют датчик, встроенный в покрытие, и устройство обнаружения, находящееся в функциональной связи с датчиком, и эта система отличается тем, что
- покрытие имеет слой контроля, закрепленный непосредственно или опосредованно на внутренней поверхности стенки, которая состоит из частей слоя контроля и частей датчика, которые независимо друг от друга находятся в функциональной связи с устройством обнаружения;
- часть датчика в каждой части слоя контроля выполнена из электропроводящего материала, нанесенного на пористый гибкий слой основы, причем слой основы по меньшей мере частично пропитан затвердевающим затем ламинирующим материалом, содержащим в качестве связующего материала синтетическую смолу;
- каждая часть датчика соединена по отдельности с электрическим устройством обнаружения; и
- наносят покрывающий слой, выполненный из синтетической смолы, стойкой к механическим и - возможно - химическим воздействиям. Части датчика предпочтительно выполнены из твердого материала, состоящего из смеси синтетической смолы и металлического порошка.
Согласно другому примеру конструкции части датчика формируются на отдельных частях слоя контроля, образованных линейными узорами, такими как спиральные линии, созданные посредством печати, например трафаретной печати, причем участки линий отделены друг от друга определенным расстоянием, и каждый участок имеет две точки для электрического соединения; может быть предпочтительным, если датчиком снабжены обе поверхности слоя основы и если соседние части слоя контроля расположены таким образом, что по меньшей мере их края перекрывают друг друга. Другой отличительный признак изобретения заключается в том, что на покрывающий слой наносят слой из синтетической смолы на основе эпоксидной/фурановой смолы, обладающий антистатическими характеристиками и (или) хорошей химической стойкостью; в то же время следует заметить, что и сам покрывающий слой может быть выполнен из таких материалов, обладающих антистатическими характеристиками и (или) хорошей химической стойкостью. В соответствии с другим отличительным признаком системы, между слоем контроля и внутренней поверхностью стенки вставляют адгезивный слой на основе синтетической смолы.
В ходе способа изготовления системы изготавливают покрытие, содержащее датчик, и датчик соединяют с устройством обнаружения, и этот способ отличается тем, что:
- на внутренней поверхности стенки создается слой контроля, содержащий датчик, таким образом, что к поверхности стенки непосредственным или опосредованным образом прикрепляют отдельные части слоя контроля вместе с частями датчика, по меньшей мере одна поверхность которых выполнена из электропроводящего материала, имеющего поры, пригодные для установления электрического контакта, причем отдельные части слоя контроля наносят на гибкий слой основы; и перед их прикреплением или в процессе их прикрепления их пропитывают, по меньше мере частично, синтетической смолой с последующим отверждением в качестве связующего материала. В качестве слоя основы на практике используют гибкий и эластичный материал, предпочтительно толстую фильтровальную бумагу, на практике ткань, выполненная из натурального или искусственного материала; или пористая пленка, такая как пленка сополимера этилена и винилацетата, которая прилипает к эпоксидной смоле.
Согласно предпочтительному варианту реализации способа материал датчика изготавливают следующим образом:
- 60-40 вес.% эпоксидной смолы смешивают с 40-60 вес.% растворителя и (или) разбавителя и получают текучий, вязкий материал;
10-35 вес.% полученного таким образом материала смешивают с 6-25 вес.% растворителя, 40-60 вес.% металлического порошка, предпочтительно с медным, серебряным или никелевым порошком или их смесью, и - возможно - с 1-4 вес.% тискотропного вещества;
последнюю смесь смешивают со сшивающим агентом в соотношении 2÷16:1, предпочтительно 6:1; и
- вязкий материал, полученный таким образом, наносят по меньшей мере на одну поверхность носителя в виде непрерывного слоя или (и) некоторого линейного узора, с линиями, продолжающимися рядом друг с другом, например, в виде спирального узора, предпочтительно, посредством процесса печати, такого как трафаретная печать.
В соответствии с другим отличительным признаком способа 70-98 вес.% эпоксидной смолы смешивают с 2-10 вес.% растворителя и (или) разбавителя до получения вязкого материала, который смешивают предпочтительно с органическим аминовым сшивающим агентом в весовом соотношении 1÷6:1, предпочтительно 2:1; ламинирующий материал, полученный таким образом, используют для пропитки слоя основы, полностью содержащего датчик, а также для герметизации датчика; после затвердевания синтетической смолы созданные части слоя контроля прикрепляют к стенке контейнера при помощи какого-либо адгезива; либо материал-носитель, содержащий детектор, полностью пропитывают полученным конечным продуктом и наносят на поверхность стенки до затвердевания смолы, при этом адгезивом служит сам ламинирующий материал. На практике для получения этой смеси следует использовать первую жидкую эпоксидную смолу типа бисфенол А в соотношении 20-30 вес.% и вторую эпоксидную смолу, пригодную для повышения стойкости конечного продукта к воздействию химических веществ, в соотношении 50-80 вес.%; и к смеси следует добавить 0,1-0,5 вес.% процента противовспенивающего вещества, 0,1-1,0 вес.% противопузырькового вещества и - возможно - 0,1-3,0 вес.% красителя в пасте на эпоксидной основе и 1-4 вес.% тиксотропного вещества; и следует использовать два типа растворителей: 1-5 вес.% летучего растворителя, на практике метилэтилкетона, и еще 1-5 вес.% менее летучего растворителя, предпочтительно этилового спирта.
Согласно еще одному варианту реализации способа, материал, используемый для прикрепления затвердевших - заранее изготовленных - частей слоя контроля к стенке контейнера, изготавливается посредством:
- растворения 40-60 вес.% эпоксидной смолы в 2-10 вес.% растворителя с образованием вязкого материала, с последующим добавлением 30-60 вес.% наполнителя и получением первой смеси;
- растворения 60-80 вес.% органического сшивающего агента в 1-5 вес.% растворителя с образованием вязкого материала, с последующим добавлением 15-25 вес.% наполнителя и получением второй смеси;
- смешивания первой и второй смеси в весовом соотношении 2÷10:1, предпочтительно 3,3:1; и
- нанесения адгезива, образующего адгезивный мост между поверхностью стенки и заранее изготовленными частями слоя контроля, и обеспечения адгезивному слою времени для затвердевания. В этом случае может быть также предпочтительно, если для получения первой смеси используется два типа эпоксидной смолы, обе в соотношении 20-30 вес.%, и используется два типа растворителей, оба в соотношении 1-5 вес.%; и к смеси добавляют - возможно - 0,1-1,0 вес.% противовспенивающего вещества, 0,1-3 вес.% красителя в пасте на эпоксидной основе, 1-5 вес.% пигмента, предпочтительно оксида титана, 1-4 вес.% тиксотропного вещества, предпочтительно аэросила, и 0,1-1 вес.% противопузырькового вещества. Согласно другому отличительному признаку изобретения в качестве растворителя для получения второй смеси используется метилэтилкетон и к нему добавляют 0,1-1 вес.% технологического состава и 0,5-5 вес.% тиксотропного вещества. Обычно в качестве наполнителя используют тальк, или (и) барит, или (и) каолин, или (и) кварцевую муку, или (и) карбонат кальция.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения способа одну сторону слоя основы пропитывают составом из гибридной эпоксидно-фурановой смолы, используемого в качестве ламинирующего материала, лишь частично, предпочтительно 10-20% ширины, и после его затвердевания эту ламинированную поверхность частей слоя контроля прикрепляют к стенке контейнера.
На практике покрывающий слой изготавливают из того же материала, что и материал, используемый для прикрепления заранее изготовленных частей слоя контроля (адгезивный мост).
Ниже приводится подробное описание изобретения на основе прилагаемых чертежей, содержащих предпочтительный вариант конструкции и несколько частных решений системы. На чертежах:
Фиг.1 - схематический вид спереди части стенки контейнера вместе с конструктивной частью соединенной с ней системы обнаружения.
Фиг.2 - часть стенки контейнера с покрытием согласно изобретению в увеличенном масштабе.
Фиг.3 - часть, аналогичная фиг.2; здесь стенка с покрытием является днищем сосуда для защиты от повреждений.
Фиг.4 - вид сверху возможной конструкции слоя контроля в покрытии системы.
Фиг.5 - вид в сечении вдоль А-А по фиг.4.
На фиг.1 приведен схематический вид системы контроля и обнаружения согласно изобретению, на котором изображена часть внутренней поверхности стенки 1, например стенки контейнера, ограничивающей пространство, используемое для хранения материалов и имеющее покрытие, помеченное в целом позицией 2. Покрытие 2 состоит из частей 3-10 покрытия - полей, каждая часть содержит электропроводящий датчик, причем датчики действуют независимо друг от друга и находятся в функциональной связи с центральным электронным устройством 11 обнаружения - измерительным прибором - посредством электрических кабелей 12 и (или) посредством включения интеллектуальной схемы. Отдельные части 3-10 покрытия (слои) прикреплены непрерывным образом к поверхности стенки 1 без стыков и полостей, перекрывая друг друга таким образом, что они пронумерованы и помещены на соответствующее место в соответствии с планом размещения; и они соединяются в устройстве 11 обнаружения с блоками обнаружения и сигнализации, выделенным отдельно для каждой части, посредством кабелей 12 и (или) посредством включения интеллектуальной схемы. Устройство обнаружения 11 имеет подающие, измерительные, индикаторные и вспомогательные блоки и инструменты, и он контролирует и обнаруживает изменения электрических характеристик слоя контроля покрытия 2. Пределы и способ измерения изменений можно выбирать отдельно для каждого случая; способы измерения могут быть традиционными. Выбранные способы, которые должны соответствовать функции контролируемой установки и установленным в связи с этим требованиям, могут быть самыми различными, поскольку в отношении контейнера для хранения взрывчатых материалов предъявляются совершенно иные требования, чем в отношении контейнера для хранения отходов. Способы подачи сигнала тревоги, вырабатываемого устройством 11 обнаружения, также зависят, например, от требований пользователя или от экстренности сработавшей сигнализации. Система, изображенная на фиг.1, работает таким образом, что если снаружи на стенке 1 или внутри на покрытии 2 образуется отверстие, которое непременно приводит к повреждению описанного выше электрического датчика, устройство 11 обнаружения немедленно подает сигнал тревоги, относящийся к той части покрытия, где возникло отверстие; очевидно, что это связано с описанным выше способом формирования покрытия 2. В то же время это также означает, что независимо от фактора, вызвавшего внутреннее или внешнее повреждение, при отсутствии необходимости в поисках и независимо от степени видимости точное место, требующее восстановления, которое может быть только на участке, расположенном в пределах затронутой части 3-10 покрытия, может быть определено практически автоматически. Если возникает необходимость восстановить покрытие 2 и (или) стенку 1, затронутую область можно покрыть новой частью покрытия и соединить ее с устройством 11 обнаружения посредством кабеля 12 или посредством включения интеллектуальной схемы.
На фиг.2 изображена часть возможной конструкции слоя 2 системы обнаружения согласно изобретению в увеличенном масштабе, но для большей наглядности чертеж, возможно, выполнен в масштабе. Слой 14 контроля, содержащий указанное выше устройство обнаружения, наносится на внутреннюю поверхность стенки 1 контейнера. Сверху к слою 15 контроля прилегает покрывающий слой 15, задача которого заключается в защите слоя контроля от механических и химических воздействий. Покрывающий слой 15, как и слой 14 контроля, изготавливают на месте, и он выполнен из материала, выбор которого определяется имеющимися потребностями в зависимости от предъявляемых к нему требований; для этой цели могут подойти несколько материалов. Единственное различие между конструкциями, приведенным на фиг.3 и фиг.2, состоит в том, что на фиг.3 более толстая стенка 13 является частью сосуда для защиты от повреждений, а не контейнера, но практически покрытие в этом случае такое же, что и покрытие, используемое в конструкции на фиг.2.
Ниже описан способ создания слоя 14 контроля со ссылкой на фиг.4 и 5. Слой 14 контроля представляет собой ламинат, у которого имеется слой 16 основы, выполненный из гибкого материала, пригодного для нанесения печати (например, методом трафаретной печати), такого как бумага, ткань, пленка и т.д. Датчик 17, несколько раз упомянутый выше, выполненный из электропроводящего материала, наносится на слой 16 основы на практике методом трафаретной печати, и в этом случае указанный датчик 17 (состав) образован электропроводящей тонкой полоской спиральной формы, занимающей всю площадь одной из частей 3-10 покрытия, точнее, часть 3 покрытия (фиг.4), и концы 17а, 17b полоски соединены с устройством 11 обнаружения, образуя замкнутую цепь. О материале датчика 17 (состава) будет более подробно сказано ниже. Здесь следует заметить, что датчик 17 может быть образован непрерывным слоем или узорами с областями, имеющими разную плотность; в целом его конструкция зависит от строгости требований защиты окружающей среды, предъявляемых в отношении данного устройства контроля и обнаружения. Предварительно изготовленная пластина, образованная гибким слоем 16 основы, содержащим датчик 17, ламинируется, то есть он пропитывается ламинирующим материалом, обозначенным на фиг.5 позицией 18, выбор которого определяется соответствием требованиям, предъявляемым в отношении контролируемой установки как с точки зрения прочности, так и химической стойкости.
Размер и форма заранее изготовленных слоев 14 контроля могут быть выбраны произвольными в зависимости от формы (в том числе пространственной) и размера контролируемой поверхности и от того, насколько строгим и точным должен быть контроль. Части слоя контроля - части пластины - определенного размера, полностью покрывающего контролируемую поверхность, перекрывают друг друга для облегчения изготовления заранее многих пластин слоя контроля одинакового размера. Отдельные пластины, как было сказано выше, нумеруются на месте, составляется схема их размещения, и ламинированная поверхность отдельных пластин-частей 18 прикрепляется на месте к поверхности стенки 1, без стыков и промежутков, и тем самым создается на требуемой площади непрерывное покрытие 2 (фиг.1-3).
Ниже приводится подробное описание изобретения при помощи примеров.
Пример 1
Внутренняя поверхность контейнера со стальной цилиндрической стенкой оснащается системой контроля согласно изобретению посредством выполнения следующих этапов.
На первом этапе готовят материал датчика (состав) следующим образом:
50 вес.% твердой эпоксидной смолы смешивают с 35 вес.% растворителя ксилол и 15 вес.% растворителя полиметилакрилат, и посредством растворения эпоксидной смолы получают вязкое вещество. 30 вес.% этого исходного вещества смешивают с 10 вес.% растворителя ксилол, 5 вес.% растворителя метилэтилкетон, 2 вес.% тиксотропного вещества и 53 вес.% металлического порошка, содержащего медь и серебро, для обеспечения электрической проводимости. Сшивающий агент смешивают с этой густой, вязкой смесью в соотношении 6:1. Полученный конечный продукт представляет собой густой, вязкий материал, который своей консистенцией подходит для использования в процессах печати, например в трафаретной печати. Соответствующее состояние обеспечивается смесью вышеописанных компонентов в указанных количествах и полученными таким образом вязкостью и сроком годности.
Пока этот продукт еще находится в вязком состоянии, его наносят на слой основы определенным узором, например спиральным узором, посредством трафаретной печати, и слой основы является относительно гибкой и эластичной бумажной пластиной, которая имеет в соответствующей степени рыхлый, мягкий, пористый и впитывающий влагу тканеподобный материал, который можно пропитать синтетической смолой, которая ламинируется. Исходя из технологических соображений и на основе измерений адгезионной способности, мы выбрали относительно толстую бумагу, имеющую следующие технические параметры:
| - толщина | δ=380-390 мкм |
| - вес единицы площади | G=178-180 г/м2 |
| - пропитываемость | I=500-700 г/м2 |
| - время пропитываемости | Т=10-20 мин/лист А4 |
| при ширине слоя 700 мкм | |
| - адгезионная способность / когезионная прочность, | |
| стальной пластине, пропитанная тремя слоями | |
| синтетической смолы (при условии химической | |
| подготовки поверхности) | на d=85-102 кг/см2 |
Электропроводящий продукт, содержащий металлические частицы, наносят на слой основы посредством трафаретной печати в виде одной спиральной линии практически одинаковой толщины 50 мкм и шириной 2 мм. Расстояние между соседними участками линии составляет 2 мм. При таких размерах датчик, образованный спиральным узором, столь плотно покрывает данную область, определяемую размерами слоя основы, что практически любое повреждение этой поверхности приводит к разрыву датчика и цепи.
Материал датчика, нанесенный посредством трафаретной печати, затвердевает на слое основы. Содержание сухой массы в полностью затвердевшем материале составляет около 84-85%, причем из них 69-73% приходится на металлический порошок, и его удельная проводимость и удельное объемное сопротивление составляют менее 100 Ом·см.
На следующем этапе готовят ламинирующий материал посредством растворения сначала исходных компонентов эпоксидной смолы, в результате чего получают вязкую предварительную смесь (эпоксидная смола, компонент "А").
Композиция компонента «А» (предварительная смесь):
| Жидкая эпоксидная смола | 55 вес.% |
| Эпоксидный реактивный растворитель | |
| (типа глицидилового эфира) | 40 вес.% |
| Разбавитель | 5,0 вес.% |
Этот компонент "А" (предварительная смесь) используется для приготовления окончательной смоляной смеси (компонента "С"), которую, в конечном счете, смешивают со сшивающим агентом. Окончательную смоляную смесь (компонент "С") изготавливают согласно следующему составу смеси:
| компонент "А" (предварительная смесь, эпоксидная смола) | 26,6 вес.% |
| противовспенивающее вещество | 0,2 вес.% |
| противопузырьковое вещество | 0,5 вес.% |
| растворитель I | 3,0 вес.% |
| краситель в пасте (смесь оксида железа и эпоксидной смолы) | 2,3 вес.% |
| компонент "В" (жидкая эпоксидная смола) | 62,0 вес.% |
| тиксотропное вещество | 2,0 вес.% |
| растворитель II | 4,0 вес.% |
| Всего: | 100,0 вес.% |
Компонент "А" (предварительная смесь) представляет собой обычную жидкую эпоксидную исходную смолу бисфенол А (или эпоксиноволачную), и его основная задача заключается в придании конечному продукту соответствующей вязкости, тогда как задача компонента "В" заключается в обеспечении химической стойкости, так что его всегда выбирают в зависимости от характера хранимого материала. Два типа растворителей (растворитель I и растворитель II, например: этиловый спирт и метилэтилкетон) имеют различную летучесть, и изменяя их соотношение, можно влиять на время растворения, вязкость и срок годности. Противовспенивающие и противопузырьковые вещества являются технологическими добавками, а тиксотропное вещество облегчает ламинирование вертикальных поверхностей.
Окончательную смолу, полученную на основе вышеуказанного состава смеси (компонента "С") и имеющую вязкость по Брукфилду 4000 мПа·с при температуре 23°С, смешивают с аминовым сшивающим агентом, имеющим вязкость ≈1000 мПа·с при температуре 23°С, в соотношении 2:1. Срок годности конечного продукта (100 г, при 25°С) составляет 52 минуты.
Этот материал используют для ламинирования, то есть для пропитывания бумаги, содержащей электропроводящий датчик, таким образом, что ламинирующий материал покрывает датчик за исключением полюсов, предназначенных для электрического соединения, которыми в данном случае являются концы спиральной линии. Эти концы также ламинируют после установления электрического соединения.
Перед нанесением на стенку металлического контейнера частей слоя контроля, изготовленных в соответствии с вышеприведенным описанием, внутреннюю поверхность стенки очищают механическим способом, поверхность подготавливают химическим способом и чистят струйным устройством. На следующем этапе очищаемую поверхность делают "ровной", то есть на нее наносят тиксотропное пластическое вещество - раствор - с высоким содержанием наполнителя для сглаживания краев и зазубрин, и посредством создания промежуточного адгезивного слоя - адгезивного моста - толщиной около 500-100 мкм получают ровную поверхность, на которую можно наносить заранее подготовленный слой контроля. Материал для слоя адгезивного моста готовят следующим образом.
На первом этапе растворяют два типа эпоксидной смолы, получая вязкий материал на основе следующего состава смеси:
| эпоксидная смола I (жидкая) | 20,0 вес.% |
| эпоксидная смола II (жидкая) | 20,0 вес.% |
| противовспенивающее вещество | 0,5 вес.% |
| наполнитель I (мелкий) | 15,0 вес.% |
| краситель в пасте (на основе эпоксидной смолы, зеленый) | 1,5 вес.% |
| диоксид титана (пигмент) | 3,0 вес.% |
| наполнитель II (твердый, дешевый) | 32,5 вес.% |
| тиксотропное вещество | 2,0 вес.% |
| противопузырьковое вещество | 0,5 вес.% |
| растворитель I | 3,0 вес.% |
| растворитель II | 2,0 вес.% |
| Всего: 100 вес.% |
При температуре 23°С величина вязкости смеси составляет около 7000 мПа·с. Эпоксидная смола типа "I" необходима для обеспечения вязкости, а эпоксидная смола типа "II" необходима для обеспечения химической стойкости. В качестве наполнителя типа "I" может использоваться, например, тальк, а в качестве наполнителя типа "II" может использоваться, например, барит. В этом случае также необходимы два типа растворителей (например, этиловый спирт и толуол), используемые в соответствующей пропорции, для обеспечения летучести и вязкости. В качестве тиксотропного агента может использоваться, например, аэросил.
30 вес.% вязкого материала, полученного таким образом, смешивают с приведенной ниже смесью в соотношении 3,3:1:
| органический аминовый сшивающий агент | 70,0 вес.% |
| наполнитель, барит | 23,0 вес.% |
| растворитель | 4,0 вес.% |
| технологический состав | 0,5 вес.% |
| тиксотропное вещество | 2,5 вес.% |
| Всего: 100,0 вес.% |
При температуре 23°С вязкость этой смеси около 7500 мПа·с. Наполнителем может быть, например, барит, растворителем может быть, например, метилэтилкетон, технологическим составом может быть, например Byk, а тиксотропным веществом может быть, например, аэросил.
Срок годности конечного продукта составляет 66 минуты (100 г конечного продукта при 23°С), так что имеется достаточно времени для нанесения слоя основы.
Перед тем как слои затвердеют, заранее подготовленные части слоя контроля прикрепляют к адгезивному мосту посредством печати таким образом, что они перекрывают друг друга по краям.
Ламинирование выполняют таким образом, что два свободных конца спиральной линии, образующей датчик, и соединительные полоски, необходимые для электрического/электронного соединения, остаются чистыми, свободными от ламинирующего материала (ламинирование этих точек будет произведено позднее), но в остальном ламинирующий материал должен полностью покрывать всю остальную часть спирального узора (см. фиг.6).
В качестве альтернативного решения с целью более надежного прикрепления частей слоя контроля можно также использовать промежуточный адгезивный слой, нанесенный на слой основы. В этом случае части слоя контроля ламинируют в процессе изготовления, и затвердевший ламинат прикрепляют к стенке контейнера или к слою основы после соответствующей подготовки поверхности.
После нанесения частей слоя контроля свободные концы датчика - спирали - электрически соединяются в соответствии с определенным порядком (составляется схема, содержащая пронумерованное взаимное расположение и соединение наклеенных на стенку частей). Соединение осуществляется при помощи специально обработанного адгезива на основе так называемого проводящего горячего сплава и (или) посредством клепки. Адгезив наносят на поверхность при помощи электронагреваемой пушки (при около 180°С). Проверяют электрическое соединение точек или полосок слоя контроля и электрические характеристики датчика в целом; необходимо определить, находятся ли устройство, контакты и соединения в отличном состоянии.
После этого этапа на слой контроля наносят покрывающий слой, и после его затвердевания формирование покрытия завершается. Для покрывающего слоя можно применить тот же материал, который используется для описанного выше адгезивного моста.
Покрытие, полученное описанным выше способом, было проверено на адгезионную и когезионную прочность, и было установлено, что в данном случае адгезионная и когезионная прочность составляла в среднем 92,5 кг/см2, что можно считать великолепным результатом (прибор для определения прочности адгезии Elcometer, Эрихсен, Германия). Изучение поверхности разрыва показало, что отрыв материала происходит преимущественно по слою и отчасти от стальной поверхности (картина разрыва).
Плоские кабели, отходящие от отдельных соединенных поверхностей законченной системы контроля, проложены вдоль дна контейнера (их также можно ламинировать), и они выходят на куполообразной крышке контейнера, при этом следует помнить, кабели какого цвета необходимо соединить с данной поверхностью покрытия.
Кабели присоединяются к блоку, осуществляющему прием электрических/электронных данных, оценку данных, обработку данных, компьютеризированную оценку, подачу сигнала тревоги и отображения, которое сравнивает изменения электрических характеристик. Отдельные части слоя контроля подвергаются одна за другой непрерывному контролю и проверке. Для отдельных изменяемых значений определяют верхний и нижний пределы изменений возможных электрических характеристик, поскольку значения также могут изменяться сами по себе, например, в результате изменений окружающей температуры, температуры материала или давления. Сигнализирующими об опасности считаются только отклонения и сильные изменения, выходящие за пределы заранее определенного диапазона. В случае опасности компьютерная система оценки выдает сигнал тревоги, определяет порядковый номер (и может быть местоположение) поврежденной части (частей) слоя контроля в контейнере и посылает сообщение о дефекте на мобильный телефон генерального подрядчика, а также отображает дефект на месте для пользователя. Если повреждена часть слоя контроля или составная система, нанесенная на поверхность контейнера, например на ней образовались капиллярные трещины, то хранящееся в контейнере вещество может добраться до слоя контроля и разорвать его в каком-то месте, или оно может попасть между проводящими слоями и, будучи изолятором, разорвать цепь. Электронная компьютеризированная контрольно-измерительная система обнаруживает это обстоятельство.
Пример 2
Полностью выполняют способ, описанный в примере 1, но в данном случае на покрывающий слой наносят также четвертый, внутренний покрывающий слой на основе гибридной смолы, обладающий антистатическими свойствами и хорошей химической стойкостью. Этот слой изготавливают на основе следующего состава смеси:
| полиол-полиуретановая смола | |
| пигмент | 5,0 вес.% |
| наполнитель | 15,0 вес.% |
| токопроводящая сажа | 0,5 вес.% |
| тиксотропное вещество | 1,5 вес.% |
| растворитель I | 20,0 вес.% |
| растворитель II | 6,0 вес.% |
| металлический порошок (проводящая добавка) | 20,0 вес.% |
| Всего: 100 вес.% |
Этими двумя растворителями могут быть, например, толуол и метилэтилкетон, наполнителем может быть, например, карбонат кальция, пигментом может быть, например, диоксид титана. Полученный вязкий материал с величиной вязкости >5000 мПа·с при температуре 23°С смешивают со сшивающим агентом, имеющим величину вязкости около 1600 мПа·с при температуре 23°С, в соотношении 5:1. Этот вязкий материал наносится на поверхность покрывающего слоя любым известным способом, и ему дают затвердеть.
Химическая стойкость затвердевшего серого антистатического слоя была проверена в газойле, и было установлено, что испытание, длившееся 12 недель (2016 часов) при температуре 23°С, не привело к значительным изменениям веса или прочности Shore D, имеющей значение около 73.
Пример 3
Выполняют способ в соответствии с примером 1, но для получения электропроводящего материала датчика использовали токопроводящую сажу, графит и их смесь.
Пример 4
Полностью выполняют способ, описанный в примере 1, но в этом случае слой основы с датчиком пропитывается не по всей ширине, а лишь частично. Поверхность слоя основы, обращенную к стенке контейнера, покрывают составом из гибкой гибридной эпоксидно-фурановой смолы.
Затвердевший черный слой, выполненный из этого материала, прочно склеивающегося с металлом или другими поверхностями, обладает превосходной химической стойкостью к бензину и производным бензина (например, к бензину с октановым числом 95/98, дизельному топливу и другим видам топлива). Этот материал пропитывает слой основы (бумагу) лишь частично, около 10% его ширины, и он вовсе не пропитывает материал датчика, в то же время слой основы может быть хорошо покрыт им, так что поры материала-носителя пропитываются смолой только в указанной выше слабой степени, а в остальном они остаются "сухими". На практике такую конструкцию можно использовать, когда в системе контроля обнаруживается недостаток требуемой компактности, так что через капиллярные трещины среда, хранящаяся в контейнере, проникает в поры слоя основы (в бумагу) и изменяет электрические характеристики (например, диэлектрическую постоянную, качество, сопротивление и т.д.), что можно легко обнаружить.
Пример 5
Выполняют способ согласно примеру 1, но в данном случае вместо бумажного слоя основы используют полярную бумагоподобную полимерную пленку, а конкретнее - слой основы из гибкой экструдированной пленки толщиной 300 мкм на основе сополимера этиленвинилацетата.
Пример 6
Полностью выполняют способ согласно примеру 1 с единственным отличием, заключающемся в том, что вместо нанесения слоя контроля на подготовленную стенку контейнера посредством вставки адгезивного слоя (адгезивного моста) в данном случае слой основы, содержащий датчик, пропитывают на месте ламинирующим материалом, когда слой основы непосредственно прикреплен к стенке контейнера, и ламинирующий слой действует в качестве адгезива, прикрепляя слой контроля к поверхности стенки контейнера.
В этом случае готовят ламинирующий материал так же, как и в примере 1, с тем отличием, что компонент "А" изготавливают из следующих компонентов:
| жидкая эпоксидная смола на основе бисфенола А | 45,0 вес.% |
| твердая эпоксидная смола (температура плавления: 60-80°С) | 20,0 вес.% |
| эпоксидный реакционноспособный разбавитель | 30,0 вес.% |
| (типа глицидилового эфира) | |
| растворитель | 5,0 вес.% |
| Всего: 100,0 вес.% |
Компонент "С" конечного продукта, являющийся материалом с величиной вязкости около 8000 мПа·с при температуре 23°С, смешивают с органическим аминовым сшивающим агентом, имеющим величину вязкости 1000 мПа·с при температуре 23°С, в весовом соотношении 2:1. В случае 100 г конечного продукта срок годности составляет 52 минуты при температуре 25°С.
Этот материал приклеивается к металлической поддерживающей стенке с большой адгезионной прочностью, главным образом благодаря высокому содержанию твердой смолы в компоненте "А", и если слой основы с датчиком ламинируют на месте, ламинирующий материал также действует в качестве эпоксидного адгезива, и - как было указано выше - он делает ненужным адгезивный мост, описанный в примере 1.
Пример 7
Полностью выполняют способ согласно примеру 1, но в данном случае систему контроля создают посредством нанесения покрытия на внутреннюю поверхность днища и боковых стенок резервуара из армированного бетона, используемого для хранения отходов. Для подготовки поверхности бетон фрезеруют или полируют и, при необходимости, сглаживают при помощи раствора на синтетической смоле. Слой контроля также может быть изготовлен посредством ламинирования на месте.
Изобретение обладает следующими преимуществами:
система полностью подходит для обнаружения повреждений или отверстий, возникающих как на внутренней, так и на внешней поверхности контейнеров, то есть она обнаруживает даже те отверстия, которые возникают, например, в результате коррозии внешней поверхности контейнеров, для чего прежние решения, предназначенные для аналогичной цели, не подходили вовсе. Точное определение местоположения дефекта позволяет устранить дефект простейшим и быстрейшим способом при минимальных расходах и потребности в рабочей силе: нет необходимости физически полностью удалять покрытие, измельчать его, как в случае других известных систем, все, что нужно сделать - это определить участок на покрытии контейнера, который необходимо отремонтировать, на основании пронумерованной схемы, и в случае наличия отверстия в стенке контейнера необходимо прикрепить к данной части покрытия новый слой контроля и электрически соединить его с системой. Электрические характеристики данной новой поверхности и допустимый диапазон изменений подвергаются калибровке, и в результате этого первоначально прикрепленный непосредственно к стенке контейнера слой контроля может быть полностью заменен новой "схемой", вновь созданной поверх его и объединенной с составным слоем.
Понятно, что изобретение не ограничено описанными выше конкретными вариантами конструкции системы или описанными в примерах вариантами выполнения, но может быть реализовано несколькими различными способами, не выходящими за пределы объема правовой защиты, определяемого формулой.
1. Система для обнаружения дефектов в стенках, используемых для ограничения пространства, где хранятся материалы, и имеющих покрытие на внутренней стороне, или(и) дефектов в покрытии, причем система имеет датчик, встроенный в покрытие, и устройство обнаружения, находящееся в функциональной связи с датчиком, отличающаяся тем, что покрытие (2) имеет слой (14) контроля, прикрепленный непосредственно или опосредованно к внутренней поверхности (1) стенки, который состоит из частей слоя (14) контроля с частями датчика (17), находящимися независимо друг от друга в функциональной связи с устройством (11) обнаружения; в каждой части слоя (14) контроля часть датчика (17) выполнена из электропроводящего материала, нанесенного на пористый, гибкий слой (16) основы, причем слой (16) основы по меньшей мере частично пропитан затем затвердевающим ламинирующим материалом (18), содержащим синтетическую смолу в качестве связующего вещества; каждая часть датчика (17) имеет отдельное электрическое соединение с электрическим устройством (11) обнаружения; на слой (14) контроля нанесен покрывающий слой (15), выполненный из синтетической смолы, стойкой к механическому и, возможно, химическому воздействию.
2. Система по п.1, отличающаяся тем, что части датчика (17) выполнены из твердого материала, состоящего из смеси синтетической смолы и металлического порошка.
3. Система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что части датчика (17) на отдельных частях слоя (14) контроля образованы линейными узорами, такими как спиральные линейные узоры, полученные посредством печати, например трафаретной печати, при этом участки разнесены друг от друга на некоторое расстояние и имеется по меньшей мере две точки (17а, 17b), каждая из которых предназначена для электрического соединения.
4. Система по п.1, отличающаяся тем, что обе поверхности слоя (16) основы снабжены датчиком (17).
5. Система по п.1, отличающаяся тем, что соседние части слоя (14) контроля расположены таким образом, что по меньшей мере их края перекрывают друг друга.
6. Система по п.1, отличающаяся тем, что на покрывающий слой (15) нанесен слой из синтетической смолы на основе гибридной смолы с антистатическими характеристиками и(или) хорошей химической стойкостью.
7. Система по п.1, отличающаяся тем, что между слоем (14) контроля и внутренней поверхностью стенки (1) размещен адгезивный слой на основе синтетической смолы.
8. Способ изготовления системы для обнаружения дефектов в стенках, используемых для ограничения пространства, где хранятся материалы, и имеющих покрытие на внутренней стороне, и(или) дефектов в покрытии, при котором изготавливают покрытие, содержащее датчик, и датчик соединяют с устройством обнаружения, отличающийся тем, что вдоль внутренней поверхности стенки (1) создают слой (14) контроля, содержащий датчик (17), таким образом, что отдельные части слоя (14) контроля с частями датчика (17), по меньшей мере одна поверхность которых выполнена из электропроводящего материала, имеющего поры (17а, 17b), пригодные для установления электрического контакта, и которые нанесены на гибкий слой (16) основы, прикреплены к поверхности стенки непосредственно или опосредованно, и перед или(и) при прикреплении их пропитывают ламинирующим материалом (18) с последующим отверждением, содержащим синтетическую смолу в качестве связующего вещества.
9. Способ по п.8, отличающийся тем, что в качестве слоя основы используют гибкую и эластичную бумагу, предпочтительно толстую фильтровальную бумагу, тканый материал, выполненный из натурального или искусственного материала, или пористую пленку, такую как пленка из сополимера этилвинилацетата, которая прилипает к эпоксидной смоле.
10. Способ по п.8 или 9, отличающийся тем, что материал датчика выполняют следующим образом: 60-40 вес.% эпоксидной смолы смешивают с 40-60 вес.% растворителя и(или) разбавителя и получают жидкий, вязкий материал; 10-35 вес.% материала, полученного таким образом, смешивают с 6-25 вес.% растворителя, 40-60 вес.% металлического порошка, предпочтительно медного, серебряного или никелевого порошка или их смеси, и, возможно, с 1-4 вес.% тиксотропного вещества; последнюю смесь смешивают со сшивающим агентом в соотношении 2÷16:1, предпочтительно 6:1 и вязкий материал, полученный таким образом, наносят по меньшей мере на одну поверхность основы непрерывным слоем и(или) узором, образованным линиями, продолжающимися рядом друг с другом, например, спиральным узором, предпочтительно посредством процесса печати, такого как трафаретная печать.
11. Способ по п.8, отличающийся тем, что 70-98 вес.% эпоксидной смолы смешивают с 2-10 вес.% растворителя и (или) разбавителя до получения вязкого материала, который смешивают с предпочтительно органическим аминовым сшивающим агентом в весовом соотношении 1÷6:1, предпочтительно 2:1; полученный таким образом ламинирующий материал используют для пропитки полностью слоя основы, содержащего датчик, а также для герметизации датчика; после затвердевания синтетической смолы образованные части слоя контроля прикрепляют к стенке контейнера при помощи адгезива; или материал-носитель, содержащий датчик, полностью пропитывают полученным конечным продуктом и наносят его на стенку поверхности до затвердевания смолы, используя тем самым в качестве адгезива сам ламинирующий материал.
12. Способ по п.11, отличающийся тем, что для получения смеси используют первую жидкую эпоксидную смолу типа бисфенол А в соотношении 20-30 вес.% и вторую эпоксидную смолу, пригодную для повышения химической стойкости конечного продукта, в соотношении 50-80 вес.%.
13. Способ по п.11 или п.12, отличающийся тем, что к смеси добавляют 0,1-0,5 вес.% противовспенивающего вещества, 0,1-1,0 вес.% противопузырькового вещества и, возможно, 0,1-3,0 вес.% красителя в пасте на эпоксидной основе и 1-4 вес.% тиксотропного вещества.
14. Способ по п.8, отличающийся тем, что используют два типа растворителей, 1-5 вес.% летучего растворителя, на практике метилэтилкетона, и еще 1-5 вес.% менее летучего растворителя, предпочтительно этилового спирта.
15. Способ по п.8, отличающийся тем, что материал, используемый для прикрепления затвердевших, заранее изготовленных частей слоя контроля к стенке контейнера, получают посредством растворения 40-60 вес.% эпоксидной смолы в 2-10 вес.% растворителя до вязкого материала, добавления к нему 30-60 вес.% наполнителя и получения первой смеси; растворения 60-80 вес.% органического сшивающего агента в 1-5 вес.% растворителя до вязкого материала, добавления к нему 15-25 вес.% наполнителя и получения второй смеси; смешивания первой и второй смесей в весовом соотношении 2÷10:1, предпочтительно 3,3:1; и нанесения адгезива, образующего адгезивный мост, между поверхностью стенки и заранее изготовленными частями слоя контроля, и предоставления адгезивному слою возможности затвердеть.
16. Способ по п.15, отличающийся тем, что для создания первой смеси используют два типа эпоксидной смолы, оба в соотношении 20-30 вес.%; и используют два типа растворителей, оба в соотношении 1-5 вес.%; и, возможно, к смеси добавляют 0,1-1,0 вес.% противовспенивающего вещества, 0,1-3 вес.% красителя в пасте на эпоксидной основе, 1-5 вес.% пигмента, предпочтительно оксида титана, 1-4 вес.% тиксотропного вещества, предпочтительно аэросила, и 0,1-1 вес.% противопузырькового вещества.
17. Способ по п.15 или 16, отличающийся тем, что для получения второй смеси в качестве растворителя используют метилэтилкетон, и добавляют к ней 0,1-1 вес.% технологического состава и 0,5-5 вес.% тиксотропного вещества.
18. Способ по п.8, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используют тальк, или (и) барит, или (и) каолин, или (и) кварцевую муку, или (и) карбонат кальция.
19. Способ по п.8, отличающийся тем, что одну сторону слоя основы пропитывают композицией из гибридной эпоксидно-фурановой смолы лишь частично, предпочтительно 10-20% ее ширины, и после ее затвердевания эту ламинированную поверхность частей слоя контроля прикрепляют к стенке контейнера.
20. Способ по п.8, отличающийся тем, что покрывающий слой выполнен из материала, полученного по любому из пп.15-18.
