Хрупкое покрытие на основе резорциноформальдегидной смолы
Владельцы патента RU 2417241:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тюменский государственный нефтегазовый университет" (RU)
Изобретение относится к тензочувствительному хрупкому покрытию для определения деформаций и напряжений в элементах нефтегазохимических аппаратов и трубопроводов. Состав для получения покрытия содержит резорциноформальдегидную смолу СФ-282 с добавлением карбамидоформальдегидного концентрата КФК-85 и отвердитель жидкий карбамидоформальдегидного концентрата - водный раствор формалина, этиленгликоля и крахмала ОЖ-102, при этом на 100 массовых частей резорциноформальдегидной смолы компоненты взяты в следующем соотношении, %: карбамидоформальдегидный концентрат КФК-85 35-50; отвердитель 22-25. Покрытие имеет меньшую длительность отверждения, большую устойчивость свойств к действию углеводородных сред. 1 табл.
Изобретение относится к определению напряженно-деформированного состояния металлических конструкций высокорисковых объектов нефтяной, газовой и химической промышленности, систем транспорта и переработки нефти и газа с помощью тензочувствительных хрупких покрытий, что позволяет получить наглядную картину наибольшей концентрации напряжений, получить данные для оценки и 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.
Канифольные покрытия горячего нанесения лишены недостатков, но требуют определенных затрат, связанных с газопламенным нанесением [Пат. РФ №2058016, опубл. БИ №10, 1996].
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 нанесение покрытия - оплавление стеклоэмали в печи [Панских В.К. Тензочувствительные хрупкие покрытия для исследования полей деформаций. Дис. канд. техн. наук. М., 1977].
Известно полимерное покрытие на основе композиции из эпоксидной смолы и фталевого ангидрида, в мольном соотношении (1-1,05):(2-2,08) [А.С. СССР №1669991, опубл. 1991]. Смесь смолы с ангидридом наносят на поверхность изделия при 110-140°С, после термообработки в течение 3-5 часов проводят испытания. При этом допускается воздействие на покрытие повышенной влажности, агрессивной среды и температуры до 60-80°С.
Тензочувствительное покрытие, содержащее эпоксидную смолу, фталевый ангидрит и дибутилфталат в соотношение 1:0,4:0, наносится распылением, отверждается при температуре 130-150°С. Допускается воздействие повышенной влажности и агрессивной среды.
Однако использование таких возможностей хрупких тензочувствительных покрытий ограничено необходимостью иметь покрытие с соответствующими свойствами. Известные и применяемые до сих пор покрытия не обладают достаточной стабильностью величины тензочувствительности при изменяющихся условиях испытаний.
Применение хрупких тензочувствительных покрытий дает возможность для выявления наиболее напряженных зон в детали и определения в них величин деформаций для проверки ее прочности.
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 позволяют 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.
Известно хрупкое покрытие на основе искусственных смол, содержащее резорциноформальдегидную смолу СФ-282 с добавлением карбамидоформальдегидного концентрата КФ-85, отвердителя и гексаметилентетрамин /RU 2313551 C1, C09D 161/12, опубл. 27.12.2007/. В качестве отвердителя жидкого карбамидоформальдегидного концентрата взят водный раствор формалина, этиленгликоля и карбоксиметилцеллюлозы.
Недостатком известного покрытия является то, что оно формировалось в течение длительного времени (порядка 20 часов).
Основная задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, - это создание хрупкого покрытия на основе искусственных смол, обладающего более устойчивыми свойствами к углеводородным средам для оценки прочности и безопасности сложных технических систем. В тонком слое хрупкого покрытия 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 решается за счет достижения технического результата, который заключается в сокращении времени высыхания (отверждения) покрытия.
Указанный технический результат достигается тем, что хрупкое тензочувствительное покрытие на основе искусственных смол, выполненное из смеси, содержащей резорциноформальдегидную смолу марки СФ-282 с добавлением карбамидоформальдегидного концентрата КФК-85 и отвердитель жидкий карбамидоформальдегидного концентрата ОЖ-102, в качестве которого использована смесь формалина, этиленгликоля и крахмала, при этом на 100 массовых частей резорциноформальдегидной смолы СФ-282 компоненты взяты в следующем соотношении, %: карбамидоформальдегидный концентрат КФК-85 - 35-50; отвердитель ОЖ-102 - 22-25 соответственно.
Предлагаемое покрытие также создано на основе искусственной смолы - резорциноформальдегидной марки СФ-282 с добавлением карбамидоформальдегидного концентрата КФК-85, но в качестве отвердителя жидкого взята смесь формалина, этиленгликоля и крахмала ОЖ-102.
Смола СФ-282 ТУ 6-07-402-90 является продуктом поликонденсации резорцина с формальдегидом в среде этилового спирта, этиленгликоля и водного раствора щелочи.
КФК-85 ТУ 2181-032-00203803-2003 используется для приготовления лаковых покрытий, представляет собой водный раствор формальдегида и низкомолекулярных производных конденсации карбамида с формальдегидом.
ОЖ-102 ТИ №74 (производитель г.Тюмень, завод Пластмасс) представляет собой смесь формалина, этиленгликоля - 52.8% и крахмала 2.0-3.0% на 100 массовых частей формалина и более реактивен.
Новолаки представляют собой термопластичные, т.е. растворимые и плавкие, низкомолекулярные смолы, преимущественно линейного строения с метиленовыми группами между фенольными ядрами. Данный состав смешивается при нормальных условиях, в весовых частях. Последовательность приготовления лакового покрытия: отмеряется необходимое количество СФ-282, затем, перемешивая, добавляется КФК-85, ОЖ-102.
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 10 часов. Изменение условий влияет лишь на скорость отверждения.
В состав покрытия входят 3 компонента (см. табл.), на 100 массовых частей СФ-282 вводятся КФК-85, ОЖ-102. Весовой состав двух последних компонентов можно изменять в соответствующих пределах, т.к. они используются для отверждения покрытия и для сшивания резорциновых новолаков.
Тарировочные испытания проводились при температуре воздуха 5, 10, 15, 25°С, влажности 18-70%.
Для нанесения покрытия на образцы - сталь №3 использовалась кисть. При тарировочных испытаниях образец консольно закрепляли и нагружали на свободном конце.
Для получения сопоставительных данных приготовленную смесь наносили на образцы размерами 285×20×0,6.
| Таблица | ||||
| Компоненты | взятое количественное содержание компонентов на 100 массовых частей резорциноформальдегидной смолы СФ-282, % | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | |
| Карбамидоформальдегидного концентрата КФК-85КФК - 85 | 35 | 40 | 45 | 50 |
| Отвердитель ОЖ-102 | 22 | 23 | 24 | 25 |
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-102 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.
Хрупкое тензочувствительное покрытие на основе искусственных смол, выполненное из смеси, содержащей резорциноформальдегидную смолу СФ-282 с добавлением карбамидоформальдегидного концентрата КФК-85 и отвердитель жидкий карбамидоформальдегидного концентрата, отличающееся тем, что в качестве отвердителя жидкого карбамидоформальдегидного концентрата использована смесь формалина, этиленгликоля и крахмала ОЖ-102 в количестве 22-25 мас.% в расчете на 100 мас.ч. резорциноформальдегидной смолы СФ-282, а карбамидоформальдегидный концентрат КФК-85 взят в количестве 35-50 мас.% в расчете на 100 массовых частей резорциноформальдегидной смолы СФ-282.
