Многие свойства лакокрасочных покрытий оценивают по общепринятым методикам и стандартам. Однако повышенные требования, предъявляемые современным судостроением, стали основой для разработки специфических методов испытания покрытий и оценки их качества. Эти методы рассчитаны либо на проведение испытаний в натурных условиях, либо имитируют условия эксплуатации, предусматривая ускоренные испытания. Последние играют наиболее важную роль, так как являются одним из факторов сокращения времени исследования. Так, существуют методики, позволяющие провести испытания современного противообрастающего покрытия, которое должно иметь срок службы 5 лет, в течение одного 1 года.
В основу разработки методики ускоренных испытаний положен принцип, в соответствии с которым ускорение процесса не должно сопровождаться изменениями механизма его протекания по сравнению с естественными условиями.
Определение атмосферостойкости покрытий
Атмосферостойкость — это свойство покрытия сопротивляться разрушающему действию солнечных лучей, дождя, низких и высоких температур, снега, ветра и других атмосферных факторов (например, газов и пыли, загрязняющих нижние слои атмосферы). Для определения, атмосферостойкости в натурных условиях разработан ГОСТ 6992-68.
Согласно ему, образцы покрытий выдерживают в атмосферных условиях с последующей количественной оценкой стойкости покрытия по изменению декоративных и защитных свойств. Испытания проводят на атмосферных площадках, расположенных на открытом воздухе на крыше здания или на земле.
Однако данный ГОСТ значительно устарел, и для разработки и испытаний современных материалов, особенно судовых покрытийИстория создания судовых покрытий, требуются новые методы испытаний. За рубежом существует большое количество методов ускоренных и натурных испытаний различных покрытий в соответствии с международными стандартами ISO и ASТM D.
Испытательный центр во Флориде
Благодаря специфическому климату территория американского штата Флорида является признанной во всем мире площадкой для испытания покрытий на открытом воздухе. Атмосферное воздействие субтропического климата во Флориде не только реалистично, но и ускорено. Климатические условия во Флориде характеризуются высокой интенсивностью солнечного света, высоким годовым уровнем УФ-излучения, высокой температурой в течение всего года, обильными дождями и очень высокой влажностью. Один год воздействия солнечного света во Флориде приравнивается к нескольким годам атмосферного воздействия в каком-либо другом регионе, поэтому испытание в этом районе так и называется Флорида-тест.
На открытой площадке компании Q-Lab во Флориде испытывается больше образцов, чем на каком-либо другом объекте для испытаний на атмосферостойкость в мире (рис. 1). Площадка компании Q-Lab расположена на юге Майами на южном побережье Флориды — единственном регионе континентальной части США с субтропическим климатом. На этой площадке сотрудники компании проводят испытание покрытий на открытом воздухе по ускоренным лабораторным методикам, а также оказывают услуги по оценке образцов. Перечисленные контрактные услуги в сфере испытаний аккредитованы в соответствии со стандартом ISO 17025.
Рис. 1 Испытательная площадка компании Q-Lab во Флориде
Синергетическое воздействие УФ-излучения, влаги и тепла делает Майами идеальным местом для испытания материалов на открытом воздухе.
Чрезвычайно солнечный, влажный и теплый климат оказался особенно эффективным для определения следующих характеристик:
- изменение цвета, выцветание и потеря блеска;
- растрескивание, отшелушивание, меление и вздутие;
- потеря механической прочности и физический износ;
- чувствительность к влаге лакокрасочных покрытий, строительных материалов и некоторых видов пластмасс;
- биоразрушение, в том числе под действием различных видов плесени, грибов и водорослей;
- ускоренные испытания на коррозионную стойкость.
Виды воздействий на испытываемые покрытия
Для испытания в естественных условиях на открытом воздухе во Флориде применяются различные способы крепления образцов и техники воздействия:
- Прямое воздействие
Прямое воздействие используется для испытания множества материалов, эксплуатируемых на открытом воздухе, например промышленных покрытий. Образцы надежно закрепляются таким образом, чтобы их передняя поверхность была обращена к солнцу. Для различных областей применения используют различные углы воздействия и способы крепления.
- Через стекло
Такой метод воздействия применяется для материалов, эксплуатирующихся внутри помещения, например текстиля и печатных красок.
Образцы находятся под оконным стеклом толщиной 3 мм, которое задерживает коротковолновое УФ-излучение. Испытание, как правило, проводится под углом 45°.
- С использованием черного ящика
Данное испытание помогает воспроизвести условия эксплуатации на горизонтальных поверхностях автомобиля, включая периоды высоких температур и влажности. Для испытания материалов внутренней отделки автомобилей применяется воздействие с использованием черного ящика через стекло.
- С использованием черного ящика через стекло
Такой вид воздействия через стекло имитирует условия внутри автомобиля и подходит для испытания более крупных деталей, например приборных панелей. Некоторые ящики для испытаний материалов внутренней отделки автомобилей обладают функцией следования за солнцем.
- Коррозия на открытом воздухе, ускоренная соляным туманом
Прямое воздействие в сочетании с соляным туманом может вызвать быструю и реалистичную коррозию, особенно для металлов с покрытием.
- Испытание на биостойкость
При таком испытании во Флориде пластины, как правило, размещают под углом 90° с ориентацией на север для уменьшения количества солнечного света, снижения температуры поверхности и увеличения количества влаги. Кроме того, чтобы стимулировать рост микроорганизмов, образцы можно поместить рядом с растениями или под ними.
Как специальная технология крепления образцов, так и специальный угол воздействия значительно влияют на дозу солнечной энергии, и температуру образцов, а также продолжительность действия влажного воздуха.
Методы испытаний на атмосферостойкостъ и коррозионную устойчивость во Флориде
Испытание воздействием на открытом воздухе во Флориде соответствует ряду методов и стандартов испытаний на атмосферостойкость и коррозионную устойчивость, небольшая часть из которых перечислена ниже:
- прямое воздействие и воздействие через стекло (ASTM G7, ASTM G24, ASTM D1435);
- с использованием черного ящика (ASTM D4141; GM 9163Р);
- с использованием ящика для испытаний материалов внутренней отделки автомобилей (GM 9538Р, GM 7455М, GM 7454М, GM 3619М; GMW 3417, Ford DVM 0020, ASTM G201);
- естественная атмосферная коррозия (ASTM G50);
- коррозия, ускоренная соляным туманом — SCAB (ASTM D6675).
Российско-Вьетнамский тропический центр
Практика показала, что испытания эффективности судовых покрытий необходимо проводить в естественных условиях окружающей среды. Для противообрастающих покрытий главным разрушающим фактором воздействия морской среды является биологический, который моделировать в лабораторных условиях пока не представляется возможным. Никакие искусственные методы испытаний в данном случае не заменят натурные исследования атмосферостойкости и стойкости к биоповреждениям. Такие работы проводятся на специально оборудованных климатических испытательных станциях в условиях окружающей среды, в том числе в тропиках.
На протяжении более 27 лет на территории Социалистической Республики Вьетнам успешно работает совместный Российско-Вьетнамский тропический научно-исследовательский и технологический центр (Тропический центр), созданный в соответствии с Межправительственным соглашением от 07.03.1987 г., имеющий три отделения:
- головное отделение в Ханое;
- южное отделение в Хошимине;
- и приморское отделение в Нячанге.
Участником Тропического центра со стороны России является Российская академия наук. Руководящий орган Тропического центра Координационный комитет, состоящий из российских и вьетнамских специалистов. Представительство РАН в Тропическом центре осуществляет Институт проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова.
В Тропическом центре проводятся уникальные исследования тропических экологических систем и их биоразнообразия, экологических и медико-биологических последствий химической войны США во Вьетнаме; на климатических испытательных станциях проводятся исследования и испытания на устойчивость к воздействию факторов тропического климата отдельных видов техники, элементов конструкций и материалов. По всем направлениям исследований получены ценные научные и прикладные результаты.
РАН с целью сохранения для отечественной науки этого уникального и единственного для России научного центра в тропиках, начиная с 1996 г., осуществляет его финансирование из своего бюджета за счет целевой программы «Долгосрочные международные научные проекты» и привлекает к работе ученых и специалистов различных академических институтов. В Тропическом центре работают на постоянной и временной основах 100-120 российских специалистов и ученых. Вьетнамская часть Тропического центра представлена 500 сотрудниками.
Предлагается к прочтению: Испытания и сдача судов
Для проведения натурных климатических испытаний в Тропическом центре созданы три климатические станции. Первая станция находится во влажном тропическом климате, сельскохозяйственном районе (пригород Ханоя), вторая — в районе с морским тропическим климатом (залив Нячанг, остров Че), третья станция — на юге Вьетнама в окружении мангровых лесов с прибрежным морским климатом. Все станции оснащены необходимыми приборами и оборудованием, позволяют проводить испытания не только образцов материалов, отдельных деталей, узлов и элементов конструкций, но и изделий техники (рис. 2).
Рис. 2 Общий вид атмосферной климатической станции для натурных испытаний в тропиках
За прошедшие годы совместно с НИИ российской промышленности в Тропическом центре разработаны и испытаны новые рецептуры и системы лакокрасочных покрытий различного функционального назначения для применения на различных видах техники и промышленных объектах.
В области изучения атмосферной коррозии в центре проводятся исследования динамики скорости коррозии конструкционных металлов и сплавов в атмосфере тропической зоны трех типов. Изучены коррозионные характеристикиТехнология судоремонта, причины и виды повреждений атмосферы мест размещения климатических испытательных станций по ГОСТ ISO 9223.
По результатам испытаний противокоррозионных и противообрастающих лакокрасочных покрытий в тропических водах разработаны оригинальные методологические основы прогнозирования сроков эффективного применения конструкций и оборудования в морских акваториях различных климатических зон. Это позволило сократить сроки натурных испытаний с 3-5 лет до 6-10 мес исследований.
В процессе исследования морской коррозии и обрастания расширены представления о факторах, определяющих динамику обрастания судов. Изучены сообщества микро- и макрообрастателей прибрежной части Южно-Китайского моря (залив Нячанг); рекомендованы мероприятия по снижению ущерба от обрастания и морской коррозии; исследована динамика скорости морской коррозии углеродистой и нержавеющей сталей, а также других марок сталей и сплавов. Исследования проводились на морском испытательном стенде (рис. 3, 4).
Рис. 3 Морской испытательный стенд в Южно-Китайском море для исследования функциональных свойств противообрастающих покрытий
Рис. 4 Испытания в морской среде покрытий для защиты подводной части техники при полном погружении
Особое внимание в процессе исследований судовых покрытий уделяется испытаниям на роторных установках (рис. 5).
Рис. 5 Роторная установка для испытания самополирующихся покрытий в Южно-Китайском море
Роторные установки позволяют эффективно ускоренно моделировать процессы старения и износа судовых покрытий в процессе эксплуатации. Это дает представление о длительности защитного действия противокоррозийных и противообрастающих покрытий, механических дефектах состаренного покрытия (растрескивании, пузырении, отслаивании и др.). Наиболее эффективно на данных установках можно научать современные самополирующиеся покрытия, оценивать механизм их работы в реальных условиях эксплуатации, исследовать процессы выщелачивания биоцидов, гидролиза пленкообразователя и т. п.
