В современном мире коррозия металлов и их защита от коррозии является одной из важнейших научно-технических и экономических проблем. Особенно остро эта проблема встает при транспортировке и хранении металлопродукции. Часто металлопродукция идет на экспорт морским путем, где металл подвержен атмосферной коррозии в агрессивной среде. Для того чтобы сохранить товарный вид металлопродукции и ее эксплуатационные свойства, необходима эффективная защита от коррозии [2, 7].
Прогрессивным направлением в борьбе с коррозией является использование ингибированных упаковочных материалов, в том числе антикоррозионных полимерных плёнок и бумаг. Преимуществом таких материалов является совмещение функций упаковочного средства и средства консервации, в результате чего отпадает необходимость в дорогостоящей и трудоёмкой консервации металлоизделий маслами и консистентными смазками [9].
Из комбинированных материалов наиболее распространены в противокоррозионной технике полимерные пленки, склеенные со слоем бумаги. Бумага и картон, покрытые полиэтиленом, доступны, недороги, сочетают паро- и водостойкость, термосвариваемость, термонепроницаемость, светонепроницаемость, эластичность. Защитная способность бумаги заключается не только в изоляции металлоизделия от внешней среды, но и в замедлении коррозионных процессов на металлической поверхности благодаря активному воздействию ингибитора, входящего в состав бумаги.
Для уменьшения проницаемости, повышения прочности и термостойкости в состав пленочных материалов вводят алюминиевую фольгу. Такие материалы также комбинируют с бумагой. В противокоррозионной технике часто используют материалы: полиэтилен – фольга – полиэтилен – бумага – парафин, полиэтилен – фольга – полиэтилентерефталат.
В качестве протекторных металлических компонентов комбинированных материалов вместо фольги часто используют металлизационные слои. Для повышения прочности полимерные пленки армируют стеклянным волокном в виде нетканых перекрестных сеток, плетеными сетками из капрона.
Полимерно-тканевые противокоррозионные упаковочные материалы выпускают в виде многослойных композиций, состоящих из полиэтилена, ткани и металлизированного с одной или двух сторон полиэтилентерефталата [10].
Наиболее перспективным видом упаковочного материала для металлопродукции являются многослойные барьерные пленки с ингибитором коррозии [8].
На барьерные свойства полимерных материалов существенное влияние оказывает:
– степень ориентации полимерного пленочного материала;
– температура окружающей среды;
– толщина полимерного материала [1].
Многообразие пленочных материалов обусловливает множество конструктивно-технологических вариантов их использования в технологиях противокоррозионной защиты. Предпосылкой для промышленного использования полимерных пленок, содержащих ингибитор коррозии, в системах противокоррозионной защиты является свойство ингибированной пленки обеспечивать одновременно барьерную и ингибиторную защиту металлоизделий. Это позволяет совмещать консервацию и упаковывание изделий в одном технологическом процессе, максимально автоматизировать его, улучшить товарный вид законсервированной продукции, снизить расход упаковочных и консервационных материалов.
Исследование проводилось с целью оценки защитных свойств полимерных ингибированных плёнок и выбора оптимального упаковочного материала, который бы удовлетворял потребителей по своим эксплуатационным и экономическим показателям.
Материалы и методы исследования
Объекты исследования – полимерные ингибированные пленки для упаковки метизной продукции, представленные в табл. 1.
Таблица 1
Исходные данные
|
Название пленки |
Производитель |
Нормативный документ |
|
Ткань рулонная ингибиторная полипропиленовая ламинированная «Кортек» |
ООО «Саровские полимеры», г. Москва |
ТУ 22 91-001-71344737-2009 |
|
Упаковочный материал с летучим ингибитором коррозии, на основе пленки полиэтиленовой «Тангсима» |
ООО НПФ «Сигманта», г. Екатеринбург |
ТУ 5453-005-25023746-2006 |
Проведены исследования по определению состава ингибированных пленок, смачиваемости, паропроницаемости, прочностных свойств, воздействия влажного тепла и соляного тумана (антикоррозионных свойств), а также определение процентного содержания ингибитора в упаковочных материалах.
Для определения вышеперечисленных свойств использовались методики, представленные в табл. 2.
Таблица 2
Методики эксперимента
|
Определяемая характеристика |
Нормативный документ |
Название методики |
|
Состав пленок |
ISO 11357 DIN 51006 ASTM Е 1131 |
Дифференциальная сканирующая калориметрия, термогравиметрический анализ |
|
Смачиваемость |
ГОСТ 9.507 – 88 |
Определение равновесного угла смачивания упаковочных материалов |
|
Предел прочности при проколе |
ГОСТ 12.4.118-82 |
Определение стойкости к проколу упаковочных материалов |
|
Масса ингибитора |
ГОСТ 16295-93 |
Определение массы ингибитора методом смыва |
|
Паропроницаемость |
ГОСТ 9.507 – 88 |
Определение проницаемости упаковочных материалов к парам воды |
|
Коррозионная стойкость |
ГОСТ 9.905 – 82 |
Испытание упаковочных материалов при воздействии нейтрального соляного тумана |
|
ГОСТ 9.719 – 94 |
Испытания упаковочных материалов при воздействии влажного тепла |
Результаты исследования и их обсуждение
Состав плёнок. С помощью синхронного термического анализа был определён состав полимерных плёнок. Для исследования использовался прибор синхронного термического анализа STA449F3 Jupiter фирмы NETZSCH, который оснащён ТГ-ДСК системой держателя образца с термопарой типа К чувствительностью 0,2 мкВт. Испытания проводились при следующих условиях: температурная программа – нагревание от 30 °С до 600 °С, скорость нагревания – 10 К/мин, тигли – алюминиевые, атмосфера – аргон, 20 мл/мин. Данный метод эффективен при исследовании подобных материалов [13, 14].
На основе полученных данных установили, что образец пленки «Тангсима» состоит из полиэтилена низкой плотности (Тпл = 103 – 110 °С; ρ = 0,917 – 0,92 г/см3) и полипропилена (Тпл = 160 – 170 °С; ρ = 0,90 г/см3); образец пленки «Кортек» состоит из полиэтилена высокой плотности (Тпл = 129 – 135 °С; ρ = 0,95 – 0,96 г/см3) и полипропилена, что соответствует техническим условиям на данные пленки.
Предел прочности при проколе. За показатель сопротивления проколу принято нормальное растягивающее напряжение в момент разрушения материала. Полученные данные представлены в табл. 3.
Таблица 3
Результаты испытаний полимерных плёнок на прокол
|
Исследуемый материал |
Толщина образца, мм |
Усилие прокола F, H |
Предел прочности при проколе, МПа |
|
Пленка «Тангсима» |
0,150 |
6,2 |
7,90 |
|
Пленка «Кортек» |
0,154 |
9,3 |
11,85 |
|
Полипропиленовая пленка |
0,124 |
2,0 |
2,55 |
Определение массы ингибитора. Массу ингибитора в массе бумаги площадью 1 м2 в граммах определяли по формуле
где m1 – масса образца бумаги до вымачивания, кг;
m2 – масса промытого и высушенного образца бумаги, кг;
S – площадь образца бумаги, равная 0,01 м2.
Полученные данные представлены в табл. 4.
Таблица 4
Процентное содержание ингибитора в пленке
|
Образец исследуемого материала |
Масса 1 м2 пленки m, г |
Масса ингибитора Х, г |
Содержание ингибитора в пленке, % |
|
Пленка «Тангсима» |
111,575 |
10,15 |
9,10 |
|
Пленка «Кортек» |
95,407 |
12,3 |
12,89 |
Результаты исследования по содержанию ингибитора в пленке соответствуют техническим условиям на данные пленки [11, 12].
Определение паропроницаемости. Проницаемость упаковочных материалов определялась по количеству паров воды, проникающих через 1 м2 поверхности материала за 24 часа при определенной температуре и относительной влажности [3].
Перед испытанием образцы проб, содержащие летучий ингибитор коррозии, выдерживали в вытяжном шкафу при температуре (30 ± 5) °С в течение 2–5 суток.
Продолжительность испытаний в камере тепла – 24 часа. Первое взвешивание металлических стаканов с образцами провели через восемь часов, второе – в конце испытания. Средние значения паропроницаемости полимерных плёнок приведены в табл. 5.
Таблица 5
Средние значения паропроницаемости
|
Исследуемый материал |
Пленка «Тангсима» |
Пленка «Кортек» |
ПП |
ПЭ |
|
Паропроницаемость, г/м2•сут |
9,00287 |
8,40366 |
0,26279 |
1,09643 |
Наименьшей паропроницаемостью обладает пленка «Кортек», что соответствует техническим условиям на эту плёнку.
Определение коррозионной устойчивости под воздействием нейтрального соляного тумана. Для оценки стойкости к коррозии исследуемых упаковочных материалов были проведены испытания при воздействии нейтрального соляного тумана по ГОСТ 9.905-82 [5]. Сущность метода заключается в ускорении коррозионного процесса введением в атмосферу 3 % раствора хлорида натрия.
Для проведения испытания нарезанную проволоку разных диаметров, а также гвозди упаковывали в исследуемые материалы, так, чтобы на них не попадала влага. Образцы размещали в камере таким образом, чтобы воздействие тумана на их поверхность было равномерным и капли раствора не стекали на расположенные ниже образцы. Испытуемые образцы должны занимать не более 15 % объема камеры. Помещали образцы в камеру соляного тумана. Испытания проводились в течение 18 дней. За это время прогнали 700 мл 3 % хлорида натрия.
В результате испытаний установили, что образцы оцинкованной проволоки не были подвержены коррозии, а гвозди прокорродировали. Наиболее сильно подвергся коррозии образец, упакованный в полипропиленовую пленку. Образцы пленок «Тангсима» и «Кортек» показали сходные результаты.
Следует отметить, что на образце оцинкованной проволоки, помещенной в камеру без упаковки хорошо видны следы коррозии. Степень поражения коррозией зависит также от герметичности упаковки.
Определение полимерных плёнок на воздействие влажного тепла. Испытание антикоррозионных свойств упаковочных материалов проводили в соответствии с ГОСТ 9.719 – 94 [4].
Подготовленные образцы оцинкованной проволоки и гвозди упаковывали в исследуемые материалы, часть из которых закрывали герметично, а другую – негерметично. Образцы помещали в климатическую камеру СМ – 60/75 – ХХТВХ.
Испытания основаны на воздействии на образцы конденсата влаги и постоянной температуры. Испытания проводили при температуре 40 °С и влажности 95 %.
Образцы подвергались испытанию в течение месяца. В результате осмотра на образцах не обнаружено следов коррозии.
Это свидетельствует о том, что при герметичной упаковке изделия, упакованные в исследуемые пленки, можно транспортировать во влажном климате в течение как минимум одного месяца.
Заключение
По результатам проведенных исследований можно сделать вывод о том, что образцы пленок «Тангсима» и «Кортек» по всем показателям удовлетворяют нормативным требованиям. Однако пленка «Кортек» имеет лучшие прочностные характеристики, такие как предел прочности при проколе. При меньшей массе пленка имеет большую толщину, что свидетельствует о более высокой прочности по сравнению с пленкой «Тангсима». Преимуществом меньшей массы является легкость и простота упаковки. Пленка «Кортек» в меньшей степени подвержена воздействию паров воды, о чем свидетельствует меньшая паропроницаемость. Смачиваемость пленок незначительная и характеризуется сходными значениями углов смачивания. Процентное содержание ингибитора в пленке «Кортек» выше, чем в пленке «Тангсима», что позволяет сделать вывод о лучших антикоррозионных свойствах.
С экономической точки зрения лучшей является ингибированная пленка «Кортек», т.к. ее цена ниже, чем цена пленки «Тангсима».
Учитывая эксплуатационные, защитные и экономические характеристики ингибированных пленок, рекомендуем производителям металлопродукции (оцинкованной проволоки) использовать в качестве упаковки ингибированную пленку «Кортек».
Библиографическая ссылка
Чупрова Л.В., Ершова О.В. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРНЫХ ПЛЁНОК С ИНГИБИТОРОМ КОРРОЗИИ // Успехи современного естествознания. – 2016. – № 11-2. – С. 276-280;URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=36223 (дата обращения: 19.04.2024).