Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,823

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРНЫХ ПЛЁНОК С ИНГИБИТОРОМ КОРРОЗИИ

Чупрова Л.В. 1 Ершова О.В. 1
1 ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»
В работе рассматривается одна из актуальных проблем – защита метизной продукции от коррозии. Дано обоснование актуальности исследуемой темы. Проанализированы различные материалы для упаковывания металлопродукции. Показано, что прогрессивным направлением в борьбе с коррозией является использование ингибированных упаковочных материалов, в том числе антикоррозионных полимерных плёнок и бумаг. Рассмотрен механизм действия летучих ингибиторов коррозии, а также совместимость ингибиторов с упаковочными материалами. В практической части показаны результаты исследования защитных свойств полимерных упаковок для метизной продукции. Продемонстрированы положительные и отрицательные стороны исследуемых пленок. По результатам проведенных исследований сделан вывод о том, какие плёнки лучше использовать предприятиям для упаковки металлопродукции. Практическая значимость данных исследований заключается в получении сравнительных результатов различных ингибированных плёнок, которые позволят производителям металлопродукции выбрать упаковочный материал с наилучшими эксплуатационными, защитными и экономическими показателями.
коррозия металлов
агрессивная среда
полимерные плёнки
ингибитор коррозии
барьерные свойства
1. Беляев В.С. Барьерные свойства полимерных материалов [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.valmapak.ru/article/23/.
2. Беттхер Г.Д. Коррозионное поведение оцинкованных стальных конструкций / Атмосферная коррозия в промышленном и гражданском строительстве: сб.докладов / перевод с нем. / Ю.С. Рускола, В.Ф. Горева. – М.: Металлургия, 1981 – С. 40–49. – Библиогр.: С. 49.
3. ГОСТ 9.507 – 88. ЕСЗКС. Материалы герметизирующие. Методы испытаний – Взамен ГОСТ 9.038-74; введ. 19.02.1988. – Минск: Изд-во стандартов, 1988.
4. ГОСТ 9.719-94. Единая система защиты от коррозии и старения. Методы испытаний на старение при воздействии влажного тепла водяного и соляного тумана [Текст] – Введ. – 01.01.1997; URL: http://docs.cntd.ru/document/1200015014.
5. ГОСТ 9.905-82. Методы коррозионных испытаний. Общие требования [Текст] – Введ. – 01.07.83; URL: http://docs.cntd.ru/document/1200007237.
6. ГОСТ 12.4.118-82 Пленочные полимерные материалы и искусственные кожи для средств защиты рук. Метод определения стойкости к проколу [Текст] – Введ. 01.01.1984; URL: http://docs.cntd.ru/document/1200018589.
7. Коррозия стали и антикоррозийные свойства цинковых покрытий [Электронный ресурс]: статья. – 2010. – Режим доступа: http://www.newmet.ru/.
8. Малахов Е.В. Полимерные пленки с ЛИК для защиты металлоизделий при хранении [Текст] / Е.В. Малахов, В.А. Карпов, Т.О. Якубовская // Коррозия: материалы, защита: Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН. – М.: ЗАО «МостНИК». – 2004. – № 8. – С. 12–18.
9. Пинчук Л.С., Неверов А.С. Полимерные пленки, содержащие ингибиторы коррозии [Текст] / Л.С. Пинчук, А.С. Неверов. – М.: Наука, 1985. – 280 с.
10. Современные способы защиты металлоизделий от коррозии многослойными комбинированными материалами [Текст] // Пакет. – 2006. – № 2. – С. 44–47.
11. ТУ 5453-005-25023746-2006. Упаковочные материалы с летучими ингибиторами коррозии [Текст] – Введ. 01.03.2006. – Екатеринбург, 2006.
12. 22 91-001-71344737-2009. Ткань рулонная ингибиторная полипропиленовая ламинированная [Текст] – Введ. 01.06.2009. – М., 2009.
13. DIN 51006. Термический анализ. Термогравиметрия. Основы [Текст] –Взамен DIN 51006:1990-10; введ. 01.07.2005 (перевод с нем.).
14. ISO 11357. Пластмассы. Дифференциальная сканирующая калориметрия [Текст] – (перевод с англ.).

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

chuprT1.tif

ТУ 22 91-001-71344737-2009

Упаковочный материал с летучим ингибитором коррозии, на основе пленки полиэтиленовой «Тангсима»

ООО НПФ «Сигманта»,

г. Екатеринбург

chuprT2.tif

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

chup01.wmf

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: http://www.natural-sciences.ru/ru/article/view?id=36223 (дата обращения: 12.06.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074