Особенности технологии нанесения напыляемых полимочевинных покрытий. Возможные виды брака и способы их устранения

Из практики нанесения полимочевины известно, что можно длительное время работать без всяких проблем, после чего внезапно столкнуться с таким явлением, как пузыри, причем даже там, где до этого их не было. Без понимания причин возникновения этого наиболее распространенного вида брака невозможно гарантировать получение качественного, бездефектного покрытия. Причины, вызывающие образование дефектов, заложены в одном или нескольких из четырех аспектов, из которых собственно и состоит технология нанесения полимочевины:

  • Исправность оборудования (равномерная подача компонентов насосами, отсутствие протечек через уплотнители, чистота пистолета, правильный подбор  смесительной камеры и сопла и т.д.);
  • Подготовка поверхности (отсутствие загрязнений, заполнение пор, правильный подбор праймера);
  • Техника нанесения покрытия (квалификация оператора);
  • Качество сырья (правильно подобранная система, отсутствие инородных примесей, соблюдения гарантийного срока хранения).

Фактор влажности

Является одной из важнейших причин брака, встречающегося в повседневной практике напыления полимочевины. Образование пузырей в данном случае вызвано реакцией избыточной влаги с изоцианатным компонентом системы с выделением углекислого газа. Как правило, пузыри на покрытии выступают не сразу после его нанесения, а по прошествии 4-24 часов.

Хоть и верно то, что полимочевина, в отличие от «чисто» полиуретановых систем, мало чувствительна к влаге в процессе напыления, есть ряд отклонений от технологических норм, при которых фактор избыточной влажности может накладываться на эти отклонения и усугублять их негативную роль, а именно:

  • отклонение от заданного соотношения компонентов (повышенный расход изоцианата);
  • «проплев» изоцианата через пистолет;
  • подтекание изоцианата через клапан;
  • неправильно подобранная пара сопло – смесительная камера;
  • преждевременное нанесение полимочевины по не высохшему праймеру.


Есть еще одна разновидность пузырей, связанная с влажностью, содержащейся в пористых субстратах, в частности в бетоне или цементной стяжке. Механизм их образования изображен на рис.1. Тепло экзотермической реакции полимеризации полимочевины, достигающей температуры 120˚С, вызывает рост давления паров воды, сконденсированной внутри пор бетона. Пары стремятся вырваться наружу, прорывая не успевшую набрать прочность пленку эластомера.

Рисунок 1

Рис.1  Механизм образования пузырей при нанесении полимочевины на пористые основания

 Образующиеся при этом многочисленные пузырьки имеют, как правило, небольшие размеры (не более 1 мм) и лопаются на глазах, превращаясь в «кратеры» или «вулканчики». Попытки перекрыть их путем нанесения дополнительных слоев полимочевины приводят к тому, что на месте мелких пузырьков образуются все более и более крупные. Оставлять поверхность покрытия в таком виде нельзя, поскольку рано или поздно оно начнет протекать. Во избежание этого вида брака применяются следующие приемы.

  • Просушка поверхности:  часто невозможна или крайне затруднительна;
  • Заполнение пор низковязким полиуретановым или эпоксидным праймером: наиболее надежное средство решения проблемы;
  • Нанесение покрытия в вечернее время, когда бетон, как любой «дышащий» субстрат, по мере остывания находится в фазе «вдоха»;
  • Работа на нижнем пределе температуры компонентов (60˚С) и при минимальном  расходе за один проход (на минимальной производительности).

Фактор загрязненной поверхности («теневой эффект»)

Пустоты на поверхности покрытия, нарушающие его сплошность и являющиеся следствием загрязнения подложки твердыми частицами, из-за внешнего сходства часто путают с вышеописанными кратерами, имеющими иное происхождение. Попадая на такую твердую частицу, быстро полимеризующаяся полимочевина не способна к полному обтеканию встретившегося препятствия. Образуется незаполненное пространство, подобное тени или сухому пятну, образующемуся под зонтиком во время дождя. При последующем проходе под тем же углом это «пятно» или «тень» не уменьшается в размерах, нарастает лишь размер и толщина «зонтика». Образующиеся пустоты делают покрытие непригодным к эксплуатации (рис.2).

Рисунок 2

Рис. 2  Механизм и проявление «теневого эффекта» при нанесении на загрязненную поверхность

Твердые загрязнители основания многочисленны, это могут быть не только не сметенный мусор, пыль или отклеившаяся от битумной основы посыпка на старом рулонном кровельном покрытии, но и выступы и неровности небрежно выполненной, не разглаженной стяжки из цементного раствора.

Частными случаями проявления «теневого эффекта» являются:

  • Осевшие и затвердевшие на оборотной, невидимой при напылении стороне трубы капельки самой полимочевины. Роль этого фактора необходимо учитывать при выборе той или иной системы для наружной антикоррозионной защиты трубопроводов, иначе ввиду слишком короткого времени гелеобразования полимочевины дефектоскопия укажет на нарушения диэлектрической сплошности покрытия.
  • Характерная «шагрень» на ППУ, образующаяся практически на всей поверхности из-за распыла факела ветром и особенно в периферийной зоне факела, где угол падения аэрозоля к поверхности наиболее отличен от 90˚. Поскольку избежать такой шагрени невозможно, перед нанесением защитного покрытия из полимочевины поверх теплоизоляционного слоя ППУ следует нанести вспомогательный, грунтовочный слой однокомпонентной полиуретановой мастики.
  • Раковины в бетоне (не путать с порами) размером от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров в ширину и глубину, не характерные для горизонтальных поверхностей, но почти всегда присутствующие на вертикальных поверхностях разъема опалубки и литого бетона. Как и в случае применения любого другого лакокрасочного покрытия, перед нанесением полимочевины эти «червоточины» (bugholes) должны быть сначала вскрыты на стадии абразивной очистки бетона, а затем тщательно зашпатлеваны составами на цементно-полимерной основе, наполненной кварцевым песком эпоксидной смолой и т.п. Если этим пренебречь, при напылении полимочевины неизбежно образование пустот в труднодоступных полостях раковин, через которые в процессе эксплуатации будут просачиваться агрессивные к бетону жидкости, вызывая образование пузырей и отслоение облицовки (рис.3).

Рисунок 3 

Рис. 3  Механизм и проявление «теневого эффекта» при нанесении на  стеновую бетонную поверхность 

Наконец, «теневой эффект» может проявляться и в отсутствии тех или иных загрязнителей, а лишь вследствие неправильной техники напыления. Сначала должны заполняться все труднодоступные полости, примыкания и поднутрения, затем покрываются ровные большие плоскости, причем пистолет должен быть направлен по возможности перпендикулярно к поверхности, и только после этого напыляются все выпуклости. В противном случае на выступающих кромках нарастает валик из полимочевины, препятствующий попаданию аэрозоля внутрь образовавшейся полости-«трещины». Эти азы техники напыления хорошо известны операторам распылительных установок из опыта нанесения пенополиуретановой теплоизоляции.

Температурный фактор

Следствием его воздействия являются пузыри, образующиеся в толще покрытия между отдельными его слоями. Это связано с более высокой температурой второго и последующих слоев по сравнению с первым слоем, не успевающим отвердеть в достаточной мере из-за высокого теплоотвода при контакте с холодной подложкой и служащим тепловым изолятором между ней и вторым слоем. В результате второй слой разогревается сильнее и полимеризуется быстрее. Между мягким недоотвержденным  первым слоем и более твердым вторым слоем возникает внутреннее напряжение в виде усадочной деформации, то есть пузырей. Такая картина может наблюдаться при нанесении покрытий на массивные и очень холодные стальные детали, хотя для полимочевины это не характерно. Если такое происходит, есть повод усомниться в том, что поставленная система – это чистая полимочевина, а не полиуретан или так называемый «гибрид». Однако, независимо от используемой системы, лучше взять за правило: при напылении на холодный металл не работать «мокрым по мокрому», а перед вторым проходом давать выдержку на отверждение первого тонкого слоя полимера.

Температурный фактор в некоторых случаях может негативно проявляться на полимочевинном покрытии как «эффект холодной стенки». Многочисленные пузыри между поверхностью и облицовкой, нанесенной с внутренней стороны объекта, могут появляться уже после пуска в эксплуатацию сосудов, емкостей и сооружений, если температура наружной поверхности существенно ниже, чем температура внутри. Примером может служить стальная емкость без наружной теплоизоляции, наполненная горячей водой. Температурный градиент внутри и снаружи емкости является причиной осмотического проникновения водяных паров сквозь слой облицовки к холодной стенке, где они и конденсируются, образуя пузыри под покрытием в точках его наименьшего сцепления с металлом. Чем больше температурный градиент, тем больше число и размеры пузырей, зачастую наполненных водой (рис.4).

Рисунок 4

Рис. 4   Схема проявления «эффекта холодной стенки» 

 На бетоне, с его существенно меньшей теплопроводностью в сравнении со сталью, этот эффект не так выражен, но все-таки тоже может проявляться. Процесс значительно ускоряется при наличии на изолируемой поверхности водорастворимых солей, служащих гидрофильными центрами притяжения влаги и усиливающих ее диффузию сквозь слой облицовки.

Аналогичное явление может иметь место и в случае нанесения полимочевины на холодную сторону паропроницаемой стенки, если ее противоположная сторона подвержена воздействию теплого влажного воздуха, например в пищевом производстве, прачечных и т.п.

Во избежание неисправимого брака, вызванного «эффектом холодной стенки», перед началом  работ необходимо принять следующие меры:

— обеспечить эффективную теплоизоляцию объекта для минимизации температурного градиента внутри и снаружи;

— удалить с изолируемой поверхности вредные примеси в виде водорастворимых солей (хлоридов, сульфатов и нитратов) до их суммарного уровня не более 20×10-6 г /см2;

В противном случае лучше отказаться от применения полимочевины или полиуретанов в пользу специальных антикоррозионных покрытий с более высокой водонепроницаемостью.

  Аппаратурный фактор

В процессе напыления полимочевины разность рабочих давлений в линиях каждого из компонентов не должна превышать 10%, в противном случае имеет место нарушение их объемного соотношения и, как неизбежное следствие – пузыри, которые появляются, как правило, лишь спустя несколько часов или даже суток по окончании работ. Одной из причин может служить разница вязкостей смолы и изоцианата, а способом устранения – раздельный подогрев компонентов, возможность которого обеспечивается большинством современных распылительных установок. Например, менее вязкую смолу можно нагреть до 60˚С, а более вязкий изоцианат – до 80˚С, и наоборот. Однако, как правило, этот важный фактор, от которого напрямую зависит качество смешения компонентов, должен учитываться химиками-технологами фирмы-поставщика, обязанными обеспечить, во-первых, минимальную по абсолютной величине (не более 1000 мПа×с при комнатной температуре) вязкость смолы и изоцианата и, во-вторых, минимальную разницу их вязкостей.

Другим важным условием хорошего смешения быстро реагирующей системы в распылительном пистолете высокого давления является правильный подбор типоразмеров смесительной камеры и сопла, исходя из рекомендаций поставщика оборудования конкретно под полимочевину. Материал должен полностью заполнять камеру, а сопло контролировать расход (подачу) реакционной смеси и форму факела. Если это условие не обеспечивается, то по прошествии времени появляются пузыри, в основном в местах, соответствующих периферийной зоне по краям факела. Немаловажную роль играет и подбор фильтров на входе в пистолет: для оптимального, беспрепятственного поступления материала к смесительной камере при высокой производительности рекомендуются сетки с размером ячейки 40 меш, а при малом расходе 60 меш.

Для стабильной работы распылительной установки с предсказуемым результатом важным фактором является однородность содержимого бочек с сырьем по всему их объему. Компонент «А» (смола) обычно пигментируется, то есть представляет собой дисперсию мелких (не более 10 мкм) твердых частиц в жидкой смеси. Несмотря на применение при его приготовлении высокоскоростных диспергаторов, частицы пигмента постепенно высаждаются на дно бочки. Компонент «Б» (изоцианат) изначально является однородной жидкостью, однако при длительном и ненадлежащем хранении склонен мутнеть и расслаиваться. И поскольку в процессе работы распылительной установки идет забор компонентов бочковыми насосами со дна бочек, если не принять меры по гомогенизации сырья, вполне возможны проблемы, как то: неравномерный факел, частое засорение пистолета, неоднородность цвета покрытия и появление на нем пузырей. Чтобы этого избежать, необходимо воспользоваться одной из следующих мер:

  • Наиболее доступный способ – перемешивание содержимого бочек путем их встряхивания и перекатывания незадолго до использования. Он же наименее эффективный, поскольку добиться с его помощью полной однородности компонентов практически невозможно.
  • Наиболее надежный способ — применение перемешивающих устройств различной конструкции, работающих по принципу электродрели со смесительной насадкой. Проблема состоит в том, что далеко не все производители полимочевинных систем поставляют их в специальных бочках, снабженных, кроме традиционных двух технологических отверстий в крышке, дополнительным третьим, предназначенным для монтажа таких перемешивающих устройств.
  • Возможно также использование простейшей схемы рециркуляции компонентов с использованием бочкового насоса и трехходового крана, который на стадии подготовки сырья направляет поток  жидкости обратно в бочку через малое отверстие-«воздушку», а по окончании перемешивания переключается в рабочее положение и осуществляет подачу сырья на распылительную установку (рис.5).
  • Наиболее предпочтительной выглядит схожая с вышеописанной рециркуляционная схема, использующая вместо бочковых насосов собственные поршневые дозирующие насосы распылительной установки. Ее преимущество состоит в том, что она позволяет одновременно с перемешиванием осуществлять подогрев сырья благодаря встроенным проточным нагревателям машины. Аксессуары такого рециркуляционного контура обычно предлагаются поставщиками оборудования в качестве опции.

Рисунок 5

Рис. 5  Рециркуляционная схема перемешивания содержимого бочек

Если все-таки пришлось столкнуться с проблемой образования пузырей между изолируемой поверхностью и покрытием или между слоями самого покрытия, первое, что нужно сделать, это выяснить причину брака, а затем и попытаться устранить ее. Для этого необходимо вырезать пузырь и внимательно изучить его.

В таблице ниже показана последовательность определения причин и их устранения:

Поверхность   обратной стороны пузыря

Возможная причина

Способ устранения

Гладкая, с нормальной   твердостью Загрязненное основание Очистить основание
Воздух и пары влаги в пористом   основании Заполнить поры праймером
Ворсистая; сначала липкая,   через несколько часов – твердая и шершавая Реакция с избыточной влагой Убедиться в отсутствии   капельной влаги, измерить точку росы.Высушить или обработать   праймером поверхность основания.Убедиться, что компрессор подает сухой воздух
Дисбаланс соотношения   компонентов (избыток изоцианата) Проверить рабочее давление в   линиях компонентов, устранить разницу давлений за счет раздельного подогрева.Очистить камеру, сопло и   фильтры пистолета.Подобрать подходящую пару   камера-сопло
Мягкая, липкая Не полностью отвержденный   праймер Дождаться полного отверждения   праймера или заменить праймер
Дисбаланс соотношения   компонентов (избыток смолы) Проверить рабочее давление в   линиях компонентов, устранить разницу давлений за счет раздельного подогрева.Очистить камеру, сопло и   фильтры пистолета.Подобрать подходящую пару   камера-сопло