Коррозия эластомеров (ч.2): причины повреждений, выбор эластомера

Причины повреждений

Химическое повреждение материалов является следствием химических реакций эластомеров с компонентами окружающей среды или их абсорбцией материалом. Это приводит к набуханию эластомера и уменьшению его прочности. Степень повреждения определяется температурой и содержанием корродирующего агента в окружающей среде. Обычно при повышении температуры и(или) концентрации корродирующего агента глубина повреждения увеличивается. В отличие от металлов, эластомеры абсорбируют различные непосредственно воздействующие на них вещества, особенно органические жидкости. Этот процесс может привести к набуханию, образованию трещин и проникновению содержимого к материалу емкости, футерованной эластомером. Набухание может вызвать размягчение эластомера и привести к возникновению напряжений и повреждений сцепления футеровки и изделия. Другим фактором, приводящим к повреждениям футеровок, является проницаемость, обычно имеет место тогда, когда эластомер хорошо абсорбирует химикаты. Однако большая способность к абсорбции не всегда необходима для наличия проницаемости. Некоторые эластомеры, например, фторзамещенные углеводороды, легко проницаемы для ряда химикатов, но обладают очень малой абсорбцией. Приближенная оценка проницаемости и/или абсорбции эластомера может быть произведена на основании данных об абсорбции воды, для которой данные обычно доступны.

Все материалы в той или иной степени проницаемы для химикатов, но скорость проницаемости эластомеров обычно на порядки выше, чем для металлов. Так как проницаемость тесно связана с абсорбцией, на ее скорость больше влияют скорость диффузии и температура, чем концентрация и температура. Проницаемость может быть серьезной проблемой футерованного эластомерными материалами оборудования. Когда корродирующий агент проникает через эластомер, он атакует металлический субстрат, который становится объектом химического воздействия.

Это может иметь следующие последствия:

1. Нарушение сцепления и образование пузырей. Это может быть вызвано тем, что между подложкой и футеровкой накапливается жидкость, когда материал подложки менее проницаем, чем футеровка. Второй причиной этого эффекта может быть химическое взаимодействие корродирующего агента и подложки, приводящее к образованию продуктов коррозии.
2. Повреждение субстрата в результате химического воздействия.
3. Потери содержимого сквозь футеровку и субстрат в результате разрушения последнего.

На степень проницаемости влияет толщина футеровки. Для достижения удовлетворительной в обычных ситуациях коррозионной стойкости обычно достаточно толщины футеровки порядка 0,01-0,02 дюймов, в зависимости от типа материала и корродирующего агента. В некоторых случаях требуется применение более толстых футеровок. Причиной для этого могут служить вероятные механические факторы, например, утонение материала из-за его хладотекучести и механические нарушения.

Проницаемость уменьшается пропорционально квадрату толщины футеровочного слоя. Однако увеличение толщины обкладки часто не является решением проблемы, так как может отрицательно сказываться на других свойствах оборудования. При увеличении толщины слоя термическое напряжение на границе раздела может вызвать нарушение сцепления. Изменения температуры и большие различия в коэффициентах температурного расширения являются наиболее распространенными причинами нарушения сцепления. На эти напряжения влияют толщина и модуль упругости эластомера. Кроме того, увеличение толщины футеровки значительно увеличивает трудозатраты на ее нанесение.

На скорость проницаемости также влияют температура и температурный градиент. Уменьшение их приводит к уменьшению скорости проникновения. В сравнительно мягких условиях футерованные сосуды, например, емкости для хранения химикатов, могут быть успешно использованы.

Существуют футеровки как связанные, так и не связанные с субстратом. В случае использования несвязанных футеровок необходимо, чтобы пространство между футеровкой и несущим материалом сообщалось с атмосферой для выпуска мельчайшего количества проникающего пара для предотвращения разрушения футеровки вследствие из-за воздуха, находящегося в этом пространстве.

Несмотря на то что эластомеры в принципе могут быть механически разрушены и в отсутствие корродирующих агентов, большинство механических повреждений являются результатом химического повреждения эластомера. Когда эластомер находятся в агрессивных условиях, он ослаблен и поэтому подвержен механическим воздействиям среды при ее течении и перемешивании.

Некоторые эластомерные материалы подвержены разрушению на открытом воздухе в результате атмосферных воздействий. Действие солнечного света, озона и кислорода может вызывать образование трещин на поверхности материала, обесцвечивание цветных изделий, значительные потери прочности, удлинения и некоторых других эластичных свойств. Таким образом, необходимо учитывать стойкость материала к атмосферным воздействиям, так же как и другие коррозионные свойства, когда метариал предстоит использовать на открытом воздухе.

На открытом воздухе эластомеры могут деструктироваться из-за воздействия озона, кислорода и солнечного света. Эти три фактора могут значительно влиять на свойства и внешний вид большинства эластомерных материалов. Результатом воздействий являются растрескивание поверхности, обесцвечивание и потеря прочности, эластичности и других физико-механических свойств. При использовании в атмосферных условиях необходимо также учитывать поведение материала при низких температурах. Многие эластомеры при низких температурах кристаллизуются, становятся хрупкими и легко растрескиваются.

Выбор эластомера

При выборе эластомера необходимо учитывать его физические, механические и химические свойства. Основные физические и механические характеристики, которые необходимо учитывать, включают:

абразивостойкость;
электрические свойства;
остаточная деформация сжатия;
сопротивление раздиру;
предел прочности при растяжении;
адгезия к металлам;
адгезия к тканям;
упругое восстановление после деформации на холоду и при нагреве;
стойкость к тепловому старению и огнестойкость.

Необходимо учитывать, что эти свойства могут меняться при компаундировании, причем улучшение одной характеристики может привести к ухудшению других. Поэтому следует представлять подробные требования к материалу квалифицированному производителю и предоставить ему подбор подходящего эластомера.

Основным требованием к эластомеру является то, что он должен быть устойчив к корроденту, с которым контактирует. Поэтому необходимо обращать внимание на температуру и концентрации корродирующего агента, действию которого материал будет подвергаться.

Технические характеристики должны включать все свойства, требуемые для данного использования, такие как эластичность, гистерезис, статическое или динамическое сдвигающее усилие, модули сжатия, усталость при многократном сжатии, растрескивание, сопротивление ползучести, стойкость к действию масел и химикатов, проницаемость и точку хрупкости, а также допустимый диапазон температур.

Коррозионная стойкость

Определяющими факторами способности эластомера противостоять химической атаке являются концентрация химиката и температура. Другим важным фактором является состав эластомера. Распространенной практикой в производстве эластомеров является введение добавок в рецептуру для улучшения определенных физических и/или механических свойств материала. Эти добавки могут неблагоприятно сказываться на коррозионной стойкости основного эластомера, особенно при повышенных температурах. В противоположность этому, некоторые производители модифицируют эластомеры для улучшения коррозионной стойкости за счет ухудшения физических и/или механических свойств. Поэтому важно знать, были ли при производстве эластомера использованы добавки, так как данные о коррозионной стойкости доступны лишь для чистых эластомеров.

Следует помнить, что многие эластомеры могут выпускаться несколькими производителями. Поэтому они могут несколько различаться по составу, что, в свою очередь, влияет на их коррозионную стойкость. Если указано, что материал совместим с определенным корродирующим агентом, это означает, что хотя бы одна из торговых марок совместима с этим веществом. В таких случаях необходимо убедиться в том, что продукт именно этого производителя совместим с корродирующим агентом.

Применение

Эластомерные материалы или резины находят широкое применение. Одной из важнейших областей их использования является футеровка химических емкостей. Для этой цели используются как натуральные, так и синтетические каучуки. Футеровки из эластомеров могут в течение долгого времени защищать стальные емкости от коррозии. Они обычно представляют собой тонкий слой материала, связанный со стальной подложкой.

Они также широко используются в качестве промежуточных мембран в сосудах с силикатными футеровками для защиты стальной оболочки от химических воздействий. Силикатная футеровка защищает эластомер от износа и высоких температур. Кроме того, эластомеры применяются в изготовлении непроницаемых футеровок отстойных бассейнов. Эти материалы предотвращают просачивание содержимого бассейнов в землю, что может вызвать загрязнение грунтовых вод и почв.

Натуральный каучук и большинство синтетических эластомеров представляют собой ненасыщенные соединения, которые в виде тонких пленок быстро окисляются и разрушаются на воздухе. При взаимодействии с хлором в подходящих условиях эти материалы образуют насыщенные соединения — чистые, нетоксичные и негорючие материалы без запаха. Их растворы можно смешивать с лаками, и полученный материал будет обладать высокой стойкостью к действию влаги и щелочей. Эти свойства делают такие материалы особенно полезными при окраске бетонных изделий, когда влага и основная среда вызывают разрушение обычных красок и лаков. Эти материалы не подвержены поражением плесенью и придают материалу огнестойкость, а также водостойкие свойства, например, парусам. Покрытие этими материалами стальных изделий в значительной степени защитит их от коррозии.

Из большого числа эластомерных материалов производят огромное количество изделий: шланги, кабельную изоляцию, уплотнительные кольца, герметики, приводные ремни, амортизированные подвесы, гибкие муфты, расширительные соединения, детали автомобилей и воздушных судов, электротехнические изделия и другие. В различных ситуациях от эластомера могут требоваться самые разнообразные свойства, поэтому в каждом случае необходимо тщательно осуществлять выбор используемого материала.

Названия эластомеров

Многие эластомеры имеют общеупотребительное название и торговую марку помимо химического названия. Например, хлоропреновый каучук продается под названием Neoprene (торговая марка фирмы DuPont) или Ваургепе (торговая марка Mobay Corp). Кроме того, Американское общество по испытанию материалов обозначает хлоропреновый каучук как ХПК (CR).

Автор: Швейцер Ф. А.
По материалам: «Коррозия пластмасс и резин», издательство НОТ
Источник: Plastinfo.ru