Исследование возможности применения полиэфируретанового компаунда для защиты материалов деталей авиационной техники

Введение

    Развитие материалов и технологий является важной составляющей стратегического направления развития различных отраслей промышленности и создания специальной техники нового поколения [1, 2].

   В авиастроении при изготовлении элементов конструкций самолетов и вертолетов используется широкая номенклатура металлических материалов: алюминиевых, магниевых и титановых сплавов, сталей различного химического состава, а также большое количество неметаллических материалов [3, 4]. Для защиты от коррозии изделий авиационной промышленности используются различные системы лакокрасочных, неметаллических неорганических и других защитных покрытий [5]. Однако опыт эксплуатации воздушных судов, в том числе в жестких климатических условиях в районах с морским и тропическим климатом, показал, что противокоррозионная защита этих самолетов оказалась недостаточно эффективной [6, 7].

    Коррозия металлических элементов несущих конструкций планера является одной из проблем, возникающих при эксплуатации воздушных судов, особенно базирующихся в крупных приморских аэродромах. Атмосфера, насыщенная соединениями хлора, сероводорода и т. п., в сочетании с высокой относительной влажностью создает благоприятные условия для образования коррозионно-активных электролитов, воздействие которых приводит к развитию коррозионных поражений в процессе эксплуатации воздушного судна [8].

    В настоящее время для профилактики возникновения коррозионного поражения ведущие мировые производители авиатехники рекомендуют различные антикоррозионные покрытия на полимерной основе, среди которых можно выделить такие составы, как Cor Ban 35 (производство Zip-Chem Products, США), Dinitrol AV-40 (производство Dinol, Швеция), ПИНС АТ (ТУ38.401-58-120–95, производство «Химкомпозит», Россия) [9].

    Среди тенденций развития материалов в мире определены приоритетные направления развития материалов и технологий для комплексной антикоррозионной защиты. Тем не менее, как показывает опыт азербайджанских авиакомпаний Azal и Silkway Airlines, даже применение указанных защитных покрытий в полной мере не предотвращает появления коррозии, это требует создания новых, более эффективных составов [10, 11].

    В этой связи Национальная академия авиации совместно с Опытно-промышленным заводом Национальной академии наук Азербайджана на основе инновационной технологии разработана рецептура защитного состава, полностью основанного на азербайджанском сырье [12]. Предложенный состав в качестве гидроксилсодержащего соединения содержит сложно-простой полиэфир общей формулы:

,

где    ,  а    .

    В качестве изоцианатного компонента компаунд содержит полиизоцианат, в котором 24% (мольн.) (–NCO)-групп, и дополнительно – инертный растворитель при следующем соотношении компонентов, в мас. ч:

– сложно-простой полиэфир . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100;

– полиизоцианат «К» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50–80;

– растворитель (инертный) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80–100.

Сложно-простой полиэфир бис-монодифенилолпропанового эфира дипропиленгликоля и себациновой кислоты получают этерификацией бис-монодифенил-пропанового эфира пропиленгликоля себациновой кислотой. Полиизоцианат «К» (уретанообразователь) является кубовым остатком дифенилметандиизоцианата и содержит 24% (мольн.) изоцианатных (–NCO)-групп.

В качестве растворителя применяют толуол, ксилол и др. Использование растворителя, с одной стороны, регулирует вязкость композиции, с другой – облегчает равномерное распределение компонентов.

В НПО «Спецполимер» (Россия, г. Москва) были определены некоторые физико-механические свойства предлагаемого компаунда (табл. 1).

Таблица 1

Некоторые физико-механические свойства полиэфируретанового компаунда

    Опытная партия данного компаунда в течение нескольких месяцев успешно использовалась в качестве заливочного состава, предназначенного для электроизоляции и герметизации пьезокерамических элементов антенн гидролокаторов в морской воде [13]. Это дает основания к его возможному использованию в качестве защитного средства от коррозии воздушных судов.

    Целью данной работы явилось определение защитных свойств состава ПЭУК и сравнение его свойств с функциональными и защитными свойствами ингибирующих пленкообразующих составов Cor Ban 35, ПИНС AT и Dinitrol AV-40 [14, 15].

Материалы и методы

    Защитные свойства состава ПЭУК сравнивали со свойствами ингибирующих пленкообразующих составов Cor Ban 35, Dinitrol AV-40, ПИНС AT (ТУ38.401-58-120–95) в лаборатории коррозии и защиты металлов ФГУП «ВИАМ» (Россия, г. Москва).

    Защитные свойства вышеназванных составов определяли по результатам экспозиции образцов во влажной (WKL-100) и солевой (КСТ-35) камерах по ГОСТ 9.054 [16] на следующих материалах: углеродистой конструкционной стали 30ХГСА, листовом полуфабрикате сплава Д16-АТ, алюминиевом сплаве 1163-AT плакированном неанодированном и сплаве 1163-Т с удаленной технологической плакировкой [17].

    Полиэфируретановая композиция двухкомпонентного лака представлена в виде двух растворов: основы и отвердителя. Состав для нанесения готовили следующим образом: к 100 г основы добавляли 20 г отвердителя, тщательно перемешивали. На все подготовленные металлические образцы кистью наносили слой композиции. Через 24 ч на образцах образовалась сухая гладкая прозрачная пленка толщиной 20 мкм. Для измерения использовали микрометр гладкий типа МК №9769.

    Для оценки коррозионного поведения выбранных составов на поверхности металлических материалов, определения защитных свойств образовавшихся пленок проведены ускоренные лабораторные испытания в условиях камеры солевого тумана (КСТ-35) при температуре 35°С с периодическим распылением 5%-ного раствора хлористого натрия и конденсацией его на поверхности образцов. Продолжительность экспозиции в КСТ-35 составила 30 сут (720 ч). Испытания в условиях повышенной влажности (98±2%) проводили в течение 90 сут (2160 ч) в климатической камере WKL-100 при температуре 20±5°С.

    Оценку защитной способности составов осуществляли по изменению внешнего вида образцов после окончания экспозиции и с ежедневным визуальным осмотром (×36) в течение первых пяти суток испытаний и в последующем – один раз в пять суток.

Результаты

Результаты оценки защитной способности испытуемых профилактических ингибированных составов (ПИНС) приведены в табл. 2 и 3.

Таблица 2

Результаты испытаний металлических образцов с нанесенными составами после 90 сут (2160 ч) испытаний в климатической (влажной) камере WKL-100 при температуре 20±5°С и относительной влажности 98±2% (ГОСТ 9.054–80)

    Из анализа результатов экспозиции в климатической камере видно, что за 90 сут все указанные составы надежно защищают металлические образцы. Следовательно, состав ПЭУК обладает высокими защитными свойствами, равными свойствам аналогов.

    Анализ результатов испытаний в камере КСТ-35 показал, что состав ПЭУК (1 и 2 слоя) защитил поверхность образцов всех использованных металлов. За 30 сут испытаний состав ПЭУК не растрескался и не отшелушился от металлической основы. На защищаемой поверхности наблюдаются отдельные единичные коррозионные поражения. Рекомендованные для сравнения составы Cor Ban 35, ПИНС AT и Dinitrol AV-40 за время испытаний имеют больший процент пораженной коррозией поверхности и местами покрытия отслоились и растрескались. На поверхности образцов отмечены обильные подтеки продуктов коррозии от отверстий и краев образца (см. табл. 3) [18, 19].

Таблица 3

Результаты определения защитных свойств профилактических составов

в камере солевого тумана (ГОСТ 9.054–80) в течение 720  

Из анализа видно, что данный состав надежно защищает поверхность всех образцов при испытаниях во влажной и солевой камерах.

Обсуждение и заключения

    На образцах из стали 30ХГСА и алюминиевых сплавов Д16-АТ, 1163-AT и 1163-Т проведено исследование защитных свойств полиэфируретанового компаунда в сравнении с составами Cor Ban 35, ПИНС AT (ТУ38.401-58-120–95) и Dinitrol AV-40 во влажной и солевой камерах. Проведенные испытания показали высокие защитные свойства опытной партии состава ПЭУК. Свойства исследованной партии позволяют рекомендовать состав ПЭУК для применения в технологических процессах для дополнительной защиты материалов деталей и узлов авиационной техники.

    Авторы благодарят ректора Национальной академии авиации, академика НАН А.М. Пашаева, президента «SW Holding» З.С. Ахундова и директора Опытно-промышленного завода НАН Н.Ф. Джавадова за содействие при организации исследований.