В горной промышленности перед компаниями стоит сложная комплексная задача: обеспечить безопасность — экологическую, трудовую, хозяйственную; сохранить производственные мощности и обеспечить длительную, эффективную, безопасную эксплуатацию своих объектов.
Компания «Маккаферри» разработала комплекс технически эффективных решений на основе изделий из стальной проволоки двойного кручения:
Агрессивная среда, механическое истирание и ультрафиолет снижают сроки эксплуатации надёжных решений. Принципиально новое покрытие «ПолиМак®» для изделий из металлической проволоки, разработанное «Маккаферри», увеличивает срок службы металлоконструкций на базе проволоки в агрессивной среде в 2 раза и способствует ощутимой экономии на ремонте и замене конструкций.
Как появился «ПолиМак®»?
Для горной промышленности характерно воздействие химически агрессивной среды, механических повреждений, низких температур и ультрафиолета. Ослабление защитных свойств покрытия и коррозия металла со временем могут стать причиной нарушения функционирования конструкций, что потребует времени на замену повреждённых участков. Защита материала — это один из множества факторов, который позволяет снизить вероятность ослабления конструкции в целом.
Химики и технологи компании «Маккаферри» в течение нескольких лет работали над поиском формулы нового полимерного покрытия, которое бы оказалось устойчивым к воздействию:
- кислот;
- щелочей;
- ультрафиолету;
- механическому истиранию.
Кроме того, нужно было обеспечить возможность покрывать как металлическую проволоку (материал для создания конструкций), так и элементов конструкций.
Наконец, к 2020 году была выведена основная формула нового покрытия. После длительных тестирований и доработок у «Маккаферри» появилось новое покрытие для стальной проволоки и конструкций из неё — «ПолиМак®».
Технически материал уникален: это смесь полимеров с прекрасной адгезией к проволоке, специально адаптированная к применению в агрессивных средах.
Структура проволоки с новым покрытием — трёхслойная: стальная проволока, цинковое долговечное покрытие, поверх которого нанесено покрытие «ПолиМак®». Благодаря такому защитному покрову изделия из проволоки, защищённые «ПолиМаком®», отличаются:
- долговечностью;
- химической устойчивостью;
- высокими механическими характеристиками;
- безопасностью для окружающей среды.
Для улучшения качества покрытия «ПолиМак®» и его поведения в материалах из сетки двойного кручения проводились масштабные тесты. Они показали в несколько раз более высокую устойчивость покрытия «ПолиМак®» к агрессивным факторам, характерным для горной промышленности, чем у ПВХ.
- Сопротивление истиранию. «ПолиМак®» даёт 10-кратное улучшение по сравнению с традиционным полимерным покрытием. Это значит, что воздействие мелкой и крупной каменной крошки, характерной для производств горной промышленности, на укрепляющие почву конструкции будет менее критично, чем при использовании проволоки, просто оцинкованной или покрытой ПВХ. Такие конструкции могут исправно служить до 10 раз дольше.
- Устойчивость к низким температурам. «ПолиМак®» сохраняет свои свойства до -35 °C. Такие свойства позволяют производить установку конструкций даже в северных районах в зимний период без потери качества.
- Химическая устойчивость к серной, муравьиной, азотной, уксусной кислотам. Теперь срок службы конструкций для водоотведения и укрепления берегов и плотин для хранения отходов увеличивается в несколько раз, что снижает риск техногенных катастроф.
- Устойчивость к механическим повреждениям при установке. «ПолиМак®» на 23% прочнее, чем традиционные полимерные покрытия, что обеспечивает лучшую устойчивость к ударам и повреждению при установке.
- Устойчивость к UF-излучению. «ПолиМак®» имеет в 4 раза большую прочность на растяжение, чем ПВХ после 2500 часов УФ воздействия.
Разработанный для противостояния более суровым условиям окружающей среды, «ПолиМак®» является долговечным и прочным покрытием. В отличие от ПВХ, «ПолиМак®» может быть нанесён на проволоку большего диаметра. Это позволяет изготавливать новые комбинации материалов и предлагать новые более эффективные инженерные решения.
«ПолиМак®»: прочность и устойчивость, доказанная экспериментально
Чтобы убедиться в том, что покрытие будет правильно работать, в «Маккаферри» провели ряд тестов, которые показывали и доказывали превосходство эксплуатационных характеристик «ПолиМак®» в сравнении с хорошо зарекомендовавшим себя ПВХ-покрытием.
Тестирование на сопротивление истиранию
В качестве ориентира специалисты взяли стандарт EN 60229 «Провода и электрокабели» и адаптировали тест на истирание под свои нужды. Для проведения исследования использовался пневматический пистон. Для тестирования были взяты образцы длиной 600 мм. Это устройство двигает металлическую точку вверх и вниз по покрытию со скоростью 300 мм/с. В месте контакта с металлической точкой пластиковое покрытие истирается. Тест считается завершённым, когда происходит полное истирание пластикового покрытия.
Результат превзошел ожидания: «Полимак®» даёт 10-кратное улучшение по сравнению с традиционным полимерным покрытием.
Тестирование на низкотемпературное растрескивание
Низкотемпературное растрескивание ASTM D 746 «Стандартный тест на температуру растрескивания пластиков и эластомеров» даёт оценку долговременным эффектам низкой температуры. Кроме того, тест определяет температуру, под воздействием которой 50% образцов разрушаются.
Этот тест показал, что «Полимак®» сохраняет свойства при температуре до -35 °C.
Тестирование на устойчивость к УФ-излучению
Поскольку изделия из проволоки крепятся на открытой местности, они подвержены влиянию ультрафиолета. Даже хорошо зарекомендовавшее себя ПВХ-покрытие со временем теряет свои свойства к гибкости под воздействием солнечных лучей. Тестирование на устойчивость после УФ-воздействия проводилось по стандартам ISO 4892-3 «Пластики — Методы лабораторных воздействий УФ-лучами (Флуоресцентные УФ-лампы)» ISO 527-1. Определение прочности на разрыв».
Образцы с покрытием «Полимак®» и ПВХ подвергались УФ-воздействию, имитирующему воздействие солнечной радиации на сооружения. Прочность покрытий на разрыв измерялась спустя 2500 часов УФ-воздействия.
Результаты эксперимента показали, что «Полимак®» имеет в 4 раза большую прочность на растяжение, чем ПВХ после 2500 часов УФ воздействия.
Тестирование устойчивости к механическим повреждениям
Устойчивость к повреждаемости при установке напрямую зависит от эластичности и жёсткости материала. Определение этого параметра выполнялось с помощью теста на определение жёсткости ASTM D 2240 — «Стандартного метода тестирования свойств — определения жёсткости дюрометром». Метод основан на воздействии на материал определённым штампом под усилием.
Тест показал, что «Полимак®» на 23% твёрже, чем традиционные полимерные покрытия, что обеспечивает лучшую устойчивость к ударам и повреждению при установке.
Повышение химической устойчивости для горной промышленности особенно актуально. Покрытие ПВХ неплохо выдерживает воздействие слабоконцентрированных растворов, хотя химически агрессивная среда сильно сокращает срок службы изделий с этим покрытием. Специалистам «Маккаферри» необходимо было разработать такой полимер, который сможет выдерживать высокую концентрацию наиболее распространённых кислот.
Покрытие «ПолиМак®» при тестировании очень хорошо показало себя как прочное и устойчивое к истиранию и УФ-излучению. Следующим этапом изучения свойств покрытия было определение устойчивости покрытия к химически агрессивной среде.
За основу мы взяли эксперименты с наиболее сильными кислотами, которые могут встречаться в промышленности:
- серная кислота (H₂SO₄);
- муравьиная кислота (HCOOH);
- уксусная кислота (CH3COOH);
- азотная кислота (HNO3).
Сегодня существует рекомендация для изготовления изделий, которые планируется использовать в условиях высокой и экстремальной агрессивности (уровни С4-С6) — применять проволоку с плотным цинковым или цинк-алюминиевым покрытием и дополнительным покрытием из полиэтилена или ПВХ. Требования к характеристикам материалов органических покрытий указаны в ГОСТ Р 58146.-2018. Разработчики протестировали «ПолиМак®», руководствуясь этим документом.
Определение химической устойчивости предполагает помещение проволоки в покрытии в кислую среду или раствор с агрессивным веществом разной степени концентрации. Эксперимент считается оконченным после того, как на проволоке появится ржавчина.
«ПолиМак®» и воздействие серной кислоты
Серная кислота — сильный окислительный агент. Под её воздействием в разы повышается коррозионная активность. Инженерные конструкции «Маккаферри» страдают от воздействия этого вещества, когда используются при контакте с почвами. В сочетании с температурными режимами и другими сопутствующими процессами серная кислота даже невысокой концентрации со временем разрушает покрытие.
В результате проведённых испытаний выяснилось, что покрытие «Полимак®» на 40% устойчивее к воздействию серной кислоты, чем ПВХ.
Муравьиная кислота
Муравьиная кислота используется при производстве гермицидов и инсектицидов. Имеет высокую коррозионную активность. Растворяется в спирте, ацетоне, бензоле, глицерине. Её применяют в разных сферах, поэтому она присутствует и в реках, и в почвах, вызывая окисление металла инженерных конструкций.
Сравнительный эксперимент на химическую устойчивость показал, что «ПолиМак®» на 61% устойчивее к этой кислоте, чем ПВХ, и может обеспечить 100% защиту от коррозии металла.
Уксусная кислота
Уксусная кислота используется для производства уксуса, PET-тары и как растворитель. Имеет высокую коррозионную активность, огнеопасна. Эта кислота и ацетаты разрушающе действуют на все металлы, вступая с ними в реакцию. Данные соединения встречаются в реках, почвах и на ТКО. Имеют высокую коррозионную активность, окислительный агент.
У ПВХ-покрытия низкий уровень химической устойчивости к уксусной кислоте — всего 10% и до 40% с ограничениями. Как показало испытание, «ПолиМак®» защищает металл на 100% от разрушения и коррозии.
Азотная кислота
Азотная кислота — самая водорастворимая и сильная кислота. Азотная кислота в любой концентрации проявляет свойства кислоты-окислителя. Благодаря своим свойствам в разной концентрации она присутствует в реках и почвах.
Тестирование показало, что ПВХ справляется с воздействием азотной кислоты при 50% концентрации и имеет некоторые ограничения при концентрации азотной кислоты до 80%. Очень хороший результат. Но «ПолиМак®» показал несколько лучшие результаты: устойчивую защиту до 60% концентрации и ограниченную устойчивость — до 100% концентрации.
Испытания продемонстрировали устойчивость и к другим химически агрессивным веществам.
При контакте с металлом вызывает коррозию. Защитное покрытие из ПВХ защищает металл от химического воздействия гидроксида натрия. При этом есть ограничение: температура раствора должна быть ниже 60 °C. Испытания показали, что «ПолиМак®» продолжает защищать металл при температуре 60 °C и выше.
Один из наиболее агрессивных веществ. ПВХ, например, не выдерживает его воздействия. Уникальная формула покрытия «ПолиМак®», как показали испытания, не вступает в реакцию с бензиловым спиртом и выдерживает его воздействие.
Высококоррозионный щелочной раствор. ПВХ не обеспечивает устойчивость, а «ПолиМак®» обладает отличной устойчивостью.
Проведённые тесты показывают, что покрытие «ПолиМак®» превосходит ПВХ по ряду параметров, что позволяет использовать его в агрессивной среде при строительстве дамб хвостохранилищ и отводных каналов без сокращения срока службы конструкций. А это, в свою очередь, открывает новые перспективы в развитии инженерной мысли в гидротехнических, геотехнических и противокамнепадных решениях.
Как показывают результаты испытаний, ПВХ-покрытие демонстрирует неплохие результаты по многим позициям, но новое покрытие «ПолиМак®» превосходит его и по ряду позиций дает 100% защиту от воздействия концентрированных кислот. Это значит, что, вложив единожды в изготовление инженерных конструкций из проволоки с покрытием «ПолиМак®», вы избавитесь от необходимости регулярных затрат на реконструкцию и ремонт сооружений в течение нескольких десятилетий.
Благодаря уникальным свойствам покрытие «Полимак®» можно использовать в проектах, где требуется взаимодействие с абразивными или химически агрессивными средами.
С новым покрытием «ПолиМак®» будут доступны такие продукты «Маккаферри»:
С покрытием «ПолиМак®» надёжные инженерные решения станут долговечнее, а производство — экологичнее и безопаснее.
Автор: Кукло Иван Александрович, директор по маркетингу «Маккаферри СНГ»
На правах рекламы
maccaferri.ru
info@maccaferri.ru
г. Москва, ул. Шарикоподшипниковская 13, стр.1
тел.: +7 (495) 937-58-84
Спасибо!
Теперь редакторы в курсе.