Результат интеллектуальной деятельности: Способ гуммирования металлической емкости

Изобретение относится к области нанесения защитных покрытий на оборудование, работающее в условиях воздействия агрессивных сред, и может быть использовано для нанесения защитного покрытия на поверхности металлических железнодорожных цистерн, предназначенных для перевозки агрессивных жидкостей, например, кислот.

Известен способ гуммирования по патенту РФ на изобретение №2171745, В29С 63/48, 2001, включающий обработку металлической поверхности сверхзвуковой струей продуктов сгорания топлива с твердым наполнителем, последующее нанесение на обработанную металлическую поверхность клея, нанесение поверх клея сырой резины и последующую вулканизацию.

Недостатком известного способа является низкая надежность крепления гуммировочного покрытия и небольшая длительность эксплуатации в условиях воздействия агрессивных сред. Отсутствие армирования и использование в качестве адгезива клея, не имеющего сродство по составу с основным гуммировочным слоем, приводит к отслаиванию покрытия от металлической поверхности изделия.

Известен способ гуммирования металлических изделий по авторскому свидетельству СССР №1484753, В29С 63/28, 1989, заключающийся в обезжиривании бензином металлической поверхности изделия, обработке поверхности дробью, нанесении нескольких слоев адгезионного состава с промежуточной вулканизацией при 145-155 °С в течение 30-35 мин, укладке на верхний жидкий слой адгезионного состава сетки из стеклоткани, нанесении на сетку нескольких гуммировочных слоев состава и вулканизации при 145-155 °С в течение 220-240 мин.

Недостатком известного способа является недостаточная надежность крепления гуммировочного покрытия и длительность эксплуатации, в связи с применением в качестве армирующего элемента сетки из стеклоткани, уложенной на адгезив, не имеющий сродство по составу с основным гуммировочным слоем, что при неблагоприятных условиях приводит к быстрому отслаиванию гуммировочного покрытия от металлической поверхности изделия.

Известен способ гуммирования и изготовления металло-полимерных конструкций по заявке РФ на изобретение №2017132649, В29С 63/48, 2019, выбранный в качестве ближайшего аналога, который заключатся в том, что очищают и обезжиривают поверхность металла, приваривают точечно-контактной сваркой металлическую мелкоячеистую анкерную сетку с расстоянием между точками контакта, необходимым для ее натяжения, на металлическую сетку наносят адгезив, имеющий сродство с основным гуммировочным слоем до полного затекания во все полости сетки и образования монолитного слоя.

Недостатком ближайшего аналога является недостаточная обработка поверхности перед нанесением адгезива, за счет чего снижается надежность крепления гуммировочного покрытия.

Технический результат заключается в повышении надежности крепления, качества и ремонтопригодности гуммировочного покрытия.

Технический результат достигается тем, что в способе гуммирования металлической емкости, включающем подготовку металлической поверхности обезжириванием, выполнение армированного слоя путем закрепления на металлической поверхности металлической сетки и нанесения адгезионного материала, укладку на армированный слой гуммировочного слоя, согласно изобретению, перед обезжириванием осуществляют дробеструйную обработку металлической поверхности, на подготовленную поверхность укладывают металлическую сетку без промежутков встык, приваривают точечной сваркой, на металлическую сетку наносят мастику, приготовленную на основе резиновой смеси, стойкой к воздействию кислот, разведенной в растворителе до текучего состояния, причем мастику наносят в несколько слоев с промежуточной сушкой вровень с металлической сеткой, подготавливают заготовки из полос каландрированной резиновой смеси того же состава, что и в мастике, длиной не более 2,5 м, причем края заготовок срезают под углом 15-30° к поверхности заготовки, на армированный слой укладывают гуммировочный слой толщиной не менее 6 мм, состоящий из нескольких слоев соединенных между собой заготовок, в каждом слое заготовки соединяют между собой путем нагрева сопрягаемых поверхностей, слои заготовок укладывают со смещением стыков заготовок в одном слое относительно стыков заготовок в другом слое, после укладки слоев заготовок проводят вулканизацию гуммировочного покрытия горячим воздухом или острым паром. Кроме того, согласно изобретению, дробеструйную обработку могут проводить с использованием металлической дроби размером 0,8-2,0 мм при давлении сжатого воздуха 0,5-0,6 МПа. Кроме того, согласно изобретению, в качестве металлической сетки могут использовать металлическую тканую сетку с размером ячейки 2,8 мм и диаметром проволоки 0,9 мм. Кроме того, согласно изобретению, металлическую сетку могут приваривать с шагом 50-60 мм. Кроме того, согласно изобретению, вулканизацию гуммировочного покрытия осуществляют при температуре 143 °С не менее 24 часов.

Технический результат обеспечивается тем, что в армированном и гуммировочном слоях гуммировочного покрытия используют резиновую смесь одного состава. Это позволяет бесклеевым способом получить цельное по толщине гуммировочное покрытие с надежной адгезией между слоями и к металлической поверхности емкости. Цельное по толщине гуммировочное покрытие снижает вероятность расслаивания при воздействии неблагоприятных условий, например, колебаний температуры окружающей среды или давления внутри емкости, а следовательно, повышает качество и надежность крепления покрытия. Дробеструйная обработка металлической поверхности повышает сцепление мастики из резиновой смеси с поверхностью металлической емкости за счет увеличения площади сцепления. Нанесение мастики послойно с сушкой каждого слоя позволяет получить однородный слой, без воздушных полостей, что препятствует расслаиванию покрытия в процессе эксплуатации. Укладка заготовок из каландрированной резиновой смеси в несколько слоев так, что стыки заготовок в каждом последующем слое смещают относительно стыков заготовок в предыдущем слое, исключает образование сквозных щелей в гуммировочном слое, куда может попасть агрессивная жидкость, тем самым повышает качество покрытия. Толщина гуммировочного слоя не менее 6 мм обусловлена тем, что позволяет получить качественное стойкое к воздействию агрессивной среды гуммировочное покрытие. Применение в адгезионном и гуммировочном слоях резиновой смеси одного и того же состава позволяет проводить ремонт покрытия в случае повреждения целостности гуммировочного слоя.

Способ гуммирования металлической емкости осуществляют следующим образом.

Перед нанесением гуммировочного покрытия проводят подготовку внутренней поверхности металлической емкости. Подготовка внутренней поверхности металлической емкости включает дробеструйную обработку и обезжиривание, но при необходимости может включать очистку поверхности от остатков агрессивных веществ, которые находились ранее в данной емкости, удаление старого гуммировочного покрытия и устранение дефектов металлической поверхности. Внутренняя поверхность металлической емкости не должна иметь раковин, трещин, забоин и других дефектов. Дефекты устраняют путем наплавки или сварки, причем площадь поверхности дефектов, предназначенная для сварки или направки не должна превышать 2 % от общей поверхности покрытия. После устранения дефектов проверяют шероховатость поверхности металлической емкости по ГОСТ 2789-73. Шероховатость не должна превышать высоту неровностей профиля 320 мкм по 10 точкам на базовой длине 8 мм. Затем проводят дробеструйную обработку поверхности металлической емкости с использованием металлической дроби по ГОСТ 11964-81, оптимально размером 0,8-2,0 мм при давлении сжатого воздуха 0,5-0,6 МПа. После дробеструйной обработки внутреннюю поверхность металлической емкости обезжиривают любым известным для этих целей растворителем, например нефрасом. Если обработки растворителем недостаточно, и на поверхности остается значительное количество жировых отложений, то поверхность дополнительно обрабатывают острым паром в вулканизационном котле в течение 2-3 ч при температуре 130-140 °С.

После подготовки внутренней поверхности металлической емкости на ней выполняют армированный слой. Для этого на поверхности монтируют металлическую сетку ГОСТ 3826-82. Параметры сетки обусловлены предельно допустимой толщиной адгезионного слоя в зависимости от объема и назначения металлической емкости, применяемых гуммировочных материалов и пр. Металлическую сетку укладывают встык без промежутков и приваривают сетку к внутренней поверхности емкости с помощью электродуговой точечной сварки с шагом 50-60 мм. Шаг приваривания 50-60 мм является оптимальным для обеспечения надежного крепления сетки к защищаемой поверхности. В случаях разрывов полотно сетки загибают вовнутрь и сваривают. Сварной шов не должен иметь острых кромок и выступать над сеткой более, чем на 2 мм.

На армирующую сетку наносят мастику. Мастику получают путем разбавления брикетов резиновой смеси, стойкой к воздействию кислот, растворителем, способным растворять резиновую смесь, например, нефрасом, до текучего состояния. Соотношение резины и растворителя в мастике может составлять 1:1 – 1:2 соответственно. Мастика полученной консистенции свободно проникает под металлическую сетку без образования пустот. Предпочтительно использовать марку резиновой смеси 51-1632, так как эта марка на практике показала высокую стойкость к воздействию фтористоводородной кислоты концентрацией от 40 до 75%. При этом возможно использование резиновых смесей, например, на основе бром-бутиловых каучуков. Мастику наносят послойно с сушкой каждого слоя. Мастика считается высохшей при отсутствии липкости на ее поверхности. Последний слой мастики должен перекрывать металлическую сетку «заподлицо». Металлическая сетка, покрытая мастикой на основе резиновой смеси, обеспечивает надежную защиту металла от механических повреждений и герметичность гуммировки.

Гуммировочный слой выполняют из листов каландрированной резиновой смеси той же марки, что и резиновая смесь, используемая для мастики, например, марки 51-1632. Промышленно реализуемая каландрированная резиновая смесь представляет собой полосы различной длины, шириной до 600 мм, толщиной 0,5-1,5 мм. В производственной упаковке листы могут имеют длину 12-15 м.

Подготовка заготовок заключается в следующем. Полосы каландрированной резиновой смеси дублируют, увеличивая тем самым толщину полосы. Необходимость операции дублирования зависит от исходной толщины полос и от участка гуммирования емкости. На горловинах цистерн, крышках люков допускается использование однослойных полос. Осуществляют нарезку заготовок требуемой длины. Предпочтительно, чтобы длина заготовок не превышала 2,5 м во избежание натяжения и перекосов во время укладки заготовок. Заготовки из каландрированной резиновой смеси, в процессе укладки подвержены усадке. Усадка заготовок в случае применения полос с длиной, более 2,5 м, может ослабить сопряжения с соседними заготовкам и, как следствие, привести к нарушению целостности гуммировочного покрытия. Для лучшего сопряжения края заготовок срезают под углом 15-30° к поверхности листа. Заготовки в слое могут быть уложены встык или внахлест, с перекрытием до половины ширины среза края.

Укладку заготовок из каландрированной резиновой смеси осуществляют послойно бесклеевым способом. Заготовки в каждом слое соединяют путем нагрева стыков с помощью промышленных электронагревательных элементов до температуры 60-70 °С. Укладку заготовок осуществляют таким образом, что в каждом последующем слое стыки заготовок смещают относительно стыков в предыдущем слое на 200-300 мм. Заготовки укладывают до достижения требуемой толщины гуммировочного слоя не менее 6 мм. При такой толщине слоя покрытие надежно крепится к поверхности металлической емкости и в достаточной степени защищает металлическую поверхность от коррозионного воздействия агрессивных веществ, преимущественно кислот.

Далее проводят вулканизацию резиновой смеси горячим воздухом или острым паром при температуре 115-145 °С. Длительность вулканизации зависит от различных факторов, например: от объема, толщины слоя гуммировочного покрытия, внешней изоляции защищаемой емкости, температуры окружающей среды, а также давления и температуры внутри емкости в процессе вулканизации. Длительность вулканизации может варьироваться от 50 минут до 24 и более часов.

Качество готового покрытия определяют визуально, с помощью простукивания деревянным молотком, а также определяют твердость резины. Твердость покрытия должна составлять 55-75 ед. по Шору А ГОСТ 236-75.

В случае обнаружения участка отслаивания покрытия или межслойного вздутия проводят устранение дефекта. В месте отслаивания гуммировочного слоя от армирующего слоя удаляют отслоившийся гуммировочный слой, наносят мастику, ставят заплату из каландрированной резиновой смеси и вулканизируют. После вулканизации получают цельное гуммировочное покрытие, что указывает на ремонтопригодность покрытия, полученного заявляемым способом.

Пример нанесения гуммировочного покрытия на внутреннюю поверхность металлических железнодорожных цистерн модели 15-1614-01, предназначенных для перевозки фтористоводородной кислоты с концентрацией 38-75 %.

Перед гуммированием осуществляют подготовку внутренней поверхности цистерны. Удаляют слабокислый остаток, образовавшийся после перевозки фтористоводородной кислоты. Удаляют старое поврежденное гуммировочное покрытие. Проверяют состояние внутренней поверхности цистерны на предмет наличия дефектов, таких как трещины, раковины и т.п. Общая площадь внутренней поверхности цистерны составляет примерно 106 м². Определяют площадь обнаруженных дефектов. Она должна составлять не более 2,12 м². После устранения дефектов поверхности сваркой или наплавкой проверяют шероховатость поверхности. При соответствии шероховатости нормативным показателям проводят дробеструйную обработку с использованием металлической дроби размером 0,8-2,0 мм при давлении сжатого воздуха 0,5-0,6 МПа. В результате получают шероховатую поверхность серого цвета без металлического блеска. Поверхность обезжиривают нефрасом. К обезжиренной поверхности приваривают металлическую сетку с размером ячейки 2,8 мм и диаметром проволоки 0,9 мм. Металлическую сетку приваривают электродуговой точечной сваркой с шагом 50 мм. Готовят мастику. Для этого берут брикеты резиновой смеси марки 51-1632. Резиновую смесь растворяют в нефрасе в соотношении 1:1. Получают текучую массу. Массу наносят на металлическую сетку слоями. Каждый слой высушивают до отсутствия липкости. Последний слой мастики наносят вровень с металлической сеткой. Для выполнения гуммировочного слоя берут полосы каландрированной резины толщиной 1,5 мм. Ширина полос 600 мм. Полосы каландрированной резиновой смеси дублируют, с получением пластины толщиной 3 мм. Нарезают заготовки длиной 2,5 м. С краев заготовок срезают фаски под углом 30°. Заготовки укладывают в два слоя до получения гуммировочного слоя толщиной 6 мм. В каждом слое заготовки укладывают внахлест, но не более, чем на половину ширины фаски. Укладывают первый слой заготовок. Соединяют стыки заготовок путем нагрева с помощью специального промышленного электронагревательного элемента до 50-60 °С. Второй слой заготовок укладывают на первый со сдвигом стыков в слоях относительно друг друга не менее, чем на 200 мм. Соединяют заготовки второго слоя так же, как и заготовки первого слоя. Проводят вулканизацию резиновой смеси горячим воздухом при температуре 143 °С в течение 24 часов. Получают гуммировочное покрытие, качество и надежность крепления которого подтверждаются на практике. Практика показала, что длительность эксплуатации цистерны с гуммировочным покрытием, выполненным заявляемым способом, заполненной фтористоводородной кислотой с концентрацией 70 %, без отслаивания гуммировочного покрытия, составляет не менее трех лет. При том, что даже один год эксплуатации металлических цистерн для хранения и перевозки концентрированной фтористоводородной кислоты 70% концентрации является хорошим показателем. После 2-3 перевозок фтористоводородной кислоты 70% концентрации защитные покрытия внутренней поверхности цистерны, выполненные известными способами, необратимо деградируют.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет повысить надежность крепления и качество гуммировочного покрытия, а также его ремонтопригодность.