Αντιδιαβρωτική και διηλεκτρική συμπεριφορά επικαλύψεων μεταλλικών επιφανειών από σύνθετα πολυμερικά υλικά με ανόργανα πληρωτικά μέσα
Authors: Γκίβαλος Λεωνίδας 
Published: September 2021

Η εμφάνιση της διάβρωσης στη σημερινή εποχή είναι ιδιαίτερα αυξημένηδεδομένου ότι η διαβρωτικότητα του περιβάλλοντος, εξαιτίας της ρύπανσης τουαέρα, του εδάφους και των υδάτων, είναι ιδιαίτερα αυξημένη σε σχέση μεπαλαιότερα. Επιπρόσθετα η αυξημένη χρήση των μετάλλων στους διαφόρους τομείςτης τεχνολογίας, καθώς και η χρησιμοποίηση μεταλλικών κατασκευών πιο λεπτώνδιαστάσεων που δεν μπορούν να ανεχθούν την διαβρωτική προσβολή στην ίδιαέκταση με τις βαριές κατασκευές που υπήρχαν παλαιότερα, καθιστούν επιτακτική τηνανάγκη κατανόησης και περιορισμού αν όχι εξάλειψης του φαινομένου τηςδιάβρωσης. Έχει υπολογιστεί ότι η ετήσια καταστροφή σιδήρου και χάλυβα από τηδιάβρωση ανέρχεται στο 1/4 και κατά άλλους στο 1/3 περίπου της παγκόσμιαςπαραγωγής. Η καταστροφή θα μπορούσε να περιοριστεί, κατά ένα μεγάλο ποσοστό(περίπου 25%), εάν αξιοποιηθούν κατάλληλα οι υπάρχουσες επιστημονικές γνώσειςπροστασίας των υλικών.Η χρήση των οργανικών επιστρωμάτων, αποτελεί την πιο σημαντική μέθοδοπροστασίας των μεταλλικών επιφανειών από την διάβρωση. Με την αντιδιαβρωτικήπροστασία που παρέχουν στις χαλύβδινες κατασκευές, αυξάνουν το χρόνολειτουργίας τους, εξοικονομώντας ιδιαίτερα σημαντικά ποσά, ενώ παράλληλασυμβάλλουν στην βελτίωση της ασφάλειας του βιομηχανικού εξοπλισμού. Ηεφαρμογή επιφανειακών επιστρωμάτων είναι η πιο κοινή μέθοδος προστασίας απότην διάβρωση. Η προστατευτική δράση των διαφόρων τύπων επιστρωμάτωνοφείλεται είτε στον προκαλούμενο διαχωρισμό του μετάλλου από το διαβρωτικόπεριβάλλον και κατά συνέπεια στην αύξηση της ηλεκτρικής αντίστασης, είτε στηνμεταβολή της ανοδικής ή/και καθοδικής πόλωσης. Η χρήση εποξειδικών ρητινών ωςσυνδετικών ουσιών σε βιομηχανικές επικαλύψεις είναι ιδιαίτερα αυξημένη τατελευταία χρόνια, δεδομένου ότι όταν οι ρητίνες αυτές συμπολυμεριστούν κατάλληλαμε άλλα συστατικά, όπως αυτά της οικογένειας των αμινών ή των πολυαμιδίωνοδηγούν στον καλύτερο δυνατό συνδυασμό αντιδιαβρωτικής προστασίας καιμηχανικών ιδιοτήτων. Οι αυξημένες απαιτήσεις για επικαλύψεις με εξαιρετικάτεχνικά χαρακτηριστικά έχουν οδηγήσει στη χρήση σύνθετων πολυμερικώνεπικαλύψεων, ενισχυμένων με πληρωτικά υλικά, οι οποίες επιδεικνύουν βελτιωμένεςαντιδιαβρωτικές και μηχανικές ιδιότητες.Στην εργασία αυτή μελετάται η επίδραση της χρήσης χαλαζία και αστρίουελληνικής προέλευσης , ως ανόργανων πληρωτικών υλικών, στις μηχανικές καιαντιδιαβρωτικές ιδιότητες εποξειδικών επικαλύψεων δοκιμίων χάλυβα. Ο χαλαζίαςκαι ο άστριος χρησιμοποιήθηκαν γιατί είναι υλικά με υψηλή κατά Mohs σκληρότητα.Το υπόστρωμα απετέλεσαν πλακίδια κοινού χάλυβα διαστάσεων 10 x 10 cm και 15 x20 cm. To επίστρωμα παρασκευάστηκε από διφαινολικού τύπου Α εποξειδική ρητίνη.Ως σκληρυντής χρησιμοποιήθηκε ένα υψηλού ιξώδους πολυαμίδιο. Ο λόγοςρητίνης/σκληρυντή ήταν ίσος με 200/50. Το σύστημα χρησιμοποιήθηκε είτε σε αυτήτη μορφή ως σύστημα αναφοράς είτε με την προσθήκη σκόνης χαλαζία ή αστρίου μεμέγεθος κόκκων 70 μm, είτε χαλαζία με μέγεθος κόκκων 40μm, σε συγκεντρώσεις15, 30, 45 και 60 % κ.β. Τα χαρακτηριστικά του χαλαζία και αστρίου πουχρησιμοποιήθηκαν ως πληρωτικά υλικά ήταν: α) κρυσταλλικός γαλακτώδης χαλαζίαςσκληρότητας 7 στην κλίμακα Mohs και πυκνότητας 2,6 g/cm3, β) νατριούχος άστριοςσκληρότητας 6,5 στην κλίμακα Mohs και πυκνότητας 3,1 g/cm3. Μετά απόκατάλληλη προκατεργασία τα δοκίμια του χάλυβα επικαλύφθηκαν με επιστρώματαπάχους ξηρού υμένα ίσο προς 180 μm (+/-) 12%. To διαβρωτικό περιβάλλον έκθεσηςτων δοκιμίων ήταν είτε διάλυμα NaCl 3,5% κ.β. είτε διάλυμα NaCl 5% κ.β.,θερμοκρασίας 32 βαθμών C (Θάλαμος Αλατονέφωσης). Ως δοκίμια αναφοράςχρησιμοποιήθηκαν χαλύβδινα δοκίμια επικαλυμμένα με σκέτη εποξειδική ρητίνη. Ηαύξηση της συγκέντρωσης του πληρωτικού υλικού δεν μπορεί να ξεπεράσει μίαορισμένη τιμή, αφενός μεν για λόγους εργασιμότητας του ιξώδους μίγματος καιαφετέρου γιατί πάνω από μία κρίσιμη τιμή (κρίσιμη κατ’ όγκο συγκέντρωσηπιγμέντου) είναι δυνατόν να χειροτερεύσουν οι αντιδιαβρωτικές ιδιότητες τουεπιστρώματος λόγω ελλειπούς κάλυψης των κόκκων από την εποξειδική μήτρα. Γιατους λόγους αυτούς πραγματοποιήθηκαν αρχικά μετρήσεις για τον προσδιορισμό τουαριθμού ελαίου σκόνης χαλαζία μεγέθους κόκκων 40 μm και 70μm, καθώς καιαστρίου μεγέθους κόκκων 70 μm, και μέσω αυτών υπολογίστηκε η κρίσιμη κατ’ όγκοσυγκέντρωση πιγμέντου και ελέγχθηκε η κατ’ όγκο συγκέντρωση πιγμέντου για τιςπροαναφερθείσες περιεκτικότητες.Η αντιδιαβρωτική συμπεριφορά των επικαλύψεων με μέγεθος κόκκων 70 μmεκτιμήθηκε:- Μέσω της Ηλεκτροχημικής Φασματοσκοπίας Σύνθετης Αντίστασης (EIS), μέθοδο ηοποία επιτρέπει την κατανόηση της συνεισφοράς των επιμέρους στοιχείων πουπαρεμβαίνουν στη διαβρωτική διαδικασία σύνθετων συστημάτων, όπως οι υπόμελέτη επικαλύψεις.- Τα αποτελέσματα αυτά συσχετίσθηκαν με αυτά της υδατοδιαπερατότητας όπωςεκτιμήθηκε με μετρήσεις σε παρασκευασμένες ελεύθερες μεμβράνες ίδιας σύστασηςμε των υπό μελέτη επικαλύψεων με τη μέθοδο CUP TEST (ASTM E 96-90).- Μέσω οπτικών παρατηρήσεων, σύμφωνα με τα πρότυπα ASTM D610-85 (βαθμόςδιάβρωσης) και ΑSTM D714-87 (κατάταξη φυσαλίδων) των δοκιμίων μετά απόέκθεση επικαλυμμένων δοκιμίων για ορισμένα χρονικά διαστήματα σε διάλυμα NaCl3,5% κ.β. και σε θάλαμο αλατονέφωσης.Η αντιδιαβρωτική συμπεριφορά των επικαλύψεων με μέγεθος κόκκων 40 μmεκτιμήθηκε:- Με μετρήσεις της χρονικής μεταβολής του δυναμικού διάβρωσης.- Με μετρήσεις της ταχύτητας διάβρωσης με την μέθοδο της γραμμικής πόλωσης.- Μέσω οπτικών παρατηρήσεων, σύμφωνα με τα πρότυπα ASTM D610-85 (βαθμόςδιάβρωσης) και ΑSTM D714-87 (κατάταξη φυσαλίδων) των δοκιμίων μετά απόέκθεση επικαλυμμένων δοκιμίων για ορισμένα χρονικά διαστήματα σε θάλαμοαλατονέφωσης. Χρησιμοποιήθηκαν 2 είδη δοκιμίων. Δοκίμια με την επικάλυψηαπείραχτη και δοκίμια στα οποία έγινε σταυροειδής χάραξη στην επιφάνεια τηςεπικάλυψης.Η μηχανική συμπεριφορά των επικαλύψεων με μέγεθος κόκκων 70 μmεκτιμήθηκε:- Με προσδιορισμό της επιφανειακής σκληρότητάς τους με την μέθοδο της χάραξης μετο μολύβι σύμφωνα με το πρότυπο ASTM D3363.- Με μέτρηση της μικροσκληρότητας Vickers σύμφωνα με το πρότυπο ASTM E 384-99.- Με μέτρηση της σκληρότητας όγκου κατά Shore D σύμφωνα με το πρότυπο ASTMD 2240-97.- Με μέτρηση της ελαστικής παραμόρφωσης των επικαλυμμένων επιφανειών μέσω τηςαπόσβεσης ταλαντώσεων εκκρεμούς κατά König σύμφωνα με το πρότυπο DIN-53157.- Με μέτρηση της αντίστασης στην εκτριβή σύμφωνα με το πρότυπο ASTM D 968-81(reapproved 1991).- Mε μέτρηση της μηχανικής αντοχής με την μέθοδο του προσπίπτοντος βάρους κατάISO 6272:1993(E).Η μηχανική συμπεριφορά των επικαλύψεων με μέγεθος κόκκων 40 μmεκτιμήθηκε:- Με προσδιορισμό της σκληρότητάς τους με την μέθοδο της χάραξης με το μολύβισύμφωνα με το πρότυπο ASTM D3363.- Με μέτρηση της ελαστικής παραμόρφωσης των επικαλυμμένων επιφανειών μέσω τηςαπόσβεσης ταλαντώσεων εκκρεμούς κατά König σύμφωνα με το πρότυπο DIN-53157.Η αποτελεσματικότητα των διαφόρων επιστρωμάτων ως προς τον περιορισμό τηςδιάβρωσης και ως προς τις μηχανικές τους ιδιότητες αξιολογήθηκε ως εξής:(1) Συγκρίνοντας τα δοκίμια με επικαλύψεις που περιέχουν χαλαζία ή άστριο στιςσυγκεκριμένες συγκεντρώσεις (15% κ.β., 30% κ.β., 45% κ.β., 60% κ.β.) με ταδοκίμια αναφοράς (δοκίμια με επικαλύψεις σκέτης εποξειδικής ρητίνης).(2) Συγκρίνοντας τα δοκίμια με επικαλύψεις που περιέχουν πληρωτικό υλικό μεταξύτους.Από τις προαναφερόμενες μετρήσεις και συγκρίσεις, συμπεραίνεται ότιεπικαλύψεις που περιέχουν χαλαζία με μέγεθος κόκκων 70 μm σε ποσοστό 15% κ.β.παρουσιάζουν βελτιωμένες μηχανικές ιδιότητες ως προς τις επικαλύψεις με σκέτηεποξειδική ρητίνη και βελτιωμένη αντιδιαβρωτική συμπεριφορά, ενώ επικαλύψειςπου περιέχουν άστριο με μέγεθος κόκκων 70 μm σε ποσοστό 15% κ.β. παρουσιάζουνβελτιωμένες μηχανικές ιδιότητες και παρόμοια αντιδιαβρωτική συμπεριφορά ως προςτις επικαλύψεις με σκέτη εποξειδική ρητίνη. Επιπλέον το γεγονός ότι η εισαγωγή τουαστρίου ή του χαλαζία ελαττώνοντας το ποσοστό των οργανικών συστατικών τηςεπικάλυψης μειώνει το κόστος της και την κάνει πιο φιλική προς το περιβάλλον(συμμόρφωση στο ISO 14000), αποδεικνύει ότι η χρήση των κεραμικών αυτώνυλικών ως πληρωτικών υλικών σε οργανικές επικαλύψεις και σε ποσοστά μέχρι και15% κ.β. προσδίδει ένα επίστρωμα βελτιωμένο συγκριτικά με εκείνο της σκέτηςεποξειδικής ρητίνης. Επίσης συμπεραίνεται ότι παρά το υψηλότερο κόστος του, οχαλαζίας με μέγεθος κόκκων 40 μm σε ποσοστά μέχρι και 30% κ.β. παρουσιάζειβελτιωμένη αντιδιαβρωτική συμπεριφορά ως προς τις επικαλύψεις με σκέτηεποξειδική ρητίνη, γεγονός που οφείλεται στην καλύτερη διασπορά των κόκκων τουπληρωτικού υλικού στην εποξειδική μήτρα.