Способ гуммирования металлической емкости
METHOD FOR RUBBERIZING A METAL CONTAINER

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 и качество гуммировочного покрытия и небольшая длительность эксплуатации в условиях воздействия агрессивных сред.
Известен способ гуммирования металлической емкости по патенту РФ на изобретение №2762553, включающий дробеструйную обработку металлической поверхности, ее обезжиривание, выполнение армированного слоя в виде металлической сетки, закрепленной на металлической поверхности с помощью точечной сварки, нанесение на армированный слой вровень с его поверхностью адгезионного состава в виде мастики, приготовленной на основе резиновой смеси, стойкой к воздействию агрессивных сред, разведенной в растворителе до текучего состояния, укладку на высохшую мастику подготовленных заготовок в виде листов из каландрированной резиновой смеси того же состава, что и в мастике, длиной не более 2,5 м до достижения толщины покрытия до 6 мм. При этом в каждом слое листы каландрированной резины укладывают со смещением стыковочных швов относительно предыдущего слоя. Далее проводят вулканизацию гуммировочного покрытия.
Недостатком известного способа является сложность его осуществления, пористость получаемого многослойного гуммировочного покрытия из-за бесклеевого метода нанесения слоев каландрированной резиновой смеси, наличие зазоров между армирующей сеткой и гуммировочным покрытием, отсутствие герметичного контакта между гуммировочным покрытием и стенками металлической емкости. В результате, пары кислоты проникают в пространство между армирующей сеткой и стенками металлической емкости, вызывают коррозию стенок и образование солей кислот, которые при накоплении вызывают вспучивание гуммировочного покрытия и его отрыв от армирующей сетки.
Известен способ гуммирования оборудования по патенту РФ №2014233, В29С 63/02, В29С 67/18, 1991, выбранный в качестве ближайшего аналога, включающий дробеструйную обработку металлической поверхности емкости, обезжиривание, нанесение грунта, затем последовательное нанесение и высушивание нескольких слоев раствора резиновой смеси, на один из которых до его высыхания укладывают износостойкий слой в виде заранее подготовленной или нанесенной сетки из сырой резиновой смеси, вулканизацию полученного покрытия.
Недостатком ближайшего аналога является высокая пористость гуммировочного покрытия, возникающая вследствие образования микропор в процессе испарения растворителя из толщи жидкого резинового покрытия во время высыхания, что снижает герметичность покрытия и увеличивает разрушающее воздействие агрессивной среды на металлическую поверхность емкости.
Технический результат заключается в повышении качества гуммировочного покрытия и надежности защиты металлических стенок емкости от воздействия агрессивной среды.
2
Технический результат достигается тем, что в способе гуммирования металлической емкости, включающем дробеструйную обработку металлической поверхности, обезжиривание, нанесение грунтовки, выполнение нескольких слоев резиновой смеси, вулканизацию, согласно изобретению, слои выполняют из заготовок в виде полос каландрированной резиновой смеси, на загрунтованную поверхность емкости наносят клей, который также наносят на одну из сторон заготовок, формируют первый слой гуммировочного покрытия, укладывая заготовки клеевой стороной на покрытую грунтовкой и клеем металлическую поверхность, готовят мастику из сырой резиновой смеси одного состава с заготовками, разведенной в растворителе в соотношении 25-30:70-75 мас.% соответственно, каждый последующий слой заготовок укладывают на мастику, нанесенную на поверхность предыдущего слоя, до достижения общей толщины гуммировочного покрытия не менее 6 мм, при этом стыки заготовок в слоях герметизируют, а слои укладывают со смещением стыков заготовок в одном слое относительно стыков заготовок в предыдущем слое на 1/2-1/3 ширины заготовки, после укладки всех слоев проводят их вулканизацию горячим воздухом или паром до достижения твердости гуммировочного покрытия 60-70 ед. по Шору. Кроме того, в способе, согласно изобретению вулканизацию проводят при температуре 110-130 °С, давлении 1,0±0,1 кгс/см в течение не менее 15 часов.
Технический результат обеспечивается за счет того, что для гуммировочного покрытия металлической емкости используют листы из каландрированной резиновой смеси в отличие от ближайшего аналога, где покрытие получают путем последовательного нанесения слоев из раствора резиновой смеси. Нанесение нескольких слоев из каландрованной резиновой смеси против нанесения нескольких слоев раствора резиновой смеси позволяет устранить или значительно снизить пористость покрытия, возникающую в  вследствие образования микропор в процессе испарения растворителя из толщи жидкого резинового покрытия. Каландрованная резиновая смесь после вулканизации обеспечивает лучшую герметичность покрытия на всей защищаемой площади. Использование для гуммировочного покрытия нескольких тонких слоев из каландрированной резиновой смеси позволяет уложить покрытие с наибольшим прилеганием к криволинейным стенкам металлической емкости. В то же время применение для соединения слоев из каландрированной резиновой смеси мастики на основе резиновой смеси того же состава, что и в слоях покрытия, в соотношении 25-30 мас.% резиновой смеси и 70-75 мас.% растворителя позволяет после вулканизации получить максимально однородное монолитное гуммировочное покрытие высокого качества, с низкой пористостью, снижающее или исключающее возможность проникновения паров агрессивной жидкости к стенкам металлической емкости. Соотношение компонентов в мастике определено опытным путем. Меньшее количество резиновой смеси в мастике приводит к снижению ее адгезивных свойств, большее – к неравномерности нанесения. Благодаря тому, что первый слой заготовок из каландрованной резиновой смеси крепится с помощью двух составов: грунтовочного и клеевого, непосредственно к стенке металлической емкости, после вулканизации образуется надежный защитный барьер между агрессивной жидкостью и стенками металлической емкости. Нанесение грунтовки на металлическую поверхность выравнивает поверхность и повышает адгезию клея к металлу, а также обеспечивает дополнительную защиту подготовленной к гуммировке металлической поверхности от окисления в промежутке от дробеструйной обработки до наклеивания первого слоя каландрированной резиновой смеси. Повышает надежность защиты металлической емкости укладка слоев каландрированной резины со смещением стыков в одном слое относительно стыков в подлежащем слое, так как исключает появление сквозных отверстий в покрытии. К повышению защитных свойств гуммировочного покрытия приводит и дополнительная герметизация стыков заготовок в слоях покрытия с помощью мастики на основе материала, сродного по составу с материалом покрытия или с помощью усилительных лент, выполненных из полос каландрированной резиновой смеси, что исключает проникновение паров агрессивных жидкостей к металлическим стенкам емкости через стыки листов каландрированной резиновой смеси. Показатель твердости 60-70 ед. по Шору свидетельствует о том, что гуммировочное покрытие после вулканизации слоев каландрированной резиновой смеси приобрело надлежащее качество, необходимую механическую прочность и стойкость к разрушающему действию агрессивной жидкости.
Способ осуществляется следующим образом.
Перед нанесением гуммировочного покрытия проводят подготовку внутренней поверхности металлической емкости. Для этого проводят дробеструйную обработку с получением шероховатой поверхности серого цвета без металлического блеска. После внутреннюю поверхность металлической емкости обеспыливают при помощи промышленных пылесосов и обезжиривают. При необходимости перед проведением вышеуказанных подготовительных операций осуществляют очистку поверхности от остатков агрессивных веществ, которые находились ранее в емкости и удаление старого гуммировочного покрытия. Зачистку внутренней поверхности после освобождения от старого гуммировочного покрытия выполняют до степени шероховатости Rz-2.5. Внутренняя поверхность металлической емкости не должна иметь раковин, трещин, забоин и других дефектов. Внутреннюю поверхность металлической емкости обезжиривают любым известным для этих целей растворителем, например нефрасом.
Подготавливают заготовки из полос каландрированной резиновой смеси, например, марки 51-1632. Промышленно реализуемая каландрированная резиновая смесь представляет собой полосы различной длины, шириной до 600 мм, толщиной 0,5-2,0 мм. В производственной упаковке листы могут имеют длину 12-15 м. Из листов каландрированной резины осуществляют нарезку заготовок в виде полос, оптимальной длины около 2,5 ± 0,5 м. Указанную длину выбирают во избежание натяжения и перекосов во время укладки заготовок. При необходимости полосы каландрированной резиновой смеси дублируют, увеличивая тем самым толщину полосы. Необходимость операции дублирования зависит от исходной толщины полос и от участка гуммирования. Операцию дублирования проводят любым известным способом, в том числе механическим бесклеевым, или вручную с предварительной промывкой подходящим растворителем, например нефрасом, и нанесением клея. Для лучшего сопряжения по краям заготовок срезают фаски под углом 15-30° к поверхности листа.
Подготовленную поверхность металлической емкости грунтуют. Используемый грунтовочный состав представляет собой смесь термореактивных полимеров, органических соединений и минеральных наполнителей, растворенных или рассеянных в органическом растворителе Грунтовка служит для подготовки металлической поверхности емкости к приклеиванию невулканизированных эластомерных соединений, например, листов каландрированной резиновой смеси к металлической основе, в том числе для выравнивания поверхности и повышения показателей стойкости и прочности клеевого соединения. Грунтовку наносят кистью, валиком или распылителем. Нанесенную грунтовку сушат не менее 30 мин. при комнатной температуре. За это время из нанесенного слоя грунтовки испаряется растворитель и грунт высыхает.
На загрунтованную металлическую поверхность и на одну из сторон заготовок из каландрированной резиновой смеси кистью или валиком наносят клей для соединения резиновых смесей на основе натурального, бутадиенового, изопренового, бутадиен- стирольного, нитрильного, хлоропренового, этилен-пропиленового и бутилкаучуков Укладывают первый слой гуммировочного покрытия из полос подготовленных заготовок. Заготовки в слое укладывают встык или внахлест, с перекрытием не более, чем половину ширины фаски. Стыки промазывают мастикой. Каждую заготовку прикатывают зубчатым валиком для предотвращения перекосов и отслаивания от гуммируемой поверхности.
На первый слой гуммировочного покрытия наносят мастику, представляющую собой разведенную в нефрасе до текучего состояния резиновую смесь того же состава, что и в заготовках, в соотношении 25-30 мас.% сырой резиновой смеси и 65-70 мас.% нефраса. Опытным путем установлено, что наиболее оптимальное соотношение компонентов в мастике 30:70 мас.% соответственно. На мастику укладывают второй и, если это необходимо, последующие слои из полос каландрированной резины до набора оптимальной толщины гуммировочного покрытия, т.е. не менее 6 мм. При этом в процессе укладки на первый слой заготовок каждого последующего слоя стыки заготовок располагают со сдвигом относительно швов предыдущего слоя на расстояние от одной 1/3 до 1/2 ширины заготовки. Все стыковочные швы в каждом слое герметизируют мастикой. Дополнительно на мастику могут приклеивать ленты из каландрированной резины того же состава, что и заготовки.
2
Далее полученное многослойное покрытие из резиновой смеси вулканизируют горячим воздухом или паром. Наиболее оптимальный режим вулканизации проводят при температуре  110-130°С, давлении 1,0±0,1 кгс/см в течение не менее 15 часов, до твердости резины 60-70 ед. по Шору.
Указанный режим вулканизации, подобран опытным путем, практически обеспечивает вулканизацию всей толщи 6 мм покрытия из каландрированной резиновой смеси и термореактивного клея, нанесенных на внутреннюю поверхность металлической емкости. Однако, если после вулканизации получают покрытие с недостаточной твердостью по Шору, то проводят дополнительную вулканизацию.
Показатель твердости 60-70 ед. по Шору свидетельствует о том, что вулканизация резиновой смеси прошла успешно, и резина приобрела необходимую механическую прочность и стойкость к разрушающему действию агрессивной жидкости.
Пример 1.
В примере 1 приведен способ нанесения гуммировочного покрытия на внутреннюю поверхность металлической железнодорожной цистерны модели 15-1614-01 для перевозки фтористоводородной кислоты с концентрацией 38-75 % с применением заготовок из каландрированной резиновой смеси марки 51-1632.
2
Цистерну освобождают от остатков фтористоводородной кислоты. Для чего цистерну заливают водой. Жидкость нейтрализуют до РН 6-7,5 и выкачивают. Демонтируют старое гуммировочное покрытие с использованием ножей, скребков и т.п. Производят дробеструйную обработку металлической поверхности до получения поверхности серого цвета без металлического блеска со степенью шероховатости Rz-2,5. После чего поверхность обеспыливают и обезжиривают путем промывки ее нефрасом марки С2-80/120 по ТУ38.401-67-108-92. Не дожидаясь высыхания поверхность протирают сухими бязевыми салфетками,  затем оставляют до полного высыхания. На подготовленную таким образом поверхность кистью или валиком наносят грунтовку, представляющую собой смесь полимеров, органических соединений и минеральных наполнителей̆, растворенных в органическом растворителе. Дают высохнуть не менее 30 мин. при комнатной температуре. Из листов каландрированной резиновой смеси марки 51-1632  толщиной 2 мм выкраивают заготовки размером 0,6 х 2,5 м. Срезают фаски под углом 30°. На загрунтованную металлическую поверхность цистерны наносят термореактивный  клей, представляющий собой смесь эпоксидных смол, каучука, изоцианатов и модификаторов в органических растворителях. Такой же клей наносят на одну из поверхностей заготовок. Клеевой стороной заготовки укладывают на покрытую клеевым составом поверхность цистерны встык. Заготовки выравнивают зубчатым валиком для исключения образования волн, перекосов и отслоений. Получают первый слой гуммировочного покрытия, который покрывают слоем мастики из резиновой смеси марки 51-1632, разведенной в нефрасе марки С2-80/120 в соотношении, мас %: резиновая смесь – 25, нефрас 75. Для герметизации стыков их промазывают мастикой. На мастику укладывают второй слой из заготовок каландрированной резиновой смеси подобно первому слою. Но при этом стыки заготовок во втором слое сдвигают относительно первого слоя на 30 см. Затем второй слой покрывают мастикой и укладывают третий слой гуммировочного покрытия подобно двум нижним слоям. Заготовки в третьем слое укладывают со сдвигом стыковых швов на 30 см относительно стыковых швов второго слоя. Все стыки во втором и третьем слое герметизируют аналогично первому слою. Общая толщина гуммировочного покрытия после укладки третьего слоя составляет немного более 6 мм, что необходимо и достаточно для эксплуатации такого покрытия в условиях агрессивной среды. Уложенные описанным способом слои резиновой смеси вулканизируют горячим воздухом при температуре  130 °С, давлении 1,0±0,1 кгс/см в течение 15 часов. Проверяют твердость полученного гуммировочного покрытия, которая составила 70 ед. по Шору. В результате получают трехслойное гуммировочное покрытие максимально однородное по своему составу. К тому же покрытие, состоящее из нескольких тонких слоев резиновой смеси, соединенных между собой мастикой на основе того же материала, что и материал слоев, позволяет получить гуммировочное покрытие высокого качества с наибольшим прилеганием к криволинейной поверхности цистерны. С низкой пористостью и газопроницаемостью.
Пример 2.
В примере 2 приведен способ нанесения гуммировочного покрытия на внутреннюю поверхность металлической железнодорожной цистерны модели 15-1614-01 для перевозки фтористоводородной кислоты с концентрацией 38-75 % с применением дублированных  заготовок из каландрированной резиновой смеси марки 51-1632.
0
2
Подготовку внутренней поверхности цистерны, нанесение грунтовки и клея осуществляют так же, как в примере 1. Из листов каландрированной резиновой смеси толщиной 1,5 мм выкраивают полосы длиной около 2,5 м, шириной 0,6 м. Полосы дублируют на специальных дублировочных станках при небольшом нагреве дублируемых заготовок до температуры ниже температуры вулканизации резиновой смеси при температуре до 50С. Получают заготовки толщиной 3 мм. Срезают фаски. Одну из сторон дублированных заготовок покрывают клеевым составом. Заготовки укладывают клеевой стороной на подготовленную поверхность цистерны, покрытую тем же клеевым составом. Заготовки укладывают встык. Стыки герметизируют мастикой из  резиновой смеси марки 51-1632, разведенной в нефрасе в соотношении 30:70 мас.% соответственно. Получают первый слой гуммировочного покрытия. На полученный слой резиновой смеси кистью наносят мастику указанного выше состава. На мастику укладывают второй слой дублированных заготовок подобно первому. При этом стыки заготовок во втором слое смещают относительно стыков первого слоя на 20 см. Стыки герметизируют мастикой. Получают покрытие толщиной 6 мм или немного более. Полученное покрытие вулканизируют горячим воздухом при температуре  110 °С, давлении 1,0±0,1 кгс/см в течение 15 часов. Проверяют твердость полученного гуммировочного покрытия, которая составила 60 ед. по Шору.
В результате как в примере 1, так и в примере 2 получают герметичное гуммировочное покрытие с высокой степенью однородности, максимально прилегающее к криволинейным стенкам цистерны с низкой пористостью и газопроницаемостью.
Таким образом, заявляемое изобретение позволяет повысить качество гуммировочного покрытия и надежность защиты металлической поверхности емкости от воздействия агрессивной среды.