Влияние различных видов пропиток на некоторые физико-химические свойства технической парусины

Проблема коррозии металлов и сплавов является одной из важнейших в промышленности, транспорте и сельском хозяйстве. По усредненным оценкам прямые потери от коррозии составляют в среднем около 4-5% национального дохода промышленно развитых стран. Косвенные потери учесть довольно трудно [1, 2].

По другим данным безвозвратные потери металла от коррозии составляют около 20% от его производства [3]. Атмосферная коррозия – наиболее распространенный вид разрушений металлов, протекающих по электрохимическому механизму. На ее долю приходится до 60% общих убытков от коррозии [4]. Ей подвержены инженерные сооружения, транспорт, военная техника, оборудование, приборы, инструменты, запасные части, металлические полуфабрикаты, сельскохозяйственные машины и другие изделия из металлов и сплавов. Согласно современным представлениям, атмосферная коррозия на стали развивается при относительной влажности воздуха выше критической, т.е. >70%, когда на поверхности металла возникает тонкая (от 2-3 до десятков молекулярных слоев) адсорбционная пленка воды. При этом коррозия происходит по электрохимическому механизму. Для протекания процесса коррозии необходимо присутствие молекул воды и кислорода вблизи поверхности металла.

Одним из перспективных направлений для консервации и защиты от атмосферной коррозии различных металлических конструкций является использование различных технических материалов на основе льняного волокна. Следует отметить, что льняные материалы не электризуются, и это свойство важно для производства защитных материалов на их основе.

Защита металла от атмосферной коррозии брезентами, парусиной и другими техническими ткаными материалами определяется, преимущественно, механической изоляцией металла от агрессивной среды. Исходная суровая ткань, как и сама целлюлоза, имеет пористую структуру, которая не является препятствием для диффузии молекул кислорода и воды.

Капиллярно-пористые тела, к которым относятся целлюлозные волокна, имеют свои особенности. Элементарные волокна, сами по себе обладающие пористой структурой, соприкасаясь друг с другом в ткани, образуют систему пор. В целом по структуре текстильный материал представляет собой бипористую систему с микро- и макропорами. С практической точки зрения весьма важным является вопрос о механизме проникновения молекул кислорода и воды через капиллярно-пористую структуру текстильных материалов. Для снижения количества пор в целлюлозных материалах применяют различные пропитки, которые затрудняют проникновение воды и кислорода через защитную ткань к поверхности металла. Исследование диффузии и миграции воды, кислорода и ионов других элементов в технических тканях необходимо для изучения механизма коррозии под тканевыми укрытиями, а также создания технических тканей с высокими защитными свойствами.

В случае нанесения на ткань специальных гидрофобных покрытий поры, в основном, закупориваются. Пропитки создают на поверхности материала сплошную пленку, которая сообщает ему водоупорность, при этом поры ткани могут оказаться частично закрытыми и для молекул кислорода. Другие гидрофобные пропитки оставляют поры материала открытыми для воздухообмена. В этом случае придание водоотталкивающих свойств основано на образовании в порах ткани поверхностного слоя, который удерживает воду от проникновения через поры, а водоупорность обусловливается соотношением сил притяжения между частицами воды и поверхностью материала.

В данной работе были проведены исследования свойств парусины полульняной технической (ГОСТ 15530-93 арт. В-01116) с пропитками СКПВ (светопрочная комбинированная повышенной водоупорности), СКОП (светопрочная комбинированная огнезащитная пропитка), ПВ (повышенной водоупорности) и ОП (огнезащитная пропитка). Способность текстильного материала впитывать воду при непосредственном контакте с жидкой средой характеризуется показателями капиллярности. Для технических тканей он определяется в соответствии с ГОСТ 29104.11-91. Капиллярность (H, мм) интегрально характеризует способность текстильных волокон поглощать и переносить молекулы воды продольными капиллярами материала. Подъем влаги происходит по внутренним капиллярам, а не по капиллярам между нитями, т.к. последние имеют большой диаметр и сравнительно малую протяженность. На рисунке 1 представлены кинетические зависимости капиллярности исходного брезента и образцов с различными типами пропиток.

Из рисунка 1 видно, что подъем воды по капиллярам незначителен для всех материалов. Это связано с плохой смачивающей способностью используемых для технических тканей целлюлозных волокон вследствие наличия большого количества природных и привнесенных примесей (крахмал, лигнин, пектины).

Рис 1. Влияние различных пропиток на капиллярность (Н) парусины полульняной технической с пропитками СКПВ, ПВ, СКОП, ОП

Молекулы воды легче всего проникают в полульняную ткань без пропитки. Это объясняется наиболее высокой гидрофильностью последней. При нанесении пропиток капиллярность тканей значительно снижается, поскольку пропитки уменьшают способность волокон смачиваться водой. Об этом же свидетельствует и снижение гигроскопичности волокон после аппретирования. Данные представлены в таблице 1.

Таблица 1

Гигроскопичность и воздухопроницаемость технических тканей

Для протекания коррозионного процесса наряду с молекулами воды к поверхности металла необходим подвод окислителя (молекул кислорода). Остановимся теперь на рассмотрении путей их проникновения к поверхности стали.

Воздухопроницаемость является интегральной характеристикой пористости текстильного материала.

В таблице 1 представлены результаты измерения воздухопроницаемости парусины полульняной технической без пропитки и с различными типами пропиток.

Определение воздухопроницаемости проводили в соответствии с ГОСТ 12088-77. Этот метод используется в текстильной промышленности. Чем больше пористость тканей, тем больше их воздухопроницаемость. Можно видеть, что наибольшей воздухопроницаемостью характеризуется суровая ткань, незначительное снижение воздухопроницаемости, а, следовательно, и пористости наблюдается при использовании пропиток ОП и СКОП. Обработка парусины пропитками СКПВ и ПВ снижает воздухопроницаемость и пористость почти на 40%.

Эта закономерность сохраняется и при испытании парусин в мокром состоянии (рис.2).

Рис.2. Воздухопроницаемость полульняных парусин в сухом (а) и влажном (б) состояниях: 1- суровая ткань; 2-ткань с пропиткой ОП; 3- ткань с пропиткой СКОП; 4- ткань с пропиткой СКПВ

Воздухопроницаемость у мокрых образцов существенно ниже, чем у сухих. Следовательно, скорость подвода молекул кислорода в зону коррозионного процесса во влажных брезентах ниже, чем в сухих.

Для придания текстильным материалам устойчивой несмачиваемости необходимо значительно понизить их поверхностное натяжение. Для этого нужно, не перекрывая микропоры текстильного материала, на каждое отдельное волокно нанести вещество, гидрофильные группы которого могли бы блокировать гидрофильные группы полимера, а гидрофобные участки были бы ориентированы во внешнюю область. Таким образом формируется новая наружная поверхность с низкой поверхностной энергией. На практике это достигается за счет использования гидрофобизаторов.

Аппретированные волокна смачиваются водой хуже, чем исходные, поскольку в процессе заключительной отделки их обрабатывают специальными гидрофобными составами. Об этом свидетельствовали результаты изучения углов растекания капли воды по поверхности стекол, на которые были предварительно нанесены и термически зафиксированы соответствующие отделочные составы.

Таблица 2

Краевые углы смачивания водой пропиток технических тканей

Из таблицы 2 видно, что аппретирование приводят к увеличению угла θ, а, следовательно, к уменьшению гидрофильности. Оказалось, что наибольшими водоотталкивающими свойствами характеризуется пропитки СКПВ и ПВ. Следовательно, при неблагоприятных погодных условиях (высокая влажность, осадки) ткани с этими пропитками будут медленнее намокать, меньше поглощать воду и, в конечном итоге, способствовать снижению количества конденсированной воды на поверхности металла.

Приведенные результаты исследования диффузионных и сорбционных свойств полульняных парусин свидетельствуют о том, что неподготовленная специальным образом парусина полульняная техническая не представляет серьезного препятствия для диффузии воды, водяных паров и молекул кислорода, необходимых для развития коррозионного процесса на металле. Различия гидрофобных свойств пропиток позволяли предполагать, что процессы коррозии стали под брезентами с гидрофобными пропитками (СКПВ и ПВ) должны развиваться медленнее, чем под укрытиями из суровой ткани и тканями с пропитками ОП и СКОП.

Таким образом, в ходе работы установлено, что аппретированные ткани лучше изолируют металлические поверхности от агрессивного воздействия внешних факторов. При этом эффект изоляция возрастает в ряду: суровая ткань < ткань с пропиткой ОП < ткань с пропиткой СКОП < ткань с пропиткой ПВ <ткань с пропиткой СКПВ.

Литература

1. Алешина Л.А., Глазкова С.В., Луговская Л.А., Подойникова М.В., Фофанов А.Д., Силина Е.В. Современные представления о строении целлюлоз. Химия растительного сырья. 2001. №1. С. 5–36.

2. Газовая промышленность, 2000, №1, с.35

3. Колотыркин Я.М. Металл и коррозия. М.: Металлургия, 1985. 88 с.

4. Кузнецов Ю.И., Михайлов А.А. // Коррозия: материалы, защита. 2003. № 1. С. 3-10.