RU208467U1 - Плоский стальной прокат с многослойным защитным покрытием - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к плоскому стальному прокату с многослойным защитным покрытием. Указанный прокат содержит цинковый гальванический слой, выполненный с обеих сторон плоского проката, пассивирующий слой, выполненный по поверхности цинкового гальванического слоя с обеих сторон упомянутого проката, грунтовочный слой, выполненный с обеих сторон указанного проката, и слой защитного полимерного материала на основе поливинилиденфторида, выполненный поверх грунтовочного слоя с лицевой стороны стального плоского проката. Цинковый гальванический слой дополнительно содержит от 2 мас.% до 20 мас.% Ni, толщина слоя составляет от 4 мкм до 12 мкм с каждой стороны, при этом разнотолщинность каждого слоя цинка и слоев между собой не превышает 20%. Пассивирующий слой выполнен толщиной 1-2 мкм, грунтовочный слой выполнен толщиной 5-15 мкм, слой защитного полимерного материала с лицевой стороны выполнен толщиной 20-35 мкм на основе полимерной композиции с содержанием в ней от 85 мас.% до 90 мас.% поливинилиденфторида. Дополнительно с обратной стороны по грунтовочному слою выполнен слой защитного полимерного материала толщиной 10-35 мкм на основе композиции, состоящей из 40-50 мас.% поливинилиденфторида, 30-40 мас.% акрилатов и 10-30 мас.% эпоксидной смолы. Обеспечивается расширение арсенала технических средств защитных покрытий стального проката за счет формирования многослойного защитного покрытия, позволяющего получить высокую коррозионную и химическую стойкость. 7 пр.

Description

Полезная модель относится к области защитных покрытий на металле, а именно к защитным многофункциональным коррозионно- и химически стойким полимерным покрытиям на оцинкованном стальном плоском прокате с высокими потребительскими свойствами.

Защитные полимерные покрытия на оцинкованном стальном плоском прокате приобрели в настоящее время широкое распространение в различных областях техники. Особенно широкое применение они нашли в строительстве как обычных, так и специальных сооружений. Важной востребованной характеристикой таких покрытий является коррозионная стойкость изделий с покрытием во влажной воздушной среде, в воде и водных растворах с различным значением водородного показателя. При этом полимерное покрытие осуществляет барьерную защиту, а коррозионную стойкость таких покрытий определяют прежде всего характеристики слоя цинка на стали, преимущественно его толщина. Одним из способов получения цинкового покрытия является горячий способ из расплава цинка. В таких случаях увеличение толщины слоя цинка выше (12-15) мкм приводит к его охрупчиванию, что снижает возможности дальнейшей механической обработки листа, в частности профильной прокатки и изгиба. Однако известен альтернативный способ нанесения цинкового покрытия - электролитический. Покрытия, полученные электролитическим способом, отличаются большей пластичностью.

Полимерные покрытия можно наносить как с одной стороны (одностороннее покрытие), так и с обеих сторон плоского стального проката (двустороннее покрытие). Выполнение таких покрытий зависит от условий последующей эксплуатации изделия с покрытием. Одностороннее покрытие используют в случае приоритетного значения защиты или внешнего вида только одной стороны, например, при агрессивном воздействии среды только с одной стороны. Такие случаи часто бывают на химических производствах. Но и в таких случаях обычно требуется какая-либо защита обратной стороны плоского проката. Поэтому часто покрытия выполняют в ассиметричном исполнении по количеству составу лицевой и обратной стороны плоского проката. Лицевой стороной покрытия называют стороны приоритетного значения, а противоположную сторону - обратной. Поскольку лицевая сторона выполняет особые функции, то для ее исполнения используют более дорогие материалы, позволяющие получить высокие потребительские свойства, что повышает стоимость покрытия. Таким образом выполнение ассиметричных покрытий позволяет экономить финансовые средства.

Большое внимание уделяется поддержанию высоких значений потребительских характеристик и свойств полимерных покрытий, а именно: твердости, пластичности, стойкости к химическим воздействиям, стойкости к воздействию ультрафиолетового излучения, адгезии слоев и всего покрытия, прочности при ударе и изгибе, максимальной температуре воздействия. Важным фактором также является возможность цветного выполнения покрытий за счет пигментации внешнего полимерного слоя. Выполнения указанной выше совокупности свойств и характеристик достигают комплексным подходом к получению покрытия, а именно осуществляют многослойное покрытие, в котором каждый слой играет свою технологическую и/или функциональную роль. За счет такого комплексного подхода реализуют новые функциональные и/или технологические свойства. Примером такого комплексного многослойного защитного органического покрытия на оцинкованной стальной полосе является покрытие для использовании в строительстве, которое поверх слоя цинка содержит грунтовочный слой с добавками ингибиторов коррозии, а также полиэфиримида, а внешний защитный слой выполнен из материала на основе одного из следующих полимеров: пластизоль, полиэстер, полиуретан или полифторуглерод (Публикация WIPO WO/2013/083292, МПК С23С 28/00, 2013 г.). Недостатками такого покрытия являются недостаточная устойчивость к ультрафиолетовому излучению (солнечному свету), механическим воздействиям, низкая коррозионную стойкость во влажной среде, а также недостаточные пластичность и прочность.

Наряду с высокой коррозионной стойкостью покрытий на стальном плоском прокате востребованной характеристикой является также и химическая стойкость, в частности в средах со смещенным водородным показателем и солевых средах, особенно при повреждении барьерного слоя, что сказывается на снижении его применения, например, в химических производствах. Для повышения коррозионной стойкости покрытия в состав цинкового слоя добавляют никель, который повышает химическую стойкость покрытия. Так известно слоистое покрытие из оцинкованной легированной никелем стали с поверхностным слоем из полиамидного или фторсодержащего полимера, с промежуточным слоем из соединений трехвалентного хрома (Публикация WIPO 1551928, МПК С23С 28/00, 2002 г.). Недостатком указанного покрытия является отсутствие грунтовочного покрытия как такового, использование в качестве грунтовочного покрытия конверсионного слоя на основе соединений трехвалентного хрома и вследствие этого низкая адгезия внешнего, защитного полимерного слоя.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявленной полезной модели (прототипом) является техническое решение, представляющее собой стальной лист, покрытый цинком с обоих сторон, с лицевой и обратной, с последующей пассивацией, далее по пассивируемому слою цинка выполнен грунтовочный слой. По грунтовочному слою с лицевой стороны нанесен слой защитного полимерного материала на основе поливинилиденфторида, а с обратной стороны по грунтовочному слою может быть выполнен защитный лакокрасочный или лаковый слой. Общая толщина многослойного покрытия, с одной стороны, обычно составляет 35-90 мкм (Сталь, оцинкованная с полимерным покрытием. / [Электронный ресурс] - URL: https://regionvtormet.ru/okrashivanie/stal-otsinkovannaya-s-polimernym-pokrytiem-osobennosti-materiala-i-osnovnye-harakteristiki-oblast-primeneniya.html/ (дата обращения 10.09.2021)). Недостатками этого технического решения, являются недостаточно высокая химическая стойкость покрытия лицевой стороны во влажных и водных средах, а также в агрессивных средах, например, в солевых растворах, особенно при повреждении внешнего полимерного (барьерного) слоя. При этом указанное покрытие имеет несбалансированные потребительские характеристики за счет невысокой стойкости к механическому истиранию и другим механическим воздействиям, а также этот вид ЛКМ уступает полиуретановым покрытиям в устойчивости к ультрафиолету. Еще одним недостатком являются очень низкие механические и коррозионностойкие характеристики лакокрасочного слоя обратной стороны.

Решаемой задачей (техническим результатом) заявляемой полезной модели является расширение арсенала технических средств защитных покрытий стального плоского проката за счет осуществления комбинированного многослойного защитного покрытия, позволяющего получить высокую коррозионную и химическую стойкость наряду с осуществлением совокупности потребительских свойств с высокими значениями технических характеристик. Такими потребительскими свойствами прежде всего являются: толщина цинкового слоя, толщина лицевого покрытия, толщина покрытия с обратной стороны, твердость по карандашу, пластичность (прочность при изгибе), стойкость к растворителю МЭК, устойчивость к воздействию ультрафиолетового излучения (к ультрафиолету), адгезия после вытяжки, прочность при обратном ударе, прочность при растяжении по Эриксону, максимальное температурное воздействие.

Назначением полезной модели является осуществление комбинированного защитного покрытия стального плоского проката. При этом под комбинированным покрытием следует понимать многослойное покрытие, в котором каждый слой играет свою технологическую и/или функциональную роль, что в конечном итоге позволяет получить покрытие, характеризующееся совокупностью свойств с высокими техническими характеристиками.

Указанный технический результат в заявляемой полезной модели достигается за счет осуществления плоского стального проката с многослойным защитным покрытием, содержащего цинковый гальванический слой, выполненный с обеих сторон плоского проката, пассивирующий слой, выполненный по поверхности цинкового гальванического слоя с обеих сторон упомянутого проката, грунтовочный слой, выполненный с обеих сторон указанного проката и слой защитного полимерного материала на основе поливинилиденфторида, выполненный поверх грунтовочного слоя с лицевой стороны стального плоского проката.

Одновременно цинковый гальванический слой дополнительно содержит от 2 мас.% до 20 мас. % Ni, толщина слоя составляет от 4 мкм до 12 мкм с каждой стороны, при этом разнотолщинность каждого слоя цинка и слоев между собой не превышает 20%, пассивирующий слой выполнен толщиной 1-2 мкм, грунтовочный слой выполнен толщиной (5-15) мкм, слой защитного полимерного материала с лицевой стороны выполнен толщиной 20-35 мкм на основе полимерной композиции с содержанием в ней от 85 мас. % до 90 мас. % поливинилиденфторида, при этом дополнительно с обратной стороны по грунтовочному слою выполнен слой защитного полимерного материала толщиной (10-35) мкм на основе композиции, состоящей из (40-50) мас. % поливинилиденфторида, (30-40) мас. % акрилатов и (10-30) мас. % эпоксидной смолы.

Заявляемая полезная модель имеет следующие, общие с ближайшим аналогом существенные признаки:

выполнение цинкового гальванического слоя по обе стороны плоского проката, пассивирующий слой, выполненный по поверхности цинка, грунтовочный слой, также выполненный с обеих сторон проката и выполнение поверх грунтовочного слоя с лицевой стороны проката слоя защитного полимерного материала на основе поливинилиденфторида.

Отличают заявляемую полезную модель от прототипа следующие существенные признаки:

защитный слой цинка дополнительно содержит от 2 мас. % до 20 мас. % Ni,

толщина слоя цинка с добавками никеля (цинковый слой) составляет от 4 мкм до 12 мкм с каждой стороны при этом разнотолщинность каждого слоя цинка и слоев между собой не должна превышать 20%,

толщина пассивирующего слоя (1-2) мкм,

толщина грунтовочного слоя (5-15) мкм,

слой защитного полимерного материала с лицевой стороны выполнен толщиной (20-35) мкм на основе полимерной композиции с содержанием в ней от 85 мас. % до 90 мас. % поливинилиденфторида,

с обратной стороны по грунтовочному слою выполнен слой на основе композиции, состоящей из (40-50) мас. % поливинилиденфторида, (30-40) мас. % акрилатов и (10-30) мас. % эпоксидной смолы.

Приведенные существенные признаки являются отличительными от прототипа, т.к. каждый из них не содержится в совокупности существенных признаков прототипа, т.е. не присутствует в перечне признаков, осуществляемых в прототипе, и не является их характеристикой.

Для однозначного и более полного понимания описания заявляемой полезной модели далее приведены пояснения и уточнения, использованных выше понятий и терминов, а также раскрытие признаков полезной модели с указанием причинно-следственных связей их осуществления.

Заявляемое устройство представляет собой совокупность конструкционных элементов, объединенных единым творческим замыслом и выполненных как единое техническое решение, предназначенное для осуществления многослойного защитного покрытия с содержанием в слое цинка никеля, выполнением внешнего полимерного слоя из ПВДФ при соблюдении также и других указанных выше параметров, что способствует повышению химической стойкости покрытия во влажных, водных и солевых средах, в том числе и при нарушении барьерного слоя. Одновременно за счет композиционного взаимодействия всех слоев покрытие имеет высокие значения прочности, в частности прочности при изгибе и ударе.

Основой изобретательского замысла заявляемого технического решения является осуществление коррозионностойкого защитного покрытия на оцинкованном плоском стальном прокате с возможностью его механической обработки с использованием операций изгиба, профилировки, штамповки за счет повышения коррозионной стойкости цинкового слоя, а также при сохранении/повышении прочности, пластичных и потребительских свойств всего покрытия. При этом важным критерием покрытия является его стоимость.

Для осуществления указанного замысла слои покрытия выполняют по обе стороны плоского стального проката в следующем порядке:

1. Цинковый слой.

Данный слой получают гальваническим способом. Этот способ по сравнению с другими методами позволяет получать более тонкие слои покрытия с хорошей сплошностью, без разрывов. Важным является выполнение обоих слоев с равной толщиной, различающейся друг от друга не более чем на 20%. Это также справедливо и по отношению к равномерности толщины или разнотолщинности каждого оцинкованного слоя - отклонения в толщинах от среднего заданного значения по данному слою также не должны превышать 20%. Разрывы в сплошности слоя не допустимы. Нарушение указанных характеристик сплошности, равномерности толщины, разнотолщинности слоев приводит к возникновению дополнительных напряжений в области нарушений сплошности и равномерности при изгибе проката и соответственно к растрескиванию или разрушению слоев покрытия.

Повышения коррозионной стойкости цинкового слоя достигают за счет добавления к цинку никеля в количестве от 2 мас. % до 20 мас. %. В таких сплавах никель находится преимущественно в виде интерметаллидов. При добавлении никеля к цинку в количестве менее 2 мас. % коррозионная стойкость слоя отличается от стойкости слоя без никеля незначительно и практического значения не имеет. При добавлении никеля в цинк в количестве более (20-22) мас. % слой сплава становится катодом и прекращается коррозионная защита стали по электрохимическому механизму, что в большинстве случаев нежелательно. Тем не менее, в области содержания никеля в сплаве в количестве от 2 мас. % до 20 мас. % наряду с защитным электрохимическим механизмом монотонно возрастает коррозионная стойкость во влажных и водных средах, а также химическая стойкость относительно агрессивных, например, солевых сред. Наряду с этим увеличение количества никеля в сплаве выше заявленного приводит к повышению твердости и снижению пластичности. Последнее также нежелательно, т.к. снижает возможности механической обработки проката, например, изгиба. Однако этот недостаток можно контролировать количеством добавления никеля, а также компенсировать повышением прочности и одновременно пластичности других слоев покрытия. Толщина каждого из слоев цинка варьируется от 4 мкм до 12 мкм. По толщине гальванического слоя цинка менее 4 мкм в слое возникают разрывы сплошности и/или расширяются границы зерен, что отрицательно сказывается на химической стойкости многослойного покрытия, кроме того такие дефекты могут приводить к нарушению сплошности покрытия при его механической обработке. Увеличение толщины цинкового покрытия с добавками никеля выше 12 мкм приводит к снижению его пластичности, что опять-таки приводит к нарушению сплошности покрытия при его механической обработке.

2. Пассивирующий слой (конверсионное покрытие).

Слой выполняют по поверхности слоя цинка для снижения реакционной способности поверхности цинка во избежание нежелательного взаимодействия с окружающей средой непосредственно перед нанесением полимерного покрытия, а также снижения взаимодействия с компонентами следующего слоя. Пассивирующий слой преимущественно получают обработкой поверхности цинка хроматами с получением оксидно-солевой защитной композиции. Толщина конверсионного слоя составляет (1-2) мкм. При толщине слоя менее 1 мкм отмечается нарушение его сплошности, что приводит, в ряде случаев к снижению адгезии полимерного слоя. Выполнение слоя толщиной более 2 мкм не приводит к улучшению характеристик покрытия.

3. Грунтовочный слой.

Слой выполняют по пассивирующему оксидному слою. Состав слоя выполнен на основе полиэфирной или полиуретановых смол с добавками модификаторов и отвердителей. В качестве полиэфирной смолы использована терефталевая смола в растворе стирола. Возможно также выполнение слоя на основе композиции полиэфирной и меламиновых смол в различных соотношениях. Во всех случаях материал слоя содержит до 50 мас. % смол, (15-20) мас. % растворителя, (30-35) мас. % пигментов, до (5-8) мас. % отвердителя. Назначение слоя - связывающий, т.е. повышает адгезию наружного слоя полимерного материала к слою на основе цинка. Толщина слоя обычно колеблется в интервале от 5 мкм до 15 мкм. При толщине слоя менее 5 мкм в ряде случаев отмечается нарушение его сплошности, что приводит к снижению адгезии и прочности полимерного слоя. Кроме того, нанесение такого покрытия является технологически затруднительным в условиях непрерывного процесса получения покрытия на рулонном прокате. Выполнение слоя толщиной более 15 мкм может вызывать «вскипание» материала в процессе полимеризации в специальных сушильных печах и при этом не приводит к улучшению характеристик покрытия.

4. Слой защитного полимерного материала.

4.1. Защитный слой на лицевой стороне покрытия.

Слой выполнен по грунтовочному слою. Состав слоя выполнен на основе полимерной композиции, включающей поливинилиденфторид (ПВДФ) в количестве (85-90) мас. % и полимерные акриловые смолы в количестве (10-15) мас. %. Под полимерными акриловыми смолами, которые часто называют акрилатами следует понимать полимеры акриловой кислоты или ее производные, например, полимеры метилового эфира метакриловой кислоты или полимеры нитрила акриловой кислоты, а также полиметилметакрилат (ПММА). Слой является внешним и противостоит воздействиям внешней среды, его свойства в значительной степени обуславливают свойства всего покрытия, а именно влагостойкость, атмосферостойкость, химическую коррозионную стойкость, стойкость к воздействию ультрафиолетового излучения, стойкость к изгибу и другие эксплуатационные характеристики. В свою очередь эти свойства следуют из свойств самого ПВДФ, который является основным компонентом слоя. Такими свойствами являются высокая прочность и твердость, наряду с хорошими пластическими свойствами, высокая химическая и радиационная стойкость, стойкость к ультрафиолетовому излучению. Высокие прочностные свойства композиции ПВДФ - акриловые смолы при указанных значениях содержания позволяют получить синергетический эффект прочности покрытия при изгибе и ударе.

Защитный полимерный слой может быть окрашенным, в таком случае он выполняет еще и декоративную функцию, поэтому его называют лицевым. Помимо основной композиции лицевой полимерный слой может содержать пигменты, модификаторы, стабилизаторы и другие технологические добавки в зависимости от назначения и условий эксплуатации полимерного слоя. Декоративные свойства покрытия выражают технической характеристикой - степенью блеска. Толщина слоя обычно колеблется в интервале от 20 мкм до 35 мкм. При толщине слоя менее 20 мкм значительное снижается стойкость покрытия к ультрафиолетовому излучению до RUV3-4, а также, отмечаются случаи нарушения его эксплуатационных характеристик, в частности, снижается прочность (по Эриксону до (6-8 мм)), а также стойкость к растворителю до значений МЭК менее 100 двойных проходов, что приводит к снижению адгезии и прочности полимерного слоя. Выполнение слоя толщиной более 35 мкм может вызывать «вскипание» материала в процессе его полимеризации в специальных сушильных печах и при этом не приводит к улучшению характеристик покрытия.

4.2. Внешний слой на обратной стороне покрытия.

Во многих случаях полимерный слой на основе ПВДФ выполняют только с одной лицевой стороны, с обратной стороны выполняют слой на основе других полимерных материалов, например, акриловых смол. Выполнение слоя защитного полимерного материала на основе ПВДФ только с лицевой стороны покрытия используют в случаях, когда преимущественно требуется защита от какого-либо агрессивного воздействия с одной стороны. Такие случаи бывают, например, на химических предприятиях. Указанные покрытия также используют в декоративных целях и при воздействии солнечного цвета. Другими словами, такой подход осуществляют в случае приоритетного значения защиты или внешнего вида только одной стороны покрытия плоского проката. Тем не менее, в большинстве случаев имеет значение коррозионная стойкость, а также и другие высокие технические характеристики обратной стороны покрытия. Это часто бывает при использовании защищенного проката в строительных конструкция на открытой местности, где обе поверхности проката подвергаются внешнему атмосферному воздействию. Для снижения стоимости изделия пошли по пути снижения количества ПВДФ в составе внешнего слоя на обратной стороне покрытия. При этом дефицит ПВДФ дополнили полимерами акриловой или метакриловой кислоты, а также добавками эпоксидной смолы в следующем соотношении: из (40-50) мас. % поливинилиденфторида, (30-40) мас. % акрилатов и (10-30) мас. % эпоксидной смолы. В качестве эпоксидной смолы использовали продукты поликонденсации эпихлоргидрина с дифенилолпропаном. В качестве отвердителей эпоксидной смолы использованы диамины, карбоновые кислоты или их ангидриды. В качестве акрилатов использовали полимеры метилового эфира метакриловой кислоты или полимеры нитрила акриловой кислоты, а также полиметилметакрилат (ПММА). Соотношения компонентов подбирали опытным путем. Понижение содержания ПВДФ ниже 40 мас. % приводит к значительному снижению прочности и твердости обратного покрытия, повышение его содержания выше 50 мас. % монотонно увеличивает прочность, но значительно увеличивает стоимость. Увеличение содержания акрилатов в данной композиции выше 40 мас. % незначительно увеличивает прочность и твердость, напротив снижение содержания ниже 30 мас. % резко снижает эти характеристики. Границы содержания эпоксидной смолы определяются в основном содержанием других компонентов. Толщина внешнего слоя покрытия на обратной стороне составляет (10-35) мкм. При толщине слоя менее 10 мкм в ряде случаев отмечается нарушение его сплошности, что приводит к снижению коррозионных свойств и прочности этого слоя. Кроме того, такие покрытия не обеспечивают достаточной механической прочности. Выполнение слоя толщиной более 35 мкм показывает достаточные положительные результаты по коррозионной стойкости для обратной стороны изделия.

Поверх полимерного покрытия часто наносят полиэтиленовую пленку толщиной от 30 мкм до 150 мкм. Пленка может наносится холодным способом -холодное каширование, или горячим способом - горячее кэширование. Пленка призвана защитить полимерное покрытие в процессе транспортировки, переработки и монтажа получаемых изделий. Также на полимерное покрытие можно наносить другие пленки и покрытия для дополнительной защиты, например лаки на основе FEVE смол.

Описанные выше слои можно наносить на плоский стальной прокат разного вида и разными способами. Заявляемое техническое решение в первую очередь предназначено для рулонного стального проката. В этом случае покрытие наносят валковым методом или методом Coil Coating. При этом покрытие наносят в непрерывном технологическом цикле поэтапно слой за слоем. После получения конверсионного покрытия обработкой поверхности цинка раствором хроматов и его высушивания при (50-60)°С, выполняют грунтовочный слой на основе полимерной смолы (полиэфирной или полиуретановых смол). Грунтовочный слой сушат при (220-240)°С. После этого на лицевой стороне выполняют защитный полимерный слой на основе композиции ПВДФ с акриловыми смолами, а на обратной стороне внешний слой обратной стороны с ПВДФ, акрилатами и эпоксидной смолой. Последние слои высушивают при (245-260)°С. Описанная технология в принципе пригодна и для другого стального листового проката, однако при ее осуществлении в периодических циклах. При этом возможны и другие методы нанесения, например, порошковое напыление и ручное нанесение в виде суспензий и эмульсий (покраска). Описанный метод также пригоден для одностороннего нанесения отдельных слоев покрытий. В последнем случае возможно получать ассиметричные составы слоев по обе стороны листа, а также различное количество слоев.

Описанный выше защитный слой на лицевой стороне покрытия имеет следующие технические характеристики:

толщина цинкового слоя (покрытия) (4-12) мкм;

толщина лицевого покрытия на основе поливинилиденфторидной смолы (20-35) мкм;

толщина обратной стороны покрытия на основе эпоксидной смолы (10-35) мкм;

твердость по карандашу (2-3) Н;

пластичность (прочность при изгибе) (0-1) Т;

стойкость к растворителю МЭК не менее 200 двойных проходов;

устойчивость к воздействию ультрафиолета не менее RUV 4;

адгезия после вытяжки 0%;

прочность при обратном ударе не менее 15 Дж;

прочность при растяжении по Эриксону не менее 6 мм;

максимальное температурное воздействие до (190-200)°С,

степень блеска выше не менее 70%.

Заявляемая полезная модель является техническим решением, т.к. представляет собой решение задачи достижения заявленного технического результата путем создания изделия, а именно, комбинированного защитного покрытия стального плоского проката, состоящего из послойно нанесенных слоев неорганического и органических материалов, технологически и химически связанных между собой. При этом совокупность существенных признаков данной полезной модели - наличие ряда слоев, их последовательность и состав объединена единым творческим замыслом - созданием комбинированного коррозионностойкого защитного покрытия на оцинкованном плоском стальном прокате с возможностью его механической обработки с использованием операций изгиба, резки, штамповки и профилировки за счет повышения коррозионной стойкости цинкового слоя, а также при сохранении/повышении прочности, пластичных и потребительских свойств всего покрытия.

Заявляемая полезная модель представляет собой устройство, состоящее из ряда конструкционных частей - слоев, сочлененных между собой операциями склеивания и химического взаимодействия. Каждый слой представляет собой материал определенного состава и имеет свое функциональное назначение, а все вместе они образуют конструктивное и функциональное единство.

Данное техническое решение является промышленно применимым в области защитных покрытий на металле, а именно в области защитных полимерных покрытий на оцинкованном стальном плоском прокате. Осуществление аналогичных покрытий указанными выше методами в настоящее время широко распространено и может быть выполнено на промышленных предприятиях при непрерывном и периодическом производственном цикле. При осуществлении полезной модели используют устройства, детали и материалы, выпускаемые промышленностью и находящиеся в открытой продаже. Методами осуществления полезной модели могут быть прокатка, гальваническое нанесение покрытий, валковый, ручной и другие методы нанесения покрытий, а также нагревание, прокаливание, сушка. Средствами осуществления электролитические ванны, смесители для составов, установки, устройства и приспособления плакирования, камеры нагревания/сушки.

Приведенное выше описание показывает, что осуществление отличительных от прототипа существенных признаков, в том числе их характеристик, обеспечивает реализацию назначения полезной модели, а именно, расширение арсенала технических средств защитных покрытий стального плоского проката за счет осуществления комбинированного защитного покрытия стального плоского проката, позволяющего получить высокую коррозионную и химическую стойкость наряду с осуществлением совокупности потребительских свойств с высокими значениями технических характеристик. Такими потребительскими свойствами прежде всего являются: толщина цинкового слоя, толщина лицевого покрытия, толщина обратного покрытия, твердость по карандашу, пластичность (прочность при изгибе), стойкость к растворителю МЭК, устойчивость к воздействию ультрафиолетового излучения (к ультрафиолету), адгезия после вытяжки, прочность при обратном ударе, прочность при растяжении по Эриксону, максимальное температурное воздействие. Под коррозионной и химической стойкостью здесь, прежде всего, следует понимать стойкостью покрытия во влажных и водных средах, а также в солевых средах. Под комбинированным покрытием следует понимать многослойное покрытие, в котором каждый слой играет свою технологическую и/или функциональную роль, что в конечном итоге позволяет получить покрытие, характеризующееся совокупностью свойств с высокими техническими характеристиками.

Таким образом, показано, что совокупность существенных признаков заявляемой полезной модели, позволяющая достичь заявленного технического результата, отличается от совокупности существенных признаков аналогов, прототипа, а также и других известных источников данных, т.е. не известно применение данной совокупности существенных признаков с реализацией заявленного назначения или с получением заявленного технического результата. Другими словами, заявляемая полезная модель не известна из уровня техники.

Заявляемую полезную модель осуществляют следующим образом.

Согласно заявляемому техническому решению, защитное покрытие стального плоского проката является комбинированным, многослойным и выполнено по обе стороны плоского проката. Покрытие выполнено послойно. Первым слоем, выполненным по плоскому прокату, является слой на основе цинка с добавками от 2 мас. % до 20 мас. % Ni. Слой выполняют путем гальваностегии. Он также является плоским и выполнен по обе стороны плоского проката, толщина слоя составляет от 4 мкм до 12 мкм с каждой стороны. При этом разнотолщинность слоев между собой не должна различаться более чем на 20%. Далее поверхности цинкового слоя пассивируют путем обработки пассиваторами, преимущественно, хроматами. За счет этого на поверхности цинкового слоя получают тонкий оксидно-солевой слой, который препятствует взаимодействию активного цинка с окружающей атмосферой и органическими веществами грунтовочного слоя. Затем по пассивируемому слою выполняют нанесение грунтовочного слоя толщиной (5-15) мкм, состоящего из композиции на основе на основе полиэфирной и/или полиуретановых смол. По грунтовочному слою лицевой стороны выполнен внешний полимерный слой защитного покрытия на основе композиции, включающей поливинилиденфторид (ПВДФ) в количестве (85-90) мас. % и полимерные акриловые смолы в количестве (10-15) мас. %. По грунтовочному слою обратной стороны выполнен внешний полимерный слой покрытия толщиной (10-35) мкм. Состав слоя: (40-50) мас. % поливинилиденфторида, (30-40) мас. % акрилатов и (10-30) мас. % эпоксидной смолы. В качестве эпоксидной смолы использовали продукты поликонденсации эпихлоргидрина с дифенилолпропаном. В качестве отвердителей эпоксидной смолы использованы диамины, карбоновые кислоты или их ангидриды. В качестве акрилатов использовали полимеры метилового эфира метакриловой кислоты или полимеры нитрила акриловой кислоты, а также полиметилметакрилат (ПММА).

Поверх полимерных слоев для дополнительной защиты может быть выполнен защитный слой, например, алкидного лака.

Все слои покрытия выполняют последовательно преимущественно валковым методом для рулонного проката и ручным, электростатическим методами, а также распылением для листового и другого проката.

Покрытие наносят в непрерывном технологическом цикле поэтапно слой за слоем. После получения конверсионного покрытия обработкой поверхности цинка раствором хроматов и его высушивания при (50-60)°С, выполняют грунтовочный слой на основе полиэфирной или полиуретановых смол. С обратной стороны по грунтовочному слою наносят слой ЭОС на основе эпоксидной смолы. Грунтовочный слой и ЭОС сушат одновременно или последовательно при (220-240)°С. После этого выполняют защитный полимерный слой на основе композиции ПВДФ с акриловыми смолами, последний высушивают при (245-260)°С.

Описанная технология в принципе пригодна и для другого стального листового проката, однако при ее осуществлении в периодических циклах.

Примеры осуществления покрытия.

Для подтверждения осуществления заявленного технического решения были выполнены ряд испытаний изделия, результаты которых приведены в ниже приведенных примерах. Во всех примерах общими условиями получения покрытия были следующие:

покрытие наносили на предварительно обезжиренный и очищенный плоский рулонный прокат толщиной 0,5 мм и шириной 1250 мм, марка стали 08 сп;

по обеим ее сторонам методом гальваностегии был нанесен слой цинка, легированного никелем, ванна сернокислая, температура 55°С, плотность тока 90 А/дм², концентрация сернокислого цинка 120 г/л, сернокислого никеля 150 г/л;

поверхности цинка были пассивированы 15 мас. % раствором бихромата натрия, при рН=1,8 с последующей сушкой при 50-толщина конверсионного слоя (1-2) мкм;

на конверсионный слой, в свою очередь, валковым методом наносили грунтовочный слой, состоящий из полиэфирной смолы с добавками 20 мас. % полиуретановой смолы и 4 мас. % перекиси метилэтилкетона, в качестве полиэфирной смолы использована терефталевая смола, растворитель стирол, закрепление слоя осуществляли в сушильной печи при температуре (230-235)°С;

на грунтовочный слой с лицевой стороны валковым методом наносили слой защитного полимерного материала, выполненного на основе композиции, содержащей (85-90) мас. % ПВДФ с добавками полиметилметакрилата (ПММА), закрепление слоя осуществляли в сушильной печи при температуре (245-250)°С;

после каждого прокаливания покрытия в сушильной печи его охлаждают водой при температуре (30-50)°С и затем удаляют следы воды посредством обдува горячим воздухом;

слой защитного полимерного материала выполненного на основе композиции ПВДФ-ПММА дополнительно содержит порошковые наполнители ТiO₂ в количестве 8 мас. % и микротальк (Аl₂O₃ в количестве 2 мас. %, SiO₂ в количестве 2,5 мас. %, MgO, Fe₂O₃, СаО в количестве (0,05 -0,15) мас. % каждый), растворитель бутилдигликольацетат;

внешний полимерный слой обратной стороны имеет состав: (40-50) мас. % поливинилиденфторида, (30-40) мас. % акрилатов и (10-30) мас. % эпоксидной смолы, в качестве эпоксидной смолы использовали продукты поликонденсации эпихлоргидрина с дифенилолпропаном, в качестве отвердителей эпоксидной смолы использованы диамины, карбоновые кислоты или их ангидриды, в качестве акрилатов использовали полимеры метилового эфира метакриловой кислоты или полимеры нитрила акриловой кислоты, дополнительно слой содержал микротальк, растворитель бутилдигликольацетат.

Описанным выше способом были получены образцы рулонного проката с различным содержанием ингредиентов в слоях покрытия и различной толщиной слоев покрытия. Полученные образцы были использованы для определения механических, прочностных, химических и потребительских характеристик покрытия. Характеристики определяли по стандартным методикам, в частности по ГОСТ 34180-2017, ГОСТ 52146-2003, ГОСТ 9.401-91. Для оценки коррозионной и химической стойкости использовали испытания образцов в камере соляного тумана КСТ-0,4-0,15 с нейтральной атмосферой водного раствора содержащего 50 г/л ± 5 г/л NaCl в нейтральной атмосфере и в кислой среде при рН=3. Стойкость оценивали по наличию коррозии и состоянию покрытия в районе крестообразного надреза 110×110 мм на образцах размером 150×70 мм. Давление атмосферное, температура 25°С. Крестообразный надрез покрытия выполняли с обеих сторон образцов.

Пример 1.

На рулонном стальном прокате, полученном по вышеуказанному способу, по обе стороны проката был выполнен цинковый слой толщиной 4 мкм с добавками никеля в количестве 2 мас. %. При этом равномерность толщины каждого слоя и разнотолщинность слоев между собой не превышала 20%. После пассивации цинкового слоя поверх него выполняют грунтовочный слой толщиной 5 мкм. Слой выполняют на основе полиэфирной смолы с добавками 20 мас. % полиуретановой смолы и 4 мас. % перекиси метилэтилкетона. По грунтовочному слою выполняют защитный полимерный слой с обеих сторон листа. Защитный полимерный слой выполнен на основе композиции: 85 мас. % ПВДФ с добавлением 15 мас. % полиметилметакрилата, толщина слоя 20 мкм. Таким образом, в данном примере использовано двустороннее симметричное покрытие с внешними слоями на основе ПВДФ. Данное покрытие является базовым для сравнения со свойствами других покрытий с изменяемыми параметрами.

Полученное покрытие имело следующие характеристики:

твердость по карандашу 2 Н;

пластичность 1Т;

стойкость к растворителю МЭК 200 двойных проходов;

адгезия после вытяжки 0%;

прочность при обратном ударе 20 Дж;

прочность при растяжении по Эриксону 7 мм;

коррозионная/химическая стойкость в камере солевого тумана в нейтральной среде - при испытаниях в течение 1500 ч следы красной коррозии в области надреза

коррозионная/химическая стойкость в камере солевого тумана в кислой среде - при испытаниях в течение 24 ч наличие красной коррозии в области надреза.

Пример 2.

На рулонном стальном прокате по способу, аналогично указанному в примере 1, по обе стороны проката был выполнен цинковый слой с добавками 20 мас. % никеля. Толщина слоя составила 12 мкм. При этом равномерность толщины каждого слоя и разнотолщинность слоев между собой не превышала 20%. После пассивации цинкового слоя поверх него выполняют грунтовочный слой толщиной 15 мкм. Слой выполняют на основе полиэфирной смолы с добавками 30 мас. % полиуретановой смолы и 5 мас. % перекиси метилэтилкетона. По грунтовочному слою выполняют защитный полимерный слой с обеих сторон листа. Защитный полимерный слой выполнен на основе композиции: 90 мас. % ПВДФ с добавлением 10 мас. % полиметилметакрилата, толщина слоя 35 мкм.

Полученное покрытие имело следующие характеристики:

твердость по карандашу 3 Н;

пластичность 0 Т;

стойкость к растворителю МЭК 280 двойных проходов;

адгезия после вытяжки 0%;

прочность при обратном ударе 20 Дж;

прочность при растяжении по Эриксону 8 мм;

коррозионная/химическая стойкость в камере солевого тумана в нейтральной среде - при испытаниях в течение 1500 ч не отмечено какой-либо коррозии и отслоений в области надреза,

коррозионная/химическая стойкость в камере солевого тумана в кислой среде - при испытаниях в течение 24 ч не отмечено коррозии и отслоений в области надреза.

Пример 3.

На рулонном стальном прокате по способу, аналогично указанному в примере 1, по обе стороны проката был выполнен цинковый слой с добавками 10 масс. % никеля. Толщина слоя составила 8 мкм. При этом равномерность толщины каждого слоя и разнотолщинность слоев между собой не превышала 20%. После пассивации цинкового слоя поверх него выполняют грунтовочный слой толщиной 10 мкм. Слой выполняют на основе полиэфирной смолы с добавками 25 мас. % полиуретановой смолы и 4 мас. % перекиси метилэтилкетона. По грунтовочному слою выполняют защитный полимерный слой с обеих сторон листа. Защитный полимерный слой выполнен на основе композиции: 87 масс. % ПВДФ с добавлением 13 мас. % полиметилметакрилата, толщина слоя 28 мкм.

Полученное покрытие имело следующие характеристики:

твердость по карандашу 2 Н;

пластичность 0 Т;

стойкость к растворителю МЭК 250 двойных проходов;

адгезия после вытяжки 0%;

прочность при обратном ударе 20 Дж;

прочность при растяжении по Эриксону не менее 7 мм;

коррозионная/химическая стойкость в камере солевого тумана в нейтральной среде - при испытаниях в течение 1500 ч не отмечено какой-либо коррозии и отслоений в области надреза,

коррозионная/химическая стойкость в камере солевого тумана в кислой среде - при испытаниях в течение 24 ч отмечены признаки коррозии в области надреза без отслоений покрытия.

Пример 4.

На рулонном стальном прокате по способу, аналогично указанному в примере 1, по обе стороны проката был выполнен цинковый слой с добавками 10 мас. % никеля. Толщина слоя составила 8 мкм. При этом равномерность толщины каждого слоя и разнотолщинность слоев между собой в ряде мест покрытия составляла (25-30)% за счет специально выполненных дефектов с обратной стороны цинкового покрытия. После пассивации цинкового слоя поверх него выполняют грунтовочный слой толщиной 10 мкм. Слой выполняют на основе полиэфирной смолы с добавками 25 мас. % полиуретановой смолы и 4 мас. % перекиси метилэтилкетона. По грунтовочному слою выполняют защитный полимерный слой с обеих сторон листа. Защитный полимерный слой выполнен на основе композиции: 87 мас. % ПВДФ с добавлением 13 мас. % полиметилметакрилата, толщина слоя 28 мкм.

Полученное покрытие имело следующие характеристики:

твердость по карандашу 2 Н;

пластичность 1 Т;

стойкость к растворителю МЭК 190-200 двойных проходов;

адгезия после вытяжки 0%;

прочность при обратном ударе 18 Дж;

прочность при растяжении по Эриксону 6 мм;

Пример 5.

На рулонном стальном прокате по способу, аналогично указанному в примере 1, по обе стороны проката был выполнен цинковый слой с добавками 10 мас. % никеля. Толщина слоя составила 8 мкм. При этом равномерность толщины каждого слоя и разнотолщинность слоев между собой не превышала 20%. После пассивации цинкового слоя поверх него выполняют грунтовочный слой толщиной 10 мкм. Слой выполняют на основе полиэфирной смолы с добавками 25 мас. % полиуретановой смолы и 4 мас. % перекиси метилэтилкетона. По грунтовочному слою с лицевой стороны листа выполняют защитный полимерный слой. Этот защитный полимерный слой выполнен на основе композиции: 87 мас. % ПВДФ с добавлением 13 мас. % полиметилметакрилата, толщина слоя 28 мкм. С обратной стороны выполняют слой следующего состава: 40 мас. % поливинилиденфторида, 30 мас. % акрилатов и 30 мас. % эпоксидной смолы. Толщина этого слоя составляла 10 мкм.

Полученное покрытие имело следующие характеристики:

твердость по карандашу лицевого слоя 2 Н;

пластичность лицевого слоя 0 Т;

пластичность обратного слоя 0 Т;

стойкость к растворителю лицевого слоя МЭК 250 двойных проходов;

стойкость к растворителю обратного слоя МЭК 170 двойных проходов;

адгезия лицевого слоя после вытяжки 0%;

прочность лицевого слоя при обратном ударе 20 Дж;

прочность обратного слоя при обратном ударе 15 Дж;

прочность при растяжении по Эриксону не менее 8 мм;

коррозионная/химическая стойкость в камере солевого тумана в нейтральной среде - при испытаниях в течение 1500 ч не отмечено какой-либо коррозии и отслоений в области надреза с лицевой стороны, на обратной стороне следы красной коррозии,

коррозионная/химическая стойкость в камере солевого тумана в кислой среде - при испытаниях в течение 24 ч на лицевой стороне отмечены признаки коррозии в области надреза без отслоений покрытия, а на обратной стороне помимо коррозии отмечено также отслоение по надрезу с распространением по площади покрытия до (3-4) мм.

Пример 6.

На рулонном стальном прокате было выполнено комбинированное защитное покрытие аналогично указанному в примере 5. Все характеристики за исключением толщины и состава слоя на обратной стороне покрытия соответствовали значениям, указанным в примере 5. Состав слоя: 50 мас. % поливинилиденфторида, 40 масс. % акрилатов и 10 мас. % эпоксидной смолы. Толщина слоя составляла 35 мкм.

Полученное покрытие имело следующие характеристики:

твердость по карандашу лицевого слоя 2 Н;

пластичность лицевого слоя 0 Т;

пластичность обратного слоя 0 Т;

стойкость к растворителю лицевого слоя МЭК 250 двойных проходов;

стойкость к растворителю обратного слоя МЭК 190 двойных проходов;

адгезия лицевого слоя после вытяжки 0%;

прочность лицевого слоя при обратном ударе 18 Дж;

прочность обратного слоя при обратном ударе 17 Дж;

прочность при растяжении по Эриксону не менее 8 мм;

коррозионная/химическая стойкость в камере солевого тумана в нейтральной среде - при испытаниях в течение 1500 ч не отмечено какой-либо коррозии и отслоений в области надреза с лицевой стороны, на обратной стороне отсутствие следов коррозии;

коррозионная/химическая стойкость в камере солевого тумана в кислой среде - при испытаниях в течение 24 ч на лицевой стороне отмечены признаки коррозии в области надреза без отслоений покрытия, а на обратной стороне помимо коррозии отмечено также отслоение по надрезу с распространением по площади покрытия до 1 -2 мм.

Пример 7.

На рулонном стальном прокате по способу, аналогично указанному в примере 1, по обе стороны проката был выполнен цинковый без добавок никеля. Толщина слоя составила 8 мкм. Равномерность толщины каждого слоя и разнотолщинность слоев между собой не превышала 20%. После пассивации цинкового слоя поверх него выполняют грунтовочный слой толщиной 10 мкм. Слой выполняют на основе полиэфирной смолы с добавками 25 мас. % полиуретановой смолы и 4 мас. % перекиси метилэтилкетона. По грунтовочному слою выполняют защитный полимерный слой с обеих сторон листа. Защитный полимерный слой выполнен на основе композиции: 87 мас. % ПВДФ с добавлением 13 мас. % полиметилметакрилата, толщина слоя 28 мкм.

Полученное покрытие имело следующие характеристики:

твердость по карандашу 2 Н;

пластичность 1 Т;

стойкость к растворителю МЭК 240 двойных проходов;

адгезия после вытяжки 0%;

прочность при обратном ударе 20 Дж;

прочность при растяжении по Эриксону 7 мм;

коррозионная/химическая стойкость в камере солевого тумана в нейтральной среде - при испытаниях в течение 1500 ч отмечена красная коррозии и отслоений в области надреза, уходящая под покрытие и отслоение покрытия по площади вдоль надреза до 40 мм,

коррозионная/химическая стойкость в камере солевого тумана в кислой среде - при испытаниях в течение 24 ч отмечены признаки коррозии в области надреза с отслоениями покрытия вдоль крестообразного надреза до 25 мм.

Приведенные в примерах данные убедительно показывают высокие прочностные, коррозионностойкие и потребительские свойства заявляемого комбинированного защитного покрытия стального плоского проката с лицевой стороны. Эти свойства обеспечивают физико-химические и технологические свойства каждого из слоев, а также их совокупность. Это характеристики прочности и пластичности: прочность при изгибе и растяжении по Эриксону, что позволяет осуществлять операции механической переработки листа с покрытием путем изгиба и профилирования. Также покрытие имеет высокие значения характеристик, обеспечивающих потребительские качества: твердость по карандашу, стойкость к растворителю, адгезия после вытяжки, прочность при обратном ударе до 20 Дж. Эти высокие значения совместно с приведенными в примерах данными по коррозионной/химической стойкости в целом характеризуют заявляемое защитное покрытие на плоском стальном оцинкованном прокате как покрытие с повышенной химической стойкостью во влажных, водных средах, а также солевых средах, в частности, при повреждении внешнего полимерного слоя. Покрытие также имеет высокую механическую прочность, что обеспечивает возможность механической обработки стального проката с заявляемым покрытием с использованием операций изгиба и растяжения. Высокие характеристики лицевой стороны комбинированного покрытия дополняют достаточно хорошие технические и потребительские характеристики покрытия обратной стороны. Таким образом свойства покрытия с обеих сторон позволяют говорить о получении защитного покрытия с высокими потребительскими характеристиками для использования в условиях одностороннего агрессивного механического и химического воздействия.

Таким образом, описанные примеры осуществления комбинированного двустороннего защитного покрытия стального плоского проката и приведенные в них данные убедительно доказывают реализацию заявленного назначения и достижения таким образом технического результата при осуществлении совокупности всех заявленных существенных признаков полезной модели.

Приведенные примеры не следует рассматривать как ограничивающие объем полезной модели. Напротив, возможны также варианты, модификации и эквиваленты описанного примера в пределах объема прав, изложенных в формуле полезной модели.

Приведенное выше описание заявляемой полезной модели, раскрытие его сущности и примеры позволяют также сделать вывод о реализации назначения полезной модели: «Комбинированное двустороннее защитное покрытие стального плоского проката».

Claims (1)

1. Плоский стальной прокат с многослойным защитным покрытием, содержащий цинковый гальванический слой, выполненный с обеих сторон плоского проката, пассивирующий слой, выполненный по поверхности цинкового гальванического слоя с обеих сторон упомянутого проката, грунтовочный слой, выполненный с обеих сторон указанного проката, и слой защитного полимерного материала на основе поливинилиденфторида, выполненный поверх грунтовочного слоя с лицевой стороны стального плоского проката, отличающийся тем, что цинковый гальванический слой дополнительно содержит от 2 мас.% до 20 мас.% Ni, толщина слоя составляет от 4 мкм до 12 мкм с каждой стороны, при этом разнотолщинность каждого слоя цинка и слоев между собой не превышает 20%, пассивирующий слой выполнен толщиной 1-2 мкм, грунтовочный слой выполнен толщиной 5-15 мкм, слой защитного полимерного материала с лицевой стороны выполнен толщиной 20-35 мкм на основе полимерной композиции с содержанием в ней от 85 мас.% до 90 мас.% поливинилиденфторида, при этом дополнительно с обратной стороны по грунтовочному слою выполнен слой защитного полимерного материала толщиной 10-35 мкм на основе композиции, состоящей из 40-50 мас.% поливинилиденфторида, 30-40 мас.% акрилатов и 10-30 мас.% эпоксидной смолы.