Содержание к диссертации
Введение
1. Исследование проблем в области окраски пассажирских вагонов железных дорог 11
1.2. Анализ качества окраски пассажирских вагонов и применяемых лакокрасочных материалов 11
1.3. Необходимость дифференцированного подхода в выборе защитного лакокрасочного покрытия при ремонте пассажирских вагонов 14
1.4. Ключевые аспекты антикоррозионной защиты при помощи ЛКМ 18
1.5. Принципы современного метода расчета срока службы ЛКМ 23
2. Теоретическая проработка метода реализации математической модели взаимодействия защитного покрытия и окружающей коррозионной среды 27
2.1. Подход к разработке математической моделей 27
2.2. Факторы, влияющие на возникновение коррозии и на скорость ее развития 38
2.3. Выбор характеристик коррозионной среды и характеристик ЛКМ, влияющих на срок их службы 47
2.4. Математическая модель воздействия окружающей среды на ЛКМ. 52
3. Практическая реализация математической модели взаимодействия защитного покрытия и агрессивной коррозионной среды 63
3.1. Программная реализация математической модели 63
3.2. Постановка эксперимента с математической моделью 67
4. Анализ полученных данных и разработанных методов 79
4.1. Экономическое обоснование эффективности применения современных защитных покрытий 79
4.2. Экономическое обоснование эффективности системы подбора защитных покрытий с учетом агрессивности среды 81
4.3. Сравнение с используемыми в настоящее время методами 83
5. Заключение 89
6. Выводы 90
Список литературы 93
Приложения 104
- Анализ качества окраски пассажирских вагонов и применяемых лакокрасочных материалов
- Факторы, влияющие на возникновение коррозии и на скорость ее развития
- Постановка эксперимента с математической моделью
- Сравнение с используемыми в настоящее время методами
Введение к работе
Актуальность работы. Для защиты вагонов от коррозии, которая за несколько лет может полностью разрушить кузов вагона, учеными были разработаны антикоррозионные мастики на основе битума, которые гарантировали защиту узлов и деталей вагона на 18-20 лет. Однако, после распада СССР выпускавшие их предприятия остались на Украине, а применяемые для покраски вагонов материалы отечественного производства, в основном на алкидной основе, слабо защищают подвижной состав от коррозии. В настоящее время на сети железных дорог России эксплуатируется свыше 26 тысяч пассажирских вагонов и 7,5 тыс. секций электропоездов По данным ВНИИЖТа, ежегодно более 60% пассажирских вагонов и 40% электропоездов приходится перекрашивать из-за низкого качества лакокрасочного покрытия. На эти цели расходуется более тысячи тонн краски на сумму 130 млн. рублей ежегодно. Таким образом, возникает необходимость применения современных красок, позволяющих обеспечить долговременную защиту от коррозии. Такими свойствами обладают краски на основе полиуретана и эпоксидных смол,] гарантирующую защиту от ржавчины как минимум на 10 лет.
Однако, применение подобных красок требует использования новых технологий для их нанесения. Технология предполагает полное снятие с вагона старого лакокрасочного покрытия и наложение новых слоев грунтовки, шпаклевки и окраски, в отличие от старых технологий, предполагающих ремонт лишь поврежденных участков вагона. Оборудование, позволяющее обеспечить использование данной технологии с августа 2005 года используется в депо "Санкт-Петербург - пассажирский Московский". По результатам эксплуатации, производительность нового комплекса в два раза превышает производительность старого оборудования и составляет три-четыре вагона в сутки. Такие показатели позволят удовлетворить потребности в ремонте вагонов не только Октябрьской железной дороги, но и других филиалов ОАО "РЖД".
Необходимо отметить, что использование традиционных лакокрасочных материалов, много лет использующихся для ремонта подвижного состава
железных дорог страны, даже при их нанесении на новом оборудовании не может обеспечить должного уровня долговечности защитного покрытия. Например, такие материалы как грунтовка ГФ-0163, лак ПФ-283, эмали НЦ-11, НЦ-132, ПФ-115, при их применении для окраски подвижного состава не позволяет увеличить срок службы защитного покрытия до восьми - десяти лет. Для обеспечения такого срока службы защитного покрытия кузовов вагонов, необходимо использовать новые, более совершенные лакокрасочного материалы.
Таким образом, использование новых технологий совместно с современными покрытиями позволит повысить реальный срок службы покрытия вагона с сегодняшних года - двух до восьми - десяти лет.
В процессе эксплуатации пассажирские вагоны регулярно подвергаются мойке для удаления накапливающихся загрязнений, которые не только ухудшают внешний вид и санитарное состояние вагонов, но и отрицательно влияют на сохранность лакокрасочного покрытия, вызывают необходимость его частого ремонта и обновления. Опыт эксплуатации пассажирских вагонов, окрашенных акриловыми лакокрасочными материалами, показывает, что такие покрытия в значительной степени неустойчивы к воздействию агрессивных моющих средств. Поэтому, новые материалы, предлагаемые к использованию в качестве внешних защитных покрытий должны допускать применение не только нейтральных, но и агрессивных моющих средств Поэтому тема данной диссертационной работы является актуальной
Методологической и теоретической основой проведенных исследований являются труды российских ученых, специалистов в области окраски подвижного состава и антикоррозионной защиты- М. Г. Буткина, В.Ф. Лапшина, В Ю. Шувалова, О. В. Тюленева, Т.А. Романовой, А.П. Лаврова, Ю.Н Михайловского, И.Л Розенфельда, В.Г. Акимова, Ю.А. Арчакова, И.Н Гатауллина, Э.М. Гутмана, В.М. Долинского, Р.С. Зайнуллина, В.К. Иноземцева , В.А. Кадырбекова, В.Г. Карпенко, В.Г. Карпунина, В.М Кожетовой, М.С Корнишина, И.Г Овчинникова и многих других.
Для оптимизации выбора лакокрасочного материала позволяющего увеличить срок службы защитного покрытия до 10 лет уместно использовать современные подходы.
Целью настоящего исследования являются:
Научное обоснование возможности продления срока службы защитного покрытия кузовов пассажирских вагонов за счет использования современных лакокрасочных материалов;
Разработка программного комплекса для расчета срока службы указанного лакокрасочного покрытия пассажирского вагона.
Для реализации поставленных целей решались следующие взаимосвязанные задачи:
Произвести анализ факторов,' влияющей на долговечность службы лакокрасочных материалов используемых при окраске пассажирских вагонов в том числе - параметров окружающей среды;
Проанализировать параметры ЛКМ, влияющих на долговечность их службы;
Разработать математическую модель взаимодействия агрессивной окружающей среды и защитного антикоррозионного покрытия кузова пассажирского вагона;
Обосновать экономическую эффективность применения современных высокотехнологичных лакокрасочных материалов для долгосрочной антикоррозионной защиты кузовов пассажирских вагонов;
Создать программную реализацию математической модели взаимодействия агрессивной окружающей среды и защитного антикоррозионного покрытия кузова пассажирского вагона.
Объектом исследования являются кузова пассажирских вагонов железных дорог.
Предметом исследования является взаимодействие защитного лакокрасочного покрытия кузовов пассажирских вагонов с агрессивной окружающей средой.
Методы и материалы исследований.
В работе применялись методы статистического анализа, системного анализа, программные объектно-ориентированные методы построения алгоритмов взаимодействия среда-покрытие.
Исходными данными по состоянию защитных лакокрасочных покрытий пассажирских вагонов, послужили статистические данные, собранные при проведении ремонтных работ на московском заводе по модернизации и строительству вагонов им. Войтовича.
Научная новизна заключается в следующем-
Изучен механизм взаимодействия лакокрасочного покрытия пассажирского вагона с агрессивной коррозионной средой;
Выделены и исследованы параметры лакокрасочного материала и агрессивной среды, непосредственно влияющие на срок службы лакокрасочного покрытия. Изучено перекрестное влияние этих параметров друг на друга;
Создана математическая модель взаимодействия окружающей среды сЛКМ;
Произведено технико-экономическое обоснование эффективности применения современных лакокрасочных материалов, обеспечивающих срок службы защитного покрытия кузовов пассажирских вагонов не менее 10 лет.
Практическая значимость работы заключается:
в создании методологической основы для оценки жизнеспособности ЛКМ в условиях агрессивного воздействия внешней среды;
в создании архитектуры базы данных с характеристиками свойств агрессивного воздействия окружающей среды и характеристиками свойств ЛКМ, влияющих на срок их службы;
- в создании программного комплекса, позволяющего произвести экспресс-анализ срока службы защитного покрытия, без привлечения дорогостоящих методов натурных испытаний.
Реализация работы:
Разработанный программный комплекс для экспресс анализа сроков службы антикоррозионного покрытия пассажирских вагонов нашел применение в технологических процессах на московском заводе по модернизации и строительству вагонов им. Войтовича. Результаты полученные в работе могут быть успешно использованы и в других отраслях железнодорожного транспорта.
Апробация работы. Основные положения работы обсуждались и были одобрены на научно-практических конференциях, проводимых химическим концерном AkzoNobel в 2004-2006 годах.
Публикации. По теме работы опубликовано две статьи, из них одна в центральном издании.
Основные положения, выносимые на защиту:
Анализ параметров окружающей среды и параметров лакокрасочных материалов, влияющих на долговечность службы лакокрасочного материала;
Разработка математической модели взаимодействия окружающей среды и лакокрасочного материала;
Разработка программного комплекса, позволяющего произвести экспресс-анализ срока службы защитного покрытия, без привлечения дорогостоящих методов натурных испытаний
Объем и структура диссертации. Объем работы составляет 125 листов Список литературы включает 136 источников. Работа иллюстрирована 28 рисунками, 6 таблицами и 3 приложениями
Анализ качества окраски пассажирских вагонов и применяемых лакокрасочных материалов
Сегодня в России эксплуатируется свыше 26 тыс. пассажирских вагонов и 7,5 тыс. секций электропоездов. Стоимость окрашивания одного пассажирского вагона составляет 6-8 тыс. руб. На эти цели расходуется около 1,3 тыс. т лакокрасочных материалов общей стоимостью свыше 80 млн. руб., в воздушную среду выбрасывается более 30% летучей части материалов. Тем не менее, пассажирские вагоны после окрашивания при деповском и капитальном ремонте в первый же год эксплуатации в значительной степени теряют декоративный вид, лакокрасочное покрытие подвергается быстрому разрушению: появляются меление, микротрещины, сколы, нарушение однородности и другие дефекты.
Низкое качество защитного покрытия на кузовах вагонов объясняется следующими причинами:
- использованием лакокрасочных материалов невысокого качества, материалы в ряде случаев приобретаются без сертификатов и соответствующей документации у поставщиков-посредников;
- несовершенной подготовкой металлических поверхностей кузовов вагонов перед окрашиванием;
- низким уровнем технологий окрашивания при деповском и капитальном ремонте, включая шпатлевочно-шлифовочные работы, отсутствием механизированных методов нанесения покрытий.
На рисунке 1 приведена статистика по количеству вагонов подвергающихся перекраске в течение года. Как видно из диаграммы, в течение года перекраске подвергаются 66% вагонов, это закономерное явление, обусловленное вышеприведенными причинами.
Разрушение внешних слоев защитной системы ведет к разрушению покрытия в целом и коррозии металлической поверхности вагонов вследствие проникновения влаги и других агрессивных агентов. Это происходит, когда покрытия, предназначенные для защиты от коррозии и обладающие высокой степенью непроницаемости для агрессивной среды, теряют эти свои защитные свойства. Основные направления повышения качества окрашивания пассажирского подвижного состава, разрабатываемые во ВНИИЖТ, графически представлены на рисунке 2:
Перспективными лакокрасочными материалами, предназначенными для длительной противокоррозионной защиты вагонов в атмосферных условиях, являются материалы на эпоксидной, акриловой и полиуретановой основах, поскольку за счет своих химических и физических свойств данные материалы обеспечивают срок службы покрытия до 10 лет. Одновременно с этим, данные материалы могут наноситься специализированным оборудованием для безвоздушного нанесения, что позволяет наносить материал с большей удельной вязкостью, а следовательно, с меньшей пористостью, что в свою очередь позволяет обеспечить более однородный слой защитного покрытия.
Факторы, влияющие на возникновение коррозии и на скорость ее развития
Поверхности железнодорожного подвижного состава подвергаются различного рода воздействиям, которые при отсутствии достаточной защиты приводят к повреждению конструкционных материалов, например к коррозии металла, и значительному ухудшению внешнего вида. Наружные поверхности вагонов и дизель-поездов испытывают механические воздействия типа истирания и царапывания взвихренной пылью, частицами песка и балласта, химические - от щелочных и кислых моющих средств в сочетании с действием вращающихся щеток моечных машин, атмосферные - от факторов окружающей среды (влажности воздуха, ультрафиолетового излучения) и др. Ежегодно более половины вагонов подвергаются перекрашиванию из за низкого качества покрытий на кузовах, а в воздушную среду выбрасывается до 30 % летучей части материалов (ксилол, толуол, ацетон и др.). Сегодня подвижной состав в основном окрашивается алкидными лакокрасочными материалами (эмаль ПФ-115, ПФ-1246). После окрашивания вагонов в первый же год эксплуатации наблюдается значительная потеря декоративных свойств покрытий: исчезает блеск, покрытие выцветает, появляется меления и увеличивается грязеудержание, что приводит к деструкции пленки. Разрушение пленки ведет к разрушению покрытия и коррозии металлических поверхностей вследствие проникновения влаги и других агрессивных агентов через пленку покрытия. К низкому качеству покрытий вагонов подвижного состава приводит ряд факторов:
- использование лакокрасочных материалов низкого качества;
- несовершенство технологии окрашивания (в частности, процессов подготовки поверхности и окрасочного оборудования);
- отсутствие должного профилактического ухода за вагонами в процессе эксплуатации.
В результате коррозионных разрушений выходит из строя большое количество металлических конструкций, народное хозяйство несет значительные убытки, связанные с ремонтом и заменой подчас дорогостоящего оборудования. На железной дороге из-за коррозионных повреждений могут происходить утечки и рассыпания транспортируемых грузов. При этом может происходить значительное загрязнение прилегающей к железнодорожному полотну территории. Коррозионные процессы являются причиной не только прямых, но и косвенных расходов, которые могут значительно превышать уровень прямых. Юридические последствия коррозионных прецедентов возможны и в других случаях. Связано это с тем, что многие технические объекты представляют потенциальную опасность (Маршал В. 1989.), что делает необходимым контроль их состояния на всех стадиях жизненного цикла объекта - от строительства до ликвидации в соответствии с Российскими нормативно-правовыми документами (Федеральный закон №116-ФЗ от 21.07.97). Прогнозирование коррозии металлов (Герасимов В.В. ,1989) в таких объектах особенно важно при оценке остаточного ресурса.
Коррозионные процессы протекают на границе металл-внешняя среда. При этом внешняя среда называется коррозионной. Обычно при рассмотрении любого процесса коррозии возникают два вопроса: почему происходит коррозионный процесс, и как он протекает. Установлено, что возможность коррозии и изменение ее скорости определяются совокупностью внутренних и внешних факторов. Внутренние факторы связаны с природой (составом) и состоянием металла, в частности, с его термической и механической обработкой. В зависимости от термообработки металлический сплав может приобретать ту или иную структуру, иметь тот или иной фазовый состав, различную концентрацию компонентов сплава в разных точках зерен -кристаллитов. В результате термических воздействий на поверхности металла могут формироваться слои, находящиеся под действием внутренних напряжений (сжатие, растяжение). Поверхность металла может быть обработана разными способами: резцом, фрезой, шлифовальными кругами и т.д. Способ обработки поверхности металла формирует его шероховатость, влияющую на удержание влаги на поверхности металла, и, следовательно, на условия его коррозии. Внешние факторы коррозии определяют состав и состояние коррозионной среды, ее температуру, скорость перемещения относительно поверхности металла и другие факторы, могущие значительно изменить скорость процесса, его характер, локализацию и даже механизм.
Определенные сочетания внешних и внутренних факторов приводят к возникновению характерных признаков коррозионных процессов, на основании которых классифицируют все многообразие коррозионных разрушений. Такое деление облегчает разработку средств борьбы с коррозией. В качестве классификационных признаков коррозии используют механизм коррозионного процесса, геометрические характеристики коррозионных разрушений, условия взаимодействия металла с коррозионной средой, характер дополнительных воздействий на корродирующий металл в процессе его взаимодействия с внешней средой и другие. В зависимости от механизма процесса различают химическую, электрохимическую, биохимическую и некоторые другие виды коррозии. В процессе химической и электрохимической коррозии принимают участие электроны. В обоих этих процессах происходит окисление металлов. Биохимическая коррозия называется так потому, что в коррозионном процессе непосредственное участие принимают живые организмы, например бактерии, обитающие в почве, морской воде и т.д., или продукты их жизнедеятельности. Общей называется коррозия, проникающая приблизительно на одинаковую глубину по всей поверхности. Сюда относят компонентно- и структурно-избирательные виды коррозии. Если из сплава в процессе коррозионного взаимодействия избирательно удаляется один компонент сплава, - такой вид коррозии называют компонентно-избирательным (Соросовский образовательный журнал, 2000).
Локальные виды коррозии могут иметь следующие разновидности: - коррозия пятнами - когда глубина коррозионных разрушений меньше, чем размер разрушения вдоль поверхности металлического предмета;
- коррозия язвами - размеры коррозионных разрушений, направленные вглубь металла, больше, чем размеры разрушений вдоль поверхности;
- коррозия точечная (Томашов Н.Д., Чернова Г.П. 1973) близка к коррозии язвами, но глубина разрушений значительно превышает размеры разрушений вдоль поверхности;
- коррозия межкристаллитная - разрушение распространяется вдоль границ зерен сплава;
- коррозия транскристаллитная - разрушение распространяется через тело зерна сплава.
У некоторых металлов и сплавов при коррозии в специфических условиях проявились только присущие им виды коррозии. Например, алюминиевые сплавы в средах, содержащих галоидные ионы, и особенно в морской атмосфере, оказались подвержены расслаивающей коррозии, которая опасна тем, что развивается без заметного торможения и за относительно короткое время приводит к полному разрушению металла. («Защита металлов» 2000, № 2, с. 195). Классифицируя коррозионные процессы на основе сопоставления условий их протекания, обычно выделяют:
- газовую коррозию - самопроизвольное разрушение металла, находящегося в соприкосновении с газами при такой температуре, когда конденсация влаги на поверхности металла исключается;
- коррозию в жидкостях электропроводящих (морской, речной воде, в кислотах, щелочах, нейтральных растворах солей и рассолах) и неэлектропроводящих (органические жидкости)
Постановка эксперимента с математической моделью
Математическая модель, создание которой описано выше, требует обязательной апробации перед началом ее эксплуатации - то есть к постановке эксперимента. В процессе постановки эксперимента в программную реализацию математической модели были внесены исходные данные о структуре и составе лакокрасочного покрытия, и результаты, полученные после работы математической модели были сверены с данными, полученными из других источников - данных независимых исследовательских центров, данных полученных при реальных случаях эксплуатации. При этом, исходные данные о защитном покрытии, которые используются для эксперимента, должны соответствовать следующим требованиям:
- качество покрытия должно быть постоянным. Покрытие должно производится на одном предприятии и предприятие должно быть сертифицировано по международному стандарту качества производства.
- информация о покрытии должна быть свободно доступна.
- покрытие должно быть известно в среде исследователей, работающих по проблематике ЖМ.
Для проведения экспериментальной работы с разработанной модели взаимодействия защитного покрытия и агрессивной коррозионной среды были применены данные, о составе и структуре лакокрасочных материалов компании International, структурного подразделения корпорации AkzoNobel. Для применения в эксперименте именно эти лакокрасочные материалы были выбраны по тому, что корпорация AkzoNobel является бесспорным мировым лидером в производстве современных технологичных и экологичных лакокрасочных материалов. Эта корпорация, с одной стороны, инвестирует значительные объемы средств в разработку новых инновационных составов лакокрасочных материалов, а с другой стороны, за более чем столетнее время своего существования компания накопила огромный опыт, как в разработке защитных покрытий, так и в способах их применения.
В качестве испытуемых покрытий выступали следующие материалы:
Intergard 251 - грунтовое эпоксидное покрытие;
Interseal 670 - универсальное эпоксидное покрытие, допускающие нанесение с большой толщиной слоя;
Intergard 345 - универсальное покрытие, совмещающие свойства грунта и эмали;
Interthane 990 - полиуретановая эмаль;
Intercure 200HS - грунтовое покрытие, допускающие нанесение с большой толщиной слоя.
Значение эксплуатации характеристик данных покрытий, применявшихся в работе математической модели, приведены в Приложении 2.
Для использования в антикоррозионной защите подвижного состава компания International рекомендует следующие комбинации вышеприведенных материалов.
Система 1
1 слой - Intergard 251 толщина покрытия 50 микрон
2 слой - Interseal 670 толщина покрытия 110 микрон
Данная система рассчитана на 5-15 лет эксплуатации в условиях агрессивности среды СЗ. Основное применение данной системы - окраска внешних поверхностей вагонов. В качестве последнего, финишного слоя применено толстослойное эпоксидное покрытие, что с одной стороны позволяет обеспечить долгосрочную и надежную защиту, но с другой стороны, в силу того, что эпоксидные покрытия подвержены потере цвета при воздействии прямых солнечных лучей, не позволяет добиться хороших эстетических качеств покрытия в течение долгого времени.
Система 2 1 слой - Intergard 345 толщина покрытия 160 микрон Данная система рассчитана на 5-15 лет эксплуатации в условиях агрессивности среды СЗ. Основное назначение системы такое же, как и у системы №1, за исключением того, что данная система состоит из одного слоя, что значительно упрощает ее нанесение. Покрытие также основано на эпоксидных полимерах и подвержено выцветанию при воздействии прямых солнечных лучей.
Система 3
1 слой - Intercure 200HS толщина покрытия 110 микрон
2 слой - Interthane 990 толщина покрытия 50 микрон
Данная система рассчитана на 5-15 лет эксплуатации в условиях агрессивности среды СЗ. Данная система защитных покрытий также предназначена для внешней окраски пассажирских вагонов. Однако, в связи с тем, что в качества последнего, финишного покрытия, применяется материал на основе полиуретана, защитное покрытие на протяжение долгого срока службы неизменно сохраняет свой цвет, что неоспоримо важно в случае, если эстетичность покрытия важна.
Результаты проведенных испытаний представлены на фоне данных, полученных при испытании защитных покрытий полученных при помощи пентафталевой эмалей ЭП+ПФ-115. Данные лакокрасочные материалы представляют собой комплексную систему из эпоксидного универсального покрытия ЭП, используемого в виде грунтового и промежуточного слоя и внешнего пентафталиевого покрытия ПФ-115. Данная система предназначена для окраски металлических поверхностей подвергающихся атмосферному воздействию, и на сегодняшний день является системой, получившей наибольшее распространение в российской практике ремонта подвижного состава железных дорог. Свойства покрытий, долговечность оценивались по стойкости их к статическому воздействию жидкостей (ГОСТ 9.403, метод А), моющих средств (ГОСТ 9.409-88, метод Б) и химически агрессивным средам (ГОСТ 9.083, метод 3). Образцами для испытаний являлись окрашенные пластины из листовой стали марки 09Г2Д размером 70x150 мм и толщиной 1 мм и 50x50 мм толщиной 3 мм. Покрытия International наносили в соответствии с рекомендациями программного комплекса, разработанного на базе программной реализации математической модели взаимодействия агрессивной коррозионной среды с защитным покрытием. В качестве исходных данных для подбора покрытия также были выбраны: срок службы 10 лет и агрессивность среды СЗ. Покрытия ЭП+ПФ-115 наносили в несколько слоев с промежуточной сушкой, как того и требуют стандартные процедуры, общая толщина покрытий выбиралась такой же, как и толщина покрытий International.
В качестве жидкостей для испытаний использовалась дистиллированная вода, минеральное масло марки И-12А, 3 % раствор NaCl, 10 % раствор NaOH, 10 % раствор H2S04,15 % раствор моющего средства на кислой основе типа ФМС-К и моющего средства на щелочной основе типа ФМС-Щ.
Изменение декоративных и защитных свойств покрытий определялись путем сравнения с контрольным образцом по изменению блеска, оттенка, появлению пузырей, отслаиванию пленки.
Сравнение с используемыми в настоящее время методами
Существующий на сегодняшний день опыт реальной эксплуатации на железных дорогах России вагонов с покрытиями на основе эпоксидных и полиуретановых лакокрасочных материалов показал, что в течение 6-8 лет на поверхности их кузовов не наблюдается разрушений ни покрытия, ни металла и сохраняется декоративный вид вагонов. Защитная способность покрытия на указанных вагонах оценивается баллом 1 по ГОСТ 9.407 «Покрытия лакокрасочные. Метод оценки внешнего вида». Эта методика основывается на показателях изменения защитных и декоративных свойств покрытий по пятибалльной системе, причем балл 1 показывает отсутствие каких-либо разрушений декоративных и защитных свойств покрытий, балл 5 -полное разрушение покрытия.
Вагоны, окрашенные алкидными лакокрасочными материалами, подвергаются перекраске через 1 - 2 года, в то время как вагоны, окрашенные эпоксидно-полиуретановыми материалами - через 7 лет эксплуатации. Как показали результаты обследования, алкидное покрытие уже через год эксплуатации находится в неудовлетворительном состоянии и его необходимо восстанавливать, а через 2 года наблюдается полная потеря декоративных свойств. Общим дефектом является потеря блеска и сильное изменение цвета. Вместе с тем вагоны, окрашенные покрытием из эпоксидной грунтовки и полиуретановой эмали, разных производителей, даже через 7 лет эксплуатации незначительно изменили декоративные свойства. Так, 80% осмотренных вагонов имеют оценку декоративных свойств, соответствующую баллу 2, что означает незначительное изменение блеска и цвета. Во ВНИИЖТ проведен комплекс лабораторных, технологических и эксплуатационных натурных испытаний для выбора покрытий повышенной атмосферостойкости и долговечности. Было установлено, что наиболее перспективными лакокрасочными материалами для наружного окрашивания вагонов при всех видах ремонта являются отечественные материалы, разработанные предприятиями химической промышленности ЗАО НТФ «Корона-Лак», ОАО «ЯрНИИ ЛКП», ОАО «Русские краски». Из зарубежных аналогичных материалов (грунтовок и эмалей) наилучшими характеристиками обладают материалы финской фирмы «Тиккурила», голландской «Акзо Нобель», венгерской «Будалак», немецкой «Ланквитцер Лакфабрик», итальянской «Роззетти».
Все эти материалы прошли жесткие климатические испытания, при которых основное внимание уделялось их защитной способности при различной степени подготовки металлической поверхности к нанесению покрытия. Защитная способность покрытий при испытаниях в агрессивных средах оценивалась по ГОСТ 9.407. Состояние всех исследуемых систем защитных покрытий в экстремальных климатических условиях после 60 суток испытаний соответствовало баллу 1. Одновременно изучались физико-механические характеристики покрытий. В результате установлено, что высокие свойства сохранились у покрытий, нанесенных по дробеструйной поверхности, а при нанесении материалов на поверхность с прокатной окалиной показатели (адгезия, эластичность, удар) снижаются на 10-15%. Проведенные климатические испытания позволили определить прогнозируемую долговечность покрытий. Так, срок службы покрытий на основе акрилуретановых эмалей, обладающих высокими физико-механическими свойствами, в условиях умеренного холодного климата оценивается в 10 - 12 лет по защитным свойствам и не менее 7-8 лет - по декоративным.
Зарубежный и отечественный опыт подготовки и окрашивания вагонов показывает, что при окраске шести и более вагонов в сутки целесообразно иметь автоматизированную дробеструйную установку, с помощью которой вагон очищается от старого покрытия в течение 2 - 3 ч. При проведении окрасочных работ на двух - четырех вагонах в сутки могут быть использованы дробеструйные установки ручного типа. Время, необходимое для очистки вагона двумя операторами, 6 - 7 ч. При подготовке отдельных поврежденных участков покрытия на кузове целесообразно использовать переносные дробеструйные установки или механизированный инструмент.
Отработка технологических параметров лакокрасочных материалов на эпоксидной, акриловой и полиуретановой основе была проведена во ВНИИЖТ совместно с предприятиями - производителями этих материалов на Тверском и Московском вагоностроительных заводах, на Воронежском вагоноремонтном заводе и в вагонных депо Саратов Приволжской железной дороги и Юдшю Горьковской. При этом выполнены опытно-производственные испытания материалов отечественного и зарубежного производства с целью определения их технологических характеристик и эксплуатационной проверки.
Покрытия на основе эпоксидных, акриловых и полиуретановых лакокрасочных материалов, нанесенные на кузова пассажирских вагонов, имеют хороший декоративный вид. Нанесение дополнительно слоя лака увеличивает блеск покрытия, улучшает внешний вид вагона, скрывает дефекты поверхности кузова. Исследованные отечественные и зарубежные лакокрасочные материалы могут быть рекомендованы к серийному применению. При внедрении лакокрасочных материалов на полиуретановой основе необходимо оснастить окрасочные участки специальными камерами, имеющими соответствующую приточно-вытяжную вентиляцию, и установками для механизированного нанесения материалов. Важная задача -совершенствование технологии окрашивания кузовов вагонов с применением механизированного инструмента и оборудования. Эта технологическая операция включает в себя грунтование, шпатлевание, шлифовку поверхностей, повторное шпатлевание и послойное нанесение эмалей на подготовленные к окраске поверхности, а также сушку полученного покрытия.
Качественное декоративное покрытие с повышенным сроком службы получается при использовании механизированных методов его нанесения -безвоздушным или пневматическим распылением, а также электростатическим. Эксплуатация окрашенных полиуретановыми материалами пассажирских вагонов на Приволжской, Московской, Северо-Кавказской и Октябрьской дорогах показала, что их покрытия не ухудшили своих защитных и декоративных свойств и эти вагоны не требуют перекрашивания.
Дополнительное нанесение слоя полиуретанового лака в значительной степени снижает грязеудержание на покрытии вагона и тем самым сокращает затраты на профилактический уход за окрашенной поверхностью. Применение материалов на эпоксидной, акриловой и полиуретановой основах требует качественной механизированной подготовки поверхности кузовов. Использование современных методов очистки от ржавчины, окалины и разрушающегося лакокрасочного покрытия с использованием дробеструйно-окрасочных комплексов обеспечивает необходимую подготовку поверхности при хорошей адгезии лакокрасочного покрытия с металлом.
Качество работ во многом определяется не только правильностью выбора окрасочного и шлифовального оборудования для различных технологических операций (шлифования, нанесения покровных слоев, ликвидации дефектов и др.), но и правильностью выбора лакокрасочного материала. При использовании разработанного в рамках данной диссертации программного комплекса можно оперативно произвести подбор защитного покрытия и, что немаловажно, проверить его на пригодность к долговременной защите кузовов вагонов от коррозии, в случае если данный материал не был уже испытан во ВНИИЖТ.
В этом контексте можно отметить, что результаты выполненной диссертационной работы соответствуют существующим основам антикоррозионной защиты пассажирских вагонов. Данные, полученные с помощью математической модели, схожи с данными, отображающими реальные сроки службы современных лакокрасочных материалов, полученные практическим путем. При этом необходимо отметить, что с некоторыми изменениями, и математическая модель и её программная реализация могут быть использованы при анализе лакокрасочных материалов, применяемых при окраске грузового подвижного состава.
