Судостроение

В отличие от общехозяйственных отраслей (строительство, сельское хозяйство, трубопроводный транспорт) в судостроении к лакокрасочным материалам и промышленным покрытиям предъявляются наиболее строгие технологические требования. Поэтому первостепенная задача ЛКМ в судостроительной и судоремонтной отраслях - не обеспечение декоративной роли, а функциональное назначение: надежная физико-механическая защита и защита от коррозии металлоконструкций в условиях агрессивного воздействия морской атмосферы и морской воды.

Морская коррозия – это одно из наиболее опасных для металла явлений среди естественных факторов. Это электрохимический процесс, который запускается и протекает из-за особенностей состава жидкости. Море или океан - высокоагрессивная среда, как из-за самой воды, так и окружающей атмосферы. Кроме того, провоцирующим фактором здесь является т.н. контактная коррозия металлов (когда вследствие ряда причин, например, неправильной компоновки сплавов, два разнородных металла с разными электрохимическими свойствами контактируют между собой). Наиболее показательным примером такой контактной корррозии являются сварные швы. Несмотря на то, что сваркой соединены изделия из одного и того же типа стали, электрохимические свойства сварного шва и основного металла отличаются, что делает места соединений наиболее уязвимыми. Рассмотрение морской коррозии нельзя вести отдельно от механических факторов. Эрозия и кавитация также создают благоприятные условия для коррозии. Океаническая вода, кроме прочего, изобилует микроорганизмами. При обрастании днища морского судна происходит не только ухудшение его навигационных качеств, но и повышается риск протекания биологической коррозии.

Что делает морскую воду самой неблагоприятной средой, в которой может пребывать металл? Выделяется несколько основных причин:

Высокое содержание кислорода. Как известно, коррозия или окисление по определению является процессом взаимодействия кислорода с металлов. Уровень кислорода в морской воде достаточно высок, он лишь незначительно ниже, чем в пресной (8-9 мг/мл). При сезонном наличии большого количества водорослей, насыщение воды кислородом увеличивается до 1,5 раз. Кроме того, сам состав газовой смеси в воде изменяется – если в атмосфере содержание инертного азота к кислороду составляет порядка 3,7:1, то в морской воде это соотношение составляет 2:1.

Электролитические свойства. Морская вода обладает высокой электропроводностью (вплоть до 5,8 См/м). Электропроводность морской воды увеличивается пропорционально повышению ее солености и в 100 — 1000 раз больше, чем у речной воды

Химический состав воды. В морской воде растворено большое количество различных солей, поэтому в ней присутствуют различные ионы: сульфаты, хлориды и карбонаты, улучшающие электрохимические процессы. Даже малые концентрации присутствующих в этой среде ионов брома и йода ускоряют процессы коррозии.

Мы не будем углубляться в химию протекающих процессов, ограничимся только тем, что в самом общем случае коррозию судна можно рассматривать, как катодно-анодную реакцию, где в качестве анода выступает металл, в то время как катодом становится оксидная пленка на его поверхности. Важно отметить, что и сама вода, и судно находятся в движении, что увеличивает скорость доставки кислорода к катодным участкам поверхности металла, а отсюда и скорость коррозии большинства металлов. У коррозионностойких сталей увеличение диффузии кислорода приводит к усилению пассивации (образованию оксидной плёнки на металле) поверхности и защите от ржавчин «язвенного типа». К сожалению, этого не всегда достаточно для общей защиты от равномерной коррозии, так как хлориды солёной воды эти оксидные плёнки разрушают.

Таким образом, мы можем выделить ряд самых уязвимых зон для судна. Это прежде всего зона ватерлинии – переменной смачиваемости, где есть прямые солнечные лучи, усилен приток кислорода воздуха к поверхности, а брызги оставляют кристаллики соли, разрушающие защитные оксидные плёнки; сварные швы, зазоры и щели – это места контактной коррозии; остатки прокатной окалины – области естественной гальванопары (окалина – катод, чистый металл - анод).

Мы охарактеризовали проблемы, которые доставляет суднам и платформам морские вода и воздух, причем как наружным поверхностям (подводный и надводный борт, палубы), так и внутренним помещениям (балластным танкам, заполняемым этой самой солёной водой). Помимо этого, масштабность таких судов требует тщательной проработки и общехозяйственных узлов: трюмов, кают, надстроек, корабельных систем и коммуникаций. При таком строительстве нельзя забывать и о надлежащем безупречном внешнем виде объекта.

Для решения перечисленных проблем и прочих многочисленных задач сегодня используется огромный ряд лакокрасочных материалов, промышленных полимерных покрытий, а также оборудования для нанесения покрытий. И если требования, предъявляемые к ЛКМ, вполне конкретны и диктуются прежде всего предполагаемым функциональным назначением краски, то задача оборудования безвоздушного нанесения – прежде всего обеспечить сплошность наносимого покрытия, поскольку любое, малейшее нарушение сплошности покрытия – это потенциальный участок для дальнейшего развития коррозии. Кроме того, работа с оборудованием должна быть всегда удобной и безопасной, производительной и надёжной.

Сегодня заводами-изготовителями производятся огромные линейки лакокрасочных материалов и покрытий. Их производство действительно обосновано - до сих пор не существует одного покрытия, способного закрыть сразу все задачи, стоящие перед судостроительной отраслью. При этом жёстко классифицировать такие составы сегодня всё тяжелее - если раньше достоинства и недостатки различных классов ЛКМ были достаточно жестко дифференцированы, то в ходе эволюции химической промышленности всё больше стирается граница между ними. Широкие возможности модификации составов устраняют существующие недостатки. В рамках данного обзора мы выделим несколько основных классов лакокрасочных материалов, в зависимости от их основы.

Алкидные составы. Материалы на основе алкидных смол - однокомпонентные. Характеризуются очень удобным нанесением: их легко нанести практически на любую поверхность и даже старое покрытие, низкая цена. Отличные декоративные свойства, легко колеруются. Алкидные смолы давно и очень успешно модифицируют с другими поликонденсационными, полимеризационными смолами, объединяя в себе свойства обоих классов соединений. Недостатки: малая твёрдость, малая стойкость к УФ воздуха, слабые защитные свойства. Слабая химическая стойкость к растворителям. Не наносятся на оцинкованную сталь. И в отечественном судостроении и зарубежном данный класс покрытий очень распространен. Общим для всего класса является возможность их нанесения даже с не очень мощными аппаратами безвоздушного распыления, поскольку давление на сопле редко превышает 150-160 Бар. Рекомендуемые сопла у такие классов до 0,019-0,021”. Под данные материалы подойдёт любой однокомпонентный аппарат ИНТЕРСКОЛ, начиная с ИНТЕРСКОЛ Р3.

Эпоксидные составы. Анализируя рынок лакокрасочных материалов в судостроении, нельзя не отметить, что класс эпоксидных грунтов и эмалей является самым многочисленным. Это объясняется их превосходной адгезией к черным металлам и стойкостью к катодном отслаиванию, как следствие, одним из лучших антикоррозионных материалов по соотношению цена-свойства.

Получаемые покрытия обладают высокими защитными свойствами, твердостью, по этим компонентам они проигрывают только двухкомпонентной полимочевине.  Химической стойкость, стойкость к высоким температурам и влагостойкость также высоки. Из недостатков для класса характерно постепенное снижение декоративных свойств - склонность к изменению цвета под воздействием УФ излучения (меление, потеря глянца). Эпоксидные составы популярны также по причине их очень легкой и недорогой модификации. Химической модификацией, например, фенолформальдегидной смолой можно придать покрытию большую жёсткость и повысить антифрикционные свойства), а физической, например, добавлением цинка – повысить антикоррозионные свойства и сухой остаток.

Дать однозначные рекомендации по оборудованию для эпоксидных материалов затруднительно, в силу многообразия их представителей. Подбор оборудования очень специфичен к вязкости ЛКМ, так, есть представители с низким сухим остатком и для них подойдут самые младшие модели в линейке ОБР ИНТЕРСКОЛ (ИНТЕРСКОЛ РС3,6, Р3), а для цинконаполненных грунтовок требуются  установки, предназначенные для больших сопел, ввиду повышенной вязкости и наличия твердых включений (ИНТЕРСКОЛ Р6, Р12).

Полиуретановые составы. Из всех материалов, по нашему субъективному мнению, полиуретановые составы – самые нарядные. Эти высокоглянцевые составы с высоким сухим остатком, в основном, применяются в качестве финишных слоев в системах антикоррозионной защиты. Их адгезия к черным и цветным металлам высока (но всё же ниже, чем у эпоксидов). Скорость отверждения – выше остальных классов, поэтому замешивать и наносить их рекомендуется сразу. Высокая активность позволяет работать с ними даже на холоде. Образуют покрытия с высокой абразивостойкостью и прекрасными декоративными свойствами. Самое главное достоинство – УФ-стойкость и влагостойкость, стойкостью к действию растворителей и многим реагентам. Для нанесения таких покрытий могут подойти любые однокомпонентные окрасочные аппараты ИНТЕРСКОЛ, в зависимости от характеристик сырья.

Мы исключили из рассмотрения некоторые прочие классы лакокрасочных материалов (акриловые, виниловые) ввиду более узкой их специализации. Тем не менее, все вышеперечисленные составы можно наносить однокомпонентными безвоздушными распылителями ИНТЕРСКОЛ. Специалисты компании помогут подобрать идеально соответствующую требуемым составам установку, включив в рассмотрение и различные пожелания заказчика по производительности, габаритам и количеству подключаемых постов.

Обозревая лакокрасочные материалы в судостроительной отрасли, мы не можем не рассмотреть характерный для судостроения и судоремонта класс противообрастающих покрытий. Как правило, это эпоксидные краски с высоким сухим остатком (до 97%). Материал характеризует очень высокая адгезия (по данным исследований до 27 МПа). Таким образом, материалы характеризуются высокой износостойкостью, и они способны выдерживать сильные механические нагрузки, в т.ч. воздействие льда. Это расширяет спектр применения материалов, так, ими можно покрывать гидросооружений (свайные основания, шпунтовые и причальные стенки и пр.), объекты гидроэнергетики (шлюзовые ворота, люки плотин, сороудерживающие решетки и пр.), трубопроводы. Но ключевой функциональной задачей противообрастающих материалов остаётся защита днищ судов от обрастания льдом и организменной средой, включая водоросли и ракушки. На сегодняшний день наиболее широко применяются материалы Inerta 160 (Teknos) и Seaforce 30M (Jotun). Особенностью Inerta 160 является его нанесение безвоздушными распылителями с раздельной подачей и подогревом компонентов, при этом соотношение компонентов 2:1. Установка высокого давления ИНТЕРСКОЛ PR наилучшим образом подходит для таких задач. С помощью такого аппарата возможно легко достичь требуемой производителем материала толщины пленки 500 мкм за один слой без нарушений сплошности.

В целом, анализируя ситуацию с производителями лакокрасочных материалов, мы можем, ссылаясь на актуальные сведения, предоставленные АО «ОСК», сделать вывод о подавляющем преобладании импортных материалов над отечественными. В контуре АО «ОСК» доля зарубежных ЛКМ превышает 80 %, а, согласно данным издания "Хим-Эксперт", по судостроительной и судоремонтной отрасли в целом более половины потребляемых красок занимают условно-отечественные с формальной локализацией: Hempel, Jotun, International, а также импортные краски Wilckens, Tikkurila, Nippon.

Положительным моментом является тот факт, что всё больше качественных отечественных материалов успешно сертифицируются и внедряются во вновь строящиеся объекты. Так, выпускаемые компанией НПО 812 ЛКМ по качеству не уступают зарубежным производителям (Hempel, International, Jotun), при этом существенно дешевле. В настоящее время ЛКМ производства НПО 812 окрашено более 350 кораблей (судов). Полную линейку лакокрасочных материалов для нужд судостроения выпускает так же ЗАО НПХ «ВМП» и «АКРУС».

Материалы, применяемые в судостроении, в обязательном порядке должны иметь сертификат РМРС (Российский морской регистр судоходства). Сертификация лакокрасочных материалов включает в себя испытания, проводимые ЦНИИ «Прометей». Процедура включает в себя испытания в условиях, максимально приближенным к «боевым»: многомесячные тесты в качающемся танке с морской водой, в камере соляного тумана, испытания на адгезию и катодное отслаивание и др. – полный спектр тестов, подтверждающий антикоррозионные и физико-механические характеристики, сплошность покрытия, функциональные свойства (если имеются).

Безотносительно назначения и типа лакокрасочного материала схему окраски на судне можно разделить на два этапа:

1 этап. Подготовка стальных поверхностей, сдача их на конструкцию до начала производства окрасочных работ (зачистка сварных швов, острых кромок, брызг от сварки, т.д.). Все вышеуказанные дефекты металла могут привести к повышенному расходу покрытия, неравномерности нанесения, потенциальной контактной коррозии., что неизбежно приведет к ухудшению качества.

2 этап. Собранные секции (блоки) проходят предварительную пескоструйную обработку сварных швов до степени Sa-2.5, при этом после очистки необходимо провести ремонт сварных швов (подварка пор, выявленных дефектов после пескоструйной очистки). Степень подготовки поверхности перед нанесением покрытия в соответствии с международным стандартом ISO-8501 составляет не менее Sa 2.5, она может варьироваться в зависимости от элемента судна.

Группа компаний ИНТЕРСКОЛ-ПТ продолжительное время занимается разработкой компонентов и оборудования для нанесения полиуретановой пены. Данная технология становится всё более востребованной в судостроительной отрасли. В ОСК реализуется программа строительства траулеров с применением заливочной и напылительной полиуретановой пены. Морозильные грузовые трюмы должны быть оснащены изоляцией для поддержания температуры -28/-30 °С внутри при температуре наружного воздуха до 28 °С и температуре забортной воды до 20°С. Пенополиуретан в силу своего низкого коэффициента теплопроводности и бесшовности покрытия способен обеспечить такую теплозащиту. Группа компания "Интерскол-ПТ" наиболее подходит для участия в этой программе по причине многолетнего опыта по нанесению полиуретановой пены и наличия собственного оборудования для выполнения работ данного типа. Полиуретановая пена собственной марки "Астраспрей" сертифицирована в Морском Регистре Судоходства. В 2020 году с высоким качеством выполнена первая работа по нанесению пенополиуретана на Выборгском судостроительном заводе с использованием двухкомпонентной установки высокого давления ИНТЕРСКОЛ 5Н200. Благодаря использованию обогреваемых рукавов высокого давления большой длины (63 м) установку удалось разместить непосредственно на борту строящегося судна, не загромождая трюмы, в которых проводились работы. В самих зонах напыления и заливки из оборудования присутствовали только пистолет-распылитель и соединительный поводок на него, что делало работу комфортной и технологичной.

Двухкомпонентные установки ИНТЕРСКОЛ 5Н200 и 4P200 также позволяются наносить класс жесткого полиуретана и полимочевины, который видится идеальным решением для долговечного покрытия балластных танков. Зарубежный опыт последних лет подтверждает, что нанесение таких быстроотверждаемых составов позволяет на многих годы сохранять балластные танки в исходном состоянии и экономить деньги в проекции на стоимость жизненного цикла судна. Ожидается, что в скором времени данная технология будет повсеместно внедрена и в отечественном судостроении и судоремонте.