Jak długo trwa kolorowa taśma stalowa?

Typ powłoki i jego bezpośredni wpływ na okres użytkowania blachy stalowej z powłoką barwną

Rodzaj powłoki żywicznej, która jest stosowana, ma kluczowe znaczenie dla odporności kolorowej taśmy stalowej na uszkodzenia pogodowe oraz jej trwałości w czasie. Na podstawie szerokich badań przeprowadzonych zarówno w warunkach laboratoryjnych, jak i w rzeczywistych zastosowaniach, wyróżniają się trzy główne opcje: fluorowekilidena poliwinylu (PVDF), poliester modyfikowany krzemem (SMP) oraz zwykły poliester (PE). PVDF jest właściwie standardem złotym w tej kategorii, ponieważ doskonale radzi sobie z promieniowaniem UV i nie reaguje chemicznie z większością substancji. Obserwowaliśmy, że takie powłoki utrzymują się przez 25 lat lub dłużej, zanim pojawią się pierwsze oznaki zużycia, takie jak wyblakanie („pomadkowanie”) lub utrata pierwotnego koloru. Następnie mamy SMP, który znajduje się gdzieś pomiędzy rozwiązaniem tanim a trwałą powłoką. Takie powłoki zazwyczaj utrzymują się przez ok. 15–20 lat i lepiej się giętko deformują bez pękania w porównaniu do innych typów. W przypadku projektów, w których priorytetem jest oszczędność kosztów, a nie maksymalna trwałość, standardowe powłoki PE są wystarczające do zastosowań tymczasowych lub średnio-terminowych, zapewniając trwałość na ok. 7–10 lat. Należy jednak zachować ostrożność w przypadku ekspozycji na intensywne działanie słońca, ponieważ powłoki te szybciej wyblakają niż pozostałe rodzaje.

PVDF, SMP i PE: oczekiwana trwałość w standardowych warunkach

Powodem różnic między tymi materiałami jest ich budowa cząsteczkowa. PVDF zawiera wytrzymałe wiązania fluor–węgiel, które znacznie lepiej niż większość materiałów odpierają szkodliwe działanie światła słonecznego. Z drugiej strony żywice PE nie wykazują tak dużej odporności przy długotrwałym narażeniu na działanie słońca. Przemyślni producenci są tego świadomi i starannie modyfikują swoje formuły – dodają np. absorberów promieniowania UV, aby zwolnić proces nieuniknionego rozkładu. Istnieją także stabilizatory typu HALS, które pomagają zachować połysk powierzchni, zapobiegając jej matowieniu i blaknięciu. Nie należy również zapominać o specjalnie opracowanych mieszankach pigmentów, zaprojektowanych tak, aby utrzymywać intensywne barwy nawet po wielu latach ekspozycji na zewnętrzne czynniki atmosferyczne.

Stabilność koloru w czasie: metryka Delta E oraz rzeczywiste wzorce blaknięcia

Zmiany koloru mierzymy za pomocą tzw. wartości Delta E lub ΔE. Gdy wartość ΔE pozostaje poniżej 1, większość osób w ogóle nie zauważa żadnej różnicy. Jednak gdy przekroczy ona wartość 5, zmiana koloru staje się wyraźnie widoczna dla każdego obserwatora. Badania wykazują, że powłoki PVDF zwykle utrzymują się na poziomie ΔE poniżej 3 nawet po dziesięciu latach ekspozycji na surowym słońcu Florydy. Tego typu testy starzenia stanowią standard oceny rzeczywistej odporności na działanie promieniowania UV. Z drugiej strony powłoki PE ulegają degradacji znacznie szybciej. Wielu z nich już po pięciu latach ekspozycji w warunkach pustynnych – charakteryzujących się nieustannym, intensywnym nasłonecznieniem – wykazuje wartości ΔE przekraczające 8. Dane z rzeczywistych instalacji potwierdzają wyniki badań laboratoryjnych, dostarczając producentom jasnych wskazówek dotyczących materiałów o najlepszej wydajności w różnych warunkach napięć środowiskowych.

• Pionowe panele skierowane na południe wykazują o 45% mniejsze wyblakanie niż instalacje poziome, co wynika z krótszego czasu bezpośredniej ekspozycji na słońce oraz lepszego samoczyszczenia dzięki spływowi deszczu.
• Jasne powłoki odbijają więcej promieniowania podczerwonego (IR), obniżając temperaturę powierzchni i zmniejszając naprężenia termiczne w łańcuchach polimerowych
• Instalacje przybrzeżne przyspieszają powstawanie wykwitu poprzez hydrolizę wspomaganą przez sól, w której jony chlorkowe katalizują rozpad łańcuchów polimerowych pod wpływem wilgoci

Narażenie na czynniki środowiskowe: jak położenie wpływa na trwałość blachy stalowej z powłoką barwną

Środowiska przybrzeżne, przemysłowe i wewnątrz pomieszczeń – szybkości korozji oraz walidacja zgodnie z normami ISO/ASTM

Trwałość kolorowych cewek ze stali ocynkowanej zależy w dużej mierze od miejsca ich zainstalowania, ponieważ różne obszary charakteryzują się własnymi problemami korozji. Weźmy na przykład obszary nadmorskie – sól zawarta w powietrzu znacznie przyspiesza proces korozji. Badania wykazują, że w takich słonych środowiskach tempo korozji może być nawet trzykrotnie wyższe niż w regionach śródlądowych, zgodnie z normami ISO. Istnieją również obszary przemysłowe, w których w atmosferze unoszą się różnego rodzaju szkodliwe substancje. Dwutlenek siarki łączy się z wilgocią powietrza, tworząc chemiczne związki o działaniu korozyjnym, które przenikają do mikroskopijnych pęknięć w warstwie powłoki. Testy przeprowadzone zgodnie z warunkami ASTM B117 wykazały, że specjalne cewki przeznaczone na zastosowania przemysłowe wykazują odporność o około 30 procent wyższą niż standardowe cewki pod wpływem tych surowych warunków. Z drugiej strony sytuacja wewnątrz budynków jest zupełnie inna: wilgotność pozostaje stosunkowo stała, nie występuje uszkodzenie spowodowane promieniowaniem słonecznym, a liczba zanieczyszczeń unoszących się w powietrzu jest niewielka. Dzięki temu kontrolowanemu środowisku cewki te mogą często służyć ponad 30 lat przed koniecznością wymiany.

Podłoże ma znaczenie: wpływ PPGI i PPGL (stopu cynku z glinem) na korozję pod powłoką

Korozja pod powłoką, która rozprzestrzenia się w sposób boczny pod warstwami powłoki pozostającymi w przeciwnym razie nietknięte, zależy w dużej mierze od rodzaju materiału znajdującego się pod nią. PPGI lub wstępnie malowane blachy ocynkowane działają jedynie dlatego, że cynk zapewnia ochronę galwaniczną. Jednak w miejscach uszkodzeń, takich jak cięcia lub zadrapania – zwłaszcza tam, gdzie wilgoć utrzymuje się dłużej, np. w pobliżu wybrzeży lub w obszarach przemysłowych – czerwona rdza pojawia się dość szybko. Z drugiej strony PPGL lub wstępnie malowane blachy z powłoką galwalume zawierają mieszankę cynku i glinu, zgodnie ze specyfikacją około 55% cynku i 45% glinu. Ta kombinacja tworzy grube warstwy tlenku glinu, które z czasem samoregenerują się. Badania przeprowadzone zgodnie ze standardem ASTM G85 wskazują na ciekawy efekt: stop ten wydaje się spowalniać proces korozji pod powłoką o około 40%, jednocześnie ograniczając zużycie cynku podczas jego działania ochronnego. W rezultacie role wykonane z tego materiału charakteryzują się dłuższą trwałością – nawet o 5–8 lat dłużej – nawet w warunkach ekstremalnych.

Główne czynniki degradacji klucza: promieniowanie UV, wilgoć i naprężenie termiczne na powleczonej blachy stalowej w kątowniku

Zmniejszanie się jakości cienkich blach stalowych z powłoką barwną następuje głównie z powodu trzech czynników działających na nie w czasie: promieniowania UV ze słońca, wnikania wody pod warstwę powierzchniową oraz cyklicznych zmian temperatury. Gdy promienie UV uderzają w te materiały, zaczynają rozkładać polimery wiążące poszczególne składniki, co szczególnie wyraźnie widać w ciemniejszych kolorach – obserwuje się wtedy blaknięcie i powstawanie matowej, „młynkowej” tekstury na powierzchni. Badania wykazują, że po około pięciu latach ekspozycji na intensywne światło słoneczne większość osób może zauważyć różnice barw o wartości wynoszącej trzy jednostki lub więcej w standardowych skalach pomiaru. Woda przedostająca się przez pęknięcia lub uszkodzone obszary powoduje korozję pod ochronną warstwą powłoki, dlatego właśnie krawędzie cięcia stanowią typowe miejsca problemowe. Kolejnym czynnikiem jest cykliczne nagrzewanie i ochładzanie, zwykle występujące przy wahaniach temperatury wynoszących przynajmniej 50 °C lub więcej między dniem a nocą. Powtarzające się rozszerzanie i kurczenie materiału powoduje powstawanie drobnych pęknięć, ponieważ różne jego części rozszerzają się z nieco różną prędkością, co ostatecznie narusza integralność całego systemu powłokowego.

Przyspieszone testy laboratoryjne, takie jak testy UV w aparacie QUV i testy w aparacie do symulacji działania światła ksenonowego, pozwalają na symulację wpływu czynników środowiskowych, jakie materiały doznawałyby przez dziesięciolecia, w ciągu zaledwie kilku tysięcy godzin badań – co odpowiada mniej więcej dziesięciu rokom eksploatacji w rzeczywistych warunkach. Metody te jednak często nie uwzględniają wzajemnego oddziaływania różnych czynników powodujących uszkodzenia, ponieważ badają poszczególne zmienne osobno, a nie jednoczesne działanie wielu naprężeń. Ciekawe wyniki dają natomiast badania terenowe przeprowadzone w strefie nadmorskiej: połączenie soli, wilgoci i promieniowania UV powoduje około 40-procentowe przyspieszenie degradacji materiałów w porównaniu do podobnych materiałów stosowanych w obszarach śródlądowych. Weźmy na przykład rozszerzalność termiczną: cykliczne nagrzewanie i ochładzanie powoduje powstawanie drobnych pęknięć, przez które dostaje się woda; następnie woda ta, zamarzając, rozszerza się i powoduje dodatkowe uszkodzenia. Cała ta reakcja łańcuchowa nie zachodzi w standardowych komorach testowych QUV.

Przyspieszone starzenie (QUV/ksenon) vs. rzeczywista wydajność w warunkach terenowych: most między nimi przez 10-letnią lukę

Luka ta wynika z faktu, że przyspieszone badania izolują poszczególne zmienne, podczas gdy warunki terenowe poddają materiały jednoczesnym czynnikom obciążającym. Na przykład codzienne rozszerzanie i kurczenie się spowodowane zmianami temperatury powoduje otwieranie się mikropęknięć, które pozwalają na przenikanie wilgoci; ta z kolei rozszerza się w cyklach zamrażania i rozmrażania – taki ciąg uszkodzeń rzadko jest odtwarzany w komorach QUV.

Optymalizacja grubości powłoki: progi, malejące korzyści krańcowe oraz najlepsze praktyki zapewniające długotrwałość

Docelowe zakresy grubości suchego filmu w zależności od typu żywicy (PE, SMP, PVDF)

Optymalizacja grubości suchego filmu (DFT) jest kluczowa dla maksymalizacji trwałości blachy stalowej z powłoką barwną. Normy branżowe określają różne zakresy grubości suchego filmu dla powszechnie stosowanych systemów żywicznych:

• Poliestry (PE) : 20–25 µm zapewnia odpowiedni balans między kosztem a wydajnością
• Poliestry modyfikowane krzemem (SMP) : 25–30 µm zwiększa odporność na promieniowanie UV oraz trwałość
• Poliwinylidenu fluorokartydy (PVDF) : 18–22 µm zapewnia optymalną elastyczność bez utraty skuteczności ochrony

Przekraczanie określonych granic po prostu nie opłaca się już bardziej. Powłoki o grubości przekraczającej 35 mikronów zaczynają generować dodatkowe koszty materiałów w zakresie od 15 do 22 procent, ale nie wykazują istotnie dłuższej trwałości. Z drugiej strony, gdy grubość suchego filmu spada poniżej 15 mikronów, problemy z korozją pojawiają się cztery razy szybciej w miejscach położonych w pobliżu wód morskich. Badania w warunkach rzeczywistych wykazały, że prawidłowo powlekane elementy wytrzymują od dwóch do trzech razy więcej cykli zmian temperatury przed uszkodzeniem w porównaniu do tych znajdujących się poza optymalnym zakresem grubości powłoki. Dla producentów dążących do maksymalnego wykorzystania swoich powłok regularne sprawdzanie ich grubości za pomocą wysokiej jakości mierników magnetycznych jest uzasadnione. Dostosowywanie ustawień natrysku oraz utrzymywanie pomiarów w zakresie ±3 mikrony to obecnie powszechnie stosowana praktyka w branży.

Często Zadawane Pytania (FAQ)

Jakie są główne typy powłok stosowanych w blachach stalowych z powłoką barwną?

Główne typy powłok to fluorowekilid poliwinylu (PVDF), poliester modyfikowany silikonem (SMP) oraz zwykły poliester (PE). Każdy z nich charakteryzuje się różnym stopniem trwałości i odporności na działanie promieniowania UV.

W jaki sposób położenie geograficzne wpływa na trwałość kolorowych cewek ze stali ocynkowanej?

Środowisko odgrywa istotną rolę w zakresie trwałości kolorowych cewek ze stali ocynkowanej. Obszary nadmorskie, w których powietrze zawiera sól, cechują się wyższymi szybkościami korozji, podczas gdy obszary przemysłowe narażone są na inne rodzaje ekspozycji chemicznej. Środowiska wewnętrzne zapewniają zazwyczaj dłuższą żywotność dzięki kontrolowanym warunkom.

Dlaczego optymalizacja grubości suchego filmu (DFT) jest ważna?

Optymalna grubość suchego filmu zapewnia trwałość i wytrzymałość powłoki. Pozwala ona uzyskać równowagę między kosztem a wydajnością – określone zakresy grubości zapewniają maksymalną ochronę bez niepotrzebnego wzrostu kosztów.

W jaki sposób mierzy się stabilność barwną tych powłok w czasie?

Stabilność koloru mierzona jest za pomocą metryki Delta E (ΔE), przy czym niższe wartości wskazują na minimalną zmianę koloru, a wyższe – na bardziej zauważalne wyblakanie.

Co powoduje korozję pod warstwą powłoki w cewkach stalowych?

Korozja pod warstwą powłoki zależy od materiału podłoża, takiego jak PPGI lub PPGL. Czynniki takie jak wilgoć, sól i zanieczyszczenia środowiskowe przyczyniają się do procesu korozji.